由向東，嚴(yán) 明

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng)110032；2.65042部隊(duì)，沈陽(yáng)110035）

基于PC式DVR的監(jiān)控系統(tǒng)視頻采集硬件設(shè)計(jì)

由向東1，嚴(yán) 明2

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng)110032；2.65042部隊(duì)，沈陽(yáng)110035）

目前，部分視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于嵌入式DVR設(shè)計(jì)的，但由于嵌入式DVR的錄像總幀數(shù)只有幾十幀，在多路視頻回放的時(shí)候，我們往往可以看到圖像有丟幀或延遲現(xiàn)象。為了克服這一缺點(diǎn)，我們采用PC式DVR對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先介紹了監(jiān)控系統(tǒng)的硬件組成部分及其工作原理，其次重點(diǎn)對(duì)視頻采集模塊進(jìn)行選取，詳細(xì)介紹視頻解碼芯片TW6805的功能和特點(diǎn)，從硬件方面設(shè)計(jì)了由TW6805、74HC4051及AMS1117等芯片組成的視頻采集電路，通過采集卡與視頻服務(wù)器PCI接口、路由器以及客戶服務(wù)器的逐次連接，實(shí)現(xiàn)硬件連接。最后實(shí)現(xiàn)攝像頭與服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及服務(wù)器端與客戶端的視頻傳輸。

監(jiān)控系統(tǒng)；視頻采集；外圍電路；工作原理；采集模塊；芯片TW6805；視頻傳輸

1 引 言

隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，視頻監(jiān)控技術(shù)由于方便［1］、實(shí)時(shí)性好、直接等優(yōu)點(diǎn)不但被現(xiàn)代大工廠、娛樂場(chǎng)館等公共場(chǎng)所廣泛應(yīng)用，而且也出現(xiàn)在私人家庭、公司辦公等地方。視頻監(jiān)控越來越靠近人民的生活，由此，人們隨著科技、意識(shí)等發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求也隨之改變?？傮w來說，視頻監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)歷了模擬時(shí)代、半數(shù)字時(shí)代、全數(shù)字時(shí)代三大發(fā)展歷程。在全數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)代，視頻從圖像采集即為數(shù)字信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)傳輸，基于TCP／IP協(xié)議［2］，采用流媒體技術(shù)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用傳輸，通過網(wǎng)絡(luò)虛擬矩陣，對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行控制、調(diào)度、存儲(chǔ)等?，F(xiàn)代的視頻監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了全數(shù)字時(shí)代?？梢赃M(jìn)行報(bào)警、巡視、門禁等功能，大多實(shí)際應(yīng)用于安防系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件由攝像機(jī)、同軸電纜、BNC接頭、視頻采集卡、網(wǎng)卡、路由器［3］、雙絞線、監(jiān)控前端視頻服務(wù)器、以及遠(yuǎn)程客戶機(jī)組成。其中監(jiān)控端視頻服務(wù)器基于WIN7系統(tǒng)，圖1是系統(tǒng)工作的原理框圖。

圖1 系統(tǒng)工作原理框圖

其工作原理：首先攝像頭對(duì)視頻圖像進(jìn)行捕捉，通過同軸電纜與視頻采集卡連接，視頻采集卡將采集到的視頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并通過PCI接口將數(shù)字信號(hào)傳送給服務(wù)器。計(jì)算機(jī)的CPU對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行H.264壓縮［4］，然后將壓縮的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在硬盤上或通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸給客戶端的計(jì)算機(jī)［5］。

3 視頻采集硬件設(shè)計(jì)

3.1 視頻采集模塊選取

視頻信號(hào)的采集一般有兩種方法：一種是傳統(tǒng)方式，即采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，需要采用同步信號(hào)分離電路將視頻信號(hào)中的各種同步信息提取出來。對(duì)于黑白視頻信號(hào)，只需要一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，對(duì)于彩色視頻信號(hào)的采集則需要多個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。采用位數(shù)越高的模數(shù)轉(zhuǎn)換器恢復(fù)圖像的層次感越強(qiáng)，但是提高位數(shù)的同時(shí)也帶來數(shù)據(jù)量的大幅度增長(zhǎng)。對(duì)于同步信號(hào)的提取可以采用幅度分離法將復(fù)合同步信號(hào)分離出來，或是采用專用同步信號(hào)提取芯片，比如LM1881。明顯看到這種傳統(tǒng)方式的視頻采集電路非常復(fù)雜，穩(wěn)定性也不是很好。

目前最為常用的方法就是采用視頻編碼芯片進(jìn)行視頻信號(hào)的解碼，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)用到了TW6805編碼芯片。

3.2 TW6805芯片特點(diǎn)

TW6805是多通道音視頻傳輸，單芯片集成4通道高質(zhì)量NTSC／PAL／SECAM的視頻解碼器，將模擬復(fù)合視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字分量YCbCr數(shù)據(jù)，采用自適應(yīng)4H梳狀濾波器以減少亮色分離的串?dāng)_，擁有高效的DMA控制器，充分利用PCI總線帶寬保證音視頻數(shù)據(jù)的高效傳輸。其特點(diǎn)如下：

·具有4個(gè)模擬信號(hào)輸入，可通過軟件選擇其中任意通道

·集成4個(gè)10-bit ADC和模擬鉗位電路，支持CVBS輸入

·Y通道具有完全可編程的靜態(tài)增益或自動(dòng)增益控制

·CVBS通道可編程White Peak控制

·高性能自適應(yīng)4H梳狀濾波器

·PAL Delay line糾正色彩相位錯(cuò)誤

·2D峰值和CTI圖像增強(qiáng)技術(shù)

·數(shù)字子載波PLL增強(qiáng)同步信號(hào)處理和像素采樣

·領(lǐng)先的同步檢測(cè)和處理技術(shù)支持非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和弱信號(hào)處理

·可編程的色調(diào)、飽和度、對(duì)比度、亮度控制

·支持Macrovision標(biāo)準(zhǔn)的版權(quán)保護(hù)級(jí)別檢測(cè)

·可編程的視頻剪切輸出

3.3 視頻采集電路

視頻信號(hào)采集是采用TW6805視頻編碼芯片進(jìn)行視頻信號(hào)的解碼。圖2為視頻采集電路。

圖2 視頻采集電路圖

從圖2可以看出4路的復(fù)合視頻信號(hào)通過被多路選擇器74HC4051選擇從端口MUX中輸入，在視頻輸入的前端有電阻與電容組成的高通濾波器將低頻干擾信號(hào)濾除，單芯片集成4通道高質(zhì)量NTSC／PAL／SECAM視頻解碼器，將模擬復(fù)合視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字分量YCbCr數(shù)據(jù)。該設(shè)計(jì)采用外部晶振為TW6805提供27MHz時(shí)鐘，采用AMS1117芯片組成的電源電路為TW6805芯片提供1.8V的電壓，TW6805這個(gè)集成化芯片使得視頻采集電路的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，通用性強(qiáng)。圖3為芯片供電電路。

4 硬件實(shí)現(xiàn)

建立完整的視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸監(jiān)控硬件系統(tǒng)［6］，主要有兩方面的接口要實(shí)現(xiàn)：一是視頻采集卡和視頻服務(wù)器之間的接口連接：二是視頻服務(wù)器和路由器之間的網(wǎng)絡(luò)連接［7-8］（如圖4所示）。

圖3 TW6805芯片供電電路

首先攝像頭與視頻采集連接是通過兩端帶BNC接頭的同軸電纜（型號(hào)為SYV 75-3）連接的，此同軸電纜的最長(zhǎng)傳輸距離為100m，視頻采集卡與視頻服務(wù)器連接是通過PCI接口連接，此接口可以即插即用。視頻服務(wù)器與路由器連接和路由器與客戶端連接都是通過雙絞線。

圖4 系統(tǒng)連接圖

5 結(jié)束語(yǔ)

通過視頻采集硬件設(shè)計(jì)，了解到視頻信號(hào)的采集過程，最后通過硬件連接，成功實(shí)現(xiàn)了服務(wù)器端與客戶端的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

［1］ 韋錦山.網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的新發(fā)展［J］.通訊世界，2002（5）：104-105. Wei Jinshan.The new development of network video monitoring system［J］.Telecom World，2002（5）：104-105.

［2］ Thomas，Stephen A.IPng and the TCP／IP Protocols：Implementing the Next Generation Inernet［M］.New York：Wiley Computer Pulishing，1996.

［3］ 魏亮.路由器原理與應(yīng)用［M］.北京：人民郵電出版社，2005. Wei Liang.The Principle and Application of Router［M］. Beijing：The people＇s posts and Telecommunications Press，2005.

［4］ 曹超廣.基于H.264的網(wǎng)絡(luò)分布式視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［D］.長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)，2004. Cao Chaoguang.Design of a distribution network video monitoring system based on H.264［D］.Changsha：National University of Defence Technology，2004.

［5］ 王延堯.以太網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：人民郵電出版社，2005. Wang Yanyao.Ethernet Technology and Application［M］. Beijing：The people＇s posts and Telecommunications Press，2005.

［6］ 詹青龍，常承陽(yáng)，顧建鋒.網(wǎng)絡(luò)視頻技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010. Zhan Qinglong.Network Video Technology［M］.Beijing：Tsinghua University Press，2010.

［7］ 于洋.測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009. Yu Yang.Network technology and application ofmeasurement and control system［M］.Beijing；Mechanical Industry press，2009.

［8］ 胡道遠(yuǎn).計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2010. Hu Daoyuna.Computer local area network［M］.Beijing：Tsinghua Univesity Press，2010.

Design of Video Acquisition Hardware of Monitoring System Based on PC DVR

You Xiangdong1，Yan Ming2
（1.The47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China；2.The Army 65042，Shenyang 110035，China）

At present，some video monitoring systems are designed based on embedded DVR.But the total frame rate of the embedded DVR only has dozens of frames，so when the Multiplexed video is played back，the lost images and delayed phenomenon will appear.In order to overcome the shortcomings，the PC DVR video surveillance system is used.The hardware components and theworking principle of the system are introduced，and the video acquisition circuit，composed of the chips such as TW6805，74hc4051 and AMS117，are used.The hardware connection is realized by connection of the acquisition card and client server，and the real-timemonitoring between the camera and the server and the video transmission between the server and the client terminal are realized aswell.

Monitoring system；Video acquisition；Peripheral circuit；Working principle；Acquisition module；Chip TW6805；Video acquisition

10.3969／j.issn.1002-2279.2016.06.015

TN492

A

1002-2279（2016）06-0061-03

由向東（1988-），男，遼寧省丹東人，學(xué)士，助理工程師，主研方向：測(cè)控技術(shù)與儀器。

2016-05-17