大路數(shù)嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻編解碼器的技術(shù)實現(xiàn)

  一、概述

    隨著視頻監(jiān)控的數(shù)字化，網(wǎng)絡(luò)化時代的到來，越來越多的模擬監(jiān)控系統(tǒng)被數(shù)字網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)所取代，同時監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)量越來越多并且越來越密。這不僅要求在監(jiān)控前端部署網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，而且要求在大型視頻監(jiān)控中心或指揮中心部署網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器，以滿足網(wǎng)絡(luò)視頻圖像解碼上監(jiān)視器、電視墻的目的。

    網(wǎng)絡(luò)視頻解碼服務(wù)器能夠通過自身的網(wǎng)絡(luò)接口從網(wǎng)絡(luò)上接收一路或多路的數(shù)字視頻碼流（可能是MPEG4、H.264、MJPEG等等不同格式的碼流），將這些數(shù)字視頻碼流進(jìn)行解碼，并且轉(zhuǎn)換成視頻模擬信號，然后輸出給監(jiān)視器。

    目前，在視頻監(jiān)控領(lǐng)域中已經(jīng)有了各式各樣的網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器，但是多以單路產(chǎn)品為主，4路、8路以上的解碼產(chǎn)品極少，這使得網(wǎng)絡(luò)視頻上電視墻的時候，需要多套解碼器并聯(lián)工作才能滿足需求，也給設(shè)備管理帶來了諸多不便。因此，網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控，需要8路、16路甚至32路這樣的大路數(shù)網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器以構(gòu)建完整的全I(xiàn)P解決方案。

   二、技術(shù)瓶頸

    目前，對于大路數(shù)嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器的設(shè)計還存在很多瓶頸問題，這些問題如果不能有效的解決，大路數(shù)網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器就無法真正產(chǎn)品化。

    1、 單板尺寸過大

    隨著路數(shù)的倍增，在目前的設(shè)計思路下，硬件單板的單板尺寸也會大面積增長。如果達(dá)到32路或者32路以上，即使布局再精細(xì)，這塊集成了32路解碼能力的板子也會達(dá)到一個驚人的尺寸，并且電路及其復(fù)雜，不但難以調(diào)試，而且無法使用。

    2、 生產(chǎn)加工難度高

    超大的硬件尺寸，復(fù)雜的電路都是目前的生產(chǎn)能力達(dá)不到的。如果生產(chǎn)的合格率過低，次品率超高，這樣的產(chǎn)品是沒有實用價值的。

    3、 故障不可控制

    由于在一個單板上集成了大路數(shù)的視頻解碼，即使有一路出現(xiàn)故障，也很有可能導(dǎo)致整個整個系統(tǒng)陷入癱瘓。不能隔離和控制故障，很難使產(chǎn)品真正的有實用性。

    4、 產(chǎn)品難以維護(hù)

    一旦這樣的產(chǎn)品出現(xiàn)故障，維修人員是很難迅速解決問題�？赡芤�經(jīng)過長時間的復(fù)雜調(diào)試和診斷，才能修復(fù)，這一點(diǎn)顯然使大路數(shù)視頻解碼器很難有實用價值。

    三、技術(shù)實現(xiàn)

    進(jìn)行大路數(shù)嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器的設(shè)計，必須從設(shè)計上克服上述瓶頸問題，才能使大路數(shù)網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器具有商用價值。其實，大容量產(chǎn)品的設(shè)計在電信領(lǐng)域中已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用，如電信級的大容量以太網(wǎng)交換機(jī)，容量從幾路到幾百路甚至更多，其電路的復(fù)雜程度也相當(dāng)高，但是，大容量、高穩(wěn)定性已經(jīng)成為這些電信級產(chǎn)品的基本特性。

    本文將借鑒電信級大容量網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的設(shè)計思想，應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)視頻解碼服務(wù)器的設(shè)計中，提出了一種針對大容量嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器的設(shè)計思想。這樣的設(shè)計思想同樣適合于大容量嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的開發(fā)。

    1、 硬件功能的模塊化設(shè)計

    在硬件設(shè)計上，必須根據(jù)功能進(jìn)行模塊化設(shè)計。硬件功能的模塊化要盡量細(xì)一些，模塊分工要明確。當(dāng)然，由于各個產(chǎn)品的需求并不完全一樣，硬件功能劃分也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。下面以卓揚(yáng)科技的VE2016網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器為例，描述這款網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器的硬件功能劃分。

    硬件功能模塊劃分：

    主控模塊

    主控模塊主要完成系統(tǒng)的控制，包括網(wǎng)絡(luò)的輸入輸出控制，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)流的傳輸控制等。

    視頻解碼模塊

    視頻解碼模塊主要完成各種視頻碼流的解碼。這里的視頻解碼模塊又以每四路視頻解碼為一個模塊單元，完成4路的視頻數(shù)據(jù)解碼，4個這樣的模塊單元就可以完成16路的視頻數(shù)據(jù)解碼。

    視頻顯示模塊

    視頻顯示模塊完成將解碼后的視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出到監(jiān)視器上進(jìn)行顯示。這里的視頻顯示模塊分成4路的視頻顯示模塊單元和視頻分屏顯示模塊單元，這樣可以在16個監(jiān)視器上觀看16路的視頻數(shù)據(jù)，也可以在一個監(jiān)視器上分屏觀看16路視頻數(shù)據(jù)。

    硬件功能模塊劃分是大容量視頻解碼服務(wù)器設(shè)計的基礎(chǔ)，根據(jù)上面的劃分，也可以輕松設(shè)計一款32路網(wǎng)絡(luò)視頻解碼服務(wù)器的各個硬件功能模塊。實現(xiàn)了硬件的功能劃分，而且功能劃分盡量合理的細(xì)致，才能為后期實現(xiàn)各個功能模塊間自由組合打下一個好的基礎(chǔ)。

    2、 硬件結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計 

    要想實現(xiàn)大容量的思想，硬件結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計至關(guān)重要。電信業(yè)成熟的“子板－背板”設(shè)計思想可以移植到網(wǎng)絡(luò)視頻解碼服務(wù)器的設(shè)計中來。整個系統(tǒng)設(shè)計一塊背板和數(shù)個子板。背板允許各種子板插在上面，通常只負(fù)責(zé)子板間數(shù)據(jù)的傳輸；子板則全部插在背板上，完成具體的功能。所以，前面劃分的硬件功能都應(yīng)該在子板上設(shè)計完成。同樣以卓揚(yáng)科技的VE2016這款16路的網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器為例，系統(tǒng)包含三類子板：

    主控子板。該子板只有1塊，完成主控模塊定義相關(guān)的功能；

    視頻解碼顯示子板。該子板共有4個，其實是將4路視頻解碼功能模塊和4路視頻顯示功能模塊集成到了一起。這樣，4塊這樣的子板就可以完成16路視頻的解碼輸出了；

    視頻分屏顯示子板。該子板有1個，完成視頻分屏顯示模塊定義的功能；

    這樣，就將一個龐大的、復(fù)雜的16路的視頻解碼系統(tǒng)分解成若干個小的子板，每個子板只完成自己的功能，組合起來完成這么一個龐大的、復(fù)雜的功能。

    從上面的子板設(shè)計來看，可以通過擴(kuò)充4路視頻解碼顯示子板的個數(shù)來擴(kuò)大系統(tǒng)解碼容量，達(dá)到更大的視頻解碼容量。更換更高性能的主控制子板可以提高整個系統(tǒng)的性能。采用“子板－背板”硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計后，子板的功能簡單，尺寸極小，系統(tǒng)具有更強(qiáng)的可擴(kuò)容性，更大的靈活性。 

    3、 規(guī)范的總線系統(tǒng)設(shè)計

    采用了“子板－背板”的設(shè)計理念，子板和子板之間的數(shù)據(jù)交互就變得十分重要了。子板和子板的數(shù)據(jù)交互完全是依靠系統(tǒng)的總線來完成的。對整個系統(tǒng)來說，規(guī)范化的總線系統(tǒng)設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計成功的有效保障。同樣以卓揚(yáng)科技的VE2016產(chǎn)品為例，子板和子板之間的數(shù)據(jù)交互定義了自己的“上海卓揚(yáng)科技有限公司總線系統(tǒng)規(guī)范”，這套總線系統(tǒng)規(guī)范容納了當(dāng)前系統(tǒng)中所有的子板間的數(shù)據(jù)交互，同時也考慮到后期產(chǎn)品的擴(kuò)容性。

    4、 軟件的模塊化設(shè)計

    軟件的模塊化設(shè)計思想在產(chǎn)品中本來就應(yīng)該存在了。對于大容量的可擴(kuò)容產(chǎn)品，軟件的模塊化設(shè)計更應(yīng)該考慮到產(chǎn)品的擴(kuò)容性。允許產(chǎn)品任意的增加或者減少解碼路數(shù)。

    四、產(chǎn)品優(yōu)勢

    根據(jù)上面的設(shè)計思想，大路數(shù)嵌入式網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器的設(shè)計不僅克服了前面提到的瓶頸問題，同時具備了更多的特性。

    1、 超大容量

    通過增加相關(guān)的功能子板，產(chǎn)品將具備更大容量。以卓揚(yáng)科技VE2016網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器為例，目前是16路的解碼器，但是可以通過增加解碼顯示子板使系統(tǒng)具備20、24、28路甚至更高的解碼輸出容量。

    2、 平滑擴(kuò)容

    產(chǎn)品可以根據(jù)用戶的需要隨時方便的增加解碼路數(shù)和減少解碼路數(shù)。當(dāng)用戶需要增加解碼路數(shù)的時候，只需要多插入一塊解碼顯示子板就可以了；如果用戶需要減少顯示路數(shù)，也只需要從當(dāng)前系統(tǒng)中拔出一塊解碼顯示子板就可以了。

    3、 穩(wěn)定性高

    系統(tǒng)的模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)的模塊化設(shè)計，使產(chǎn)品易于調(diào)試，生產(chǎn)及維護(hù)，從而使產(chǎn)品具有更高的穩(wěn)定性。這一點(diǎn)，電信業(yè)產(chǎn)品的高穩(wěn)定性運(yùn)行已經(jīng)可以證明這樣的設(shè)計思想將帶來更高的穩(wěn)定性。

    4、 便于維護(hù)

    在這樣設(shè)計思想下，一旦某一路發(fā)生故障，最多影響其所在的子板，而其它子板都能夠繼續(xù)照常工作，故障不具有無限波及性，錯誤被限制在一個很小的范圍內(nèi)，這為設(shè)備維護(hù)、檢修帶來了很大的便利。

    5、 擴(kuò)展性強(qiáng)

    由于功能都是在子板上完成，我們只要設(shè)計出不同功能的子板就可以擴(kuò)展產(chǎn)品的功能。如卓揚(yáng)科技的VE2016網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器，只要將其中的解碼顯示子板更換成視頻編碼子板，就變成了一款大容量嵌入式的網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器。

    五、典型應(yīng)用案例

    網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器將攝像頭產(chǎn)生的模擬圖像信息進(jìn)行壓縮、編碼處理后，通過網(wǎng)絡(luò)口送入局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。

    在監(jiān)控中心，VE2016網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器通過以太網(wǎng)口，接收源網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器的數(shù)字視頻碼流， 并進(jìn)行解碼，通過BNC接口將解碼后的圖像在監(jiān)視器或者電視墻上進(jìn)行還原顯示，一臺VE2016解碼器可同時連接16臺監(jiān)視器。VE2016網(wǎng)絡(luò)視頻解碼器同時內(nèi)置虛擬矩陣功能，它可以實現(xiàn)從上千個網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器中任意選擇16路視頻源進(jìn)行解碼顯示，并可以分組輪詢顯示。

    在監(jiān)控中心，通過管理主機(jī)上運(yùn)行的客戶端視頻管理軟件，可以對多個視頻服務(wù)器及解碼器進(jìn)行用戶管理、設(shè)備管理及圖像存儲管理，以保證合法用戶的接入、實時監(jiān)控以及設(shè)備的正常運(yùn)行。

    該產(chǎn)品滿足了網(wǎng)絡(luò)化時代對分布監(jiān)控、遠(yuǎn)程訪問、集中管理的要求，實現(xiàn)了與模擬監(jiān)視終端的無縫融合，可以廣泛適用于公安、軍事、道路交通、大型企業(yè)、學(xué)校、銀行、機(jī)場、地鐵、智能小區(qū)等各個領(lǐng)域的監(jiān)控。