基于PC式DVR的监控系统视频采集硬件设计

基于PC式DVR的监控系统视频采集硬件设计
由向东;严明
【摘要】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 the working 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-time monitoring between the camera and the server and the video transmission between the server and the client terminal are realized as well.%目前，部分视频监控系统是基于嵌入式DVR设计的，但由于嵌入式DVR 的录像总帧数只有几十帧，在多路视频回放的时候，我们往往可以看到图像有丢帧或延迟现象。

为了克服这一缺点，我们采用PC式DVR对监控系统进行设计。

首先介绍了监控系统的硬件组成部分及其工作原理，其次重点对视频采集模块进行选取，详细介绍视频解码芯片TW6805的功能和特点，从硬件方面设计了由
TW6805、74HC4051及AMS1117等芯片组成的视频采集电路，通过采集卡与视频服务器PCI接口、路由器以及客户服务器的逐次连接，实现硬件连接。

最后实现摄像头与服务器之间的实时监控，以及服务器端与客户端的视频传输。

【期刊名称】《微处理机》
【年(卷),期】2016(037)006
【总页数】3页(P61-63)
【关键词】监控系统;视频采集;外围电路;工作原理;采集模块;芯片TW6805;视频传输
【作者】由向东;严明
【作者单位】中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032;65042部队，沈阳 110035
【正文语种】中文
【中图分类】TN492
随着社会的发展进步，视频监控技术由于方便［1］、实时性好、直接等优点不但被现代大工厂、娱乐场馆等公共场所广泛应用，而且也出现在私人家庭、公司办公等地方。

视频监控越来越靠近人民的生活，由此，人们随着科技、意识等发展和进步，对视频监控系统的要求也随之改变。

总体来说，视频监控系统经历了模拟时代、半数字时代、全数字时代三大发展历程。

在全数字视频监控系统时代，视频从图像采集即为数字信号，网络传输，基于TCP／IP协议［2］，采用流媒体技术实现多路复用传输，通过网络虚拟矩阵，对整个监控系统进行控制、调度、存储等。

现代的视频监控系统已经进入了全数字时代。

可以进行报警、巡视、门禁等功能，大多实际应用于安防系统。

系统设计的硬件由摄像机、同轴电缆、BNC接头、视频采集卡、网卡、路由器［3］、双绞线、监控前端视频服务器、以及远程客户机组成。

其中监控端视频服务器基于WIN7系统，图1是系统工作的原理框图。

其工作原理：首先摄像头对视频图像进行捕捉，通过同轴电缆与视频采集卡连接，视频采集卡将采集到的视频模拟信号转化为数字信号，并通过PCI接口将数字信号传送给服务器。

计算机的CPU对数据进行H.264压缩［4］，然后将压缩的数据储存在硬盘上或通过以太网将数据传输给客户端的计算机［5］。

3.1 视频采集模块选取
视频信号的采集一般有两种方法：一种是传统方式，即采用高速模数转换器对视频信号进行模数转换，需要采用同步信号分离电路将视频信号中的各种同步信息提取出来。

对于黑白视频信号，只需要一个模数转换器，对于彩色视频信号的采集则需要多个模数转换器。

采用位数越高的模数转换器恢复图像的层次感越强，但是提高位数的同时也带来数据量的大幅度增长。

对于同步信号的提取可以采用幅度分离法将复合同步信号分离出来，或是采用专用同步信号提取芯片，比如LM1881。

明显看到这种传统方式的视频采集电路非常复杂，稳定性也不是很好。

目前最为常用的方法就是采用视频编码芯片进行视频信号的解码，本系统设计用到了TW6805编码芯片。

3.2 TW6805芯片特点
TW6805是多通道音视频传输，单芯片集成4通道高质量NTSC／PAL／SECAM 的视频解码器，将模拟复合视频信号转换为数字分量YCbCr数据，采用自适应
4H梳状滤波器以减少亮色分离的串扰，拥有高效的DMA控制器，充分利用PCI 总线带宽保证音视频数据的高效传输。

其特点如下：
·具有4个模拟信号输入，可通过软件选择其中任意通道
·集成4个10-bit ADC和模拟钳位电路，支持CVBS输入
·Y通道具有完全可编程的静态增益或自动增益控制
·CVBS通道可编程White Peak控制
·高性能自适应4H梳状滤波器
·PAL Delay line纠正色彩相位错误
·2D峰值和CTI图像增强技术
·数字子载波PLL增强同步信号处理和像素采样
·领先的同步检测和处理技术支持非标准信号和弱信号处理
·可编程的色调、饱和度、对比度、亮度控制
·支持Macrovision标准的版权保护级别检测
·可编程的视频剪切输出
3.3 视频采集电路
视频信号采集是采用TW6805视频编码芯片进行视频信号的解码。

图2为视频采集电路。

从图2可以看出4路的复合视频信号通过被多路选择器74HC4051选择从端口MUX中输入，在视频输入的前端有电阻与电容组成的高通滤波器将低频干扰信号滤除，单芯片集成4通道高质量NTSC／PAL／SECAM视频解码器，将模拟复合视频信号转换为数字分量YCbCr数据。

该设计采用外部晶振为TW6805提供
27MHz时钟，采用AMS1117芯片组成的电源电路为TW6805芯片提供1.8V的电压，TW6805这个集成化芯片使得视频采集电路的设计非常简单，稳定性好，通用性强。

图3为芯片供电电路。

建立完整的视频网络传输监控硬件系统［6］，主要有两方面的接口要实现：一是视频采集卡和视频服务器之间的接口连接：二是视频服务器和路由器之间的网络连接［7-8］（如图4所示）。

首先摄像头与视频采集连接是通过两端带BNC接头的同轴电缆（型号为SYV 75-3）连接的，此同轴电缆的最长传输距离为100m，视频采集卡与视频服务器连接是通过PCI接口连接，此接口可以即插即用。

视频服务器与路由器连接和路由器与客户端连接都是通过双绞线。

通过视频采集硬件设计，了解到视频信号的采集过程，最后通过硬件连接，成功实现了服务器端与客户端的实时监控。

【相关文献】
［1］韦锦山.网络视频监控系统的新发展［J］.通讯世界，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.路由器原理与应用［M］.北京：人民邮电出版社，2005. Wei Liang.The Principle and Application of Router［M］. Beijing：The people＇s posts and Telecommunications Press，2005.
［4］曹超广.基于H.264的网络分布式视频监控系统的设计［D］.长沙：国防科技大学，2004. Cao Chaoguang.Design of a distribution network video monitoring system based on
H.264［D］.Changsha：National University of Defence Technology，2004.
［5］王延尧.以太网技术与应用［M］.北京：人民邮电出版社，2005. Wang Yanyao.Ethernet Technology and Application［M］. Beijing：The people＇s posts and Telecommunications Press，2005.
［6］詹青龙，常承阳，顾建锋.网络视频技术［M］.北京：清华大学出版社，2010. Zhan work Video Technology［M］.Beijing：Tsinghua University Press，2010. ［7］于洋.测控系统网络化技术及应用［M］.北京：机械工业出版社，2009. Yu work technology and application ofmeasurement and control system［M］.Beijing；Mechanical Industry press，2009.
［8］胡道远.计算机局域网［M］.北京：清华大学出版社，2010. Hu puter local area network［M］.Beijing：Tsinghua Univesity Press，2010.。