数字硬盘录像基础知识

数字硬盘录像基础知识

数字硬盘录像基础知识

关于视频图像及伴音压缩有多种标准，但以往真正应用广泛的、很成熟的标准主要是用于静态数据压缩的JPEG（目前有应用于动态图像压缩的MJPEG）和用于电视电话、会议电视图像压缩的H.261。现在MPEG2也已广泛用于高质量图像压缩，如DVD产品等。

为什么目前的DVR产品大都采用MPEG4压缩标准呢？在图像及伴音质量方面，它远高于电视电话的图像及伴音质量，与VHS录像机的图像质量和光盘CD-ROM的放像质量相当。即使在通常的计算机显示屏上这些质量也是基本令人满意的。在存储方面，可以存储于多种媒体如光盘，数字录音带DAT，硬盘，可写光盘等。在压缩率或传输码率方面，普遍认为符合目前计算机网络的传输码率，以MPEG4的压缩比在目前容量的硬盘上可以存储一个月甚至更长时间的视音频数据（根据选择的压缩比和硬盘大小决定）。由于目前采用了一种可变码率的MPEG4压缩方法，给用户在容量和质量的选择上以更大的自由空间。在视频图像传输方面，压缩存储的图像可转存于光盘形成国内应用广泛的VCD格式，方便日后查看。

3.2 文件系统

数字硬盘录像系统的录像文件搜索查询功能要做到强大、高效、准确、方便实用。

对用户而言，一切与Windows系统有关的文件操作都应是透明的，即用户无需知道文件怎样放置，怎么样查询，以及如何自动覆盖。当用户查找到某一文件时他甚至无需知道文件存放在哪个硬盘上。这样就增强了对系统的安全保护，也极大地方便了用户。

在JH8000系统中的文件操作封装了快速文件的查找，文件大小的判断，逻辑硬盘的快速搜索，最小空间的快速判断，文件属性的快速动态修改，以及在硬盘总空间非常小时对报警的快速处理等。快速文件按摄像机通道号及日期时间排序。同时，对于文件备份，该系统封装了快速动态查找备份盘的函数，而且为文件备份单独开了一个线程，使备份能与系统其它操作同时进行而不相互影响。通过对文件属性的判断实现数据备份，在重要文件来不及备份前先实行有效地保护。在后台录像，前台播放历史文件时，把正在播放队列中的文件进行保护，使之不受系统自动覆盖的影响。

此外该设备在系统录像启动后会自动启动一个时钟，这个时钟每过一分钟自动侦测当前正用于录像的硬盘空间大小，如果空间不够会自动跳转查找下一个或上一个空间较大的硬盘，文件系统相应地做出处理。如果总的硬盘空间不够，系统会启动自动或手动覆盖方式，覆盖最早一天的部分未保护文件，并给出相应的提示。

总之，数字硬盘录像系统的文件系统要给用户一个安全、快速、方便的文件操作手段。

3.3 图像处理

图像处理也是数字硬盘录像系统的一个重要方面。对于历史影像的重现和处理可有助于对重要事件画面的辨认。

1．图像变换

图像变换，主要是指数字图像的几何变换，或称为图像的空间变换，即图像中点与点之间的空间映射关系。图像变换是图像变形的基础，被广泛应用于遥感图像的几何校正、医学成像、计算机视觉、电视监控以及电影、电视和媒体广告等的影像特技处理中。

数字图像的几何变换或空间变换，是指一种建立一幅图像与其变形后的图像中所有各点之间映射关系的函数，可表示为：

[x，y]=[X(u，v)，Y(u，v)]

或

[u，v]=[U(x，y)，V(x，y)]

式中，[u，v]表示输入图像中像素的坐标，[x，y]表示变换后的坐标。X，Y，U，V表示惟一确定空间变换关系的映射函数，即它们惟一地定义了输入图像和输出图像中所有点之间的几何（或空间）对应关系。X，Y将输入映射到输出，称为前向映射（Forward mapping）；U，V将输出映射到输入，我们称之为逆向映射（Inverse mapping）。在数学关系上体现为实数集到实数集的映射。

但是，数字图像的像素坐标必须采用离散的整数来表示。因此，对于这种从整数集到实数集的映射，在需要将实数集离散成整数集时，可能会产生两个问题，即产生洞孔或重叠。将连续的采样点映射到输出栅格的稀疏位置时，有的栅格点不能被映射到，这就是所谓的洞孔现象；当两个或多个采样点映射到同一像素位置上，就产生了所谓的重叠现象。由于图像变换是一种一一对应的映射关系，因此只要出现洞孔，就一定存在重叠，反之亦然。

为了避免上述情况，在映射过程中必须进行一定的处理，如相交检测、非均匀采样等。因此，前向映射需要很大的时间和空间开销。

我们知道，空间变换在频域体现为乘积关系，在空间域上就体现为卷积关系。卷积可以简单地看成加权求和的过程。卷积时使用的权通常用一个很小的矩阵来表示。为了保证图像处理的实时性和图像处理的效率，我们通常采用一个3×3的变换矩阵来表示这种变换关系。例如，我们在应用程序中就是采用3×3的变换矩阵。其变换表达式为：

[ra，ga，ba]=[rb，gb，bb]T

式中，ra，ga，ba为变换后空间各点的R、G、B值，rb，gb，bb为变换前空间各点的R、G、B值，T 为3×3的变换矩阵。为了保证图像不溢出失真，且不改变图像的亮度信息。T变换矩阵必须保证总的权重为1。

2．图像处理

图像处理就是用一系列特定的操作来改变图像的像素，以达到特定的目标，比如使图像变得更清晰，或从图像中提取某些特定的信息等。数字图像处理是现代图像处理的主要方法，它具有再现性好、精度高、适用面广和灵活性大等优点。现在较通行的图像处理方法是区域处理法，即输出的像素值不仅与输入的像素值有关，而且与输入像素在一定范围内的相邻像素值有关。数字硬盘录像系统中采用的图像处理方法就是区域法。

(1) 图像平滑（或称柔化）

在图像处理中，我们采用低通滤波的方法实现图像的平滑。低通滤波的基本思路是保留空间频率的低频成分，减少图像的高频成分。低通滤波可以降低图像中的视觉噪声，同时除去图像中的高频部分以后，图像中那些原本不很明显的低频部分就更容易识别了。

低通滤波可用卷积的方法来实现，低通滤波的截止频率由卷积核的大小及卷积系数所决定，用于低通滤波的卷积核叫做低通滤波器，低通滤波器应具备以下特征：

(a) 卷积核的行数、列数（即卷积核的大小）为奇数，通常为3；

(b) 卷积系数以中心点为中心对称分布；

(c) 所有的卷积系数都为正数；

(d) 距中心点较远的卷积系数的值较小或保持不变；

(e) 为了不改变图像的亮度，所有的卷积系数之和为1。

下面的低通滤波器是本系统为实现图像平滑所采用的滤波器：

1/16 1/8 1/16

1/8 1/4 1/8

1/16 1/8 1/16