DVR概念澄清、现状及发展趋势

    从数字录像技术的起源引出DVR的概念，并对当前国内电视监控领域对于DVR分辨率参数的混乱叫法进行了澄清说明，然后对DVR带动相关产业的发展进行了描述，最后简单指出了DVR的发展趋势。

    数字录像技术起源于20世纪70年代。早在1978年，英国广播公司（BBC）就研制成功了世界上第一台数字磁带录像机。但因为当时的数字视频压缩技术还很不成熟，并且也没有统一的国际标准，因此将模拟视频信号数字化后的数据率极高，磁带消耗量巨大，难以付之实用。经过了近10年的努力，实用的数字录像机才终于在80年代未登台亮相，但由于价格极高，磁带消耗量仍然很大，这种数字录像机仅是以高档设备的形式被应用于广播电视系统，而在闭路电视监控系统中难觅其踪影。
然而，到了20世纪90年代中后期，几乎没有经过数字磁带录像机的过渡，数字硬盘录像机（简称DVR，Digital Video
Recorder）便像旋风一样突然出现在闭路电视监控领域。这显然应得益于计算机技术、数字视频压缩处理技术和超大规模集成电路技术的飞速发展。从1993年英国DM公司（Dedicated
Micros
Ltd）首先推出应用于闭路电视监控领域的数字硬盘录像机开始，日本的池上（Ikegami）、美国的INTELLEX和德国的MULTISCOPE等数字硬盘录像机相继于90年代中后期进入电视监控领域。特别是进入21世纪后，计算机及其配件的性能价格比不断取得新的突破，使得基于计算机（工控机）插卡形式的数字硬盘录像机迅速遍及整个电视监控市场，而嵌入式硬盘录像机随后也接踵而上，并以其灵巧的外观和相对稳定的工作性能而越来越受到广大闭路电视监控系统用户的青睐。为此，全国安全防范报警系统标准化技术委员会（SAC/TC100）还专门制定了《安防视频监控数字录像设备技术要求》。
DVR的现状及其分辨率参数的澄清

    经过近十来年的发展，如今的DVR无论是在硬件方面还是在软件方面都已很成熟，并已几乎成为当今闭路电视监控系统中的必选记录设备。然而，由于DVR的构成形式是多样的：既有基于工控机（或普通PC）插卡式结构的（插卡本身可能基于DSP或ASIC），也有基于DSP、ASIC等芯片的嵌入式一体化结构的，且各种结构的DVR的视频压缩算法、分辨率、记录或传输码流的带宽等诸多技术参数都不尽相同，使得当今电视监控领域对于DVR的宣传及理解并不十分规范，一些指标参数容易引起歧义。以下仅对DVR分辨率参数进行澄清说明。

    DVR的分辨率不是从显示效果来说的，而是从构成数字视频的原始像素的数量来说的（通常以“水平像素数×垂直像素数”来表示），因此它与摄像机以线数表示的分辨率并没有严格的锁定关系，但却有一定的因果关系。一般来说，构成数字视频的原始像素数越多，在一定屏幕面积上显示时的图像的分辨率就越高（所能分辨的线数就越高）。但是，对同样原始像素数的数字视频来说，如果采用的处理技术不同（比如压缩算法不同、压缩率不同），显示时的图像质量（分辨率）就不一定相同了。由此不难想象，对于同样为704×576像素（即DVD图像的分辨率）的原始视频图像来说，如果不压缩或少压缩，在监视器上显示时的分辨率可能达到550线以上，而如果为了高效地存储或传输而采用了比较高的压缩比，在监视器上显示时的分辨率就可能连500线也到不了了。如此说来，704×576像素的分辨率是高？是低？显示分辨率显然是不能确定的，因为704×576像素只是表明了源信号的分辨率。不过，在同样尺寸的监视器屏幕上以全屏方式显示时，它通常比352×288像素（即VCD图像的分辨率）的数字视频信号的分辨率要高许多了。

    值得一提的是，在电视监控领域，有很多人将704×576像素的分辨率称为D1分辨率，但也有人将720×576像素的分辨率称为D1分辨率，这就产生了歧义！以至于有人为了区别两种不同的D1，将720×576像素的分辨率称为“纯D1”分辨率。那么D1到底为何？

事实上，自前国际无线电咨询委员会（CCIR）于1982年提出了全数字演播室标准――CCIR 601建议书（由于CCIR后来成为国际电信联盟的无线电委员会，简称为ITU-R，因此CCIR 601建议书后来也改称为ITU-R 601建议书）以后，该标准很快也成为整个数字视频信号处理业界的统一标准，因为绝大多数从事数字视频产品研发、生产的厂家都依据这一标准进行相关产品的设计与生产，人们对数字视频也由此达到共识。正是因为如此，日本索尼（SONY）公司于1986年首先推出了依照ITU-R 601标准的第一代数字磁带录像机DVR-1000，并将该录像机的格式命名为D1格式（这里，“D”表示Digital，即“数字”；“1”表示第一代），并得到业界认可。而在索尼公司的D1格式录像机面世后，在广播电视界还又相继出现了诸如D2、D3、D5、HD-D5、D6、D9等其他数字磁带录像机格式，其中D6为非压缩高清格式，HD-D5为压缩高清格式。

ITU-R 601标准规定了对视频亮度信号和两个色差信号的取样频率分别为13.5MHz、6.75MHz、6.75MHz，每帧画面的像素数为720×576。此后，有人借用了索尼公司D1格式数字磁带录像机的源信号分辨率，将可提供720×576像素幅面录像功能的数字硬盘录像机的图像分辨率也称为D1分辨率，使得第一代数字磁带录像机的记录格式代号在电视监控领域又增加了分辨率大小的含义，并且这种叫法也已被闭路电视监控业界认可并广为流传。不幸的是，在流传过程中，有人甚至将DVD所支持的704×576像素幅面的分辨率也称为D1分辨率，并也已被部分业内人士所接受，这显然会与稍高些的720×576像素的分辨率相混淆。由于每个扫描行所有的704个亮度样点数毕竟少于720个样点，图像的水平分辨率也因此略有下降，因此，对于704×576像素幅面的分辨率还是应以4CIF（即由4个352×288像素幅面的CIF图像按2×2拼接组合而成）为正确的叫法。
除了D1分辨率的叫法，在电视监控业内，又有人提出了“Half D1”的叫法，也即所谓半个D1分辨率（704×288像素幅面的分辨率），进一步容易引起混淆。除了720与704的差别外，这“半”是指在垂直方向减半？还是在水平方向减半？还是像素总数减半（仍近似保持4:3的画面宽高比）？好在从MPEG-2压缩标准开始支持隔行扫描，因此这“半”其实相当于1场画面。这样，当在显示器上显示时，为了保持原有的画面比例，这“半个D1”的画面必须采用倍行或行间内插技术而构成完整的1帧画面，否则，画面在显示时是呈“压扁”状的。

    更有甚者，在有些厂商的宣传资料上，还将“Half D1”简写为HD，这就更容易引起混淆了。其实在广播电视业界，HD通常是指“高清晰度”或简称“高清”，即High Definition，如HDTV（高清晰度电视），其分辨率可达到1920×1080（或1440×1080），而以SD（Standard Definition）代指“标准清晰度”或简称“标清”（分辨率为720×576）。如此说来，为了不产生混淆，业内人士只能时刻铭记此HD分辨率非彼HD分辨率了。或者，将来闭路电视监控系统也过渡到以高清晰度电视实现时，比照高清晰度数字磁带录像机，把那时的分辨率称为D6分辨率了。

    其实，之所以出现半个D1分辨率的说法，完全是受限于当时的硬件（芯片）的处理能力，并利用了现行电视信号1帧画面由2场构成的特点。另外也考虑了数字视频信号在传输时的带宽问题。随着DSP或ASIC芯片的时钟频率及处理能力的不断提高，前几年的嵌入式硬盘录像机或网络视频服务器的实时视频信号处理能力已可以从单一的CIF（分辨率为352×288）扩展到2个CIF，但一时还无法实时处理4个CIF幅面大小的单一视频，而2个CIF合并（水平拼接）起来可达的分辨率为704×288，相当于隔行扫描标准清晰度电视1场信号的样点数（标准清晰度电视采用MPEG-2压缩标准，而MPEG-2支持隔行扫描，1场信号的亮度样点数为720×288；DVD也是采用MPEG-2压缩标准，1场信号的亮度样点数为704×288），因此有厂商即最大限度地利用DSP的资源，开发出来支持704×288源信号分辨率的DVR产品，它毕竟比CIF的样点数提高了一倍，或者，至少是图像的水平分辨率提高了一倍。不过，在显示时，如果不加任何处理，在逐行扫描的显示器上只能显示出在垂直方向上压扁了一半的图像，而为了达到满幅显示，还需要通过一定的算法将垂直方向的样点数（即每一列的样点数）补足到576点，例如：简单地采用倍行技术（每行像素连续在相继两行上显示），或是采用垂直内插方法（根据上下两行对应点的像素值通过求平均计算出中间点的像素值，并显示）。

    正是受制于芯片的处理能力，并兼顾视频传输的带宽问题，当时确实有厂家推出了另一种“半个D1”分辨率的DVR产品，即将704×576的像素总数减半为528×384（与704×288的像素总数一样），其显示时的画面大小则介于4CIF与CIF之间，无需内插（当然，可以借助内插技术实现图像的放大显示）。
DVR带动了相关产业的发展

    DVR对于中国安防业发展的贡献绝不仅仅是多养活了几个以此为业的公司，从最开始的韩国板卡、台湾卡，到中国企业开始自己生产板卡；从M-JPEG、MPEG-1、MPEG-4到后来的H.264；从CIF分辨率到现在的4CIF、D1分辨率；从插卡式主机到嵌入式主机，中国的企业在这个领域一步步走来，一点点壮大，中国的民族品牌也打破了国外品牌的垄断，一些优秀企业的产品甚至推向了国外。

    DVR的快速发展让利润日渐单薄的IT业看到了一丝新希望，公司里每逢碰到大项目就有堆积如山的主板、CPU、内存、硬盘，动辄上百套的采购量不能不让卖这些产品的经销商眼前一亮。在电子市场那些攒机器的公司也都打起了卖硬盘录像的生意，组装一台PC机的利润大概200元左右，而在上面