一、數(shù)字硬盤錄像機簡述：數(shù)字硬盤錄像機（DVR：DigitalVideoRecorder）zui初應用于金融、交通等安防監(jiān)控領域，攝像頭等影像采集設備將所需監(jiān)控內(nèi)容以特定格式保存在硬盤中，從而可以在任意時間選擇任意內(nèi)容進行回放。由于存儲介質(zhì)基于硬盤而非傳統(tǒng)的磁帶，我們簡單地稱之為“硬盤錄像機”。通過配置，數(shù)字硬盤錄像機可以輕松地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換、加密存儲、遠程控制、碼率控制及多通道同時錄制及回放，這些基于近年來電子及通信行業(yè)新技術的特性使它在監(jiān)控領域*取代了基于傳統(tǒng)磁帶介質(zhì)的傳統(tǒng)錄像手段。這些新特性，尤其是其高可靠性和重用性，對于電視制播行業(yè)而言同樣非常誘人。
但是，和電子監(jiān)控領域不同，電視行業(yè)對于錄像機的要求不僅僅是要“有”錄放功能，而是要求達到“高質(zhì)量”的錄放功能。換句話說，要求錄像機的圖像質(zhì)量必須達到或接近廣播級，即達到CCIR601（ITU601）文件所規(guī)定的演播室數(shù)字視頻標準，諸如取樣率為13.5MHz、量化比特至少為8比特、取樣比4:2:2、標準數(shù)據(jù)碼流27MB/s等等。同時，由于應用范疇的不同，電視行業(yè)對于錄像機的運用要求更高的可靠性、更長的平均*時間，更好的可維護性。因此，電視節(jié)目制播行業(yè)所用的硬盤錄像機在結(jié)構(gòu)上有很多不同于普通硬盤錄像機的特點，各公司又出于不同的考慮做出各自不同的設計。下面，先就廣播級多通道硬盤錄像機的系統(tǒng)構(gòu)成做個整體性解析。
二、多通道數(shù)字硬盤錄像機結(jié)構(gòu)解析
以系統(tǒng)構(gòu)成方式來分，硬盤錄像機通常可分為PC式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)。
1.PC式系統(tǒng) PC式系統(tǒng)以傳統(tǒng)計算機為硬件平臺。圖1為PC式系統(tǒng)的典型框圖。
圖1
圖中基本PC系統(tǒng)就是以主板、CPU、內(nèi)存、顯卡等構(gòu)成的普通計算機系統(tǒng)，PC系統(tǒng)式硬盤錄像機是在此硬件平臺上的改造和拓展。視音頻編/解碼器用于將不同制式和格式的視、音頻信號統(tǒng)一為符合廣播級視、音頻錄制播放的信號。視頻壓縮/解壓縮卡用于將編碼后的信號進行高比壓縮以利于傳輸和存儲，這兩個模塊通常是PCI接口的板卡。硬盤系統(tǒng)是硬盤錄像機zui為核心和重要的部分，一般以多塊SCSI接口硬盤組成冗余磁盤陣列（RAID：RedundantArraysofIndependentDisks），并可視不同使用情況組成高速海量的RAID0、保障數(shù)據(jù)安全的RAID1或是兩者兼顧的RAID3、RAID5。外圍I/O接口中，高速網(wǎng)卡用于進行數(shù)據(jù)快速傳輸、而串口用于控制信號的傳輸。考慮到節(jié)目制作的安全，硬盤錄像機一般加裝冗余電源和自動倒換開關或是大容量UPS以備不時之需。
軟件上，PC系統(tǒng)式硬盤錄像機多以MicrosoftWindow2000或linux這類簡潔穩(wěn)定的操作系統(tǒng)為軟件平臺。上層安裝必要的通信協(xié)議和人機交互軟件。
這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本容易控制。由于脫胎于PC系統(tǒng)，操作簡便直觀，也便于升級維護。當然，同計算機一樣，它也會有感染病毒、系統(tǒng)崩潰、數(shù)據(jù)損毀的潛在危險，但是一般正常規(guī)范地使用，它*可以滿足安全直播的要求。熟悉計算機維護的技術人員能排除大多數(shù)軟故障，而硬件故障也只要更換相應部件即可。
2.嵌入式系統(tǒng) 嵌入式系統(tǒng)是近年來的熱點課題，各行各業(yè)的電子設備中都越來越多地出現(xiàn)了嵌入式設計，數(shù)字切換臺、特技臺也有很多嵌入式產(chǎn)品。嵌入式系統(tǒng)一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及用戶的應用程序等４個部分組成，定義為“以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的計算機系統(tǒng)”。那么對于一個嵌入式的硬盤錄像機來說，它就是一個經(jīng)過裁剪的，可完成所有硬盤錄像機功能的zui小系統(tǒng)。圖2是一個典型的嵌入式硬盤錄像機的系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖2
DSP數(shù)字信號處理器負責控制工作流程、類似于CPU，不同的是DSP數(shù)字信號處理器多采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)和程序指令分開，相對于傳統(tǒng)CPU的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)有更高的效率。視頻編/解碼器用于實現(xiàn)視頻源選擇、濾波、A/D轉(zhuǎn)換、自動增益控制、多制式解碼及亮度、對比度和飽和度控制，從而將不同制式的模擬或數(shù)字信號統(tǒng)一成如ITU601所要求的標準格式。視頻壓縮/解壓縮芯片實現(xiàn)視頻信號的高壓縮比壓縮，當前常用的壓縮算法有很多，如DV25、DV50、MPEG2、MJPEG甚至更*的MPEG4、H.264，各個專業(yè)廠商也生產(chǎn)了各種基于不同算法的壓縮/解壓縮芯片。除了上述核心部件外，嵌入式硬盤錄像機系統(tǒng)還應當有SCSI、IDE或SATA的硬盤接口、I/O接口（BNC接口、串口等）、用戶操作面板及顯示設備接口。CPLD作為各模塊不同通信方式的橋梁，實現(xiàn)各模塊之間的數(shù)據(jù)通信。
這樣一套專業(yè)系統(tǒng)的設計難度大，工藝要求高，由于所有的軟硬件平臺集成在一起，這樣的系統(tǒng)幾乎無法升級，且難以維護，對DSP和外圍CPLD的刷新也必須專業(yè)人員才能操作。但相應的，由于集成度高，且是一個“zui小化系統(tǒng)”，可靠性高、容錯性好、易操作、低故障、數(shù)據(jù)安全都是此類系統(tǒng)的優(yōu)點。
上面以系統(tǒng)構(gòu)成方式為線介紹了廣播級多通道硬盤錄像機的結(jié)構(gòu)。當然，還可以有其它的分類方式：從操作方式上分，可分為機械式和軟件式；從操作系統(tǒng)上分，可分為Window2000和Linux；從壓縮算法上分，可分為DV25、DV50、MPEG2、MJPEG、MPEG4、H.264；從通道運用上分，可分為單錄多放、多錄單放、多錄多放。可以說，這些參數(shù)的搭配，使得廣播級多通道硬盤錄像機的設計呈現(xiàn)出百花齊放的現(xiàn)狀，很大程度上豐富了市場，豐富了用戶了選擇。
三、硬盤錄像機的特點
出于應用和維護上的考慮，江蘇電視臺新聞演播室和體育演播室選用的是ThomsonGrassValleyM322D硬盤錄像機，它是４通道PC系統(tǒng)式硬盤錄像機。下面結(jié)合這款機型，談談我們在使用和維護中體會到的硬盤錄像機應用上的特點。
1.ThomsonGrassValleyM322D的主要參數(shù)和特點
ThomsonGrassValleyM322D的4個通道被配置為2個錄制通道和2個播放通道。錄制通道為BNC接口，可由軟件選擇SDI數(shù)字視頻或復合信號，播出通道分別為兩路SDI數(shù)字視頻或復合信號輸出，每通道兩路BNC輸出。M322D可以軟件選擇設置525線NTSC制式或625線PAL制式。可傳輸?shù)男盘栴愋蜑镹TSCSMPTE170M，PALCCIR624，SDI-SMPTE259M，ITU-601和270Mb／s復合數(shù)字信號。音頻通道為每視頻通道兩路模擬音頻輸入/輸出，每視頻通道4軌SDI嵌入及2路AES／EBU。
壓縮格式為DV25SMPTE314、DV25、MPEG-2（4:2:2）、DV50（4:2:2）、MPEG-2（4:2:2），碼率可選25Mb／sI幀或50Mb／sI幀。
ThomsonGrassValleyM322D提供了觸摸屏方便操作，并支持傳統(tǒng)數(shù)安錄像機功能，如快進、快退、搜索、打點及音頻監(jiān)聽等。
三塊硬盤組成陣列zui大可存儲64小時25Mb/s的素材，可隨意對素材進行剪輯和格式轉(zhuǎn)換（支持AVI、DV25、SMPTE360M）。提供豐富的接口，如1394、USB2.0等方便與移動存儲設備的連接。
ThomsonGrassValleyM322D的操作面板和各種接口如圖3和圖4所示。
圖3
圖4
2.ThomsonGrassValleyM322D的應用特點
在平日的使用和維護中，我們認為有幾個特點是多通道硬盤錄像機與身俱來而傳統(tǒng)數(shù)字錄像機*的。
*由于M322D的4個通道各自獨立，互相不沖突，*可以做到同時進行兩路放像和兩路錄像，這相當于多了4臺傳統(tǒng)數(shù)字錄像機；
*由于硬盤數(shù)據(jù)訪問存儲的非線性，在某一錄制通道開始錄制后5秒，就可以利用任何一個空閑的播放通道對所錄內(nèi)容進行剪輯。M322D采用Subclip方式剪輯，對原始素材的副本進行操作操作，因此不會對原始素材造成破壞，這樣邊錄邊剪，既且；
*同樣由于硬盤文件的非線性，通過行／場的插補算法可以實現(xiàn)多種速度（慢動作）重放，可以很容易地對一段內(nèi)容順序采集亂序播放，而且可以循環(huán)播放，這樣的功能，是傳統(tǒng)數(shù)字錄像機難以做到的；
*在標配的三塊硬盤組成的陣列下，可以安全地保存長達64小時25Mb/s的素材，通過簡單的復制操作，可以把這些素材備份到異地或是網(wǎng)絡上。通過軟件提供的格式轉(zhuǎn)化功能，這些素材可以轉(zhuǎn)化為AVI、Quicktime、DV25、SMPTE360M等不同格式，方便了與非編等其它設備的素材交換；
*相較于磁帶，硬盤的播出穩(wěn)定性相當高，硬盤錄像機的故障也比傳統(tǒng)數(shù)字錄像機少得多，不會出現(xiàn)由于斷磁或磁頭損傷而影響節(jié)目制作；
*M322D采用了觸摸屏面板，人機交互介面仿傳統(tǒng)數(shù)字錄像機，無需鼠標、鍵盤即可完成所有操作。同時，軟件提供了基于SNMP（簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議）的遠程監(jiān)控功能，很大程度上方便了我們的日常維護。
這些特點，源自硬盤錄像機的兩個主要特征，硬盤訪問存儲數(shù)據(jù)的非線性和軟件技術，這是傳統(tǒng)數(shù)字錄像機所不具備的。
四、硬盤錄像機在江蘇電視臺新聞演播室和體育演播室系統(tǒng)中的應用
在我們的演播室系統(tǒng)中，硬盤錄像機的兩個輸入分別為經(jīng)過加嵌器和２×１應急倒換的PGM信號和切換臺的一條輔助母線，輸出為每一路的一主一備信號分別進入切換臺和矩陣。以體育演播室系統(tǒng)為例，如圖5示。
這樣的配置，兼顧了節(jié)目錄制的安全和靈活，我們可以通過母線、矩陣或跳線多種方式在節(jié)目PGM錄制的同時進行其它必要內(nèi)容的錄制。
我們的多通道數(shù)字硬盤錄像機平時用于新聞演播室和體育演播室大量的直播和錄播節(jié)目中，對于很多欄目來說已是*的設備。主要的應用有以下幾個方面：
*直播節(jié)目的片頭、片花、廣告播放及應急備播內(nèi)容播放：包括《南京》在內(nèi)的大多數(shù)直播節(jié)目采用將播出內(nèi)容導入硬盤錄像機播放的方法，提率且保證安全；
*作為摳像的背景和大屏幕的圖像：硬盤錄像機的循環(huán)播放功能使它很適合作為摳像錄制時的背景，少兒頻道把大量簡潔、生動、活潑的卡通素材導入硬盤錄像機，作為《動畫天地》、《好朋友》等節(jié)目的背景，很受好評。新聞節(jié)目的SNG連線通常將硬盤錄像機播放的循環(huán)影像作為背景，配合開窗等特技，效果很好。另外，《南京》等節(jié)目現(xiàn)場大屏幕也經(jīng)常使用硬盤錄像機循環(huán)播放特定影像或LOGO；
*體育賽事的直播信號剪輯：通過切換臺輔助母線選擇賽事的源信號而非PGM進行錄制，把一路空閑的播放通道更改為播放列表進行剪輯，避免了PGM信號中字幕、演播室主持人等對原始素材的干擾。由于是對源素材的副本進行操作，因此可以隨時查閱已經(jīng)錄制的內(nèi)容，不會漏掉任何有價值的信息。這樣的剪輯制作方式效率高，待播出隊列的質(zhì)量也比較好，而且與PGM的制作相互獨立，互不干擾；
*節(jié)目的銜接過渡：在多個直播節(jié)目相連時，錄像機，尤其是放機的資源很緊張，這時硬盤錄像機的２個播出通道無疑是的補充，緩解了系統(tǒng)的設備壓力。
