一、概述

    隨著視頻監控的數字化，網絡化時代的到來，越來越多的模擬監控系統被數字網絡監控系統所取代，同時監控點的數量越來越多并且越來越密。這不僅要求在監控前端部署網絡視頻服務器，而且要求在大型視頻監控中心或指揮中心部署網絡視頻解碼器，以滿足網絡視頻圖像解碼上監視器、電視墻的目的。

    網絡視頻解碼服務器能夠通過自身的網絡接口從網絡上接收一路或多路的數字視頻碼流（可能是MPEG4、H.264、MJPEG等等不同格式的碼流），將這些數字視頻碼流進行解碼，并且轉換成視頻模擬信號，然后輸出給監視器。

    目前，在視頻監控領域中已經有了各式各樣的網絡視頻解碼器，但是多以單路產品為主，4路、8路以上的解碼產品極少，這使得網絡視頻上電視墻的時候，需要多套解碼器并聯工作才能滿足需求，也給設備管理帶來了諸多不便。因此，網絡化監控，需要8路、16路甚至32路這樣的大路數網絡視頻解碼器以構建完整的全IP解決方案。

   二、技術瓶頸

    目前，對于大路數嵌入式網絡視頻解碼器的設計還存在很多瓶頸問題，這些問題如果不能有效的解決，大路數網絡視頻解碼器就無法真正產品化。

    1、 單板尺寸過大

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

    2、 生產加工難度高

    超大的硬件尺寸，復雜的電路都是目前的生產能力達不到的。如果生產的合格率過低，次品率超高，這樣的產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的視頻解碼，即使有一路出現故障，也很有可能導致整個整個系統陷入癱瘓。不能隔離和控制故障，很難使產品真正的有實用性。

    4、 產品難以維護

    一旦這樣的產品出現故障，維修人員是很難迅速解決問題�？赡芤�經過長時間的復雜調試和診斷，才能修復，這一點顯然使大路數視頻解碼器很難有實用價值。

    三、技術實現

    進行大路數嵌入式網絡視頻解碼器的設計，必須從設計上克服上述瓶頸問題，才能使大路數網絡視頻解碼器具有商用價值。其實，大容量產品的設計在電信領域中已經得到了很好的應用，如電信級的大容量以太網交換機，容量從幾路到幾百路甚至更多，其電路的復雜程度也相當高，但是，大容量、高穩定性已經成為這些電信級產品的基本特性。

    本文將借鑒電信級大容量網絡產品的設計思想，應用于網絡視頻解碼服務器的設計中，提出了一種針對大容量嵌入式網絡視頻解碼器的設計思想。這樣的設計思想同樣適合于大容量嵌入式網絡視頻服務器的開發。

    1、 硬件功能的模塊化設計

    在硬件設計上，必須根據功能進行模塊化設計。硬件功能的模塊化要盡量細一些，模塊分工要明確。當然，由于各個產品的需求并不完全一樣，硬件功能劃分也沒有統一的標準。下面以卓揚科技的VE2016網絡視頻解碼器為例，描述這款網絡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的控制，包括網絡的輸入輸出控制，系統中數據流的傳輸控制等。

    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路的視頻數據解碼，4個這樣的模塊單元就可以完成16路的視頻數據解碼。

    視頻顯示模塊

    視頻顯示模塊完成將解碼后的視頻數據轉換成模擬信號輸出到監視器上進行顯示。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個監視器上觀看16路的視頻數據，也可以在一個監視器上分屏觀看16路視頻數據。

    硬件功能模塊劃分是大容量視頻解碼服務器設計的基礎，根據上面的劃分，也可以輕松設計一款32路網絡視頻解碼服務器的各個硬件功能模塊。實現了硬件的功能劃分，而且功能劃分盡量合理的細致，才能為后期實現各個功能模塊間自由組合打下一個好的基礎。

    2、 硬件結構的模塊化設計 

    要想實現大容量的思想，硬件結構的模塊化設計至關重要。電信業成熟的“子板－背板”設計思想可以移植到網絡視頻解碼服務器的設計中來。整個系統設計一塊背板和數個子板。背板允許各種子板插在上面，通常只負責子板間數據的傳輸；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該在子板上設計完成。同樣以卓揚科技的VE2016這款16路的網絡視頻解碼器為例，系統包含三類子板：

    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、復雜的16路的視頻解碼系統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、復雜的功能。

    從上面的子板設計來看，可以通過擴充4路視頻解碼顯示子板的個數來擴大系統解碼容量，達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的性能。采用“子板－背板”硬件結構設計后，子板的功能簡單，尺寸極小，系統具有更強的可擴容性，更大的靈活性。 

    3、 規范的總線系統設計

    采用了“子板－背板”的設計理念，子板和子板之間的數據交互就變得十分重要了。子板和子板的數據交互完全是依靠系統的總線來完成的。對整個系統來說，規范化的總線系統設計是產品設計成功的有效保障。同樣以卓揚科技的VE2016產品為例，子板和子板之間的數據交互定義了自己的“上海卓揚科技有限公司總線系統規范”，這套總線系統規范容納了當前系統中所有的子板間的數據交互，同時也考慮到后期產品的擴容性。

    4、 軟件的模塊化設計

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

    四、產品優勢

    根據上面的設計思想，大路數嵌入式網絡視頻解碼器的設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

    通過增加相關的功能子板，產品將具備更大容量。以卓揚科技VE2016網絡視頻解碼器為例，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具備20、24、28路甚至更高的解碼輸出容量。

    2、 平滑擴容

    產品可以根據用戶的需要隨時方便的增加解碼路數和減少解碼路數。當用戶需要增加解碼路數的時候，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，也只需要從當前系統中拔出一塊解碼顯示子板就可以了。

    3、 穩定性高

    系統的模塊化設計，結構的模塊化設計，使產品易于調試，生產及維護，從而使產品具有更高的穩定性。這一點，電信業產品的高穩定性運行已經可以證明這樣的設計思想將帶來更高的穩定性。

    4、 便于維護

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

    5、 擴展性強

    由于功能都是在子板上完成，我們只要設計出不同功能的子板就可以擴展產品的功能。如卓揚科技的VE2016網絡視頻解碼器，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絡視頻服務器。

    五、典型應用案例

    網絡視頻服務器將攝像頭產生的模擬圖像信息進行壓縮、編碼處理后，通過網絡口送入局域網或廣域網進行遠程傳輸。

    在監控中心，VE2016網絡視頻解碼器通過以太網口，接收源網絡視頻服務器的數字視頻碼流， 并進行解碼，通過BNC接口將解碼后的圖像在監視器或者電視墻上進行還原顯示，一臺VE2016解碼器可同時連接16臺監視器。VE2016網絡視頻解碼器同時內置虛擬矩陣功能，它可以實現從上千個網絡視頻服務器中任意選擇16路視頻源進行解碼顯示，并可以分組輪詢顯示。

    在監控中心，通過管理主機上運行的客戶端視頻管理軟件，可以對多個視頻服務器及解碼器進行用戶管理、設備管理及圖像存儲管理，以保證合法用戶的接入、實時監控以及設備的正常運行。

    該產品滿足了網絡化時代對分布監控、遠程訪問、集中管理的要求，實現了與模擬監視終端的無縫融合，可以廣泛適用于公安、軍事、道路交通、大型企業、學校、銀行、機場、地鐵、智能小區等各個領域的監控。