基于MPEG4下多硬盘视频存储系统的解析

国家新闻出版广电总局五六四台 徐福涛

1.前言

视频存储是视频采集及将采集后的数据存储于一个介质中的技术，能够完成多种条件下保存视频流的功能，具有先进性。基于MPEG4下的多硬盘视频存储技术是为未来视频存储技术的代表，与传统的技术相比，基于MPEG4的视频存储技术具有更强的适应性，并具有高清的视频编辑能力，已经成为未来视频产品发展的主要方向。

2.MPEG4算法的基本原理

MPEG4标准将众多媒体应用集成于一个完整的框架内，能够为多媒体的通信与应用环境提供一个标准的算法与工具，最终完成视频数据与音频数据的有效编码更为灵活的应用，所以与传统技术相比，MPEG4算法具有更强的数据处理能力。从性能上来看，采用MPEG4压缩的影像画面质量近似与DVD画面质量，因此能够满足当前数码监控、远程监控的要求，在MPEG4体系下，只需要安装上一个具有高清晰度的监控摄像机，就能捕捉到理想清晰度的视频，因此可以认为MPEG4具有先进性[1-2]。

与传统技术相比，MPEG4具有明显的先进性，主要表现为以下几方面：

（1）MPEG4具有理想的压缩比，这就让高码率的视频传输成为可能，现代相关技术研究显示，MPEG4下的视频具有更理想的传输性能，能够满足多种复杂条件下的视频连续传输要求，并且视频的图像质量也能得到保障，这是其他技术所不具备的优势。

（2）有助于节省存储空间，MPEG4与传统技术相比具有更强的性能，因此该技术具有理想的压缩效率，保证了相关视频信息的处理效果。

（3）具有更好的图像质量，在MPEG4下的图像清晰度高，最高已经可以到达768×576，这一标准已经十分接近DVD技术，说明MPEG4下的视频清晰度高。从另一角度来看，MPEG4采用了基于对象的识别编码模式，让整个视频的传输过程更具有针对性，这也成为保证视频清晰度的关键。

3.基于MPEG4的多硬盘视频存储系统的设计研究

3.1 多硬盘存储器设计

在信息技术快速发展的大背景下，数据的存储成为相关人员关注的内容，常见的做法就是将数据存储到大容量的存储器之中，但是在实际应用中这种方法的局限性明显，难以满足很多行业的发展要求，并且随着存储容量的增加，设备的价格也将会相应的大幅增长[3]。针对这种情况，多硬盘存储器的出现有效的解决了这一问题，让海量数据与硬盘空间之间的矛盾得到了快速的解决，最终保证了信息处理效率。

在本次设计过程中，为了保证多硬盘存储器能够满足MPEG4下视频存储的要求，本文的出发点，就是要利用原有的硬盘系统，在不改变硬盘工作原理及其工作模式的基础上，增加EPLD（可擦除可编辑逻辑器件）逻辑芯片，最终实现多硬盘的数据存储。在这一要求下，基于MPEG4的多硬盘存储系统结构如图1所示。

在图1的相关结构下，利用原有的硬盘系统，并且在不改变硬盘工作原理与工作模式的基础上来实现系统功能的优化，在这个过程中，EPLD作为可编程逻辑器件的简称，能够进一步增强原有系统的数据处理能力，最终实现了多硬盘存储系统。从整个系统结构来看，正是在该EPLD芯片的影响下，多硬盘存储器才能完成多种状态下的信息识别，判断哪个硬盘处于工作状态，这样当一个硬盘发生了故障之后，EPLD将会通过逻辑程序控制硬盘来快速判断所有硬盘的工作状态，最大程度上保证了所有硬盘工作效率情况。同时在图1的结构下，CPU能够完成各类数据的传送，并也能从硬盘读取数据并返回传送给CPU，通过链接不同的驱动器，完成信号控制，最终确定硬盘中相关数据的读写或者操作能力。

图1 多硬盘设计硬件总体结构示意图

3.2 硬件设计

3.2.1 硬件设计的框架及其运行

在基于MPEG4的多硬盘视频存储系统设计过程中，确定了多硬盘视频存储系统结构之后，需要进行系统硬件设计，确定系统的整体结构定位与芯片的选型与接口设计等，确保系统的功能可以达到预期水平。

硬件设计的总体框架主要包括音频模数转换器、视频模数转换器、压缩芯片、电源、PC机等几部分在这个硬件体系的基础上，硬件系统与外界视频源之间保持着良好的数据连接，并通过COMPOSITE（综合）等数据接口来完成各种类型的数据传输。在这个过程中，外界视频源所传送的模拟视频信号将会通过模拟数据转换器来转变成各种可以被系统识别的数字视频信号（例如ITU-656等），之后被转换之后的视频信息将会被送入到压缩芯片内部进行压缩，此时压缩之后的数据被存储在SDRAM硬件中，这样在应用程序的调度作用下，CPU可以在SDRAM（同步动态随机存储器）中的指定位置来获取相关信息资料，最终完成了对整个视频数据的获取。

3.2.2 硬件电路的实现

在这个过程中，为了保证硬件设计的性能可以满足MPEG4的视频存储要求，在视频电路的设计过程中，从上文对MPEG4的多硬盘视频存储系统的介绍可以发现，在该系统中，视频存储系统所对应的是模拟信号，这些信号在经过视频接口之后能够快速的进入到系统中。因此为了能够满足这一系统运行的要求，在设计过程中应该按照数字线路的性能来完成模拟视频信号的数字转换过程。现阶段较为常见的视频信号是ITU-R.BT.656格式，这种格式的信号在进入到芯片的同时将会完成压缩，这些数据将会直接被回放，并将会数字模拟转换器来转换成为不同的数字信号。因此针对这一功能特征，相关人员在设计硬件设计阶段需要注意的是，考虑到视频数据在传递过程中，采样的速度与滤波能力都将会直接影响信号的最终输出结果，所以针对这种问题，可以采用SAA7115H（多制式视频解码器）技术，利用该技术的双重采样的功能，将才能速度控制在27-28MHz的水平内，这样有助于进一步提高数据处理质量。

3.3 软件设计

3.3.1 软件的基本结构

本次研究中，基于MPEG4的多硬盘视频存储系统的开发环境为Windows系统，在系统硬件设计之后，面临着软件设计的问题。本文结合现阶段的数据处理要求，在设计软件时，首先研究了芯片的微码，保证系统在运行过程中能够满足多硬盘视频存储的功能处理要求。所以针对这种情况，确定了功能芯片的CPU进行压缩的基本路径，在理想的软件系统结构下，操作人员可以按照视频存储系统的运行要求来选择不同的芯片操作模式，包括PS码流或者TS码流等，并控制系统接受命令的功能流程，增强了系统的运行能力。

3.3.2 关键技术

关键技术1：底层驱动程序流程

本文所采用的驱动程序为WDM（视窗驱动程序模块）驱动模式，该驱动模式能够满足windows系统的运动要求，并支持压缩、解压缩等工作模式。所以在底层驱动程序流程中，直接通过WDM驱动结构的模式来定义windows系统下的普通驱动接口情况，利用这种接口来满足系统的各种复杂流程操作，并具有一定的数据处理能力，包括视频存储过程中的参数配置、下载微码等，这些驱动都能在第一时间得到完成。

关键技术2：视频数据的存储设计

视频数据存储的设计成为本次研究的重点内容，从系统的功能定义上来看，为了保证系统数据处理的质量，需要将芯片中的压缩视频数据直接通过PCI接口，并配合上相应的操作程序来传送到硬盘上，这个操作流程为：

查找硬盘→初始化硬件→得到存盘请求→设置并调用存盘路径→视频数据传递→结束。

在这个操作流程中，其中的重点就是要保证系统能够快速查找到硬件，在这种系统运行模式下，假设没有记录到板卡的信息，那么系统将会直接将应用程序返回到FALSE（不正确的）中，若系统出现了这种操作，则说明系统的解码功能与窗口功能等都是无效的，需要进行重新的编辑。而如果硬件的查找过程是成功的，那么系统将会首先对硬件完成初始化，在初始化完成之后，程序将会接收到用户要求传递视频资料的请求，在系统确定用户的这个请求是合理的之后，系统将会清空缓冲区，以备视频传输使用；之后的整个系统程序将会调用存盘函数，确定具体的存盘路径，保证整个视频的存储顺利完成。

关键技术3：网络传输程序流程

网络传输也是MPEG4下多硬盘视频存储系统的重要功能，其目的是保证要被处理的视频压缩文件能够被传送到指定的IP地点中，确保其可以满足用户的功能要求。在这个功能要求的基础上，网络传输程序流程的基本步骤为：

设施网络传输方式→增设IP客户→通过服务器与客户端保持连接→数据传输→数据传输结束，并关闭端口。

为了确保网络传输程序流程的科学性，在网络传输过程中，设计人员首先应该确定传输的方式，包括点对点的传输或者完成组播传输等，保证数据的传输方式可以满足预期功能，提高视频数据传输质量。

4.结论

在开展基于MPEG4的多硬盘视频存储系统研究过程中，需要分别从硬件、软件、多硬盘存储器三个方面进行技术设计，在确保其技术质量满足预期的基础上，明确系统功能，这样才能进一步提高设计质量。

[1]张斌.基于Android4.2系统的H.264视频数据的获取[J].计算机应用与软件,2017,34(07):116-119.

[2]王春梅.HEVC与数字电影领域现有编码方式对比研究[J].现代电影技术,2015(04):9-15.

[3]郭琳虹,张小松.云计算环境中数字视频版权保护方案研究[J].信息安全与技术,2015,6(01):25-27.