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采集卡 更新时间:2011-05-27 18:30

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关键词:

采集卡又称视频采集卡,视频采集卡作为一个PC的内部硬件设备,以前除了专业人员外,使用视频采集卡的电脑玩家也是屈指可数。但现在视频会议的大力发展,对视频会议的图象质量有了高要求,因为其功能较USB摄像头的多样性,现在越来越多的企业用户也开始使用视频采集卡。视频采集卡是将模拟摄像机、录像机、LD视盘机、电视机输出的视频信号等输出的视频数据或者视频音频的混合数据输入电脑,并转换成电脑可辨别的数字数据,存储在电脑中,成为可编辑处理的视频数据文件。

原理

  • 电脑上通过视频采集卡可以接收来自视频输入端的模拟视频信号,对该信号进行采集、量化成数字信号,然后压缩编码成数字视频。大多数视频卡都具备硬件压缩的功能,在采集视频信号时首先在卡上对视频信号进行压缩,然后再通过PCI接口把压缩的视频数据传送到主机上。一般的PC视频采集卡采用帧内压缩的算法把数字化的视频存储成AVI文件,高档一些的视频采集卡还能直接把采集到的数字视频数据实时压缩成-1格式的文件。

    由于模拟视频输入端可以提供不间断的信息源,视频采集卡要采集模拟视频序列中的每帧图像,并在采集下一帧图像之前把这些数据传入PC系统。因此,实现实时采集的关键是每一帧所需的处理时间。如果每帧视频图像的处理时间超过相邻两帧之间的相隔时间,则要出现数据的丢失,也即丢帧现象。采集卡都是把获取的视频序列先进行压缩处理,然后再存入硬盘,也就是说视{关键词}频序列的获取和压缩是在一起完成的,免{关键词}除了再次进行压缩处理的不便。不同档次的采集卡具有不同质量的采集压缩性能。

采集卡种类

  • 按照其用途可分为广播级视频采集卡,专业级视频采集卡,民用级视频采集卡,它们档次的高低主要是采集图像的质量不同。 专业级视频采集卡的档次比广播级的性能稍微低一些,分辨率两者是相同的,但压缩比稍微大一些,其最小的压缩比一般在6:1以内,输入输出接口为AV复合端子与S端子。民用级视频采集卡的动态分辨率一般较低,绝大多数不具有视频输出功能。

主要功能和技术分析

  • 接口:现在市场上的视频采集卡接口能分为几种,视频采集卡的接口包括视频与PC机的接口和与模拟视频设备的接口。目前PC视频采集卡通常采用32位的PCI总线接口,它插到PC机主板的扩展槽中,以实现采集卡与PC机的通讯与数据传输。采集卡至少要具有一个复合视频接口(VideoIn)以便与模拟视频设备相连。高性能的采集卡一般具有一个复合视频接口和一个S-Video接口。一般的采集卡都  支持PAL和NTSC两种电视制式。

    需要注意的是视频采集卡一般不具备电视天线接口和音频输入接口,不能用视频采集卡直接采集电视射频信号,同时也不能直接采集到模拟视频中的伴音信号。要采集伴音,PC机上必需要装有声卡,视频采集卡通过PC机上的声卡获取数字化的伴音并把伴音与采集到的数字视频同步到一起。

    功能:视频采集卡主要有什么功能呢?在PC上通过视频采集卡可以接收来自视频输入端的模拟视频信号,对该信号进行采集、量化成数字信号,然后压缩编码成数字视频序列。大多数视频采集卡都具备硬件压缩的功能,在采集视频信号时首先在卡上对视频信号进行压缩,然后才通过PCI接口把压缩的视频数据传送到主机上。一般的PC视频采集卡采用帧内压缩的算法把数字化的视频存储成AVI文件,高档一些的视频采集卡还能直接把采集到的数字视频数据实时压缩成MPEG-1格式的文件。

    由于模拟视频输入端可以提供不间断的信息源,视频采集卡要采集模拟视频序列中的每帧图像,并在采集下一帧图像之前把这些数据传入PC系统。因此,实现实时采集的关键是每一帧所需的处理时间。如果每帧视频图像的处理时间超过相邻两帧之间的相隔时间,则要出现数据的丢失,也即丢帧现象。采集卡都是把获取的视频序列先进行压缩处理,然后再存入硬盘,也就是说视频序列的获取和压缩是在一起完成的,免除了再次进行压缩处理的不便。不同档次的采集卡具有不同质量的采集压缩性能。

    驱动和应用程序:视频采集卡有的是需要驱动后才能正常使用的,视频采集卡一般都配有硬件驱动程序以实现PC机对采集卡的控制和数据通讯。根据不同的采集卡所要求的操作系统环境,各有不同的驱动程序。只有把采集卡插入了PC机的主板扩展槽并正确安装了驱动程序以后才能正常工作。采集卡一般都配有采集应用程序以控制和操作采集过程。也有一些通用的采集程序,数字视频编辑软件如AdobePremiere等也带有采集功能,但这些应用软件都必须与采集卡硬件配合使用。也即只有采集卡硬件正常安装和驱动以后才能使用。

    视频采集卡的应用

    电子设备已经从默默无闻从而走进了人们的日常生活,面对市场上日新月异的监控产品,以及不断更新的监控卡报价,人们总是一头雾水,所以我们只有不断的去了解监控市场,以及监控技术才能立于不败之地。

    随着信息技术的不断发展,计算机技术引入视频采集、视频处理领域,用计算机处理视频信息和用数字传输视频数据在很多领域已有广泛的应用,在我们的飞机试飞中也被大量的应用。视频图像采集的方法较多,基本可分为2大类:数字信号采集和模拟信号采集。

    采用图像采集芯片组完成图像的采集、帧存储器地址生成以及图像数据的刷新;除了要对采集模式进行设定外,主处理器不参与采集过程,我们只要在相应的帧存储器地址取出采集到的视频数据即可得到相应的视频数据,这种方法,无论在功能、性能、可靠性、速度等各方面都得到了显着的提高,但成本高。后者采用通用视频A/D转换器实现图像的采集,其特点是数据采集占用CPU的时间,对处理器的速度要求高,成本低、易于实现,能够满足某些图像采集系统的需要。

    此系统要求每秒采最大25帧(设为可调),客户端实时显示最大25帧(设为可调),保存为MPEG4格式,画面要求为最大分辩率为1024X768。多路视频实时采集使用的是VisionRGB-PRO卡(英国Datapath公司),此卡可同时实时采集两路视频数据,基本达到了本系统的要求,再用一台VGA矩阵切换器将前端数据源的四路视频数据进行人为切换采集。

    硬件环境的构建

    此采集系统主要实现对前端四路视频数据的人为切换式实时采集,在服务器端可同时采集和储存两路视频数据(在此只用一个视频采集卡),也可以一次只采集一路视频数据,再经网络实时传输到客户端显示,服务器端也实时显示所采集的视频。在进行视频切换方面可在服务器端或客户端自行切换,在服务器端可通过串行口操作VGA矩阵切换进行相应的视频输入输出口的切换,在客户端可通过网络-服务器程序相应模块-串行口-VGA矩阵切换进行相应的视频输入输出口的切换。

    视频数据量较大,这就要求视频数据处理系统具有实时采集,大容量存储和实时处理的特点。软件要实现对视频数据的实时采集(最多两路)、控制视频接口、把视频数据实时编码保存并发送到多个客户端。在服务器端的实现是整个系统的关键,在此也承担了大量的工作,因此对软件和硬件方面要求也很高就成为必然。以上就是要在服务器上实现的主要功能。

    在采集方面最主要的是要有实时性,在此以事件驱动的方法从端口获取数据,采集到视频数据流在桌面显示的同时再编码保存,视频采集的数据要经软件的相应模块将其设为位图型式的视频帧,以利于在服务器端的显示和编码保存,在此采用Divx编码,Divx编码后形成以帧为格式的MPEG4流。

    服务器端的实现

    Divx解码也是以帧的格式解压,因此有利于向客户端发送数据时以帧为单位发送视频数据流。媒体流分为四个流:视频流、音频流、文本流、MIDI流,用视频卡采集的是两路视频流,保存时每路视频流多加了一个文本流,文本流主要应客户要求加入的服务器时间和一些人为输入的文本信息,在记录两个媒体流时一般有两种记录方法,在此采用的是将视频流和文本流记到一个文件中的方式,这样有利于文件以后的保存和查阅。在采集软件实现方面主要应用了相应的SDK(Softwaredevelopmentkit)和API(应用编程接口),还可用VFW(VideoforWindows)。但后一种方法实现简单单路视频采集卡可以,对于多路视频的采集用第一种方法更加灵活,但实现比第二种复杂的多。

    在服务器端各方面协调工作是关键,程序启动首先默认上次设定的视频采集卡通道,如有视频数据就显示、保存,如果没有视频数据就等待,如果要调整视频采集卡通道可用串口给VGA矩阵切换器发送相应的命令让VGA矩阵切换器进行相应的输入输出通道切换。也可经客户端经网络到服务器串口到VGA矩阵切换器进行VGA矩阵切换器相应的输入输出通道切换(在后面介绍客户端时再介绍)。每次切换后将自动保存原视频文件,如切换后有视频数据将自动重新生成一个新的视频文件。

    用局域网实时传输视频数据已在一些领域大量的应用,局域网以有线局域网居多,因为有线局域网技术成熟、传输速度快,但是长时间传输大量视频数据时也会引起传输速率不稳定,引起数据堵塞,会导致视频传输的质量大幅度下降,容易引起画面的重影、抖动、花屏、延迟等现象。在服务器桌面显示的画面是没经任何编码处理的,但网络传输和保存的视频数据是经Divx编码的,这样有力的减轻了网络间传输和服务器的负担。

    为了在局域网上有效的、高质量的实时传输媒体流,需要多种技术的支持,包括网络传输层协议的选择、编(解)码技术,网络传输层质量控制技术等等。

采集卡应用

  • 采集卡广泛应用于安防监控、教育课件录制、大屏拼接、多媒体录播录像、会议录制、虚拟演播室、虚拟现实、安检X光机、雷达图像信号、VDR纪录仪、医疗X光机、CT机、胃肠机、阴道镜、工业检测、智能交通、医学影像、工业监控、仪器仪表、机器视觉等领域。

    由于采集卡的应用和作用等方面的因素,因此,常见采集卡又分为:图像采集卡、工业图像采集卡、高清VGA采集卡、采集卡、图像采集卡、图象卡、图像处理、视频采集卡、1394视频卡、USB图像采集卡、HDMI采集卡、外置采集卡、外置USB采集卡、笔记本采集卡、嵌入采集卡、RGB采集卡、分量采集卡、黑白高清图像采集卡、工业图像采集卡、医疗专用图像采集卡、交通专用图像采集卡、专业图像采集卡、工业检测图像采集卡、机器视觉专用采集卡、流媒体采集卡。

行业发展趋势

  • 视频采集卡行业到现在发展已经有十多年的历史了,早期国内视频采集卡设备不多,使用人群也少,那时候的视频采集卡都是从国外引进。随着中国的改革开放和经济的快速发展,带动了视频行业的日新月异。近年来国产视频采集卡踊跃出现,比如同三维品牌,是国内专业级视频采集卡中比较有优势的一种品牌,并且在技术上和价格上在国内外都具有很强的优势。

    早期视频采集卡市场国内只有代理,在加上软压缩产品,也就是我们现在常用的视频采集卡,由于压缩算法,主板兼容性问题,显卡的兼容性、CPU性能问题等方面的限制,使得很多产品图像质量出现很多问题,在采集的时候丢帧很厉害,而且也没法进行软件调色。但是随着计算机技术的发展,特别是压缩算法的发展,安装简单、运行稳定、采用MPEG-4格式压缩、性价比高、售后服务方面的国产采集卡开始出现,并且吸取了国外产品的经验,在很多技术上都改变了国外产品的缺陷,比喻视频采集卡(软压卡)工作时,采用Overlay显示模式,即视频图像窗口是覆盖在显示器屏幕上的。早期的显卡由于不支持该模式,使得很多国外的很多采集卡在看监控画面时“有声音无图像”或“画面被压扁”的现象。另外,在压缩格式,采集卡驱动、视频编辑软件方面也有了很多新的创新,因此很多国外的专家曾这么说,“如果你给中国人看三分之一,那么他接下来能做出三分之二甚至跟多”,这也是全面开放经济改革所带来的。

    视频采集卡可以分为软压卡和硬压卡,软压缩卡硬件比较简单,软压缩卡很少有芯片商提供开发包的,一般都需要自己公司完全自主开发,所以开发难度较大,拥有完全自主开发能力的软压缩卡研发商不多。硬压缩卡厂商门大多是采用芯片厂商提供的驱动与SDK开发包,进行二次开发,然后再整理出自己的开发包,又提供给下一级软件开发商做三次开发。由于有芯片制造商提供了完善的开发包,所以开发难度相对较小,国内出现了一大批硬压缩厂商,同时由于7130芯片的停产,在视频采集卡行业进行了一次大洗牌,很多“山寨”视频采集卡由此被市场淘汰,当然经过这次洗牌,视频采集卡厂商都逐渐走向了自主开发之路。由于目前视频采集卡一般都是基于VGA的显示标准,所在为了使用监控器、显示器等视频图像显示设备,很多视频采集卡都是采用VGA接口,因此,目前主要的视频采集卡还是指VGA采集卡,当然还有很多其他接口的采集卡,比如1394采集卡,和HDMI采集卡,其中1394采集卡由于数据采集速率问题逐渐被市场所淘汰,而HDMI采集卡主要是为了本本和高清影视而准备的采集卡。

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