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视频采集卡的识别及其领域应用分析

视频采集卡(VideoCapturecard)也叫视频卡,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。按照其用途可以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。

视频采集卡的识别

一、软压缩DVR

用软卡的DVR大家一般叫做软压缩DVR,其实就是视频采集卡,随卡配有监控App,实现视频监视、录像、回放历史视频以及远程监控等功能,其硬件为一个或多个视频采集芯片(如:fusion878a,saa7130/7134,tw6802B/6805等)接收来自模拟摄像机的信号,转换为数字信号,然后直接或通过PCI桥芯片从PCI金手指进入主板,原始的数字视频信号,在内存里实行CPU指令运算,将视频压缩与处理,然后存储到硬盘。另外原始视频数据还直接发往显卡,通过显示器预览。

软卡的电路板很简单,板上没有压缩芯片与临时存储芯片,成本低,一般是硬压缩的1/3左右,所以价格是它最大的优势,另外从原理大家可以看到,软压缩DVR是有CPU进行压缩的,所以其压缩品质较好,录像清晰度高,在CPU资源充足的情况下,软压缩DVR无论在录像、还是网络以及其他功能丝毫不亚于硬压缩DVR。

二、硬压缩DVR

硬压缩DVR,也可称视频采集压缩卡,与软压缩原理基本一样,不同的是,模拟视频转换为数字信号后,并不直接通过PCI发到主板、显卡、内存,而是先由硬压缩DVR卡自带的DSP代替电脑CPU实行压缩算法指令,在DVR卡上的内存芯片压缩,然后再通过PCI金手指进入主板。所以硬压缩DVR电路板多了DSP或其他压缩芯片与内存芯片。所以硬压缩DVR的主要优势主要表现在大路数监控,比如32路以上全实时监控录像,软压缩难以实现,这个市场缺口就可以被硬压缩所占有。而硬压缩的优势在于:

1、视频压缩通过自带DSP完成,无需占用电脑CPU资源;

2、在进入PCI总线之前先进行压缩,可以节省PCI总线带宽。但是由于目前CPU性价比迅速增长,非常便宜的CPU就能轻松的压缩16路CIF视频,导致硬卡优势1正在逐步退化,另外随着主板上PCI-E的出现,硬压缩能节省PCI带宽的优势也在弱化并最终失去意义。而它的主要缺点就是在于卡上自带的DSP芯片使其成本非常高;

3、数字视频先在DVR卡上进行压缩,然后又要将压缩视频解压缩后交给显卡显示器预览显示,其实大家都不知道,这个过程会导致视频信号受损,图像品质会下降。

视频采集卡领域应用分析

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,在大家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,大家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著的提高,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企业),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。App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App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App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App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(在后面先容客户端时再先容)。
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,需要多种技术的支撑,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。

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