了解视频采集卡主要功能和识别技巧
2010-04-30

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  【中国安防网】选购采集卡的目的不外乎就是能更方便的更有效的监看,安防领域(视频采集卡),各种各样的DVR卡琳琅满目,让很多的工程商和消费者特别是刚入行者无从下手,您应该需要关注一下几个大区。

  视频采集卡的主要功能和技术

  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。

  识别监控视频采集卡

  安防领域(视频采集卡),各种各样的DVR卡琳琅满目,让很多的工程商和消费者特别是刚入行者无从下手,您选购采集卡的目的不外乎就是能更方便的更有效的监看,您应该需要关注一下几个大区:是软压缩还是硬压缩好、什么样的卡画质最好、能否实现远程功能、备份方便么、售后服务怎么样等相关问题。下面我们就将各种DVR卡的优缺点经行区分和了解,以及选购采集卡的相关知识一一介绍一下。

  软压缩和硬压缩

  现在只要你选购DVR卡,店主一般的都是问你是要那种类型的卡——软卡还是硬卡?这里我们就先来介绍一下软卡和硬卡的不同之处。

  一、软压缩DVR

  用软卡的DVR我们一般叫做软压缩DVR,其实就是视频采集卡,随卡配有监控软件,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,在内存里执行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,另外从原理我们可以看到,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执行压缩算法指令,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。

  三、总结

  通过上面的原理,我们可以看出硬压缩的优势在于:

  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。

  注意:市场上经常听说的半软半硬卡,这个根本不存在,也没有那样的说法,朋友们一定要注意,这个主要是在2002-2004年里,因为当时CPU处理性能有限,价格昂贵,软卡只能满足4-8路实时监控录像,而国内监控全实时8-32路监控在政府工程里有强烈需求与市场,这时,硬压缩通过在软压缩DVR卡上增加DSP与内存芯片,实现高路数实时监控,得到了大量应用,再加上当时,国内DVR市场上,几乎没有正版软压缩DVR,大多是盗版,而政府工程里一般不采用不法盗版产品,那时硬压缩DVR产业得到蓬勃快速发展。2004年里,曾经有国内某知名硬压缩公司曾经在媒体宣称,软压缩DVR已经进入了灭氓倒计时,而时隔3年,软压缩DVR不仅没有死去,而且在逐步发展与壮大,并且销售总量已经超越了硬压缩DVR。特别是在民用监控领域,依靠性价比竞争市场,软压缩处于明显优势?后来经销商们为了谋取利益而谎称什么半软半硬卡,其实一般都是软压缩卡。

  监控图像的画质

  DVR最重要的功能就是回放历史视频,回放画质是DVR最重要的性能指标之一,图像质量的清晰度,图像大小影响管理监看人员是否能及时发现可疑情况,和有案情发生后可以清楚辨认犯罪嫌疑人,下面我们就讲讲影响图像质量的几个因素:

  一、芯片

  这里我们主要讲一讲软卡的芯片,目前市场上的软压DVR卡常见的芯片主要有美国CONEXANT公司的FUSION878A、CX23811、CX25851,PHILIPS公司的SAA7130、SAA7134和美国TECHWELL公司的TW6800、TW6802、TW6802B、TW6805。

  美国CONEXANT公司是最早做视频采集卡芯片的厂家,进来有研发了CX25835非常有竞争力,八合一超低功耗,发热小,色彩还原真实,不偏色,画质细腻清晰,并在价格上也没有突出的优势,将来可能成为未来DVR卡的主流芯片,目前与国内WAPA(波粒)联手合作,研发出一款软压D1八合一卡,这将是全球DVR板卡行业的一个历史性转折。这个芯片最早是深圳东舜在做,但一直没有好的软件相配而价格也很贵,不被市场所接受,同样在同类产品上面没有价格优势,而且现在中恒基新出来的6802C在画质与价格都比此类卡有优势;

  PHILIPS公司的SAA7130芯片具有9比特高清画质,画质柔和偏暖色,噪点低的优点,一直是软压卡的主流芯片。由于市场的原因,导致7130的退市,同样也有产品芯片的缺限,而被7134所替代,同样产品的芯片的投入这块目前只有深圳一家在做,反映的效果也没有预期要好!主要同行业的芯片在兼容性与实现要比此芯片要强,因为主要是芯片的选择比前要容易,所以在厂家做起来比较自由,不受限制;这样SSA7134目前也不会成为市场主流产品;

  TECHWELL公司从2003年先后推出TW6802、6800、6802B、6805芯片用于软压卡,此卡最大的优势就是做非实时的DVR时,可以做到不丢帧切换采集,而且他们在音视频同步采集上效果也比其他的芯片要好,目前软卡里音视频同步的采集卡大部分都是此芯片。此类芯片也解决了产品全兼容性的产品,这也是此类芯片能成主流的原因,也有人说兼容性是软件问题,也有人说是硬件的问题,最终也没有一个明确的说法,但实践能说明一切,目前市场兼容性最好的卡只有这种芯片;

  综上所述,DVR的画质和采集卡的芯片有直接的关系,但是一流的采集卡的品质还要取决于DVR软件、DVR电路板设计,特别是监控软件,再好的芯片没有成熟的监控软件相配,那么它的的品质也是一般。

  随着各大芯片厂家不但进入安防这个领域,其投入也是不断的在增加,芯片的处理与图像清晰的能力也是越来越优秀的,这样之前是一个芯片做一路来处理,现在一个芯片来处理四路或八路,在效果与画质方面更突出,包括在芯片处理上就更有优势,在速度与压缩方面的占线就更少,同样也对硬件成本的也在减少,更能得到很好的品质保证与稳定,这也是行为进步一个标志;用过采集卡的人就知道,多芯片比单芯片的维修率高很多的;这块中恒基安防根据市场调查发现的比率在7%与1%。同样也是一个产品主流的发展,能减少售后维护也能降低成本!这一块中理恒安防是做得比较完善一家公司,首先提出视频采集卡五年质保第一家。可想而知对产品品质与信心是很自信,同时也得芯片厂家的直接的支持与跟研发团队是分不开。

  二、算法

    国内市场上DVR行业里,常用的算法有H.264、MPEG-4、小波算法、MJPEG等,但是现在根据工程的要求以及各方面的考虑,压缩率、图像清晰度、录像占用空间等,为了达到一个平衡点都采用了H.264。

  三、码流

    码流简单说就是图像的数据量,每秒存储的数据量越多,图像的清晰度就越高,减少码流,也就是把图像中的部分细节丢掉,图像数据就少了,占用空间也就小了,但是图像就不清晰了,码流和图像也是个正比关系。故而控制好码流也是影响图像画质的一个重要因素。

  四、分辨率

    分辨率顾名思义就是看清物体的清晰度。我们需要关注的有两个:显示器分辨率和录像分辨率。显示器分辨率就是你监看的监视器的分辨率,虽然现在监视器的分辨率可以达到1280*1024,但是大部分厂家的软件不支持1280*1024高清分辨率,只是强制的上下挤压或拉伸,使图像看起来变形了,效果不好,目前市场里软卡软件能做到高清目前只有一二家能做到。录像分辨率主要影响图像的质量是由算法来决定的,大家只要记住,录像分辨率和录像容量、图像清晰度成正比就可以了,现在几乎所有的厂家在CIF格式下录像每小时都在230M以上,据我了解中恒基的超级放风三代软件在CIF格式下(不限码流)仅150M,D1分辨率录像容量大概是CIF的4倍

  五、获得清晰图像的几个建议

        第一:请尽量购买ATI显卡,因为ATI显卡的画质是业界公认最好的,显卡行业都在比渲染、线管、处理速度、3D纹理等等,ATI显卡在某些方面可能不如其他厂家,但是在画质上从色彩鲜艳、细腻、锐度、色彩还原这方面比其他牌子的显卡都要好的多;

  第二:购买好品牌的显示器,显示器的画质效果主要取决于显示器的所用的面板,目前画质好的显示器有PHILIPS、三星、优派等;

  第三:把录像分辨率和码流设高,如上面分析录像分辨率高,图像清晰,码流高或不限码流,图像就清晰。另外在此提一下云台的码流,云台因为时刻在转动,画面变化多,数据量就很大,画面变化越多,数据量就越大。在相同参数设置下(就是所有通道压缩率相同),有云台的通道的录像文件会比其他的要大,这个是正常现象,如果强制限制这个通道的录像码流,那么录像回放就模糊不清晰,所以不建议对云台做码流限制。


来源:中国安防网


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