【文章內(nèi)容簡介】 、扭曲等時間碼誤差，使圖像和聲音更加穩(wěn)定。使用數(shù)字存儲器還能有效的進行信號失落補償，消除模擬機播放錄像時常見的 “ 雪花 ” 現(xiàn)象。同時，由于對聲音的處理采用了與音樂 CD 和數(shù)字錄音帶相同的編碼方式，所以圖像清晰度高、色彩還原逼真、音響效果好。 ? 在多媒體計算機系統(tǒng)中，視頻處理一般是借助于一些相關(guān)的硬件和軟件，在計算機上對輸入的視頻信號進行接收、采集、傳輸、壓縮、存儲、編輯、顯示、回放等多種處理。視頻信號主要是指來自電視機、錄 /放像機、攝像機等視頻設(shè)備的信號，也可以是來自影碟機的影視節(jié)目。 ? 數(shù)字視頻系統(tǒng)的組成 從硬件平臺的角度分析，一個視頻采集系統(tǒng)要包括視頻采集設(shè)備、視頻信號源設(shè)備、大容量存儲設(shè)備、以及配置有相應(yīng)視頻處理軟件的高性能計算機系統(tǒng)。 提供模擬視頻輸出的設(shè)備有錄像機、電視機 、影碟機等；對模擬視頻信號進行采集、量化和編碼的設(shè)備由視頻采集卡來完成；最后，由計算機接收和記錄編碼后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。在這一過程中起主要作用的是視頻采集卡，它不僅提供接口以連接模擬視頻設(shè)備和計算機，而且具有把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)的功能。 ? 視頻采集卡的工作原理 視頻采集卡是一個安裝在計算機擴展槽上的一個硬卡。它可以匯集多種視頻源的信息，如電視、影碟、錄像機和攝像機的視頻信息，對被捕捉和采集到的畫面進行數(shù)字化、凍結(jié)、存儲、輸出及其他處理操作，如編輯、修整、裁剪、按比例繪制、像素顯示調(diào)整、縮放功能等。視頻卡為多媒體視頻處理提供了強有力的硬件支持。 視頻采集卡的工作原理如圖 51所示 。視頻卡一般具有多種視頻接口，可接收來自攝像機 、錄像機、 VCD機等多種視頻信號，通過視頻軟件可選擇所需的視頻源。 從彩色攝像機、錄像機或其他視頻信號源得到的彩色電視信號 ，經(jīng)視頻接口送入視頻采集卡，信號首先經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換，然后送到多制式數(shù)字解碼器進行解碼 。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ ADC） 又是一個視頻解碼器，其任務(wù)是對視頻信號解碼和數(shù)字化 。采用不同的顏色空間可選擇不同的視頻輸入解碼器芯片。 圖 51 視頻卡的工作原理框圖 經(jīng) ADC解碼后得到的 YUV信號格式。當以 4： 2： 2格式采樣時 ，每 4個連續(xù)的采樣點中取 4個亮度 Y、2個色差 U、 2個色差 V的樣本值，共 8個樣本值。YUV信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換可變成 RGB信號。 RGB信號然后被送入視頻處理芯片，對其進行剪裁，變化等處理。視頻處理芯片是用于視頻捕獲、播放、顯示用的專用控制芯片，主要功能可分為PC總線接口、視頻輸入剪裁、變化比例、與 VGA信號同步 、色鍵控制以及對幀存儲器 VRAM的讀寫和刷新控制。 視頻信息可實時地存到 VRAM中，計算機可以通過視頻處理器對幀存儲器的內(nèi)容進行讀寫操作 ，幀存儲器的視頻像素信息讀到計算機后 ，通過編程可以實現(xiàn)各種算法，完成視頻圖像的編輯與處理。 視頻采集卡主要有兩種控制方式把視頻信號與VGA 信號疊加顯示 ，即色鍵方式和窗口方式。視頻輸出的 RGB信號與 VGA顯示卡引過來的 RGB信號是完全同步的，用適當?shù)姆椒ń惶媲袚Q兩路信號，即可實現(xiàn)兩路輸出的疊加 。上述兩種 RGB信號經(jīng)過 DAC（ 數(shù)模轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換變成模擬信號 ，并在顯示器的窗口中顯示。 由于視頻信息量巨大，如果直接存儲，會占用大量的存儲空間 。以電視圖像為例 ，電視上一秒鐘的畫面 ，其實是由幾十幅連續(xù)所組成的 ，如果直接將這些視頻信息存儲起來，至少也要十幾 MB的容量 。所以視頻卡又提供了對視頻數(shù)字信號的壓縮功能 ，并以壓縮的圖像文件格式進行存儲 。當在計算機上播放視頻圖像時還得經(jīng)過解壓縮過程，使其還原成圖像信息才能播放。 ? 視頻采集卡的性能指標 根據(jù)不同的應(yīng)用、不同的適用環(huán)境和不同的技術(shù)指標，目前有多種規(guī)格的視頻采集卡?？梢詺w納出以 PC機為硬件環(huán)境的視頻采集卡的主要功能和技術(shù)指標： ?接口 視頻采集卡的接口包括視頻與 PC機的接口和與模擬視頻設(shè)備的接口。目前 PC 視頻采集卡通常采用 32位的PCI總線接口，它插到 PC機主板的擴展槽中，以實現(xiàn)采集卡與 PC機的通信與數(shù)據(jù)傳輸。 視頻采集卡至少要具有一個復(fù)合視頻接口（ Video In）以便與模擬視頻設(shè)備相連。高性能的采集卡一般具有一個復(fù)合視頻接口和一個 S－ Video接口。一般的采集卡都支持 PAL和 NTSC兩種電視制式。 視頻采集卡如果不具備電視天線接口和音頻輸入接口，就不能用視頻采集卡直接采集電視射頻信號，同時也不能直接采集到模擬視頻中的伴音信號。要采集伴音， PC機上必需要裝有聲卡，視頻采集卡通過 PC機上的聲卡獲取數(shù)字化的伴音并把伴音與采集到的數(shù)字視頻同步到一起。 一般而言 , 視頻采集卡有單工卡和雙工卡兩種。單工卡只提供視頻輸入接口 ,雙工卡還提供輸出接口。如果只需在 PC機上編輯數(shù)字化視頻 ,單工卡就可以了。若想把數(shù)字化編輯過后的影像拷貝到錄像帶上 ,就需要雙工卡。 具有多種接口的視頻采集卡與視頻源的連接 ?實時壓縮功能 由于模擬視頻輸入端可以提供不間斷的信息源，視頻采集卡要采集模擬視頻序列中的每幀圖像，并在采集下一幀圖像之前把這些數(shù)據(jù)傳入 PC系統(tǒng)。因此，實現(xiàn)實時采集的關(guān)鍵是每一幀所需的處理時間。如果每幀視頻圖像的處理時間超過相鄰兩幀之間的相隔時間，則要出現(xiàn)數(shù)據(jù)的丟失，也即丟幀現(xiàn)象。采集卡都是把獲取的視頻序列先進行壓縮處理，然后再存入硬盤，也就是說視頻序列的獲取和壓縮是在一起完成的，免除了再次進行壓縮處理的不便。不同檔次的采集卡具有不同質(zhì)量的采集壓縮性能。 大多數(shù)視頻采集卡都具備硬件壓縮的功能，在采集視頻信號時首先在卡上對視頻信號進行壓縮，然后再通過接口把壓縮的視頻數(shù)據(jù)傳送到主機上。視頻采集卡采用幀內(nèi)壓縮的算法把數(shù)字化的視頻存儲成 AVI文件，高性能的視頻采集卡還能直接把采集到的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)實時壓縮成 MPEG格式的文件。 視頻捕獲卡一般都采用專業(yè)級的專用芯片來處理視頻的壓縮，例如 :intel的 i750。 同時由于圖像采集要處理大量數(shù)據(jù)（１分鐘的 AVI文件大約占 30MB空間），所以對計算機硬件平臺的要求也較高。如果用軟件的方式進行數(shù)據(jù)壓縮，則對計算機的性能有很高的要求，否則抓取的畫面及播放畫面的速度便會受到相應(yīng)的影響。 ?采集分辨率及幀頻 視頻采集卡按照其用途可以分為廣播級視頻采集卡，專業(yè)級視頻采集卡，民用級視頻采集卡。他們的區(qū)別主要是采集的圖像指標不同。 廣播級視頻采集卡屬高檔設(shè)備，主要用于電視臺制作節(jié)目。廣播級視頻采集卡的最高采集分辨率一般 720?576(CCIR推薦值 ),PAL制 ,每秒 25幀 ；或分辨率為 640?480， NTSC制，每秒 30幀。最小壓縮比一般在 4:1以內(nèi)。這一類產(chǎn)品的特點是采集的圖像分辨率高，視頻信噪比高，缺點是視頻文件龐大，每分鐘數(shù)據(jù)量至少為 200MB。 專業(yè)級視頻采集卡比廣播級視頻采集卡的性能稍微低一些，分辨率兩者是相同的 ，但壓縮比稍微大一些，其最小壓縮比一般在 6:1以內(nèi)，輸入輸出接口為 AV復(fù)合端子與 S端子，此類產(chǎn)品適用于廣告、多媒體節(jié)目制作及多媒體軟件開發(fā)。 民用級 的 視頻采集卡的動態(tài)分辨率一般最大為384?288， PAL制式，幀頻為每秒 25幀。 ?驅(qū)動和應(yīng)用程序 視頻采集卡一般都配有硬件驅(qū)動程序以實現(xiàn) PC機對采集卡的控制和數(shù)據(jù)通信。根據(jù)不同的采集卡所要求的操作系統(tǒng)環(huán)境，各有不同的驅(qū)動程序。采集卡只有在正確安裝了驅(qū)動程序以后才能正常工作。也可以采用通用的軟件，例如數(shù)字視頻編輯軟件 Adobe Premiere。 ? 視頻設(shè)備及其連接 ?視頻信號源及設(shè)備 攝像機、錄像機等設(shè)備都帶有復(fù)合視頻輸出端口 ，有的帶有分量視頻輸出端口 。 由于視頻采集卡提供復(fù)合視頻輸入和分量視頻輸入口，因此只要具有復(fù)合視頻輸出或 S－ Video輸出端口的設(shè)備都可以為采集卡提供視頻信號源，把這些輸出端口與采集卡相應(yīng)的視頻輸入端口相連就可實現(xiàn)信號的連接。 視頻的質(zhì)量在很大程度上取決于模擬視頻信號源的質(zhì)量及視頻采集卡的性能。根據(jù)不同的模擬視頻信號源應(yīng)分別選擇相應(yīng)的設(shè)備。攝像機可以實時獲取動態(tài)實景。獲取的實景可以記錄在與攝像機配套的磁錄像帶上，也可以直接通過攝像機的輸出端口輸出，有的攝像機還具有播放功能，可以播放其錄像帶上的信號并通過輸出端口輸出。磁帶錄像機及錄像帶是提供模擬視頻信號源的最常用設(shè)備。不同檔次和規(guī)格的錄像機對使用的磁帶有不同的要求，如 VHS的磁帶僅適用于 VHS錄像機。 ?視頻設(shè)備與 PC的連接 準備好了模擬視頻信號源及其相應(yīng)的設(shè)備，剩下的工作就是把模擬視頻設(shè)備與 PC機上的采集卡相連接。模擬設(shè)備與采集卡的連接包括模擬設(shè)備視頻輸出端口與采集卡視頻輸入端口的連接，以及模擬設(shè)備的音頻輸出端口與 MPC聲卡的音頻輸入端口的連接。 如果采集卡只具有視頻輸入端口而沒有伴音輸入端口 ，要同步采集模擬信號中的伴音，必須使用帶聲卡的計算機，通過聲卡來采集同步伴音。 視頻采集卡有兩種視頻輸入接口，要注意它們之間的區(qū)別，一種是具有標準復(fù)合視頻輸入接口 (RCA， 俗稱蓮花接口 )，標準視頻信號在輸出時要進行編碼，將信號壓縮后輸出，接收時還要進行解碼。這樣會損失一些信號。還有一種是 S視頻輸入接口 (SVideo)。 由于 S視頻信號不需要進行編碼、解碼，所以沒有信號損失，因此使用 S－ Video端口可以獲取更好的圖像質(zhì)量。 兼有復(fù)合視頻接口和 SVideo接口的視頻卡 Svideo電纜線及接口 復(fù)合視頻插頭 ?視頻采集的過程 采集視頻的過程主要包括如下幾個步驟： ?設(shè)置音頻和視頻源，把視頻源外設(shè)的視像輸出與采集卡相連、音頻輸出與 MPC聲卡相連。 ?準備好 MPC系統(tǒng)環(huán)境，如硬盤的優(yōu)化、顯示設(shè)置、關(guān)閉其他進程等。 ?啟動采集程序，預(yù)覽采集信號，設(shè)置采集參數(shù)。啟動信號源，然后進行采集。 ?播放采集的數(shù)據(jù)，如果丟幀嚴重可修改采集參數(shù)或進一步優(yōu)化采集環(huán)境，然后重新采集。 ?由于信號源是不間斷地送往采集卡的視頻輸入端口的，可根據(jù)需要，對采集的原始數(shù)據(jù)進行簡單的編輯。如剪切掉起始和結(jié)尾處無用的視頻序列，剪切掉中間部分無用的視頻序列等，以減少數(shù)據(jù)所占的硬盤空間。 ? 數(shù)字視頻的輸出 數(shù)字視頻的輸出是數(shù)字視頻采集的逆過程，也即把數(shù)字視頻文件轉(zhuǎn)換成模擬視頻信號輸出到電視機上進行顯示，或輸出到錄像機記錄到磁帶上，這需要專門的設(shè)備來完成數(shù)字數(shù)據(jù)到模擬信號之間的轉(zhuǎn)換。根據(jù)不同的應(yīng)用和需要，這種轉(zhuǎn)換設(shè)備也有多種。目前已有集模擬視頻采集與輸出于一體的視頻卡，可以與錄像機等設(shè)備相連，提供高質(zhì)量的模擬視頻信號采集和輸出。這種設(shè)備可以用于專業(yè)級的視頻采集、編輯及輸出。 ? 其他功能的視頻卡 ? 視頻