
视频卡应用什么是视频压缩技术
在模数信号的存储与传输方面,模拟视频源的视频信号可以不间断的提供,由视频采集芯片(什么是视频卡)将模拟信号转换成数字信号,然后传至板卡自带的临时存储器中,再由视频采集卡上自带视频压缩芯片执行压缩算法
图像采集卡、视频捕获卡的作用是从视频信号中捕获一幅画面,然后存储起来供以后使用,而我们知道视频信号的存储与传输都离不开视频压缩技术,那么什么是视频压缩技术。
视频信号传输的主要挑战
模拟信号到数字信号的转变,CRT已经逐步为LCD所取代了,绝大多数的VGA接口便进化到了DVI接口。
随着接口技术在向数字化方向迈进,电视数字化趋势纷至沓来, 2003年11月18日。国家广电总局宣布,我国已全面启动有线电视从模拟向数字的整体平移。2008年全面普及数字电视。2015年将关闭模拟电视信号。
理论上,数字电视(DTV)画面品质优于传统的模拟电视,没有鬼影、雪花、颤动和色彩失真等等问题。
模拟电视信号最大的缺陷就是画面斑点甚多,主要原因对高频信号响应不足而导致画面不够细腻,通俗的话简单地可以认为,就是带宽不够。
图像越细致,分辨率就越高,图片分辨率越高,所需像素越多(像素与分辨率),所需要的带宽就越大。
很久以前,美国官方就把可用频谱中的每6MHz带宽分配给美国广播公司的每一个频道以提供模拟电视信号,这种对视频带宽的限制及其对应的显示标准(NTSC色彩空间),就决定了传统电视机的特征,并在几十年时间里决定了电视画面的质量。
随着电视数字化发展趋势,接口技术也在向数字化方向迈进,新一代的数字接口技术纷至沓来,现在视频采集卡,特别是高清视频采集卡,接口已近不仅仅限于VGA、DVI了,如已经比较成熟的高清晰数字多媒体接口(HDMI)和我国拥有自主知识产权的数字高清互动接口(DiiVA)。
数字电视的出现,广播公司看到了能更充分地利用其分配的带宽的机会。的确,从他们的角度来看,数字电视最突出的优点莫过于容许在同样的带宽内传输更多的频道,并且同样能支持后续的高清晰度电视节目(HDTV)。
冗长的数据 带宽的限制
HDTV对技术的要求非常高。传统传播模拟信号的NTSC信号在一个频道6MHz带宽内最低要使用4.2MHz的带宽,并以29.97Hz的场频扫描525线。九视针对专业用户需求,推出了一款T620E 高清两路DVI/VGA/HDMI音视频采集卡,采用PCI-Express x4, 虽然实际输出帧率受PCI-Express 接口传输带宽限制,可能低于设定值,但仍能到达 480MB/s 传输带宽。
HDTV文件不仅包含了大量图像信息,同时还容纳大量音频信息。所以,HDTV文件的“身材”往往不可小觑,动辄就是几百MB甚至达到几十GB。而这些还是经过视频压缩过后的文件,原始文件更是大得恐怖。用原始文件直接在个人电脑上播放的话,不光容量不能接受,现有存储设备的传输速度也不能够满足。
数字视频的主要挑战在于原始或未压缩的视频需要存储或传输大量数据。例如,标准清晰度的 NTSC 视频的数字化一般是每秒 30 帧速率,采用 4:2:2 YcrCb 及 720(480,其要求超过 165Mbps 的数据速率。保存 90 分钟的视频需要 110GB 空间,或者说超过标准 DVD-R 存储容量的 25 倍。即使是视频流应用中常用的低分辨率视频(如:CIF:352x288 4:2:0、30 帧/秒)也需要超过 36.5Mbps 的数据速率,这是 ADSL 或 3G 无线等宽带网络速度的许多倍。目前的宽带网可提供 1~10Mbps 的持续传输能力。
显然视频信号的存储或传输需要采用压缩技术。
经过数字量化和编码压缩之后,该信号可以被记录在DVD上,其位传输bit率从2Mbits/s到10Mbits/s(支持自适应),平均为4Mbits/s。比较而言,典型的HDTV具有5倍于模拟TV的分辨率。因此在同样条件下,传输数据率应该是模拟信号的5倍才能达到同样的性能。
无论是传统的模拟信号还是高清数字信号,传输信号时受到带宽的制约。那么,怎样才能解决问题呢?采用压缩技术是一种办法。
视频压缩引起失真
面对HDTV庞大的体积,在尽可能低的存储情况下获得好的图像质量和低带宽图像快速传输已成为视频压缩格式的任务。
视频压缩算法 有损编码
目前最常用的数字视频压缩算法是MPEG-2。从现有的卫星电视传输、有线数字电视传输到空中数字广播,MPEG-2在各种应用中已经被国际上广为采用。MPEG-2 既能够满足标准逐行视频的需求(其中视频序列由一系列按一定时间间隔采集的帧构成),又能够满足电视领域常用的隔行视频的需求。隔行视频交替采集及显示图像中两组交替的像素(每组称为一个场)。这种方式尤其适合电视显示器的物理特性。MPEG2 支持标准的电视分辨率
MPEG-2首先通过运动补偿去除时间冗余,然后将一帧图像分割成一个个8x8的相素点阵,在每个点阵内使用DCT(离散余弦变换)去除空间冗余。DCT完成后通过量化和重组后压缩就完成了,然后进行可变长编码,最后进行霍夫曼编码。整个压缩过程极大的减少了比特率(>10:1压缩比)。
压缩级别 压缩比 比特 保真度
MPEG-2 在 30:1 左右的压缩比时运行良好。MPEG-2 在 4-8Mbps 时达到的质量适合消费类视频应用
然而,比特率的减少也带来了问题,因为编码损失了一些原始的视频信息,有可能引起严重的负作用,所以,MPEG-2被称为有损编码。它丢弃了被认为视觉上较为次要的图像信息。压缩得越大,编码后的图像与原始图像的差异就越大。
压缩-解压(编解码)算法可以实现数字视频信号的存储与传输。
在选择数字视频系统的编解码技术时需要考虑诸多因素(数字视频压缩)。主要因素包括应用的视频质量要求、传输通道或存储介质所处的环境(速度、时延、错误特征)以及源内容的格式。同样重要的还有预期分辨率、目标比特率、色彩深度、每秒帧数以及内容和显示是逐行扫描还是隔行扫描。压缩通常需要在应用的视频质量要求与其他需求之间做出取舍。
在模数信号的存储与传输方面,模拟视频源的视频信号可以不间断的提供,由视频采集芯片(什么是视频卡)将模拟信号转换成数字信号,然后传至板卡自带的临时存储器中,再由视频采集卡上自带视频压缩芯片执行压缩算法,将庞大的视频信号压缩变小,最后这些压缩后的直接或通过PCI桥芯片进入PCIz总线(PCI-E),存储到硬盘。即通过FPGA写入SDRAM作为缓存,再经FPGA从SDRAM中将采集压缩的数据读出通过PCI总线传输到上位机,由上位机对数据进行传输等处理(视频信号采集压缩处理过程基本原理)。
在模数信号转换问题上,很多采集卡的实时采集压缩能力就能比较出来产品的优势。因为模拟视频源的视频信号可以不间断的提供,视频采集卡要采集视频信息的每一帧图像,且在采集后经过处理将信号传送给计算机,所以实现实时采集的一个关键就是每一帧的处理时间。如果这个处理时间超过了相邻两帧信号的间隔时间,那么就会出现丢帧现象。
视频采集卡 视频压缩卡 软压卡
因此,采集卡在获取视频序列的同时要先进行压缩处理,在存盘,也可以说获取和压缩要同步完成,所以采用硬件压缩的视频采集卡,又是也称之为视频压缩卡或硬压卡,视频压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉,其中包含帧内图像数据压缩技术、帧间图像数据压缩技术和熵编码压缩技术,因此视频压缩卡占有非常重要的地位。九视最草的T100-VGA采集卡视频压缩技术优势突出,单台PC机可插多片卡允许多通图像捕捉和同步显示,其最大捕捉采样速率是实时140MHz,通过板载DSP实时处理视、音频数据,进行高质量高分辨率的压缩录像,也可通过网络进行数据传输,满足视频音频同步的要求,适用于高精度、高分辨率的图像采集、高清VGA视频图像的压缩存储,网络传输等要求。
不过现在PC上的视频压缩编码技术更成熟,所以在PC机上面做图像编码的选择非常多,一般的编码算法都能够做到很高的品质.不同的视频压缩算法决定了视频图像信号质量,就视频会议用的高清VGA视频采集卡而言,视频处理是视频会议系统的核心,目前各方案普遍支持多种视频压缩算法,其中包括MPEG-4视频编码和H.264视频编解码技术。因此现在的视频采集卡基本都没有什么太多的压缩功能了,俗称软压卡。软件压缩卡就不同了,它的压缩比由软件而定几比几就没有标准了,压缩一般有帧内压缩和帧间压缩.硬件压缩卡的优点就是不需占要PC资源,故较低配置的PC机也可以采集出好质量的视频文(VCD/DVD),软件压缩就不同了,它需要有较高的PC配置,硬件压缩卡的性能和价格都要比软件压缩卡高。
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