认识视频采集卡

数码与整机

缪辉宇

视频采集卡又称视频捕捉卡，用它可以将视频信息数字化，并可将数字化的信息存储或播放出来。随着计算机的日益普及及性能的飞速提高，以前曾经只能在高性能工作站上使用的视频采集及编辑功能，也逐渐应用到桌面PC中。在民用低端领域，越来越多的人已经能使用视频采集卡制作自己的视频节目。在高端领域，高性能和高速的采集卡使基于PC的视频编辑大行其道，并有逐渐取代传统磁带编辑的趋势。本文就对基于PC的视频采集卡做一些介绍比较。

一、概述

绝大部分视频采集卡在捕捉视频信息的同时录制伴音，并能保证音频和视频在数字化时同步保存、同步播放。视、音频同步是衡量采集卡性能的重要指标之一。
很多视频采集卡还提供了硬件压缩功能，采集速度快，可以实现每秒30帧的全屏幕视频采集。视压缩格式的不同，有些经过这类采集卡压缩的视频文件在回放时，还需要相应的解压缩硬件才能实现。这些视频采集卡有时又称为压缩卡。
视频采集卡在工作时可以把视频图像以不同大小的视频窗口显示在计算机的显示器上。更高档的采集卡还能提供许多特殊的效果(如静帧、淡出、旋转、镜像、抽帧、透明色等)，提供基于硬件的二维和三维特技以及基于硬件的多视频实时回放，这类高级的视频采集卡一般用于广播电视行业。

二、视频采集卡的分类

视频采集卡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。它们的区别很大，主要是采集的图像指标、接口类型和高级功能不同。

1.广播级视频采集卡

提供优异的采集质量，丰富的编辑功能和强大的软件支持。
广播级视频采集卡又称作非线性编辑卡，是视频采集卡中最高档的，多用于电视台制作节目。
广播级视频采集卡的采集分辨率一般为768×576 PAL制，25帧/秒，或720×480 NTSC制，30帧/秒。此类产品大都使用硬件进行实时的无损压缩，使用帧内编码的DV或M-jpeg压缩格式，保证精确到帧的编辑。
为了保证高的图像分辨率、采集过程中不丢帧和最大程度地保证色彩不失真，它们的最大压缩比一般在2.5∶1以内，甚至有些高端产品为了保证图像质量采用单帧存储技术。由此造成的缺点显而易见，就是视频文件庞大，每秒钟的活动视频需占用存储空间5MB以上。
这样高的数据传输率必然要求有高速、大容量的存储器。配合广播级视频采集卡的计算机一般都配备有高速SCSI硬盘，有条件的会使用多块硬盘组成RAID系统以提高数据的读写速度，更高档的机器更会配置专为视频优化过的高速AV硬盘(如DPS PVR)。
广播级的视频采集卡都要求有高配置的计算机系统与之配合。目前在电视台使用的主流非线性系统一般都配置了双处理器、双显示器和工业机箱。
广播级采集卡都清一色地带有分量输入输出接口，用来连接广播级的摄录编设备。同时还具有复合信号输入输出接口，Y.C.信号输入输出接口，数字SDI输入输出，预监视信号输出，时基校正电路及高质量音频输入输出(44.8KHz，16bit)。
随着计算机视频技术的飞速发展，目前主流的广播级采集卡都具备了实时的二、三维特技和3个以上视频轨道的实时视频生成，用户再也不用在修改特技和生成视频上花费大量的时间了。
生产广播级视频采集卡的公司主要有Matriox、Pinnacle、DPS、Canopus和Avid。代表产品分别是Matrox公司：Digisuite、Digisuite LE；Pinnacle公司：ReelTime，DC2000 ，Targa3000； DPS公司：5250，Velocity等。

2.专业级视频采集卡

提供较高的图形质量，一般适用的功能以及对常用软件的支持。
专业级视频采集卡级别比广播级视频采集卡的性能稍低。但采集分辨率二者是相同的，一般也采用硬件压缩技术，但压缩比稍微大一些，其最大压缩比一般在4∶1以内。
专业级的视频采集卡无论是图像的分辨率还是色彩还原都不如广播级视频采集卡，提供的功能也不如广播级采集卡丰富。但这类采集卡成本较低，与之配合的计算机系统配置也要求较低。
这类采集卡输入输出接口一般为AV复合端子与S端子，个别产品也提供了YUV分量接口。此类产品适用于多媒体公司制作节目及多媒体软件。
专业级的视频采集卡对计算机的要求不是很高，目前主流的计算机都可以满足需要，但是，由于这类采集卡一般都不具备实时生成功能，一台高配置的计算机将会为后期的编辑节省更多时间。
目前较为典型的专业级视频采集卡主要有：Matrox公司的RT2000，RT2500；Pinnacle公司的DC30 Plus，DC 10 PLUS。

3.民用级视频采集卡

提供一般的图形质量和单一的视频采集功能。
民用级视频采集卡的动态分辨率一般最大为354×288，PAL制25帧/秒 ；352×240，30帧/秒，NTSC制。静态捕捉分辨率则可以达到768×576。输入端子为AV复合端子与S端子，绝大多数不具有视频输出功能。
一般来说，我们购买的民用级视频采集卡都是用来制作VCD的，这种卡上都带有VCD压缩芯片，可以实时地将输入视频信号压缩成VCD标准的MPEG1文件。
从用途上来说VCD压缩卡应该算在专业级，但从图像指标上来说它只能算做民用级产品。它采集的视频文件采用MPEG1压缩算法，文件尺寸较小，但视频指标明显低于AVI文件。
民用级视频采集卡中，Broadway(百老汇) Pro，AV-8，SNAZZI这3种产品在市场上占有很大的份额。
随着计算机性能的提高，使用软件将输入视频实时压缩成VCD格式甚至是DVD格式的视频采集卡也出现在市场上。这种采集卡的最大特点是，在高性能的计算机上能提供更高的压缩质量。这种卡同时支持多种编码码率MPEG1和MPEG2压缩格式，并可以调节压缩的质量。
值得一提的是，目前市场上出现了许多电视接收卡，这种卡也可以进行视频采集。由于使用的是软件压缩，虽然可以将视频实时压缩成标准的VCD格式，但视频质量较差。如果你拥有一台高配置的计算机，可以使用这种电视接收卡将视频文件压缩成高数据传输率的MPEG1文件(具体支持到什么样的质量，就要看你的电脑配置了，一般可以达到4Mbps～6Mbps)，然后再使用Xing等软件将它转换为标准的VCD格式文件(数据传输率为1.152Mbps)。笔者曾经试过，用ATI TV-Wonder卡，采集的6Mbps的视频文件，经过Xing的转换，生成的MPEG1文件效果绝对不比3000元左右的VCD压缩卡差。（图1）

三、几款典型的产品

根据不同应用、不同的使用环境，目前各个级别都有多种规格的视频采集卡，而且各种新技术、新功能也层出不穷。下面笔者仅列举一些典型的视频压缩卡，让读者在选购时作一些参考。

1.DPS Velocity

美国DPS公司生产的广播级实时非编卡。
卡上自带UltraWide SCSI 总线，数据传输达40MB/s，10bits数字量化处理及12bitsDVE特级处理。带有RS422接口用于遥控广播级编辑机。（图2）

2.DC 30 PLUS

美国品尼高公司开发的一套专业级视频采集卡。（图3）

3.AV-8 MPEG1 视频采集压缩卡

用于VCD制作、视频监控、网络视频功能。（图4）

MPEG1和MPEG2

MPEG1制定于1992年，为工业级标准而设计，可适用于不同带宽的设备，如CD-ROM、Video-CD、CD-i。它可针对SIF标准分辨率(对于NTSC制式为352×240；对于PAL制式为352×288的图像进行压缩，传输速率为1.5Mb/s，每秒播放30帧，具有CD(指激光唱盘,音质，质量级别基本与VHS相当。MPEG的编码速率最高可达4Mb/s～5Mb/s，但随着速率的提高，其解码后的图像质量有所降低。
MPEG1也被用于数字电话网络上的视频传输，如非对称数字用户线路(ADSL)，视频点播(VOD)，以及教育网络等。同时，MPEG1也可被用来记录媒体或是在INTERNET上传输音频。
MPEG2制定于1994年，设计目标是高级工业标准的图像质量以及更高的传输率。MPEG2所能提供的传输率在3Mb/s～10Mb/s间,在NTSC制式下的分辨率可达720×486，MPEG2也可提供广播级的视像和CD级的音质。MPEG2的音频编码可提供左右中及两个环绕声道,以及一个加重低音声道和多达7个伴音声道,DVD可有8种语言配音的原因。由于MPEG2在设计时的巧妙处理，使得大多数MPEG2解码器也可播放MPEG1格式的数据，如VCD。