远程教学中流媒体采集卡的应用



2011-10-09 17:28　作者：九视电子　出处：www.360tsw.com

　　随着宽带的日益普及,网络电视也随之进入了我们的生活。网络电视是一种通过架设媒体服务器,对视频源进行采集和编码,再依靠网络流媒体传输协议,使得用户能够使用IE浏览器或者特定的客户端来观看视频的新技术。

　　网络电视的出现主要是基于流媒体技术的发展。所谓流媒体是指采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式。流式传输方式则是将整个A/V及3D等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包,由视频服务器向用户计算机连续、实时传送。在采用流式传输方式的系统中,用户不必像采用下载方式那样等到整个文件全部下载完毕,而是只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用解压设备(硬件或软件)对压缩的A/V、3D等多媒体文件解压后进行播放和观看。此时多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。与单纯的下载方式相比,这种对多媒体文件边下载边播放的流式传输方式不仅使启动延时大幅度地缩短,而且对系统缓存容量的需求也大大降低。

　　1 视频实时采集系统设计与实现

　　1.1 VGA采集卡

　　VGA采集卡,它可以把输入的VGA模拟信号实时采集压缩,既能保证信号的连续实时,又能保证清晰不失真,从而完美解决了VGA信号的实时采集压缩这一难题。

　　1.2 采集卡的选用以及采集接口设计

　　视频实时采集系统使用的是VisionRGB- PRO卡(英国Datapath公司),此卡可同时实时采集两路视频数据。VisionRGB- PRO卡采用标准的PCI接口,它从别的数据源捕捉模拟RGB数据到PC上。VisionRGB-PRO卡有两路完整的捕捉通道,每路都支持高达1600x1200的分辨率。捕捉到的视频被实时的放入卡的帧缓冲区中。PCI总线控制其,带有分散集中支持,能将捕捉到的数据传送到系统内存或直接到VGA显卡的帧内缓冲区。捕捉到的视频再传送至系统内存前还可以放大或所辖。系统内存或VGA显示卡的帧内缓冲区的刷新速率依赖于捕捉分辨率和放大缩小的比例。

　　2 视频编码H.264分析与研究

　　2.1 H.264 视频编码标准概要

　　H.264是视频压缩的一种新标准。它将视频转换成一种特殊的格式,这一过程能使视频在存储或传输的消耗更少的资源。。压缩技术的标准化使得来自不同生产商的产品能够互相兼容。

　　H.264高级视频编码是由国际电信联盟(ITU-T)和国际标准组织(ISO)联合发表的一项视频编码标准。这一新的视频标准还被称为MPEG-4的第十版-AVC(Advanced Video Coding).该标准定义了一种视频编码格式以及解码格式。在H.264中引入了当前视频编码的最新技术,包括运动搜索中的宏模块大小可变、整数变换、帧内预测、解块效应滤波、差错控制等。H.264的编解码过程如图1所示。

　　H.264视频编码器包含有预测,变形以及编码三部分组成。在这一系列过程之后,视频流将会被转换成一种H.264的比特流。而H.264的解码器则包含了一个相反的过程包含解码,逆变和重组的三部分。

　　2.2 H.264的变换与量化

　　H.264协议中的变换方式主要有3种:4x4残留变换,4x4两度直流变换(16x16帧内模式下),2x2色度直流系数变换。H.264协议中的量化采用分级量化原理。

　　H.264变换和量化中,对直流分量进行了特殊的处理;对速度信号的直流分量进行2x2的哈达码变换;对16x16帧内模式下宏块的直流分量作了4x4的哈达码变换。通过这些手段,进一步压缩了图像的信息的冗余度,提高压缩效率。

　　2.3 H.264中的熵编码技术

　　视频编码的最后一步是熵编码。基于VLC的熵编码是一个应用最广的方法,它主要应用在对量化变换系数、自适应块ABT(Adaptive Block Transform)、运动向量和其他编码信息的压缩技术中;而基于内容的自适应二进制算数编码主要是使用编码和解码两边都能使用所有句法元素(变换系数、运动矢量)的概念模型。

　　本文设计的VGA信号实时采集系统实现了基于服务器/客户端的信号采集、编码、视频文件发送接收功能,各个功能模块相对独立且具有良好的可维护性和扩展性,设计的系统原则上可以适用于各种基于宽带流媒体的信号采集发送接收系统。由于篇幅有限,本文没有就系统中的网络安全与流量控制进行进一步的探讨,这也是下一步的研究方向。相信随着网络教学等需求的发展,VGA信号实时采集系统将会在功能与性能上更加完善和稳定。