第二讲大恒图像图像采集卡介绍081013
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大恒图像 图像采集卡
主讲人：徐晓觅
基础知识
❖ 模拟视频相关知识 ❖ 图像采集卡相关知识 ❖ 主板总线介绍
模拟视频知识
❖ 模拟信号和数字信号
✓ 信号数据可用于表示任何信息，如符号、文字、 语音、图像等
✓ 从表现形式上可归结为两类：模拟信号和数字信 号。模拟信号与数字信号的区别可根据幅度取值 是否离散来确定。
DH-VT113
DH-VT1系列采集卡
• VT1系列双路图像采集卡
DH-VT121
DH-VT120
DH-VT123
DH-VT1系列采集卡
• VT1系列四路图像采集卡
DH-VT140
DH-VT142
DH-VT1系列采集卡
• VT1系列产品特点
✓ 采用BT878系列芯片 ✓ 支持Windows 2000/XP/2003、Vista、 Linux操
DH-VT1系列采集卡
• VT1系列图像采集卡
总线 源路
1 2 4
PCI 0
VT110 VT120 VT140
PC-104/Plus 1
VT111 VT121
PCI-E 2
VT142
MiniPCI 3
VT113 VT123
DH-VT1系列采集卡
• VT1系列单路图像采集卡
DH-VT111
DH-CG110
Byte 3 [31:24] Byte 2 [23:16] Byte 1 [15:8]
DW0
B1
R0
G0
DW1
G2
B2
R1
DW2
R3
G3
B3
Byte 0 [7:0] B0 G1 R2
模拟视频知识
❖ 颜色空间
✓ RGB16（5:6:5）
Pixel Data[31:0] DWORD
Byte 3 [31:24] Byte 2 [23:16] Byte 1 [15:8] Byte 0 [7:0]
模拟视频知识
❖ 颜色空间
✓ RGB32（8:8:8:8）
Pixel Data[31:0] DWORD
Byte 3 [31:24] Byte 2 [23:16] Byte 1 [15:8] Byte 0 [7:0]
DW0
Alpha
R
G
B
✓ RGB24（8:8:8）
Pixel Data[31:0] DWORD
总线知识介绍
➢PC-104/Plus
✓紧凑型PCI总线 ✓32位总线标准 ✓理论极限带宽133MBytes/s ✓平均带宽90-100MBytes/s左右 ✓多至三个PC-104/Plus设备共享带宽 ✓与PC-104总线（16位）差别极大，不能通用
总线知识介绍
➢PCI-E
✓64位总线标准 ✓1x的理论极限带宽266MBytes/s ✓平均带宽220MBytes/s左右 ✓每个PCI-E设备独占带宽 ✓可以有x1, x2, x4, x8, x16 , x32等扩展方式，提
– 启动速度较慢
DH-QP300四路采集卡
• 四路复合视频同时输入，同屏显示 • 优点：
– 兼容性强，支持DOS、Win3.X、Win9x、WinNT、 Win2000、WinXP、 Win2003、Vista、 Linux等操作系统
– 可以支持DirectShow开发 – 成本较低，价格便宜
• 缺点：
✓ 模拟信号指幅度的取值是连续的，幅值可由无限 个数值表示
✓ 数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限 制在有限个数值之内
模拟视频知识
❖ 模拟信号(a)和数字信号(b)
幅度 UA(t)
幅度 UA(t)
0
0
t
t
(a)
(b)
模拟视频知识
❖ 模拟信号和数字信号
信号类型 传输距离 信道利用率 成本 抗干扰能力
❖ 图像出现拉道现象，主要是主板带宽不够
一个关键的指标是：主机板的桥路与DMA通道的速度，在这 方面的表现，INTEL芯片组一般要好于VIA芯片组，且与 CPU速度无关。
总线知识介绍
➢PCI
✓X86结构常见总线 ✓32位总线标准 ✓理论极限带宽133MBytes/s ✓平均带宽90-100MBytes/s左右 ✓多个PCI设备共享带宽 ✓可以扩展为64位PCI总线
DW0 {R1[31:27],G1[26:21],B1[20:16]} {R0[15:11],G0[10:5],B0[4:0]}
✓ RGB15（5:5:5）
Pixel Data[31:0] DWORD
Byte 3 [31:24] Byte 2 [23:16] Byte 1 [15:8] Byte 0 [7:0]
DW0
Cr0
DW1
Cr2
Y1
Cb0
Y0
Y3
Cb2
Y2
✓ Hale Waihona Puke Baidu8
Pixel Data[31:0] DWORD
Byte 3 [31:24] Byte 2 [23:16] Byte 1 [15:8] Byte 0 [7:0]
DW0
Y3
Y2
Y1
Y0
模拟视频知识
❖ 帧和场 (隔行信号和逐行信号)
✓ 标准的模拟视频信号是隔行信号，一帧分成两场 ✓ 偶数场包含所有的偶数行(0, 2, . . . ) ✓ 奇数场包含所有的奇数行(1, 3, . . . ) ✓ 标准模拟视频在采集和传输的过程中使用的是场，
✓ S -Video是一种信号质量较高的视频接口，它取 消了信号叠加的方法，可有效避免一些无谓的质 量损失。它的功能是将RGB三原色和亮度进行分 离处理。
模拟视频知识
❖ 颜色空间
✓ 对一种颜色进行编码的方法统称为“颜色空间” 或“色域”(Color Space)。
✓ RGB(16位/24位/32位) ✓ YUV(YCbCr) ✓ 其他(HSV、CMYK、数码相机自定义格式等) ✓ Alpha通道
低
数字信号 短，即使是使用网口摄像机也只 能达到100m左右
高，数字化以后可以很方便地进 行分时或分码多路传输，可有效 地提高信道的利用率 高 高，经过多次转换、中继、远距 离传输后不会使信噪比恶化
高
模拟视频知识
❖ 视频制式
✓ 由视频模拟数据和视频同步数据构成 ✓ NTSC（National Television Standards
图像直接传送到计算机内存或显存 ➢现有产品
✓VT系列 ✓CG(QP)系列 ✓DT411
DH-VT系列采集卡
• VT系列图像采集卡命名规则
VT x
xx
总线： 0 – PCI 1 – PC-104/Plus 2 – PCI-E 3 – MiniPCI
同时可采集的视频总数： 1、2、4
芯片： 1 – BT878
而不是帧 ✓ 一帧图像的两场之间有时间差(造成运动模糊)
模拟视频知识
❖ 帧和场 (隔行信号和逐行信号)
隔行(帧)
奇场
偶场
图像采集
❖ 就是将图像或视频(模拟信号)转换成计 算机软件可以“理解”的数字格式(数 字信号)。
数字解码
A/D转换
格式转换
图像采集卡的工作原理图
缓冲
PCI接口
图像存储数据量的计算
DW0
{0,R1[30:26], G1[25:21],B1[20:16]}
{0,R0[14:10], G0[9:5],B0[4:0]}
模拟视频知识
❖ 颜色空间
✓ YUV16（4:2:2）
Pixel Data[31:0] DWORD
Byte 3 [31:24] Byte 2 [23:16] Byte 1 [15:8] Byte 0 [7:0]
图像传输数据量的计算
❖ 单路采集传输速率（全分辨率）：
8位黑白方式：15Mbyte/s 16位方式： 30Mbyte/s 24位方式： 45Mbyte/s 32位方式： 60Mbyte/s
❖ 多路采集时传输速率成倍增加
如QP300在24位颜色深度时，传输数据量达到 45×4=180Mbyte/s，远大于PCI总带宽
❖ 帧图像大小(Image Size)：
Width×Height(长×宽)
❖ 颜色深度(Depth，比特数)：
8/16/24/32Bit
❖ 帧率(Fps) ：
标准PAL制是25帧/s，标准NTSC制是30帧/s
❖ 数据量Q(MB) ：
图像信号每秒的数据量Q = W×H×f×d/8 例：PAL单路视频最大数据量： Q = 768×576×25×32/8 = 42.1875(MBytes/s)
技术要求
模拟信号
长，使用屏蔽较好的视频线可直 接传输200~300m，使用放大器 中继可以传输超过1公里
低，传输一个信息需要大量的附 加标识信息，信号过度综合，不 能多路传输
低
低，电信号在沿线路的传输过程 中会受到外界的和通信系统内部 的各种噪声干扰，噪声和信号混 合后难以分开，从而使得通信质 量下降
作系统 ✓ 兼容前CGCard(QP)系列的开发库 ✓ 支持用户自定义保险箱 ✓ 支持DirectShow驱动 ✓ 图像清晰度
• 复合视频彩色 > 350线 • 单色视频 > 450线
DH-VT1系列采集卡
• VT1系列产品缺点
✓ BT878芯片的图像清晰度不高
✓ VT142仍采用PCI桥路芯片，因此仍然会出现拉道 的现象
Committee，北美及日本） ✓ PAL（Phase Alternate Line，欧洲及亚洲大部分
国家） ✓ SECAM（Sequential Couleur Avec Memoire，
法国） ✓ 我国目前采用的标准是PAL-D
模拟视频知识
制式 垂直同步信号 水平同步信号 场(Field)扫描频率 帧(Frame)扫描频率 场(Field)扫描时间 帧(Frame)扫描时间 场(Field)扫描垂直分辨率 帧(Frame)扫描垂直分辨率 每秒行扫描速度(行频)
WinXP、 Win2003、Vista、 Linux操作系统 – 图像清晰度较好（水平清晰度约400 TVLines ） – 可以提供用户硬件加密
• 缺点：
– 对低照度黑白摄像机支持较差 – 目前面临停产
DH-CG410单路采集卡
• 6选一输入 • 优点：
– 支持Y/C或YCbCr分量输入 – 启动速度快（<20ms） – 支持Win9x、WinNT、Win2000、
– 图像清晰度一般（ 370 TVLines ） – 启动速度较慢
DH-CG320单路采集卡
• 4选一输入 • 单板最多可叠加三块CG320 • 优点：
– 兼容性强，支持DOS、Win3.X、Win9x、 WinNT、Win2000、WinXP、 Win2003、 Vista、 Linux等操作系统
高传输带宽 ✓x2, x4, x8, x16 , x32等扩展向下兼容
总线知识介绍
➢Mini PCI
✓紧凑型PCI总线 ✓32位总线标准 ✓理论极限带宽133MBytes/s ✓平均带宽90-100MBytes/s左右 ✓多个Mini PCI设备共享带宽
大恒DH系列图像采集卡
➢使用灵活、集成度高、功耗低 ➢采集传输基本不占用CPU时间，并可将
– 可以支持DirectShow开发 – 成本较低，价格便宜
• 缺点：
– 图像清晰度一般（水平清晰度约370 TVLines） – 启动速度较慢
DH-CG400单路采集卡
• 6选一输入 • 优点：
– 支持Y/C或YCbCr分量输入 – 启动速度快（<20ms） – 支持Win9x、WinNT、Win2000、
WinXP、 Win2003、Vista、 Linux操作系统 – 图像清晰度好（水平清晰度约470 TVLines ），特别推荐
显微镜用户使用 – 可以提供用户自定义加密
• 缺点：
– 价格较高
DH-DT411单路采集卡
• 6选一输入 • 优点：
– 支持Y/C或YCbCr分量输入 – 启动速度快（<20ms） – 图像清晰度好（水平清晰度约470 TVLines ） – 支持外接4×4小键盘 – 支持4路通用光电隔离IO
DH-CG300单路采集卡
• 4选一输入 • 优点：
– 兼容性强，支持DOS、Win3.X、Win9x、WinNT、 Win2000、WinXP、Win2003、Vista、Linux等操作系统
– 可以支持DirectShow开发 – 成本较低，价格便宜
• 缺点：
– 图像清晰度一般（水平清晰度 约370 TVLines）
NTSC 60Hz 15750 60场/s 30帧/s 16.67ms 33.33ms 262.5 525 525×30＝15750
PAL 50Hz 15625 50场/s 25帧/s 20ms 40ms 312.5 625 625×25＝15625
模拟视频知识
❖ 复合视频和S-Video
✓ 复合视频的彩色视频信号是这样构成的：首先有 一个基本的黑白视频信号，然后在每个水平同步 脉冲之后，加入一个颜色脉冲和一个亮度信号。 因为彩色信号是由多种数据“叠加”起来的，故 称之为“复合视频”。
主讲人：徐晓觅
基础知识
❖ 模拟视频相关知识 ❖ 图像采集卡相关知识 ❖ 主板总线介绍
模拟视频知识
❖ 模拟信号和数字信号
✓ 信号数据可用于表示任何信息，如符号、文字、 语音、图像等
✓ 从表现形式上可归结为两类：模拟信号和数字信 号。模拟信号与数字信号的区别可根据幅度取值 是否离散来确定。
DH-VT113
DH-VT1系列采集卡
• VT1系列双路图像采集卡
DH-VT121
DH-VT120
DH-VT123
DH-VT1系列采集卡
• VT1系列四路图像采集卡
DH-VT140
DH-VT142
DH-VT1系列采集卡
• VT1系列产品特点
✓ 采用BT878系列芯片 ✓ 支持Windows 2000/XP/2003、Vista、 Linux操
DH-VT1系列采集卡
• VT1系列图像采集卡
总线 源路
1 2 4
PCI 0
VT110 VT120 VT140
PC-104/Plus 1
VT111 VT121
PCI-E 2
VT142
MiniPCI 3
VT113 VT123
DH-VT1系列采集卡
• VT1系列单路图像采集卡
DH-VT111
DH-CG110
Byte 3 [31:24] Byte 2 [23:16] Byte 1 [15:8]
DW0
B1
R0
G0
DW1
G2
B2
R1
DW2
R3
G3
B3
Byte 0 [7:0] B0 G1 R2
模拟视频知识
❖ 颜色空间
✓ RGB16（5:6:5）
Pixel Data[31:0] DWORD
Byte 3 [31:24] Byte 2 [23:16] Byte 1 [15:8] Byte 0 [7:0]
模拟视频知识
❖ 颜色空间
✓ RGB32（8:8:8:8）
Pixel Data[31:0] DWORD
Byte 3 [31:24] Byte 2 [23:16] Byte 1 [15:8] Byte 0 [7:0]
DW0
Alpha
R
G
B
✓ RGB24（8:8:8）
Pixel Data[31:0] DWORD
总线知识介绍
➢PC-104/Plus
✓紧凑型PCI总线 ✓32位总线标准 ✓理论极限带宽133MBytes/s ✓平均带宽90-100MBytes/s左右 ✓多至三个PC-104/Plus设备共享带宽 ✓与PC-104总线（16位）差别极大，不能通用
总线知识介绍
➢PCI-E
✓64位总线标准 ✓1x的理论极限带宽266MBytes/s ✓平均带宽220MBytes/s左右 ✓每个PCI-E设备独占带宽 ✓可以有x1, x2, x4, x8, x16 , x32等扩展方式，提
– 启动速度较慢
DH-QP300四路采集卡
• 四路复合视频同时输入，同屏显示 • 优点：
– 兼容性强，支持DOS、Win3.X、Win9x、WinNT、 Win2000、WinXP、 Win2003、Vista、 Linux等操作系统
– 可以支持DirectShow开发 – 成本较低，价格便宜
• 缺点：
✓ 模拟信号指幅度的取值是连续的，幅值可由无限 个数值表示
✓ 数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限 制在有限个数值之内
模拟视频知识
❖ 模拟信号(a)和数字信号(b)
幅度 UA(t)
幅度 UA(t)
0
0
t
t
(a)
(b)
模拟视频知识
❖ 模拟信号和数字信号
信号类型 传输距离 信道利用率 成本 抗干扰能力
❖ 图像出现拉道现象，主要是主板带宽不够
一个关键的指标是：主机板的桥路与DMA通道的速度，在这 方面的表现，INTEL芯片组一般要好于VIA芯片组，且与 CPU速度无关。
总线知识介绍
➢PCI
✓X86结构常见总线 ✓32位总线标准 ✓理论极限带宽133MBytes/s ✓平均带宽90-100MBytes/s左右 ✓多个PCI设备共享带宽 ✓可以扩展为64位PCI总线
DW0 {R1[31:27],G1[26:21],B1[20:16]} {R0[15:11],G0[10:5],B0[4:0]}
✓ RGB15（5:5:5）
Pixel Data[31:0] DWORD
Byte 3 [31:24] Byte 2 [23:16] Byte 1 [15:8] Byte 0 [7:0]
DW0
Cr0
DW1
Cr2
Y1
Cb0
Y0
Y3
Cb2
Y2
✓ Hale Waihona Puke Baidu8
Pixel Data[31:0] DWORD
Byte 3 [31:24] Byte 2 [23:16] Byte 1 [15:8] Byte 0 [7:0]
DW0
Y3
Y2
Y1
Y0
模拟视频知识
❖ 帧和场 (隔行信号和逐行信号)
✓ 标准的模拟视频信号是隔行信号，一帧分成两场 ✓ 偶数场包含所有的偶数行(0, 2, . . . ) ✓ 奇数场包含所有的奇数行(1, 3, . . . ) ✓ 标准模拟视频在采集和传输的过程中使用的是场，
✓ S -Video是一种信号质量较高的视频接口，它取 消了信号叠加的方法，可有效避免一些无谓的质 量损失。它的功能是将RGB三原色和亮度进行分 离处理。
模拟视频知识
❖ 颜色空间
✓ 对一种颜色进行编码的方法统称为“颜色空间” 或“色域”(Color Space)。
✓ RGB(16位/24位/32位) ✓ YUV(YCbCr) ✓ 其他(HSV、CMYK、数码相机自定义格式等) ✓ Alpha通道
低
数字信号 短，即使是使用网口摄像机也只 能达到100m左右
高，数字化以后可以很方便地进 行分时或分码多路传输，可有效 地提高信道的利用率 高 高，经过多次转换、中继、远距 离传输后不会使信噪比恶化
高
模拟视频知识
❖ 视频制式
✓ 由视频模拟数据和视频同步数据构成 ✓ NTSC（National Television Standards
图像直接传送到计算机内存或显存 ➢现有产品
✓VT系列 ✓CG(QP)系列 ✓DT411
DH-VT系列采集卡
• VT系列图像采集卡命名规则
VT x
xx
总线： 0 – PCI 1 – PC-104/Plus 2 – PCI-E 3 – MiniPCI
同时可采集的视频总数： 1、2、4
芯片： 1 – BT878
而不是帧 ✓ 一帧图像的两场之间有时间差(造成运动模糊)
模拟视频知识
❖ 帧和场 (隔行信号和逐行信号)
隔行(帧)
奇场
偶场
图像采集
❖ 就是将图像或视频(模拟信号)转换成计 算机软件可以“理解”的数字格式(数 字信号)。
数字解码
A/D转换
格式转换
图像采集卡的工作原理图
缓冲
PCI接口
图像存储数据量的计算
DW0
{0,R1[30:26], G1[25:21],B1[20:16]}
{0,R0[14:10], G0[9:5],B0[4:0]}
模拟视频知识
❖ 颜色空间
✓ YUV16（4:2:2）
Pixel Data[31:0] DWORD
Byte 3 [31:24] Byte 2 [23:16] Byte 1 [15:8] Byte 0 [7:0]
图像传输数据量的计算
❖ 单路采集传输速率（全分辨率）：
8位黑白方式：15Mbyte/s 16位方式： 30Mbyte/s 24位方式： 45Mbyte/s 32位方式： 60Mbyte/s
❖ 多路采集时传输速率成倍增加
如QP300在24位颜色深度时，传输数据量达到 45×4=180Mbyte/s，远大于PCI总带宽
❖ 帧图像大小(Image Size)：
Width×Height(长×宽)
❖ 颜色深度(Depth，比特数)：
8/16/24/32Bit
❖ 帧率(Fps) ：
标准PAL制是25帧/s，标准NTSC制是30帧/s
❖ 数据量Q(MB) ：
图像信号每秒的数据量Q = W×H×f×d/8 例：PAL单路视频最大数据量： Q = 768×576×25×32/8 = 42.1875(MBytes/s)
技术要求
模拟信号
长，使用屏蔽较好的视频线可直 接传输200~300m，使用放大器 中继可以传输超过1公里
低，传输一个信息需要大量的附 加标识信息，信号过度综合，不 能多路传输
低
低，电信号在沿线路的传输过程 中会受到外界的和通信系统内部 的各种噪声干扰，噪声和信号混 合后难以分开，从而使得通信质 量下降
作系统 ✓ 兼容前CGCard(QP)系列的开发库 ✓ 支持用户自定义保险箱 ✓ 支持DirectShow驱动 ✓ 图像清晰度
• 复合视频彩色 > 350线 • 单色视频 > 450线
DH-VT1系列采集卡
• VT1系列产品缺点
✓ BT878芯片的图像清晰度不高
✓ VT142仍采用PCI桥路芯片，因此仍然会出现拉道 的现象
Committee，北美及日本） ✓ PAL（Phase Alternate Line，欧洲及亚洲大部分
国家） ✓ SECAM（Sequential Couleur Avec Memoire，
法国） ✓ 我国目前采用的标准是PAL-D
模拟视频知识
制式 垂直同步信号 水平同步信号 场(Field)扫描频率 帧(Frame)扫描频率 场(Field)扫描时间 帧(Frame)扫描时间 场(Field)扫描垂直分辨率 帧(Frame)扫描垂直分辨率 每秒行扫描速度(行频)
WinXP、 Win2003、Vista、 Linux操作系统 – 图像清晰度较好（水平清晰度约400 TVLines ） – 可以提供用户硬件加密
• 缺点：
– 对低照度黑白摄像机支持较差 – 目前面临停产
DH-CG410单路采集卡
• 6选一输入 • 优点：
– 支持Y/C或YCbCr分量输入 – 启动速度快（<20ms） – 支持Win9x、WinNT、Win2000、
– 图像清晰度一般（ 370 TVLines ） – 启动速度较慢
DH-CG320单路采集卡
• 4选一输入 • 单板最多可叠加三块CG320 • 优点：
– 兼容性强，支持DOS、Win3.X、Win9x、 WinNT、Win2000、WinXP、 Win2003、 Vista、 Linux等操作系统
高传输带宽 ✓x2, x4, x8, x16 , x32等扩展向下兼容
总线知识介绍
➢Mini PCI
✓紧凑型PCI总线 ✓32位总线标准 ✓理论极限带宽133MBytes/s ✓平均带宽90-100MBytes/s左右 ✓多个Mini PCI设备共享带宽
大恒DH系列图像采集卡
➢使用灵活、集成度高、功耗低 ➢采集传输基本不占用CPU时间，并可将
– 可以支持DirectShow开发 – 成本较低，价格便宜
• 缺点：
– 图像清晰度一般（水平清晰度约370 TVLines） – 启动速度较慢
DH-CG400单路采集卡
• 6选一输入 • 优点：
– 支持Y/C或YCbCr分量输入 – 启动速度快（<20ms） – 支持Win9x、WinNT、Win2000、
WinXP、 Win2003、Vista、 Linux操作系统 – 图像清晰度好（水平清晰度约470 TVLines ），特别推荐
显微镜用户使用 – 可以提供用户自定义加密
• 缺点：
– 价格较高
DH-DT411单路采集卡
• 6选一输入 • 优点：
– 支持Y/C或YCbCr分量输入 – 启动速度快（<20ms） – 图像清晰度好（水平清晰度约470 TVLines ） – 支持外接4×4小键盘 – 支持4路通用光电隔离IO
DH-CG300单路采集卡
• 4选一输入 • 优点：
– 兼容性强，支持DOS、Win3.X、Win9x、WinNT、 Win2000、WinXP、Win2003、Vista、Linux等操作系统
– 可以支持DirectShow开发 – 成本较低，价格便宜
• 缺点：
– 图像清晰度一般（水平清晰度 约370 TVLines）
NTSC 60Hz 15750 60场/s 30帧/s 16.67ms 33.33ms 262.5 525 525×30＝15750
PAL 50Hz 15625 50场/s 25帧/s 20ms 40ms 312.5 625 625×25＝15625
模拟视频知识
❖ 复合视频和S-Video
✓ 复合视频的彩色视频信号是这样构成的：首先有 一个基本的黑白视频信号，然后在每个水平同步 脉冲之后，加入一个颜色脉冲和一个亮度信号。 因为彩色信号是由多种数据“叠加”起来的，故 称之为“复合视频”。