数据采集卡是什么？

视频采集卡是将视频采集卡是将模拟摄像机、录像机、LD视盘机、电视机输出的视频信号等输出的视频数据或者视频音频的混合数据输入电脑，并转换成电脑可辨别的数字数据，存储在电脑中，成为可编辑处理的视频数据文件。1394卡是连接数码摄像机、高速外接硬盘、打印机和扫描仪等多种设备的连接卡,两者的用途不同.

两者都上安装在插显卡所在的插槽中,驱动程序在购买的时候都会携带安装光盘.

视频采集卡作为一个PC的内部硬件设备，以前除了专业人员外，使用视频采集卡的电脑玩家也是屈指可数。但现在视频会议的大力发展，对视频会议的图象质量有了高要求，因为其功能较USB摄像头的多样性，现在越来越多的企业用户也开始使用视频采集卡。视频采集卡是将模拟摄像机、录像机、LD视盘机、电视机输出的视频信号等输出的视频数据或者视频音频的混合数据输入电脑，并转换成电脑可辨别的数字数据，存储在电脑中，成为可编辑处理的视频数据文件。
按照其用途可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，它们档次的高低主要是采集图像的质量不同。 专业级视频采集卡的档次比广播级的性能稍微低一些，分辨率两者是相同的，但压缩比稍微大一些，其最小的压缩比一般在6：1以内，输入输出接口为AV复合端子与S端子。民用级视频采集卡的动态分辨率一般较低，绝大多数不具有视频输出功能。

一、特 点

电脑上通过视频采集卡可以接收来自视频输入端的模拟视频信号，对该信号进行采集、量化成数字信号，然后压缩编码成数字视频。大多数视频卡都具备硬件压缩的功能，在采集视频信号时首先在卡上对视频信号进行压缩，然后再通过PCI接口把压缩的视频数据传送到主机上。一般的PC视频采集卡采用帧内压缩的算法把数字化的视频存储成AVI文件，高档一些的视频采集卡还能直接把采集到的数字视频数据实时压缩成MPEG-1格式的文件。

由于模拟视频输入端可以提供不间断的信息源，视频采集卡要采集模拟视频序列中的每帧图像，并在采集下一帧图像之前把这些数据传入PC系统。因此，实现实时采集的关键是每一帧所需的处理时间。如果每帧视频图像的处理时间超过相邻两帧之间的相隔时间，则要出现数据的丢失，也即丢帧现象。采集卡都是把获取的视频序列先进行压缩处理，然后再存入硬盘，也就是说视频序列的获取和压缩是在一起完成的，免除了再次进行压缩处理的不便。不同档次的采集卡具有不同质量的采集压缩性能。

二、系统要求

目前的视频采集卡是视频采集和压缩同步进行，也就是说视频流在进入电脑的同时就被压缩成MPG格式文件，这个过程就要求电脑有高速的CPU、足够大的内存、高速的硬盘、通畅的系统总线……

内存现在的价格已经基本狂跌到底层，购买一个DDR333的256M的品牌内存就可以提供足够的内存带宽和容量大小，对捕捉图像和转换数据足以应付。硬盘是这套配置的关键，它不仅需要大容量的，而且存储速度要快。建议选择10000转的SCSI硬盘，缓存最低需要2M，一般的这种SCSI硬盘都可以达到这个缓存，容量当然是越大越好。另外，也可以购买现在的DMA100以上7200转的高速硬盘，不过它们速度虽然慢点但也可以基本满足采集时的要求。

显卡在视频采集中显得并不是那么重要，选择一般的32M以上的AGP卡即可。显示器方面建议选择大尺寸，用珑管的Sony设备。不建议选择液晶的，因为采集显示在屏幕上的效果可能会失真。声卡一般买一个普通家庭用Vibra 128也够了，如果想追求很高的音质也可以选择SB LIVE！等级别的，不过一般没那个必要。

1394卡的全称是IEEE1394 Interface Card。这一接口技术是由老牌的电脑厂商苹果公司率先创立的，苹果公司称之为Firewire，所以很多人也习惯叫1394卡为火线卡。其初衷是把它作为一种高速数据传输界面。1995年电机电子工程师协会（IEEE）把它作为正式新标准，编号1394，这就是IEEE1394这个名字的由来。不同的公司对1394接口技术也有不同的叫法，源于各自厂商注册的商标名称不同而已，例如Sony 称之为 i.Link，Texas Instruments 称之为 Lynx等，实际上都是一种东西。

综上所述，我们可以知道IEEE1394是一种外部串行总线标准，它可以达到400MB/s的数据传输速率，十分适合视频影像的传输。作为一种数据传输的开放式技术标准，IEEE-1394被应用在众多的领域，包括数码摄像机、高速外接硬盘、打印机和扫描仪等多种设备。标准的1394接口可以同时传送数字视频信号以及数字音频信号，相对于模拟视频接口，1394技术在采集和回录过程中没有任何信号的损失，正是由于这个优势，1394卡更多地是被人们当做视频采集卡来使用，它的其他功能反而被忽视了。最初的1394卡动辄就要数千元，近年来，随着生产成本的下降，最便宜的卡只要几十元，1394卡正迅速普及到更多的普通家庭。
目前市场上的1394卡基本上可以分成两类：带有硬解码功能的1394卡和用软件实现压缩编码的1394卡。前一种的价格较贵，而后一种的价格很便宜，只要100元左右，老虎的1394卡就是只花了70元就买到的，用着一直挺好的：）
第一种是带有硬解码功能的1394卡，如EZDV采集卡，它不仅能将电视机或者录像机的视频信号传输入电脑，还具备了硬件压缩功能，可以将视频数据实时压缩成MPEG-1 格式的视频据流并保存为.MPEG 文件或者.DAT 文件，从而可以方便地制作视频光盘，比较有名的品牌有Pinnacle(品尼高)、Snazzi等，这类产品性能一般都是不错的，所搭配的软件也较为专业且功能丰富，使用起来的效果也比较理想，但是价格相对来说就贵了一些，一般要在数百至千元以上不等，最贵的要上万元！

另一种物美价廉的用软件实现压缩编码的1394卡，它的功能是将视频信号输入电脑，成为电脑可以识别的数字信号，然后在电脑中利用软件进行视频编辑。通俗的说，1394卡所要起的作用就是把数码摄像带中的视频内容传输到硬盘里，1394卡这是就仅是一个数据传输接口，并不象视频捕捉卡一样，需要有视频压缩的硬件。通过1394卡传输到硬盘里的AVI文件再通过软件进行编辑、后期加工，其实，即使1394卡上有压缩编码的硬件，也只是在编辑生成MPEG文件的时候起作用，在传输数据的时候是不起作用的。这种1394卡的最大特点就是价格便宜，适合初学者使用。缺点就是由于1394卡采用软件进行编辑，数据量极大（1小时视频13-17GB，也就是说一盘60分钟的DV带要占用13-17GB的硬盘空间），因此对硬盘和CPU的要求较高，如果你的计算机比较老，那么最好还是先升级计算机，再进行视频编辑制作吧：）如果你不想升级计算机，那么你就可以选择第一种带硬件编码功能的1394卡，因为它的工作方式是边采集边压缩，所以占用的硬盘空间较小（1小时视频大约占用650-700MB的硬盘空间），压缩后的图像质量还是比较好的，就是价钱贵了一些。

在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。各种类型信号采集的难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多的实际的问题要解决。

采样频率、抗混叠滤波器和样本数

假设现在对一个模拟信号 x(t) 每隔Δ t 时间采样一次。时间间隔Δ t 被称为采样间隔或者采样周期。它的倒数 1/ Δ t 被称为采样频率，单位是采样数 / 每秒。 t=0, Δ t ,2 Δ t ,3 Δ t …… 等等， x(t) 的数值就被称为采样值。所有 x(0),x( Δ t),x(2 Δ t ) 都是采样值。这样信号 x(t) 可以用一组分散的采样值来表示： 下图显示了一个模拟信号和它采样后的采样值。采样间隔是Δ t ，注意，采样点在时域上是分散的。

图 1 模拟信号和采样显示
如果对信号 x(t) 采集 N 个采样点，那么 x(t) 就可以用下面这个数列表示：

这个数列被称为信号 x(t) 的数字化显示或者采样显示。注意这个数列中仅仅用下标变量编制索引，而不含有任何关于采样率（或Δ t ）的信息。所以如果只知道该信号的采样值，并不能知道它的采样率，缺少了时间尺度，也不可能知道信号 x(t) 的频率。

根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率的两倍。反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率的一半。如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率的成分，信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。 图2显示了一个信号分别用合适的采样率和过低的采样率进行采样的结果。

采样率过低的结果是还原的信号的频率看上去与原始信号不同。这种信号畸变叫做混叠（ alias ）。 出现的混频偏差（ alias frequency ）是输入信号的频率和最靠近的采样率整数倍的差的绝对值。

图 2 不同采样率的采样结果
图3给出了一个例子。假设采样频率 fs 是 100HZ, ，信号中含有 25 、 70 、 160 、和 510 Hz 的成分。

图3 说明混叠的例子
采样的结果将会是低于奈奎斯特频率（ fs/2=50 Hz ）的信号可以被正确采样。而频率高于 50HZ 的信号成分采样时会发生畸变。分别产生了 30 、 40 和 10 Hz 的畸变频率 F2 、 F3 和 F4 。计算混频偏差的公式是：

混频偏差＝ ABS （采样频率的最近整数倍－输入频率）

其中 ABS 表示“绝对值”，例如：

混频偏差 F2 = |100 – 70| = 30 Hz

混频偏差 F3 = |(2)100 – 160| = 40 Hz

混频偏差 F4 = |(5)100 – 510| = 10 Hz

为了避免这种情况的发生，通常在信号被采集（ A/D ）之前，经过一个低通滤波器，将信号中高于奈奎斯特频率的信号成分滤去。在图3的例子中，这个滤波器的截止频率自然是 25HZ 。这个滤波器称为 抗混叠滤波器

采样频率应当怎样设置呢？也许你可能会首先考虑用采集卡支持的最大频率。但是，较长时间使用很高的采样率可能会导致没有足够的内存或者硬盘存储数据太慢。理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的2倍就够了，实际上工程中选用5～10倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。

通常，信号采集后都要去做适当的信号处理，例如 FFT 等。这里对样本数又有一个要求，一般不能只提供一个信号周期的数据样本，希望有5～10个周期，甚至更多的样本。并且希望所提供的样本总数是整周期个数的。这里又发生一个困难，有时我们并不知道，或不确切知道被采信号的频率，因此不但采样率不一定是信号频率的整倍数，也不能保证提供整周期数的样本。我们所有的仅仅是一个时间序列的离散的函数 x(n) 和采样频率。这是我们测量与分析的唯一依据。

数据采集系统的构成

图4 数据采集系统结构
上图表示了数据采集的结构。在数据采集之前，程序将对采集板卡初始化，板卡上和内存中的 Buffer 是数据采集存储的中间环节。需要注意的两个问题是：是否使用 Buffer ？是否使用外触发启动、停止或同步一个操作。