[科普中国]-视频数据采集

工作原理

数据采集技术本质上是指利用电子技术通过传感设备和其他待测设备，对数据的自动采集过程。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。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。 视频数据采集技术是一类特殊的数据采集技术。其主要构成的设备包括数据收集设备、数据传输设备、数据收集整理设备等。其主要工作原理是将采集来得视频信号转化为数字信号。视频数据采集的方法很多，主要分为2大类：自动图像采集和基于处理器的图像采集。1

前者采用专用图像采集芯片，自动完成图像的采集、帧存储器地址生成以及图像数据的刷新；除了要对采集模式进行设定外，主处理器不参与采集过程。这种方法的特点是采集不占用CPU的时间，实时性好，适应活动图像的采集，但电路较复杂、成本较高。后者采用通用视频A/D转换器实现图像的采集，不能完成图像的自动采集，整个采集过程在CPU的控制下完成，由CPU启动A/D转换，读取A/D转换数据，将数据存入帧存储器。其特点是数据采集占用CPU的时间，对处理器的速度要求高，但电路简单、成本低、易于实现，能够满足某些图像采集系统需要。1

在实际工作中，这两项技术根据使用情况的具体要求，被应用于不同的领域。

工作过程其主要工作包括了以下过程：1

（一）数据收集阶段。本阶段是通过数据收集设备（如光源、镜头、摄像、电视设备、云台等）将视频数据进行收集工作。在收集过程中，在收集工作中，一方面摄像设施将需要收集的数据通过光信号的形式进行收集，接下来通过光电传感的方式，对收集来的光信号转换为电信号，完成视频数据采集的转换。

在数据收集阶段，一件重要的器材是图像传感器。视频数据采集系统通过收集设备将视频信号进行收集，同时通过传感系统的图像传感器将光源信号转化为电信号。现在我们经常采用的图像传感技术主要采用CCD和CMOS两种技术系统。这种将光源信号转化为电子信号的过程是这一阶段的主要工作。

在摄像技术中另一个重要的器材是摄像镜头。摄像镜头是由透镜和光组成的光学设备。它是摄像设备光信号的采集来源，所以在数据收集阶段的初步采集工作中，镜头的好坏直接影响到采集到的视频数据是否清晰、完整。

同时在数据收集工作中云台的作用也很重要。云台主要是指在摄像过程中安装、固定摄像设备，为摄像设备提供推来、挪移等运动的机械设备。它的主要作用是扩大摄像设备的监控范围。

（二）数据传输阶段。在数据收集完成后，转化为电信号的数据通过数据传输阶段。数据传输设备决定了视频数据采集系统的组网方式和范围。在传统的数据传输工作中，多采用同轴电缆传输基带信号技术和光纤传输技术为主的有线传输技术。但随着无线网络、流媒体技术等新技术的出现，无线连接的数据传输技术的使用越来越广泛起来。流媒体技术包括流媒体编解码技术、流媒体服务器技术、端到端流媒体技术和流媒体系统技术。简单地说就是利用视频编码器，它可以把视频信号压缩编码为IP流，在另一端有一个叫视频解码器的设备，可以还原视频信号。通过无线网络的发展，视频数据的传输范围越来越广泛。这种传输技术的出现对于视频数据采集技术的发展是很有帮助的。它加大了传输数据的传输距离，减少了传输成本。

（三）数据收集整理阶段。视频数据经过传输进入收集整理阶段。在这个阶段，视频数据经过处理并进行保存。因为视频数据的特殊性，所以收集到的视频数据在进入收集系统后，还要经过再次的整理。同时因为采集的数据有时还需要有一定的保存时间。所以数据还要有一定的保存手段。在传统的视频采集系统中，往往采用的是录像设备存储、录像带保存的方式。随着计算机技术的发展，视频处理和自动保存技术越来越先进。数据采集工作中采集来的电子模拟信号经过二次处理，转化为电子信号，去除噪音等干扰信号，同时利用数字技术进行保存，保存时间更长，也不会出现失真等现象。另外在某些采集系统中，采用的是实时监控系统，就是不用储存数据的收集系统。这种系统中，一般采用的是显示器系统。

应用在人们的传统意识中，视频数据采集的作用只停留在安全监控方面。但是随着视频数据采集技术的发展其应用的领域也越来越广泛。特别是在安全、体育、医务等领域的广泛应用，使得视频数据采集系统越来越受到人们的重视。1

（一）安全领域的运用。在视频数据采集工作中，安全领域一直是数据采集工作的重中之重。随着采集技术的发展，对这门技术的应用也更加广泛。在实际工作中，视频数据采集系统对银行、火车站、机场、道路等重点部位进行全方位的监控，同时对一些细节进行微观监控。这样不仅可以做好全面的安全监管工作，同时还可以就安全的细节进行检查。如现在的道路交通安全工作主要使用的摄像头就是这样的技术。一方面可以对道路的全面情况进行了解，同时还可以对个别的违章车辆进行记录。再比如反恐工作中，如遇到可疑人员，警察等安全人员可以通过视频采集技术对嫌疑人进行采集，通过网络数据库进行数据对比，查找嫌疑人员的真实身份。

（二）在体育、医务等等方面的应用。在视频数据采集系统使用的领域中，很多新的采集技术出现在实际工作中。如体育、医务领域的使用越来越重要。在体育领域的使用中，视频数据采集技术的应用正得到大家的重视。2014年世界杯中采用的“球门线技术”就是视频数据采集技术在体育领域的最新应用。在医务领域，如视频手术等新技术的使用正在推广使用。

（三）其他方面的应用。在视频数据采集系统在除了以上领域外，还经常出现其他领域。如视频会议，视频聊天等领域。这些应用的发展从侧面促进了视频数据采集系统应用的发展。

发展方向随着计算机、无线网络、数字技术等新技术的出现，视频数据采集系统的发展趋势表现为高容量、远距离、低成本、高清晰。高容量是由于高清视频技术的出现，采集到的视频数据容量大，这就要求处理、传输、储存的数据容量更大。无线网络的出现使得视频数据采集技术可以摆脱以往的电缆线连接。这使得采集到的视频数据的传输距离更远，同时使得连接的成本大大降低。在视频数据采集中，数字化高清技术引起优良的抗干扰性、失真小等优点，使得数据采集的视频信号的清晰度大大提高。正是这些新技术的出现带动了视频数据采集系统的技术发展，为该技术的的前进提供了发展的空间。1