基于AVS协议的无线图像采集系统设计

摘　要：

摘　要：无线图像采集系统的信源标准发展较快，我国自主知识产权的二代标准AVS目前优势突出，基于这一协议的无线图像采集系统设计主要包括图像硬件采集系统、图像信息的采集数字化、视频采集技术和视频压缩等，可通过高编码效率的AVS标准的应用来一体化的提升无线图像采集系统的工作效率。

关键词：

关键词：AVS协议　无线图像采集系统　工作效率
 

     无线图像采集系统设计是一个整体性的集成式设计。通常一个完善的无线图像采集系统包括信息的协议标准、图像采集系统、视频采集技术、视频压缩算法等几部分组成。无线图像采集需要一个性能较好的图像采集系统，还要采用较为先进的标准和科学的压缩算法，最后还需要一系列的数字处理技术。通过不同环节的软硬件的支撑来对大量视频数据进行采集、处理、传输和控制。因此，还要配置先进、适当的支持技术。

1　图像采集系统

一般现场图像采集系统的主要的运行程序包括采集现场的图像并数字化的传输到图像处理平台、储存这些数字化的图像数据以及后期对图像数据的修改、处理等。这个过程并不是一步一步的开始的，有可能是同时在进行的。一般图像采集系统的包括硬件的摄像机、摄录机、图像传感器、图像采集卡、外接硬盘以及内存卡、cpu芯片以及无线网络等，以及软件的数据库、电子数据存储加工和网络通讯等。

1.1　图像采集设备

　　图像采集系统毫无疑问最重要也是最基础的设备就是图像的采集设备，通常是指摄像机。在现场图像采集系统中，摄像机选用十分关键，它直接决定了整个系统的图像效果。对于不同的图像采集系统的要求，摄像机的选用情况也不同。针对不同的系统设计要求，摄像机选用主要看摄像机使用环境和摄像机相关主要参数。不同的安装环境需要选择不同型号的性能的摄像机，其具体的使用环境对摄像机的选择影响很大，所以必须了解该摄像机的安装场合，确定安装方。一般情况下摄像机的主要性能参数是清晰度和最低照度，体现不同参数的摄像机的关键设备在于摄像头的不同。一些摄像机的变焦镜头为内置的形式，这种摄像机一般适合一些使用环境大且多为动态的场合使用；当需要对现场的某些图像细节进行放大拍摄时，需要使用枪式摄像机加电动变焦镜头。通常情况下摄像机的清晰度是由摄像机的内部光学元器件的复杂程度决定的，内部光学器件越复杂则像素越高，反映出来就是摄像效果越清晰，清晰度指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在屏幕上能够看到的最多线数。低于这个最大值则是清晰的，一旦超过这一最大值时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片，就是不清晰的。通常比较常见的是分辨率700线的广播级摄像机以及分辨率在380~500线的工业监视用摄像机。

1.2　图像数据数字化设备

　　图像数据采集不仅包括图像的捕捉，更多的是图像的数字化进程。一般主要采取强大的视频输入处理芯片。首先当摄像头输出模拟视频信号时使用视频解码芯片进行视频预处理通常常见的处理是钳位、放大、A/D转换、同步分离等，处理后的数据输出图像数字信号由芯片进行解码输出。

2　视频采集技术

　　视频采集技术主要是由视频采集方法和播放系统的设计组成。图像采集目前比较成熟的方式是通过视频采集卡所附带的二次软件开发包SDK（Softwaredevelopmentkit）进行二次处理。由于sdk附带了一些处理工具，所以这种方式的优点是应用方便，上手容易、容易定制，方便满足各种视频应用程序的开发需求。

　　目前，比较成熟的视频采集方式是微软的DirectShow技术。DirectShow与DirectX开发包一起发布，是微软公司提供的一套在Windows平台上进行流媒体处理的开发包。由于windows平台的普及，主流的视频采集技术主要通过DirectShow。这种方法的主要优点是支持从WDM及VFW驱动模型的采集卡上抓取图像数据，经过软件的编码和处理，可以使得电子化的图像数据直接进行相应的后期制作以及存储转移，并且DirectShow广泛地支持各种媒体格式，包括各种流媒体的文件格式如Mpeg、Asf、Avi、rmvb、Dv、Wma、Wave、Mp3、Mp4等，这种处理的图像处理可以直接回放，而不需要做复杂的处理。

3　音视频编解码标准

3.1　视频压缩

　　随着摄像设备的不断进化，视频图像也越来越清晰，视频信息的数据占用空间也越来越大,高分辨率、高帧频的视频传输问题也越来越复杂。通常针对较大的高清图像数据采用视频压缩的方式来进行处理，压缩后的数据，既不影响图像的质量同时缩小视频数据占用的空间，去除视频中的冗余信息，提高较大图像数据的传输和处理效率。最常见的图像压缩设计是基于视频压缩管理器（VCM）的视频压缩技术，其主要的工作流程如下图所示。

3.2　视频编解码

　　国际上目前比较主流的音视频编解码标准是：一是由ISO/IECJTC1制定的MPEG系列标准；另一个是由ITU针对多媒体通信而制定的H.26x系列视频编码标准和G.7系列音频编码标准。随着通信的变革和计算机处理技术的发展，音视频编码压缩的标准也越来越先进，数据所占的空间越来越小，但是传输的数据质量却越来越好。因此，经过十几年的演变，音视频编码技术发生了巨大的变化，产生很多不同的信源编码标准。第一代的信源标准是MPEG-2，第二代的信源标准主要有MPEG-4、MPEG-4AVC、AVS。第二代标准的编码效率比第一代有显著的增加，，基本上二代标准的编码效率高于一代标准2倍以上。AVS是我国拥有自主知识产权的第二代信源编码标准，是一套包含了系统、视频、音频、媒体版权管理等在内的完整编码标准体系。这套标准技术方案简洁，硬件实现较简单，堪称第二代标准的最高水平。另外，AVS编码标准还通过了简洁的一站式许可政策，获得了专利许可，是一种比较开放的技术标准。

　　目前，我国拥有该项二代信源标准的独立知识产权。因此，在现场无线图像采集系统设计上一般推荐使用AVS协议。