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直播系统开发中视频采集的技术分析

直播系统开发中视频的采集涉及两方面数据的采集:音频采集和图像采集,它们分别对应两种完全不同的输入源和数据格式。

采集是整个视频推流过程中的第一个环节,它从系统的采集设备中获取原始视频数据,将其输出到下一个环节。直播系统开发中视频的采集涉及两方面数据的采集:音频采集和图像采集,它们分别对应两种完全不同的输入源和数据格式。

采集内容:

1、音频采集

音频数据既能与图像结合组合成视频数据,也能以纯音频的方式采集播放,后者在很多成熟的应用场景如在线电台和语音电台等起着非常重要的作用。音频的采集过程主要通过设备将环境中的模拟信号采集成 PCM 编码的原始数据,然后编码压缩成 MP3 等格式的数据分发出去。常见的音频压缩格式有:MP3,AAC,OGG,WMA,Opus,FLAC,APE,m4a 和 AMR 等。

在音频采集阶段,参考的主要技术参数有 :

采样率(samplerate):

采样就是把模拟信号数字化的过程,采样频率越高,记录这一段音频信号所用的数据量就越大,同时音频质量也就越高;

位宽:

每一个采样点都需要用一个数值来表示大小,这个数值的数据类型大小可以是:4bit、8bit、16bit、32bit 等等,位数越多,表示得就越精细,声音质量自然就越好,而数据量也会成倍增大。我们在音频采样过程中常用的位宽是 8bit 或者 16bit;

声道数(channels):

由于音频的采集和播放是可以叠加的,因此,可以同时从多个音频源采集声音,并分别输出到不同的扬声器,故声道数一般表示声音录制时的音源数量或回放时相应的扬声器数量。声道数为 1 和 2 分别称为单声道和双声道,是比较常见的声道参数;

音频帧(frame):

音频跟视频很不一样,视频每一帧就是一张图像,而从上面的正玄波可以看出,音频数据是流式的,本身没有明确的一帧帧的概念,在实际的应用中,为了音频算法处理/传输的方便,一般约定俗成取 2.5ms~60ms 为单位的数据量为一帧音频。这个时间被称之为“采样时间”,其长度没有特别的标准,它是根据编解码器和具体应用的需求来决定的;

2、图像采集

图像采集的图片结果组合成一组连续播放的动画,即构成视频中可肉眼观看的内容。图像的采集过程主要由摄像头等设备拍摄成 YUV 编码的原始数据,然后经过编码压缩成 H.264 等格式的数据分发出去。常见的视频封装格式有:MP4、3GP、AVI、MKV、WMV、MPG、VOB、FLV、SWF、MOV、RMVB 和 WebM 等。

在图像采集阶段,参考的主要技术参数有:

图像传输格式:

通用影像传输格式(Common Intermediate Format)是视讯会议(video conference)中常使用的影像传输格式;

图像格式:

通常采用 YUV 格式存储原始数据信息,其中包含用 8 位表示的黑白图像灰度值,以及可由 RGB 三种色彩组合成的彩色图像;

传输通道:

正常情况下视频的拍摄只需 1 路通道,随着 VR 和 AR 技术的日渐成熟,为了拍摄一个完整的 360° 视频,可能需要通过不同角度拍摄,然后经过多通道传输后合成;

分辨率:

随着设备屏幕尺寸的日益增多,视频采集过程中原始视频分辨率起着越来越重要的作用,后续处理环节中使用的所有视频分辨率的定义都以原始视频分辨率为基础。视频采集卡能支持的最大点阵反映了其分辨率的性能;

采样频率:

采样频率反映了采集卡处理图像的速度和能力。在进行高度图像采集时,需要注意采集卡的采样频率是否满足要求。采样率越高,图像质量越高,同时保存这些图像信息的数据量也越大。

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