初试HDMI高清采集卡

王秀军

一直以来,就想有一块比较好的采集卡,因为它是卫视数码玩家不可缺少的工具,截图、录制都离不开它。从最初的天敏电视卡,换到圆刚采集卡,到现在的丽台电视(广播)接收采集卡,虽然步步日趋完善,采集效果也在提升,但毕竟是仍停留在AV和S端子输入,仍没有达到高清的标准,仍是模拟信号。DV采集用的IEEE1394接口虽然属于数字信号的范畴,但仍然还是720×576的标清!

早就想向高清采集进军,但至少采集卡要有色差分量端口才可以,这种采集卡市面上极少见,即使有价格也较AV/S输入采集卡贵很多,但色差也仍属模拟信号,最好是一步到位的HDMI端口数字音视频采集。HDMI数字高清采集卡市面上不是没有,而是针对普通大众来说太昂贵了,只能看看图片过一下瘾。现在让人欣喜的是,终于有了千元以下的高清采集卡了,而且还是HDMI/YPbPr/S-Video/Composite数模/高标清端口一应俱全!

这是一款国内某厂今年开发的新产品,其型号为YT-HDC01,版本Ver1.2,整张卡的外观如图1所示,非常醒目的是红绿蓝三色输入RCA,显然是色差输入端口,整板通体呈黑底色,三块主芯片对应三类接口,这块卡并没有采用我们常见的PCI接口方式,而是采用了更为高级、速度更快的PCI-E接口,即PCI express 1X接口,现在新主板上都有这种插槽,好一些的还有PCI express 16X接口,但一般多用于独立显卡。板的右上部分印有本卡型号及所采集的标准:HDMI Capture,,YPbPr HD Capture,720p 1080i,即HDMI、色差输入,720p/1080i格式高清采集。图2是本卡输入接口特写:右侧(最下面)是我们期望已久的HDMI输入接口,中间是色差输入接口,挡板上都冲印有相应的字符。左侧(最上面)是一个6针多功能圆接口,这是一个AV/S端子输入接口,类似于电脑显卡上的TV-OUT接口,当然随卡也配置了一根转换线(图3):黄色一端插入卡上圆形相应接口,另一边则是AV及S端子输入,本卡的模拟音频输入都是共用的,即V、S端子、色差这些模拟视频输入时,模拟音频则是共用这一组(2声道)输入,显然用色差采集高清节目的多声道音频是不现实的。

下面简单地分析一下板载芯片的作用:采集卡上共有三块主芯片:TM6202、AD9985A和SIL9013CLN,分别负责三类接口的采集。板子中部靠近色差输入的芯片是AD9985A,它负责色差信号的采集。AD9985A是ADI公司(模拟设计公司ADI,官方网站http://www.analog.com)的模拟接口芯片,该芯片可提供8位、300MHz模拟带宽和140 MSPS的转换率,主要用于基色及色差信号的数模转换。下面的SIL9013CLN则负责HDMI信号的采集,它是SILICON(矽映电子科技,官方网站http://www.siliconimage.com)专用于HDMI接收采集的芯片。而在板子里部的芯片TM6202则负责AV/S端子采集及PCI-E接口相关联。TVMASTER是TRIDENT(泰鼎公司,官方网站http://www.trident.com)专用于AV/S板卡类的芯片,TV-Master是一个高度整合的,高速USB2.0的方便便捷的电视图像捕获设备,它整合了两通道16Bit音频ADC,两通道10Bit、2D梳状滤波器的高性能的视频解码器(video decoders)以及一个内嵌的MCU。这个公司对于我们来说有些印象,LCD显示器及我们的三合一中均有它的芯片。以上三个芯片资料均来自其官方网站,更详细的资料大家可以上其网站查询。

其实国外很有名气的BlackMagicintensity HDMI采集卡,与本卡的芯片有些是相同的(图4),它具有一入一出两个HDMI接口,另一侧类似电脑并口的装置,则是所有模拟输入接口的集合,即AV/S/色差输入,当然它也配置了一条转接线(图5)。美国BlackMagicdesign公司的这款产品也定位于入门级,现在售价已降至199美金,国内售价仍在两千左右,更详细的资料大家可以上该产品的网站:http://www.blackmagic-design.com/products/intensity,相对而言本卡则是很超值的。

本卡包装做得很漂亮,包装内随机附送了一根HDMI连接线,一根色差线,安装光盘和会声会影10安装盘和使用手册。本卡驱动及应用软件做在一张小光盘上,安装也非常简单,当然你的电脑主板必须有PCI express 1X插槽。一般而言,近几年新出的主板都有,装好重新开机后,电脑就会发现新的多媒体硬件,这时将随机小光盘放入电脑光驱中,光盘中的HDMI_Driver文件夹是驱动,而dvr文件夹中则是本卡的应用软件,成功安装驱动后,会在“设备管理器”中出现一个SD/ HD Video Capture Device,证明此卡驱动安装成功,再安装应用软件。软件初次使用时,要求我们输入密码,在光盘的sn.txt记事本可以找到,以后再启动时就不需要了。

应用软件界面很清爽,与一般的电视卡类似(图6):显示窗口中的界面大家很熟悉吧,不错,这就是F3高清机的开机画面。最上面是录像及文件回放用到的按钮,右侧是音量调节,可以用+、—键步级调节,也可以直接拖动左侧的级条直接调节,中间的M是静音按钮。中间是本地时间显示,小字的时间则是录像文件时长的显示,以及录像大小的显示,单位是MB。左侧是采集接口选择,如果我们选择了HD Video Capture,则只显示HDMI和Y/Pb/Pr,图中所示为选择了HDMI接口输入,并非阴影中的色差输入,这一点要注意。每选择一种输入端口,在其显示界面的右上角都会有相应的屏显提示。

界面中的四个黑色按钮分别对应设置、皮肤、截图和放大四个选项,其实上面的图标也说明了它的功能。这个honestech DVR 2.5采集软件其实是国外的一款产品,初始化后的界面皮肤是蓝色的,点一下第二个图标,就成了图7所示的样子。点一下第三个拍照图标,就可以截下实时正在播放的视频图片,其大小为原始分辨率,当然也与你的设置有直接关系。

设置包括3部分(图8):视频设定、录像设定和处理组件对话框。首先要先选择采集装置,其实就是采集卡,这个应用程序可以选择采集源,本块采集卡分成两部分,一是高清,二是标清,即分别对应HD Video Capture和SD Video Capture,原来电脑中的丽台模拟采集卡也被识别,这里我们只用本卡部分。虽然是同一块采集卡,因有多个接口输入来源,故分成两大类:高清和标清。高清HD对应HDMI和色差分量接口,标清SD对应复合视频和S端子,左侧的4个滑块还可以对图像的亮度、对比度、色度和饱合度进行调节。

录像设定的选项比较多(图9),主要有帧频、大小、画质、比特率、编码速度等。录像文件格式为mpg,不管高清标清节目都是这样的,默认保存路径是My Documentshonestech DVR,截图的图片及录像的文件都存放在这里,当然你也可以根据实际情况更改路径。本页的标题就是HD MPEG2,所以均与高清有关:大小实际是指图像的分辨率,这里的分辨率可以是原始的分辨率,也可以不是,共有1920×1080、1280×720、720×576三种,帧频有5种可选,画质有3种可选,编码速度有5种可选,画质对应着比特率,当然也可以自己调节码流大小,我们选择的结果最后在信息栏中体现出来:如采用HDMI作为采集端口,以MPEG-2作为编码方式,分辨率为1920×1080,帧频为25Hz,画质为高,比特率(码流)对应为20M,则录像文件为9.1GB/小时。

关于分辨率、帧频、画质、码流、编码速度之间的关系,本人作了系统整理,参见附表,这其中还对应着一个电脑的CPU选择问题,因为采集高清是一件很耗资源的事情,如上面我们选择的配置,最小要选择Intel酷睿双核2.4G的CPU,内存至少为2G。附表中也附带指出了CPU大小的选择,当然是主频越高越好。显然,分辨率越大、码流越大,画质越好,相应的对电脑的配置就要求越高,玩高清收看、高清播放、高清采集,没有一台高配置的电脑是不行的。本人原来配置的HTPC接收和播放高清节目还可以,这次采集就显得力不从心了,电脑硬件也相应地作了升级,CPU升级为酷睿双核2.8G,内存升级为4G,板载显卡还能应付,暂未升级,以后有时间加装一块1G显存的独立显卡。

附表中大家看到了还有DVD、SVCD、VCD的选项,可在录像栏中并没有。如果我们在选择采集装置时选取SD Video Capture,在录像设定栏就不是上面这样的了,而是图8所示的选项,录像模板中就有了MPEG-1/2编码选择,以及PAL/NTSC两种制式的DVD、SVCD、VCD的选项了。这里可以灵活掌握:如果自己熟悉各种参数配置,可以像上面那样分项来选择,如果不明白,可以直接点相应制式下的DVD、SVCD、VCD,其中SVCD、VCD的码流是固定的,而DVD的码流是可变的,也就是说可以有分辨率、画质的选择。从表中我们看到,DVD这种分辨率既可以在HDMI/Y/Pb/Pr端口中输入,也可以在S-VIDEO/COMPOSITE中输入,在高清中它是最差的,在标清中它又是最好的,虽然相同码流下所占的文件大小是相同的,但不同的采集端口清晰度是不同的,如果条件允许,优先采用HDMI端口采集。

处理组件对话框是设置的最后一项(图11),其实这一是截图相关的,也就是选择截图文件保存的格式,有四种格式可以选择:JPG、PNG、GIF、BMP。理论上位图BMP文件清晰度最高,但文件体积也最大;JPG最小但清晰度也最差,可以自己根据实际情况决定。文件大小与分辨率有直接关系:以下为BMP格式的文件,1920×1080,大小6076KB;1280×720,大小2701KB;720×576,大小1216KB,同一分辨率下文件大小相同且不随画面的内容而改变。在本栏中,还有硬盘信息这一项,可以直观地看到本机硬盘中各分区的使用情况。另外,分辨率的选择及画面比例等操作还有快捷方式,即在画面播放窗口下右键,就会弹出一快捷菜单(图12),在这里可以完成设置中的大部分功能。

一切设置安装完毕后,就进入实战状态了。虽然HDMI接口支持热插拔,但最好是在接收机和电脑关机的状态下接好HDMI连线,以防不测发生,预防为主总没有坏处。将手头有HDMI输出的设备逐一做了测试:第一批的同洲8800高清机、DK8000-F302、开博尔K005高清播放机、HSD8410高清DVD机、三星HD100数码相机。首先明确一点就是,从HDMI端口输出的信号并非都是高清信号,也可以输出标清信号,HDMI只是一种数字信号的传输规范而已,当然有些标清信号可以倍线为高清分辨率信号输出,但其本质仍然是标清的。

第一个测试的对象是同洲机,这也是第一批国内量产的高清机,当时是为高清影视频道服务的。这个型号机器功能及接口比较全面,当然也是要用HDMI测试,输出可以在576/720/1080三种分辨率下隔行/逐行切换,很方便比较,不过只截了其中的一个寻星菜单(图13),确实比以前的截图清楚很多。除非特殊说明,本文中的截图均为1080/16:9方式。但对于免费的央视高清频道,却不能显示图像,只能看到菜单,看来真的印证了传说此机有HDCP保护的说法,但重启后标清却能显示并顺利截图(图14),确实很奇怪!

第二款有HDMI输出的当然是F3,以前的F1、F2都低价处理了,经不住诱惑又购入了F302,这是重点测试的一款机型。开机画面当然不能错过,正宗的1920×1080图片(图15),在9月28日第一时刻,又抓到了刚开播的CCTV-1 HD画面(图16),朝闻天下的画面质量相当不错。但令人费解的是明明是16:9的节目源(标清肯定没有这么好的画质,另外这是在演播室!),非要切去两边,以4:3的比例播出,不知此举为哪般,难道是要照顾用4:3电视收看高清节目的观众,要知道,收看高清节目的观众几乎都选择了16:9的高清液晶电视机!再说了虽然素材是16:9的高清节目,在高清传送时用高清信号,在标清并机同同播时可以将两边裁切,成为4:3的比例播,很好处理的,香港高标清节目同播时都采用了这一做法,这种做法的好处是画面不变形,画面原汁原味。

有些朋友可能说了,截图完全不必要用价格很高的HDMI采集卡,只要录下的节目在回放时抽取一帧,画面的效果也不错。是的,F3以及众多的高清接收机现在都可以做到源码高清录像,或者双汉卡等类似的电脑接收卡也可以即时录制,截图得到的也是原始比例的画面。但有一点可能大家忽略了,高清接收机在录像时能录下操作菜单吗?在菜单操作时又能录像吗?HDMI采集卡则不然,它可以随时截取带有操作菜单的画面(图17),也可以录制正在进行菜单操作的画面,这也正是它的魅力所在,当然高清晰度也是它的特点之一,并可以以几种分辨率输出,比较灵活。

只要点击操作界面中的照相机(拍照)图标,就可以随时将正在播放的画面截取下来,存储在设定好的目录中(图18),而在本界面中的显示方式则有多种。点击操作界面下面的@邮件图标,则会将当前的截图以邮件发送出去(图19),而点击下面的文件夹图标,则会出现三种显示方式:1、显示预览约略图和文件名;2、只显示文件名;3、显示文件名称、大小与录像时间,图示则是第一种,其文件命名格式有一定的规律,图片被存储为P_Sep18_214952.PNG,即P开头以月日时分秒命名的PNG文件;音视频文件格式为MPEG2_ Sep28_214952.MPG,即MPEG2压缩方式,月日时分秒命名,MPG文件而若压缩成DVD文件,则是以DVD开头,如DVD_Oct04_171717_0.mpg。

上面我们已说过,本卡有四种输入接口:AV、S、色差分量和HDMI,下面我们仍以F302为例来说明四种接口截图的区别:1、普通的复合视频输入。这是最基本的,所有的采集卡都具备的,图20是用AV输入的截图,当然只能是4:3的,从这个菜单上看,字迹有重叠现象,且边缘抖动得特别厉害,人眼看时间长了很难受。2、S端子亮色分离输入。同样的F3操作主菜单,也只有4:3这一项选择,但字的边缘看上去整齐多了(图21),我们常见的模拟采集卡也就是达到这个水平。

如果要清晰度再高,那只能是色差输入或HDMI输入了。色差及HDMI都既可以传送高清信号,也可以传送标清信号,即便如此,在HDMI输入下采集标清信号,也比S端子采集的要清晰一些(图22),只有仔细对比,才能发现细微差别。HDMI和色差输入的截图差别极小,可以说是处于同一水平上,基本看不出区别来,但720P和1080I在菜单截图上还是有区别的。图23是HDMI输入下,分辨为1920×1080的F3菜单截图,图24则是分辨为1280×720的截图,虽然显示同样的内容,都是16:9的比例,但画面菜单内容的位置发生了变化,但二者的清晰度几乎没有什么差别,都很清晰,当然比AV、S端子采集的图片要清楚很多。就像看惯了标清,刚一看到高清节目是一样的感觉。

从上面的实际对比中,我们也验证了理论上的说法,采用HDMI输入方式截取的图片最为清晰、色差次之,S端子更次之,AV采集则是最差的,当然我们是以相同的内容采用不同方式传输来比较而言的。还有一点是很特别的,那就是720P这个分辨率:在HDMI状态下,将分辨率调整为1280×720,如果此时接收机的输入分辨率仍为1920×1080模式,则会出现两幅并列且色彩不正常的画面(图25),只有将接收机的HDMI输出分辨率也调为1280×720,才会有正常的画面出现。

其实出现这种现象已经不是什么怪事了,以前我们也见过多次,这就是逐行和隔行输出不匹配造成的。以前在调试DVD时就有之,刚有色差逐行扫描输出时,如果你的电视机的色差输入又有逐行输入和隔行输入之分,DVD输出调整不当则会出现这种现象。还有就是卓异的逐行输出数字机也是这样,本机中并非色差或HDMI输入不能自动适应,而是分辨率逐行/隔行不匹配造成的,这也从一个侧面印证了F3的720P输出是真实的,而1080和576之间切换则不存在这种现象。

高清播放机的输出又如何呢?去年国庆购买的开搏尔高清播放机,几经软件升级使用上还是不错的,刚好也有HDMI和色差输出,平时都是用HDMI输出,色差一次都没有用过,虽然这次购入的高清液晶电视机(TCL L40E9FBD)也有高清文件播放功能,但其兼容性比真正的高清播放机还是要差一些,三组HDMI输入则是用足了:一组给F302高清接收机,一组给K005高清播放机,另一组给高清DVD。国庆前K005的内置硬盘已由640G换成了1TB,但仍显不足,只能以后再升级了。图26是高清播放机HDMI输出接至HDMI采集卡的截图,文件列表的小字非常清晰,这一页全是720P的电影,码率不高但也很清楚。再来一张播放画面的实际截图(图27),清晰度也非常不错,尤其是电影的字幕,特别清楚。

本人手头有两款有HDMI输出接口的DVD播放机,尽管DVD的最大分辨率仍为720×576,但通过机内的倍线电路,可以以高清分辨率输出,通过HDMI接口或色差接口输出。但市面上有许多带HDMI接口的DVD,价格低廉,并不一定有倍线输出,前面我们就说过,标清信号也可以由HDMI接口输出。笔者手中的这两款机器则是真正的有倍线输出的DVD播放机,都是出口的名牌机器。这次我们是以一张厦新的DVD测试碟片来截图的(图28),看上去还不错,另一张是卡拉OK的实时画面,稍差了些(图29),当然也与节目源好坏有关系。其实制作精良的DVD音质和画质都是不错的,只是市场把好端端的DVD做烂了。

上面我们说了好多关于本卡的截图情况,当然用色差或HDMI接口输入是最佳的选择,我们用这块卡不仅仅是为了截图,主要还是采集高清信号,当然采集高清信号一定要用色差接口,有条件最好是采用HDMI全数字音视频接口了。当时购来此卡时,曾在公司做过测试,截图效果还可以,但一点击红色的录像键,则跳出一个提示窗口,说是采集失败,即不能录像,还以为是卡有问题,后来咨询技术人员,说此卡必须配合独立显卡才能正常采集音视频信号,因为公司配置的电脑基本都是板载显卡,办公当然不成问题。但家中的电脑也是板载显卡,截图、采集都没有问题,看来与电脑配置有很大关系。

录像其实很简单,选择好输入端口及连线,设置相应的分辨率及录像码流,点击操作界面上的红色录像按钮,就可以录像了,此时界面中间有字号较小的时间在走动(图30),时间前面的REC及小黑点也在闪动,下一行并且有相应的文件大小显示,非常直观。如果要停止录像,则再按一次红色的录像键即可。上面我们已经说过,无论采集高清信号还是标清信号,都是以MPG为扩展名的文件。尽管如此,这些文件还是有区别的,如VCD格式的MPG文件是MPEG-1编码,而DVD及高分辨率的文件则是MPEG-2编码,而DVD格式下的VCD分辨率的文件也是采用MPEG-2编码,也就是说DVD的画面并非都是720×576,也可以是352×288的分辨率格式,这就是市面上大容量DVD的制作奥秘,当然是以牺牲画质来换取更长的播放时间的,其实容量并没有增加。

实际重放录像的高清文件,的确是原始的分辨率模式,但伴音为MP2的双声道模式,而无论原来节目是什么格式。重放的画面质量略次于原始画质,有时还有马赛克出现,也许与电脑的配置有关,或许与板载显卡有关,采集高清信号是很耗电脑资源的一件事情,电脑配置不高,运算处理能力就不强,很容易产生马赛克现象。这里只是初步测试,以后有机会升级电脑显示卡,再向大家汇报新的情况。

采集DV信号也是一件很耗时的事情,且原始的AVI文件占用也很大,如一盘60分钟的DV节目,原码采集到电脑中,大约占用14G的空间,虽然原汁原味,画面质量较高,但还要二次压缩编辑,且时间码早已丢失,比较折衷的方案就是直接用S端子输入采集(一般的DV都有S端子输入输出),直接压缩成DVD文件,省时省力,且保存了原始的录像时间码(图31),而最后生成的DVD文件质量与原码采集几乎没有什么区别,当然DVD文件的码率是可以选择的。

以上是本人对这款国产HDMI高清采集卡的初步使用印象,总的来说效果还可以,是一款性价比比较高的高清采集卡,但相对那些昂贵的专业采集卡来说,它也仅仅算是一款入门级的产品,毕竟价格是相对低廉的。如果能实现数字音频的源码录像,那就更理想了,更能体现出高清节目的魅力。