PCI与PCIe在视频采集卡中的应用

发布日期: 2015-07-03 16:52

视频采集卡主板接口

视频采集卡的主流主板接口一般有两种形式,一是PCIe接口,二是USB接口。PCIe接口插槽在台式计算机的主机内,PCIe总线的不同插槽是独享带宽的,适合多采集卡同时采集视频;而USB接口插槽在台式计算机、笔记本电脑的外部,它的更加方便,但最高数据传输高速度低于PCIe。USB总线的各个端口是共享带宽的,更适合使用一个USB采集设备采集视频。本文主要介绍PCIe和它在视频采集卡中的应用。

PCI和PCIe的发展历史和应用

PCI是一种由英特尔公司于1991年推出的用于定义局部总线的标准, 随后PCI总线成为计算机的一种标准总线。它早期应用于服务器中,渐渐应用于个人计算机中。目前,主板厂商已经很少给主板配备PCI插槽, 而使用PCIe插槽取而代之。因此在现在的市场上,除了少数国产低端视频采集卡或者研发时间较早的卡以外,大部分视频采集卡都采用PCIe接口。定位于中高端视频采集市场的美乐威采集卡也采用PCIe接口。

PCI Express,简称PCIe或PCI-E,是新一代的总线标准。早在2001年的春季,英特尔公司就提出了要用新一代技术取代PCI总线和多种芯片的内部连接,并称之为第三代I/O总线技术。随后在2001年底,包括Intel、AMD、DELL、IBM在内的20多家业界主导公司开始起草新技术的规范,并在2002年完成,将其正式命名为PCI Express。PCIe接口的应用十分广泛,除了应用在视频采集卡上,许多固态硬盘、网卡、显卡、声卡都采用了这种接口。

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PCIe对比PCI的优势

PCIe之所以能取代PCI的原因主要有如下几点:

  1. PCIexpress总线相比PCI总线,单个传输通道的数据传输速度大大提升。
  2. PCIexpress是串行总线,每个通道独享带宽,所以各个通道的速度互不影响。PCI总线是并行总线,总带宽是固定的,所以各通道速度随着通道数量增加而下降。在实际应用中,如果用户使用的是PCIe接口的视频采集卡,多插入一块卡并不会降低已经插入的卡的数据传输速度。然而,如果用户使用的是PCI接口的视频采集卡,多插入一块卡会降低已经插入的卡的数据传输速度。
  3. PCIexpress采用进行点对点传输,降低了系统硬件平台设计的复杂性和难度,从而大大降低了系统的开发制造设计成本。

视频采集数据传输需求和PCIe数据传输速度

视频采集时的数据传输量是比较大的,尤其是高清或超高清视频采集。视频源有一些典型的分辨率,不同的分辨率对数据传输带宽的要求是不同的,以下仅举出几例:

PCIe接口常见的类型包括x1、x4、x8以及x16。PCIe x1为单通道,PCIe x4为四通道,以此类推。PCIe每个通道的数据传输速度为250MB/S,因此PCIe x1的理论数据传输速度为250MB/S,x4的速度为1000MB/S(接近1GB/S),x16的速度接近4GB/S。但是,由于实际数据传输速率是受到主板、芯片组、BIOS等多重因素限制的,采用PCIe x1接口的产品的实际速度不能达到理论速度。以视频采集卡为例,采用PCIe x1接口的采集卡的实际传输速度可达到约200 MB/S,可以满足多路标清或单路高清视频采集对传输速度的要求;而PCIe x4的传输速度达到约780MB/S到800MB/S, 可以多路满足标清/多路高清/单路超高清/混合采集对传输速度的要求。一款视频采集卡选择何种PCIe接口取决于该产品所需的数据传输速度和带宽。例如,美乐威单路标清采集卡采用PCIe x1的接口,多路高清或一路超高清视频采集卡采用PCIe x4的接口。

PCIe x1 和 PCIe x4 可以充分满足标清、高清视频采集时的数据传输需求

PCIe接口、插槽与实现“一机多卡”

电脑主板上可能有x1、x4、x8和x16的PCIe插槽,当用户需要将采用PCIe接口的卡与计算相连接时,只需将它插入相应的插槽,比如将采用PCIe x1接口的卡插入PCIe x1插槽。另外,通道数较少的PCIe接口的卡也可以插入通道数较多的PCIe插槽中使用。因此,当PCIe x1插槽已经被占用,但用户仍需要插入一块采用PCIe x1接口的卡时,他可以将卡插入PCIe x4、x8或x16的插槽中,从而解决了插槽不足的问题。只要插槽数足够,一张主板上可以插入多块采用PCIe接口的卡,且多块卡可以同时工作,这种功能被称为“一机多卡”。在实际视频采集应用中,“一机多卡”的实现使得多块美乐威卡同时采集视频成为可能。


PCIe可以实现“一机多卡”

PCIe 1.x, 2.x, 3.x

目前PCIe有三个版本:PCIe 1.x、PCIe 2.x和最新的PCIe 3.x。2.x比1.x带宽提高一倍,而3.x比2.x带宽又提高一倍。采用PCIe 2.x接口的卡可以插在PCIe 1.x插槽上,但速度会受到限制,无法达到2.x的正常速度。目前采用1.x的产品仍活跃在市场上,采用2.x的产品正迅速崛起。目前虽然PCIe 2.x 已经开始被应用于显卡上,但在视频采集卡领域仍是空白。诚然,PCIe 1.x 已经可以完全满足标清采集的数据传输需求,但是在进行高清或超高清视频采集时,用户将明显地体会到PCIe 2.x使采集更加快速、流畅。美乐威公司于2014年底攻克技术难关,领先于业内其他制造商推出采用PCIe 2.x接口的视频采集卡,开启视频采集卡PCIe 2.x时代。PCIe 1.x 和PCIe 2.x采集卡将满足用户不同的采集需求。目前,采用PCIe 3.x接口的各类产品还比较少,需要一段时间的发展和推广,3.x接口才可能成为主流配置。

PCIe三个版本理论带宽

Mini PCIe

使用PCIe技术的接口除了前文所述的标准PCIe,还有Mini PCIe。除了体积小巧以外,它在性能上与标准PCIe接口没有差别。 它主要应用于工控机或者数字标牌。另外,Mini PCIe也可以插在一些主板上有Mini PCIe插槽的台式机或者笔记本上使用。推出Mini PCIe采集卡,也是美乐威公司从用户需求出发、专注服务于用户的一个体现。

Pro Capture Mini HDMI

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