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高清摄像机组成关键技术要点分析

导读: 高清摄像机从早期的720P分辨率已逐步发展到当前的全高清阶段,即支持1080P制式。高清摄像机与早期的标清摄像机相比,存在以下明显区别和发展。

高清摄像机从早期的720P分辨率已逐步发展到当前的全高清阶段,即支持1080P制式。高清摄像机与早期的标清摄像机相比,存在以下明显区别和发展。

1、视频监控标清摄像机输出模拟信号,而高清摄像机基本为数字信号。在标清模拟信号数字化后,存在Interlace现象,一般而言,标清的数字视频信号其图像效果,无论主观还是客观指标,都不如原模拟信号,模拟视频信号数字化仅仅解决网络传输和硬盘存储等客观需求。

而高清摄像机信号本质上为数字信号,不存在模拟信号变换为数字信号的问题。图像分辨率的大幅提升,带来技术上量变到质变的飞跃,可大幅提升视频主客观效果,图质更加接近自然本色。

2、随着视频尺寸向着高清演进,对摄像机CPU(DSP)处理能力的要求大幅提升,并高于图像像素分辨率提高的比例,这是标清无法比拟的。

3、由于高清摄像机本身输出数字化视频信号,传统的视频监控摄像机应用模式将发生重大变化。标清摄像机必需配合DVS/DVR等,而高清摄像机可直接完成视频的编解码,这样,高清系统将更加地被简化和集成。

HD-SDI或IP高清摄像机一般由如下主要部分组成如下:

1、摄像机CCD或CMOS成像器件,完成光学图像转换为电学信号,输出电子图像信号。

2、AFE,模拟前端,用于CCD成像时,将CCD图像信号数字化,并产生CCD控制时序。而对于CMOS型成像器件,可直接输出数字信号,故不需要AFE模拟前端。

3、CPU为整个高清摄像机核心器件,其主要完成图像信号处理(ImageSignalProcessor)和图像信号编解码(编解码为MPEG4、H.264标准图像数据等)。早期的CPU即DSP(DigitalSignalProcessor),主要完成图像信号处理,如:透镜校正、Gamma校正、边缘校正、自动曝光、自动聚焦、自动黑白平衡、防抖动等处理及控制。

这其中IP高清摄像机的CPU还要完成图像的编码压缩,再经IP网络口输出,而HD-SDI高清摄像机不经编码压缩即以原始数字信号经HDMI或HD-SDI口输出。总体说,CPU除图像处理和编码功能外,还要完成高清摄像机系统控制及计算,充作整个系统的中央处理器

4、存储接口:存储主要是指存储卡/硬盘等数据存储。

5、信号输出接口:HDMI为高清数字多媒体接口,支持5Gpbs以上高速信号传输速率,为民用消费电子接口;HD-SDI为高速串行接口,符合SMPTE组织制定的用于影视演播室的数字音视频信号传输,是专业标准。

其早期支持标清数字电视信号的270Mbps速率,已发展到传输1.485Gbps高清数字电视信号,再发展到当前的2.97Gbps高速信号,用于传输RGB24bit以上高清数字电视信号。

从上述对高清摄像机系统介绍可知,专业高清摄像机涉及到以下主要难点和当前业界先进技术。

1、高分辨率光学镜头集成,高清摄像机必须搭配高分辨率(高达真正千万像素)和广角的光学镜头,在光学变焦等方面,均为当前技术最前沿。

2、图像信号处理,在光学信号转换为电学信号时,需要进行信号处理,以便获得较高的图像质量,降低各种干扰和杂声等。以白平衡、自动曝光、自动聚焦、防抖动等为代表的几个技术是图像信号处理技术的几个方面。

3、高速电子图像信号的接收、处理和传输,高清摄像机在光电转换后,所得信号均为高速电子信号,这要求信号接收、处理和传输等环节,均需要考虑电磁兼容和隔离措施。

4、高清视频压缩,高清摄像机由于其视频信号速率高,数据量大,必需采用当前先进的视频压缩技术,如H.264等,才能满足存储和网络传输需求。


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