模擬高畫質(zhì)高清攝像機(jī)非壓縮方案探討

　　HD-SDI的優(yōu)點(diǎn)

　　HD-SDI 是一個(gè)廣播級(jí)的高清數(shù)字輸入與輸出標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)在廣播電視領(lǐng)域已經(jīng)有了很多成功的應(yīng)用。HD-SDI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用同軸電纜，以BNC接頭作為接口標(biāo)準(zhǔn)，有效距離為100米，其最大的好處在于：

　　· 接口技術(shù)的成熟，HD-SDI是非常成熟的接口技術(shù)，支持視頻信號(hào)高速率、幾乎零延時(shí)的傳輸，而普通的IP攝像機(jī)，由于需要對(duì)數(shù)據(jù)封裝、編碼等原因，導(dǎo)致延時(shí)較大；

　　· HD-SDI傳輸協(xié)議的物理形態(tài)是BNC接口，這對(duì)于監(jiān)控項(xiàng)目來說是一個(gè)非常重要的特性，也就是說我們?cè)趯⒁延械膫鹘y(tǒng)模擬框架系統(tǒng)轉(zhuǎn)為高清監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，無需重新布線，而只需更換成像部分，這將為工程節(jié)省巨大的時(shí)間成本和人力成本；

　　· 單路 HD-SDI 可以傳輸最高 1485Mbps 的無損 1080p 高清數(shù)字視頻信號(hào)；

　　· 它支持多路并列傳輸，最高可以支持到六路并列。這時(shí)候 HD-SDI的傳輸帶寬將達(dá)到8.9Gbps的數(shù)據(jù)傳輸流量。

　　非壓縮方案架構(gòu)

　　電荷耦合器件(CCD)攝像機(jī)使用FPGA實(shí)現(xiàn)信號(hào)綜合處理和顏色處理，并連接到CCD驅(qū)動(dòng)器。CCD驅(qū)動(dòng)器反過來驅(qū)使CCD、機(jī)械快門控制并觸發(fā)控制。模數(shù)轉(zhuǎn)換器將輸入視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，然后將其存儲(chǔ)到片外存儲(chǔ)器。當(dāng)整幀數(shù)據(jù)的傳輸完成后，F(xiàn)PGA將存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)綜合，并使用HD-SDI標(biāo)準(zhǔn)將其發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中。從觸發(fā)到HD-SDI輸出所需的處理時(shí)間為1秒或更少。FPGA還可控制存儲(chǔ)器和ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)。

　　非壓縮方案的技術(shù)難點(diǎn)

　　非壓縮方案系統(tǒng)的核心是FPGA，它主要負(fù)責(zé)兩方面的內(nèi)容：CCD驅(qū)動(dòng)算法實(shí)現(xiàn)和協(xié)議轉(zhuǎn)換。整個(gè)方案技術(shù)上的難點(diǎn)也集中在這兩點(diǎn)上。

　　CCD驅(qū)動(dòng)算法的實(shí)現(xiàn)就是我們常見的2A算法(自動(dòng)曝光和自動(dòng)白平衡)，如果前端接的是鏡頭模組則實(shí)現(xiàn)的是3A算法(比2A算法多了一個(gè)自動(dòng)聚焦)。目前壓縮方案架構(gòu)的核心是DSP，因?yàn)橛性S多可供選擇的高清方案，例如：TI、海思、美信、升邁、Atmel、FreeScale等等，這些廠家在推廣自己的方案時(shí)，一般都會(huì)在方案中集成了2A/3A算法，也有專門提供2A/3A算法的公司，如臺(tái)灣的歐普羅。所以在實(shí)現(xiàn)高清的壓縮方案時(shí)，開發(fā)工程師可以繞開復(fù)雜的2A/3A算法，直接在高清方案上做應(yīng)用，降低了研發(fā)上投入以及減少了項(xiàng)目實(shí)施的時(shí)間。

　　相對(duì)于壓縮方案，除了傳統(tǒng)幾家有這方面技術(shù)積累的企業(yè)以外，市面上基于FPGA的2A/3A算法應(yīng)用還不是很廣，可供選擇的方案也不多。企業(yè)如果自己投入研發(fā)2A/3A算法，成本和時(shí)間上都是一個(gè)比較大的投入。因此非壓縮方案應(yīng)用上的最大難點(diǎn)就在于CCD驅(qū)動(dòng)算法的實(shí)現(xiàn)，協(xié)議轉(zhuǎn)換比CCD驅(qū)動(dòng)算法的實(shí)現(xiàn)難度要低一些。市場(chǎng)上新推出的基于HD-SDI的光端機(jī)、矩陣等傳輸、轉(zhuǎn)換以及控制設(shè)備不在少數(shù)，而基于HD-SDI的攝像機(jī)就寥寥無幾，這跟HD-SDI協(xié)議實(shí)現(xiàn)門檻比較低，而CCD驅(qū)動(dòng)算法門檻較高有很大的關(guān)系。Altera和Xilinx都推出了基于HD-SDI的解決方案，在這兩個(gè)廠家的技術(shù)協(xié)助下，可以在較低的成本很較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)HD-SDI。

　　結(jié)語

　　基于HD-SDI標(biāo)準(zhǔn)接口的高清攝像機(jī)，能夠真正實(shí)現(xiàn)1080p的高清視頻數(shù)據(jù)輸出，同時(shí)達(dá)到25幀/秒的實(shí)時(shí)圖像采集。新興的數(shù)字電影具有較高清晰度圖像更高的分辨率、更豐富的色彩(例如SMPTE 428-1K PGYQR 4096×2160 4∶4∶4/X’Y’Z’/12-bit@24P)，SMPTE N26技術(shù)委員會(huì)正在制訂435M系列標(biāo)準(zhǔn)：一種時(shí)鐘頻率為10.692 Gb/s的串行數(shù)據(jù)接口，其物理介質(zhì)為符合IEC 60793-2標(biāo)準(zhǔn)的光纜與符合IEC 61754-20標(biāo)準(zhǔn)的光連接器。這種10 Gb/s級(jí)別的接口可將多至8個(gè)HD-SDI數(shù)據(jù)流復(fù)用在一起，也可以將現(xiàn)有的1.5 Gb/s與3 Gb/s數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)映射至10 Gb/s接口上。因此基于HD-SDI標(biāo)準(zhǔn)接口的高清攝像機(jī)將有著廣闊的應(yīng)用前景。