模擬高畫質(zhì)高清攝像機非壓縮方案探討

　　HD-SDI的優(yōu)點

　　HD-SDI 是一個廣播級的高清數(shù)字輸入與輸出標準，該標準在廣播電視領域已經(jīng)有了很多成功的應用。HD-SDI標準規(guī)定采用同軸電纜，以BNC接頭作為接口標準，有效距離為100米，其最大的好處在于：

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

　　· HD-SDI傳輸協(xié)議的物理形態(tài)是BNC接口，這對于監(jiān)控項目來說是一個非常重要的特性，也就是說我們在將已有的傳統(tǒng)模擬框架系統(tǒng)轉為高清監(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；

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

　　非壓縮方案架構

　　電荷耦合器件(CCD)攝像機使用FPGA實現(xiàn)信號綜合處理和顏色處理，并連接到CCD驅(qū)動器。CCD驅(qū)動器反過來驅(qū)使CCD、機械快門控制并觸發(fā)控制。模數(shù)轉換器將輸入視頻信號轉換成數(shù)字格式，然后將其存儲到片外存儲器。當整幀數(shù)據(jù)的傳輸完成后，F(xiàn)PGA將存儲器中的數(shù)據(jù)綜合，并使用HD-SDI標準將其發(fā)送到網(wǎng)絡中。從觸發(fā)到HD-SDI輸出所需的處理時間為1秒或更少。FPGA還可控制存儲器和ADC(模數(shù)轉換器)。

　　非壓縮方案的技術難點

　　非壓縮方案系統(tǒng)的核心是FPGA，它主要負責兩方面的內(nèi)容：CCD驅(qū)動算法實現(xiàn)和協(xié)議轉換。整個方案技術上的難點也集中在這兩點上。

　　CCD驅(qū)動算法的實現(xiàn)就是我們常見的2A算法(自動曝光和自動白平衡)，如果前端接的是鏡頭模組則實現(xiàn)的是3A算法(比2A算法多了一個自動聚焦)。目前壓縮方案架構的核心是DSP，因為有許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，一般都會在方案中集成了2A/3A算法，也有專門提供2A/3A算法的公司，如臺灣的歐普羅。所以在實現(xiàn)高清的壓縮方案時，開發(fā)工程師可以繞開復雜的2A/3A算法，直接在高清方案上做應用，降低了研發(fā)上投入以及減少了項目實施的時間。

　　相對于壓縮方案，除了傳統(tǒng)幾家有這方面技術積累的企業(yè)以外，市面上基于FPGA的2A/3A算法應用還不是很廣，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，成本和時間上都是一個比較大的投入。因此非壓縮方案應用上的最大難點就在于CCD驅(qū)動算法的實現(xiàn)，協(xié)議轉換比CCD驅(qū)動算法的實現(xiàn)難度要低一些。市場上新推出的基于HD-SDI的光端機、矩陣等傳輸、轉換以及控制設備不在少數(shù)，而基于HD-SDI的攝像機就寥寥無幾，這跟HD-SDI協(xié)議實現(xiàn)門檻比較低，而CCD驅(qū)動算法門檻較高有很大的關系。Altera和Xilinx都推出了基于HD-SDI的解決方案，在這兩個廠家的技術協(xié)助下，可以在較低的成本很較短的時間內(nèi)實現(xiàn)HD-SDI。

　　結語

　　基于HD-SDI標準接口的高清攝像機，能夠真正實現(xiàn)1080p的高清視頻數(shù)據(jù)輸出，同時達到25幀/秒的實時圖像采集。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技術委員會正在制訂435M系列標準：一種時鐘頻率為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標準的光纜與符合IEC 61754-20標準的光連接器。這種10 Gb/s級別的接口可將多至8個HD-SDI數(shù)據(jù)流復用在一起，也可以將現(xiàn)有的1.5 Gb/s與3 Gb/s數(shù)據(jù)結構映射至10 Gb/s接口上。因此基于HD-SDI標準接口的高清攝像機將有著廣闊的應用前景。