模擬高畫(huà)質(zhì)高清攝像機非壓縮方案探討

　　HD-SDI的優(yōu)點(diǎn)

　　HD-SDI 是一個(gè)廣播級的高清數字輸入與輸出標準，該標準在廣播電視領(lǐng)域已經(jīng)有了很多成功的應用。HD-SDI標準規定采用同軸電纜，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(shù)的成熟，HD-SDI是非常成熟的接口技術(shù)，支持視頻信號高速率、幾乎零延時(shí)的傳輸，而普通的IP攝像機，由于需要對數據封裝、編碼等原因，導致延時(shí)較大；

　　· HD-SDI傳輸協(xié)議的物理形態(tài)是BNC接口，這對于監控項目來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的特性，也就是說(shuō)我們在將已有的傳統模擬框架系統轉為高清監控系統的過(guò)程中，無(wú)需重新布線(xiàn)，而只需更換成像部分，這將為工程節省巨大的時(shí)間成本和人力成本；

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

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

　　非壓縮方案架構

　　電荷耦合器件(CCD)攝像機使用FPGA實(shí)現信號綜合處理和顏色處理，并連接到CCD驅動(dòng)器。CCD驅動(dòng)器反過(guò)來(lái)驅使CCD、機械快門(mén)控制并觸發(fā)控制。模數轉換器將輸入視頻信號轉換成數字格式，然后將其存儲到片外存儲器。當整幀數據的傳輸完成后，FPGA將存儲器中的數據綜合，并使用HD-SDI標準將其發(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還可控制存儲器和ADC(模數轉換器)。

　　非壓縮方案的技術(shù)難點(diǎn)

　　非壓縮方案系統的核心是FPGA，它主要負責兩方面的內容：CCD驅動(dòng)算法實(shí)現和協(xié)議轉換。整個(gè)方案技術(shù)上的難點(diǎn)也集中在這兩點(diǎn)上。

　　CCD驅動(dòng)算法的實(shí)現就是我們常見(jiàn)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(chǎng)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(zhuān)門(mén)提供2A/3A算法的公司，如臺灣的歐普羅。所以在實(shí)現高清的壓縮方案時(shí)，開(kāi)發(fā)工程師可以繞開(kāi)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(shí)施的時(shí)間。

　　相對于壓縮方案，除了傳統幾家有這方面技術(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。因此非壓縮方案應用上的最大難點(diǎn)就在于CCD驅動(dòng)算法的實(shí)現，協(xié)議轉換比CCD驅動(dòng)算法的實(shí)現難度要低一些。市場(chǎng)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，而基于HD-SDI的攝像機就寥寥無(wú)幾，這跟HD-SDI協(xié)議實(shí)現門(mén)檻比較低，而CCD驅動(dòng)算法門(mén)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(chǎng)家的技術(shù)協(xié)助下，可以在較低的成本很較短的時(shí)間內實(shí)現HD-SDI。

　　結語(yǔ)

　　基于HD-SDI標準接口的高清攝像機，能夠真正實(shí)現1080p的高清視頻數據輸出，同時(shí)達到25幀/秒的實(shí)時(shí)圖像采集。新興的數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系列標準：一種時(shí)鐘頻率為10.692 Gb/s的串行數據接口，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(gè)HD-SDI數據流復用在一起，也可以將現有的1.5 Gb/s與3 Gb/s數據結構映射至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(zhù)廣闊的應用前景。