高清监控摄像机的组成与关键技术分析

 　　进入2012年，高清已经实实在在的来到了我们身边，对于高清，您又了解多少，下面就让我们简单的介绍下高清摄像机的组成部分，这里着重讲述HD-SDI或IP高清摄像机为主.

　　高清摄像机的组成

　　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。
 

　　高清摄像机关键技术分析

　　一、系统必须高清

　　高清晰度摄像机除了前端安装和选材必须注意外，还必须有传输系统，中间系统和终端显示系统的配合使用才能达到高清晰度的实际效果。

　　就传输系统而言，视频图像的传送一般会选择同轴电缆、双绞线、UTP线(即网络传输)、无线传输、光缆传输等方式，不管采用哪种方式传输，必须使图像从前端传输到后端的整个系统中的各个环接的带宽>6M，这样才能保证图像达到高清晰度的要求，并符合工程及技防检测上的要求。一般情况下同轴电缆超过150米或200米时图像质量会明显下降，这是由于同轴电缆自身的特性造成的，故必须采取各种措施保证其终端带宽不小于6M，必要时要给予加视频补偿放大器来解决，一般的视频放大器的作用不大。其补偿的指标应保证高频补偿量、幅频特性、信噪比、共模抑制比、微分相位失真度、色度亮度延迟、色度宽度增益等都达到使相关线缆损耗或衰减造成的缺陷得到补偿，从而保证进入系统的图像的高清晰度。

　　目前，由于铜缆的价格不断上升，视频图像采用光缆传送的成本不断下降，在较长距离或多幅图像的传输中，采用光缆传送不失为一举多得的方案被广泛采用。由于光缆的带宽大、衰减小、高抗干扰、体积小、保密性强等特点，可较好保证图像传送的各项指标。当采用其他方式传送图像时，也必须保证通道的带宽。

　　高清晰度的图像还必须要靠好的终端显示设备来表现在人的视觉面前的，故最好选择逐行扫描监视器。因为在实际使用中隔行扫描监视器的图像闪烁严重，容易使人产生视觉疲劳。若监视器的清晰度低则同样达不到整体清晰度的要求。因为监视器的清晰度时由监视器、视频通道的带宽和显像管的点距、会距所决定的。据资料显示，其通道带宽与清晰度之间的折算理论上限为1M/80线左右，若再考虑高清晰度时的视频信号幅度下降因素，要达到显示400线的视频图像，则监视器清晰度指标按经验应采用600线以上的机器。

　　为配合高清晰度摄像机的使用，中间处理设备，包括矩阵、硬盘录像机，视频服务器、各种视频编码器等等都必须满足带宽和图像压缩的要求，才能使高清晰度摄像机充分发挥其内在的作用。光靠使用高清晰度摄像机而忽视其他配套设备的选用是达不到真正目的的。
 

　　二、关键技术与因素

　　目前在市场上销售的高清晰摄像机主要水平分辨率标称500线、520线、530线、540线、550线等数种。其实有部分480TVL和540TVL摄像机的CCD是基本相同的，主要是视频数字处理芯片(DSP)不同。有些厂商具有强大的研发能力，他们研发出15?16位(比特)的视频数字处理芯片，比起市场上480TVL摄像机的SONY10位(比特)芯片有更强的数据处理能力和更快的图像处理速度。

　　由于芯片采用15?16位数据总线，内建精密的逻辑处理电路，具有强大快速精确图像处理能力，内置像素增强单位，全面兼容市场上SONY、夏普、松下等CCD，可以使普通高清晰度CCD图像采集达到540TLV以上的高清晰度，同时还具有超高速数据运算能力，能实行超宽的白平衡补偿范围和零色滚动。由于这些摄像机可以保证以540TVL以上的水平分辨率来传递彩色图像，当然比市场上采用SONY10位(比特)芯片的480TVL摄像机更受欢迎。

　　高清晰摄像机主要是体现在画面的清晰度上，要做到画面的清晰度，不仅仅是一个水平分辨率达到540TVL就行了，必须在超宽动态、自动白平衡、图像的锐利度调整、超级数字降噪(信噪比)、智能数字自动测光补偿、亮度信号、彩色信号边缘补正、损坏象素自动调整与恢复、色彩调整、宽动态范围等指标上有集中体现。只有达到这些综合性的要求才能算得上是高清晰度摄像机。

　　单就分辨率来讲，当然540TVL比520TVL和480TVL来得更好。较高端的高清晰度摄像机必须要处理伽玛修正问题，据相关资料显示伽玛修正是产生高质量图像的重要技术，多数CRT管只有1/0.45=2.22的伽玛曲线，而液晶显示屏的伽玛曲线只有1/0.3=3.33，由此可见一个高质量的线性视频信号送到CRT来显示时，由于80%的流明被压缩成只有30%的灰度等级而剩下较差的图像。景物变得模糊和黑暗，和人眼看到的完全不同。为了克服CRT管这种天然的物理特性，视频必须在送到CRT之前进行伽玛修正，在黑暗区域必须放大伽玛曲线底线到0.45，而2.22x0.45=1，此时才能在CRT屏幕上取得1：1的影像。由此可见，在伽玛修正过程中，数字信号处理器必须提供大于2.22倍以上的信息。较好的伽玛修正方法是使用12位的数字信号处理器，8位作为数字信号处理，4位用作修正，使其产生完美的图像。当然15?16位的芯片将更出色，而常规的摄像机只用10位数字处理芯片，只能提供12位的修正，结果黑暗区域的图像将丢失部分灰度和色彩转换信息。所以DSP芯片的处理能力和比特数也是我们在选择和辨别高清晰度摄像机的重要指标之一。