高清攝像機(jī)技術(shù)

影視業(yè)技術(shù)高清攝像機(jī)技術(shù)01概念采集技術(shù)高清傳輸技術(shù)高清標(biāo)準(zhǔn)高清編碼標(biāo)準(zhǔn)高清顯示技術(shù)目錄0305020406基本信息高清攝像機(jī)技術(shù)是一種影視業(yè)技術(shù)，首先得保證首先來(lái)源于高清信息的采集。概念概念最初，“高清”概念與標(biāo)準(zhǔn)是廣播電視業(yè)提出的。上世紀(jì)60年代，日本國(guó)家廣播公司NHK開(kāi)始研究高清；90年代初期，NHK和索尼完成了研究并開(kāi)始試播模擬制式的高清電視。但由于多種原因，歐洲并不接受日本的研究成果，80年代中期，飛利浦等公司也聯(lián)合完成一個(gè)高清研究計(jì)劃。然而在1990年，美國(guó)一舉推出數(shù)字高清電視HDTV，后來(lái)居上超越日本和歐洲，也是從這時(shí)起，大家承認(rèn)了數(shù)字式電視是未來(lái)高清的發(fā)展方向。目前市場(chǎng)上的高清數(shù)字電視可以分為兩大陣營(yíng)，分別是歐洲的數(shù)字電視廣播聯(lián)盟DVB和美國(guó)的先進(jìn)電視系統(tǒng)聯(lián)盟ATSC。高清對(duì)于視頻監(jiān)控并不是件容易的事情。它涉及到監(jiān)控系統(tǒng)的頗多環(huán)節(jié)，從前端攝像機(jī)到傳輸、到記錄存貯和顯示設(shè)備，為了到達(dá)“高清”指標(biāo)都需要做出相應(yīng)調(diào)整，只要一個(gè)環(huán)節(jié)滿(mǎn)足不了要求，就達(dá)不到“高清”要求。高清標(biāo)準(zhǔn)高清標(biāo)準(zhǔn)高清視頻監(jiān)控近年來(lái)得以迅速發(fā)展，主要是為了解決人們?cè)谡１O(jiān)控過(guò)程中“細(xì)節(jié)”看不清的問(wèn)題?！案咔濉奔础案叻直媛省?，關(guān)于高清的定義，最早來(lái)源于數(shù)字電視領(lǐng)域，高清電視，又叫“HDTV”，是由美國(guó)電影電視工程師協(xié)會(huì)確定的高清晰度電視標(biāo)準(zhǔn)格式。電視的清晰度，是以水平掃描線數(shù)作為計(jì)量的，它的集中高清劃分方式如下：（1）1080i格式，是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視顯示模式，1125條垂直掃描線，1080條可見(jiàn)垂直掃描線，16:9，分辨率為1920×1080，隔行/60Hz，行頻為33.75KHz。（2）720p格式，是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視顯示模式，750條垂直掃描線，720條可見(jiàn)垂直掃描線，16:9，分辨率為1280×720，逐行/60Hz，行頻為45KHz。（3）1080p格式，16:9，分辨率為1920×1080逐行掃描，專(zhuān)業(yè)格式。高清電視，就是指支持1080i、720p和1080p的電視標(biāo)準(zhǔn)。采集技術(shù)采集技術(shù)高清的視頻效果的保證首先來(lái)源于高清信息的采集，如果沒(méi)有前端高清視頻采集，無(wú)法談及后端的高清效果。無(wú)論是槍機(jī)、一體機(jī)還是絡(luò)攝像機(jī)、模擬攝像機(jī)，采集的原理都是一致的，只是技術(shù)和器件上的區(qū)別。對(duì)于高清監(jiān)控系統(tǒng)，前端采集設(shè)備一般使用絡(luò)攝像機(jī)。我們知道，攝像機(jī)的清晰度主要取決于感光芯片的性能，主要有CCD和CMOS兩種，在高清監(jiān)控領(lǐng)域，也都有所應(yīng)用。CCD英文全名ChargeCoupledDevice，感光耦合元件，CCD為數(shù)位相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體，它是一種半導(dǎo)體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。CCD對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景的適應(yīng)性更佳，在低照度下效果表現(xiàn)更好。CCD由以前1/4英寸到現(xiàn)在1/3英寸、1/2英寸甚至2/3英寸等等，代表了其技術(shù)的不斷發(fā)展，再經(jīng)過(guò)圖像處理芯片的配合，能夠達(dá)到分辨率720P甚至1080i的輸出。CMOS英文全名Compleme-ntaryMetal-OxideSemiconductor，互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體，CMOS和CCD一樣同為在數(shù)碼相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體，而隨著CMOS在制造工藝和影像處理技術(shù)上的不斷突破，業(yè)內(nèi)對(duì)CMOS的前景預(yù)測(cè)也越來(lái)越樂(lè)觀。高清數(shù)字影像的普及更是CMOS技術(shù)發(fā)展的一個(gè)難得機(jī)遇。而且，與CCD相比，CMOS的制造原理更加簡(jiǎn)單，體積更小，功耗可以大大的降低，種種跡像表明：圖像傳感器的領(lǐng)域正面臨著一個(gè)重大轉(zhuǎn)折，盡管從目前的狀況看，CMOS與CCD圖像傳感器的應(yīng)用市場(chǎng)仍然有一個(gè)分界，但這個(gè)界限似乎越來(lái)越模糊。有專(zhuān)家預(yù)言，隨著300萬(wàn)像素的CMOS圖像傳感器的上市，圖像傳感器即將進(jìn)入“CMOS時(shí)代”。CMOS在高像素方面有著一定的優(yōu)勢(shì)。高清編碼標(biāo)準(zhǔn)高清編碼標(biāo)準(zhǔn)除了采集外，高清圖像編碼也是重要環(huán)節(jié)，高清視頻編碼最常用的編碼格式是MPEG2-TS、MPEG4、H.264和VC-1這四種算法。MPEG2由MPEG（MovingPictureExpertsGroup）運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)家組制定，這是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于1988年成立的專(zhuān)責(zé)制定有關(guān)運(yùn)動(dòng)壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的工作組，所制定的標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)。DVD即是MPEG2編碼，隨著技術(shù)的改進(jìn)，它在高清視頻方面也得到了應(yīng)用。MPEG2最大的缺點(diǎn)就是文件體積過(guò)大，不過(guò)它也有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是相對(duì)于另外兩種編碼，它對(duì)于系統(tǒng)資源的消耗是最小的。但是隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，H.264和VC-1的解碼必然會(huì)成為DVD那樣，任何主流的配置都能流暢播放。MPEG4主要用于低帶寬應(yīng)用和交互式圖形應(yīng)用（游戲等合成內(nèi)容）、交互式多媒體（WWW等內(nèi)容分發(fā)和訪問(wèn)技術(shù)）應(yīng)用，MPEG專(zhuān)家組成立了MPEG4工作組，以促進(jìn)上述三個(gè)領(lǐng)域的集成。1999年初，定義標(biāo)準(zhǔn)框架的MPEG4（第一版）成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC-1），提供多種算法和工具的第二版已于1999年底成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC-2）。H.264也許是最有前途的一個(gè)了，相對(duì)于MPEG2、MPEG4而言，其壓縮效率是三種編碼中最高的。H.264標(biāo)準(zhǔn)由國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部（ITU-T）和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國(guó)際電工委員會(huì)（ISO/IEC）共同研究發(fā)布，因此H.264有兩個(gè)名稱(chēng)，一個(gè)是沿用ITU-T組織的H.26x名稱(chēng)，叫“H.264”，另一個(gè)則是AVC（高級(jí)視頻編碼）。H.高清傳輸技術(shù)高清傳輸技術(shù)監(jiān)控系統(tǒng)傳輸技術(shù)主要有視頻基帶傳輸、光纖傳輸、絡(luò)傳輸、微波傳輸、雙絞線平衡傳輸和寬頻共纜傳輸六種傳輸方式。每種傳輸技術(shù)都有其自身特點(diǎn)，有各自的應(yīng)用層面，對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)往往根據(jù)不同的傳輸距離，不同的監(jiān)控要求，采用不同的傳輸方式。面對(duì)高清應(yīng)用的超大數(shù)據(jù)量，以及實(shí)時(shí)性的要求，采用光纖傳輸是解決長(zhǎng)距離視頻監(jiān)控高速傳輸系統(tǒng)的最佳解決方式，通過(guò)把視頻及控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)在光纖中傳輸。光纖傳輸具有衰減小、頻帶寬、不受電磁波干擾、重量輕、保密性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國(guó)家及省市級(jí)的主干通信絡(luò)、有線電視絡(luò)及高速寬帶計(jì)算機(jī)絡(luò)。而在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，光纖傳輸也已成為長(zhǎng)距離音視頻及控制信號(hào)傳輸?shù)氖走x方式。但光纖傳輸需專(zhuān)門(mén)的技術(shù)人員負(fù)責(zé)光纖熔接及設(shè)備維護(hù)方面的工作，另外對(duì)于近距離監(jiān)控信號(hào)傳輸不夠經(jīng)濟(jì)。舉例來(lái)說(shuō)，高清意味著需要更高帶寬。一般認(rèn)為，H.264編碼D1(720×576)畫(huà)質(zhì)的碼流為2M左右，那么以1080P計(jì)算，畫(huà)面尺寸約是D1的5倍，簡(jiǎn)單計(jì)算，碼流也是5倍。因此，H.264編碼的一個(gè)1080P高清畫(huà)面所用帶寬約為10M，與D1畫(huà)質(zhì)的MPEG2相當(dāng)。由此可以看出，對(duì)于“高清”，絡(luò)傳輸并沒(méi)有特別的要求。不過(guò)有一點(diǎn)必須指出，目前的互聯(lián)是不能夠承載高清畫(huà)質(zhì)的，必須是專(zhuān)甚至光纖。相比模擬傳輸，數(shù)字絡(luò)傳輸高清視頻具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，由于高清占用了更高的絡(luò)帶寬，在組建高清系統(tǒng)特別是大路數(shù)高清系統(tǒng)時(shí)對(duì)于絡(luò)帶寬的使用還是應(yīng)該精打細(xì)算。例如，如果使用100M以太，實(shí)際上同時(shí)只能承載5路左右的高清圖像（考慮到以太的碰撞偵聽(tīng)特性），如果同一視頻源有多個(gè)用戶(hù)訪問(wèn)，占用的帶寬會(huì)更大，因此對(duì)于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組播、轉(zhuǎn)發(fā)等技術(shù)的使用就顯得尤為重要。高清顯示技術(shù)高清顯示技術(shù)后端的顯示設(shè)備一般分為CRT、LCD、PDP三種。受高清電視技術(shù)發(fā)展的影響，監(jiān)控顯示設(shè)備的高清化速度非?？?。CRT器件以其亮度高、反差大、色彩還原好、圖像細(xì)膩等優(yōu)勢(shì)，一直保持著高指標(biāo)、高質(zhì)量的水平，是三種器件中觀看效果最好的。但由于受到自身重量、體積等因素影響，CRT監(jiān)視器一般用于技術(shù)監(jiān)看，適用于對(duì)圖像總體質(zhì)量的最終把握。而LCD、PDP器件由于采用逐點(diǎn)顯示方式，沒(méi)有回掃線，具有圖像細(xì)膩、無(wú)閃爍現(xiàn)象，不易造成視覺(jué)疲勞的優(yōu)勢(shì)。其中，LCD監(jiān)視器以輕薄、省電為特色，PDP以高亮度、大尺寸聞名。但三種顯示器件也都存在各自的缺點(diǎn)。CRT最主要的問(wèn)題是體積龐大、耗電高、容易磁化。PDP的主要問(wèn)題是小尺高清效果必須使用大尺寸顯示器才能表現(xiàn)出來(lái)。真正達(dá)到1920×1080分辨率的監(jiān)視器，LCD最小尺寸至少20英寸，PDP最小50英寸，CRT至少20英寸以上。在軌道交通、平安城市等大型圖像聯(lián)指揮中心，大都使用了拼接大屏。目前拼接屏中DLP最成熟，但LCD的拼接系統(tǒng)也在