模擬高畫質高清攝像機非壓縮方案探討

　　HD-SDI的優點

　　HD-SDI 是一個廣播級的高清數字輸入與輸出標準，該標準在廣播電視領域已經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，由于需要對數據封裝、編碼等原因，導致延時較大；

　　· HD-SDI傳輸協議的物理形態是BNC接口，這對于監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模擬框架系統轉為高清監控系統的過程中，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實現信號綜合處理和顏色處理，并連接到CCD驅動器。CCD驅動器反過來驅使CCD、機械快門控制并觸發控制。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標準將其發送到網絡中。從觸發到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(模數轉換器)。

　　非壓縮方案的技術難點

　　非壓縮方案系統的核心是FPGA，它主要負責兩方面的內容：CCD驅動算法實現和協議轉換。整個方案技術上的難點也集中在這兩點上。

　　CCD驅動算法的實現就是我們常見的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。所以在實現高清的壓縮方案時，開發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，除了傳統幾家有這方面技術積累的企業以外，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。企業如果自己投入研發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驅動算法的實現，協議轉換比CCD驅動算法的實現難度要低一些。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，而基于HD-SDI的攝像機就寥寥無幾，這跟HD-SDI協議實現門檻比較低，而CCD驅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助下，可以在較低的成本很較短的時間內實現HD-SDI。

　　結語

　　基于HD-SDI標準接口的高清攝像機，能夠真正實現1080p的高清視頻數據輸出，同時達到25幀/秒的實時圖像采集。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的串行數據接口，其物理介質為符合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廣闊的應用前景。