安防讯 HD-SDI的传输发送端
目前HD-SDI在发送端主要应用于摄像机等前端采集设备,摄像机的CCD或CMOS图像传感器采集信号后,未经压缩的高清视频信号传输方式有模拟和数字两种。模拟传输一般采用YPbPr分量传输,一路高清视频信号需要三根同轴线缆同时传输。数字传输一般采用DVI、HDMI或者HD-SDI传输,其中DVI或HDMI的传输距离只有几米,中间加中继放大器,最远也只有几十米左右,不适合用于监控图像的远程传输,通常被应用在演播控制室内设备间的连接和信号传输。而HD-SDI信号可以传输百米左右,并可采用CVBS同轴电缆传输,接口为常用的BNC,所以通常被应用在现场采集设备与百米内的控制设备间的信号传输连接。从2010年北京安防展可以看到,国内已有不少安防厂家推出了自己的SDI接口高清摄像机,可以实现1080P25高清显示。
CCD/CMOS图像传感器:摄像机CCD/CMOS图像传感器,相当于人的眼睛,主要完成光学图像转换为电学信号,并输出电子图像信号。CCD与CMOS各有利弊,目前,摄像机市场上二者共存。在传统观念中,CCD代表着高解析度、低噪点等优点,而CMOS由于噪点问题,较多应用于对画质要求不高的电子产品。从工作原理来看,CCD在工作时,多达上百万个像素感光后,会生成上百万个电荷,这些电荷会全部经过一个所谓的“放大器”进行电压转变,形成电子信号。因此,这个“放大器”就成为了一个制约图像处理速度的“瓶颈”,所有电荷由单一通道输出,当数据量大的时候就会发生信号“拥堵”,而HDV格式却恰恰需要在短时间内处理大量数据,因此,在实际应用场合,使用CCD远远不能满足高速读取高清数据的需要。而CMOS则不同,它每个像素点都有一个单独的放大器转换输出,因此CMOS没有CCD的“瓶颈”问题,能够在短时间内处理大量数据,输出高清影像,也能都满足高清HDV的需求。因此,对于HD-SDI摄像机,CMOS图像传感器相对来说更适合。
目前,市场上主流SDI摄像机厂家都提供CCD、CMOS摄像机。CMOS对抗CCD的优势在于成本低、耗电少,可以与视频处理电路同处于一个芯片上。从目前的市场情形来看,在专业和家用摄影、摄像器材领域中,CMOS图像传感器将可能完全替代CCD图像传感器。
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。
CPU作为整个高清摄像机核心器件,相当于人的心脏,HD-SDI高清摄像机不经编码压缩,以原始数字信号,经HDMI或HD-SDI口输出。总体来说,CPU不仅具有图像处理和编码功能,还要完成高清摄像机系统控制及计算,充当整个系统的中央处理器。
对于DSP/ASIC/ASSP,由于其专用性,存在功能有限和不灵活等缺点,在产品定型后,不允许根据市场的要求增减新功能,不改变原有硬件基础,此时,需要对原有硬件电路进行删减,无形之中增加了研发成本。而FPGA具有功能广泛且高度灵活性等特点,一般来说,如果该产品预计有大的出货量、硬件设计方面基本不用做大的修改,设计者更青睐于DSP/ASIC/ASSP方案;而对于那些预期有较小的出货量、硬件设计可能会随市场变化经常需要更新的产品,设计者更青睐于FPGA方案。FPGA主要完成“前端”数据预处理,降低噪声和消除像素缺陷等。
目前,“高清视频、高清音频”在安防行业的呼声很高,针对前端摄像机,越来越多的厂家倾向于采用具备高像素密度和高动态范围的产品,这就意味着数据量会越来越大,需要CPU的处理能力更强,尤其是针对并行数据处理,采用DSP/ASIC/ASSP的视频摄像机则显得“心有余,而力不足”。而FPGA产品固有的并行性和可编程性,恰好能够为厂商提供各种性能,以满足市场的需要。
针对HD-SDI摄像机,在设计时,除了要考虑视频数据量大以外,还要评估CPU性能,在并行数据处理能力方面,FPGA优势突出。随着摄像机行业大量采用FPGA以及制造技术的进步,FPGA已由“旧时王谢堂前燕”高价格,到现在与ASIC旗鼓相当“飞入寻常百姓家”的低价格。目前,在所有的低成本FPGA系列中,CyloneIII器件具有最大的存储逻辑比和DSP逻辑比,最适合HD-SDI摄像机等视频处理应用。
信号输出接口:包括串行器(Seralizer)、电缆驱动器CD(CableDriver)等电路,其中,串行器也称之为发送器(Transmitter),主要实现将CPU输出的10BIT/20BIT视频数据按SMPTE规定的编码标准调制成标准SDI信号发送出去。为了增加传送距离,通常会带一个线缆驱动器CD(cabledriver),也可以不用。
