模拟高画质高清摄像机非压缩方案探讨

　　HD-SDI的优点

　　HD-SDI 是一个广播级的高清数字输入与输出标准，该标准在广播电视领域已经有了很多成功的应用。HD-SDI标准规定采用同轴电缆，以BNC接头作为接口标准，有效距离为100米，其最大的好处在于：

　　· 接口技术的成熟，HD-SDI是非常成熟的接口技术，支持视频信号高速率、几乎零延时的传输，而普通的IP摄像机，由于需要对数据封装、编码等原因，导致延时较大；

　　· HD-SDI传输协议的物理形态是BNC接口，这对于监控项目来说是一个非常重要的特性，也就是说我们在将已有的传统模拟框架系统转为高清监控系统的过程中，无需重新布线，而只需更换成像部分，这将为工程节省巨大的时间成本和人力成本；

　　· 单路 HD-SDI 可以传输最高 1485Mbps 的无损 1080p 高清数字视频信号；

　　· 它支持多路并列传输，最高可以支持到六路并列。这时候 HD-SDI的传输带宽将达到8.9Gbps的数据传输流量。

　　非压缩方案架构

　　电荷耦合器件(CCD)摄像机使用FPGA实现信号综合处理和颜色处理，并连接到CCD驱动器。CCD驱动器反过来驱使CCD、机械快门控制并触发控制。模数转换器将输入视频信号转换成数字格式，然后将其存储到片外存储器。当整帧数据的传输完成后，FPGA将存储器中的数据综合，并使用HD-SDI标准将其发送到网络中。从触发到HD-SDI输出所需的处理时间为1秒或更少。FPGA还可控制存储器和ADC(模数转换器)。

　　非压缩方案的技术难点

　　非压缩方案系统的核心是FPGA，它主要负责两方面的内容：CCD驱动算法实现和协议转换。整个方案技术上的难点也集中在这两点上。

　　CCD驱动算法的实现就是我们常见的2A算法(自动曝光和自动白平衡)，如果前端接的是镜头模组则实现的是3A算法(比2A算法多了一个自动聚焦)。目前压缩方案架构的核心是DSP，因为有许多可供选择的高清方案，例如：TI、海思、美信、升迈、Atmel、FreeScale等等，这些厂家在推广自己的方案时，一般都会在方案中集成了2A/3A算法，也有专门提供2A/3A算法的公司，如台湾的欧普罗。所以在实现高清的压缩方案时，开发工程师可以绕开复杂的2A/3A算法，直接在高清方案上做应用，降低了研发上投入以及减少了项目实施的时间。

　　相对于压缩方案，除了传统几家有这方面技术积累的企业以外，市面上基于FPGA的2A/3A算法应用还不是很广，可供选择的方案也不多。企业如果自己投入研发2A/3A算法，成本和时间上都是一个比较大的投入。因此非压缩方案应用上的最大难点就在于CCD驱动算法的实现，协议转换比CCD驱动算法的实现难度要低一些。市场上新推出的基于HD-SDI的光端机、矩阵等传输、转换以及控制设备不在少数，而基于HD-SDI的摄像机就寥寥无几，这跟HD-SDI协议实现门槛比较低，而CCD驱动算法门槛较高有很大的关系。Altera和Xilinx都推出了基于HD-SDI的解决方案，在这两个厂家的技术协助下，可以在较低的成本很较短的时间内实现HD-SDI。

　　结语

　　基于HD-SDI标准接口的高清摄像机，能够真正实现1080p的高清视频数据输出，同时达到25帧/秒的实时图像采集。新兴的数字电影具有较高清晰度图像更高的分辨率、更丰富的色彩(例如SMPTE 428-1K PGYQR 4096×2160 4∶4∶4/X’Y’Z’/12-bit@24P)，SMPTE N26技术委员会正在制订435M系列标准：一种时钟频率为10.692 Gb/s的串行数据接口，其物理介质为符合IEC 60793-2标准的光缆与符合IEC 61754-20标准的光连接器。这种10 Gb/s级别的接口可将多至8个HD-SDI数据流复用在一起，也可以将现有的1.5 Gb/s与3 Gb/s数据结构映射至10 Gb/s接口上。因此基于HD-SDI标准接口的高清摄像机将有着广阔的应用前景。