数字处理摄像机关键技术探讨

    0 引 言

    数字技术在电视领域的应用,首先是在时基校正器、数字特技、节目后期制作和演播室设备等方面。由于便携式摄像机的电源,内部空间预算,以及CCD传感器处高动态范围等因素的影响,使数字技术迟迟未在摄像机领域得以应用。随着电子技术的飞速发展,特别是低电压亚微米集成电路研制成功,以及低功耗10b,12b视频A/D转换器技术的成熟,使摄像机终于数字化[1]。数字摄像机的优越性是有目共睹的,如高质量图像,高稳定性,整精确,操作简便以及丰富的附加功能等等。下面就数字摄像机一些关键技术作一探讨。

    1 机内对CCD输出信号的数字化处理

    数字摄像机的视频链如下,由CCD输出的电信号首先进入模拟预放器,在此进行预放大,预拐点,预伽玛,白平衡等处理后,进入模/数转换器(A/D)。视频信号数字化以后,就可以对信号进行在模拟状态下不能进行或较复杂而不能精确进行的种种运算。这里包括轮廓校正,彩色校正,伽玛校正,高亮度压缩等等。诸多非线性运算及延时运算在数字域得到较好的完成,由此实现了高品质的图像。

    为保证图像质量和数字处理的精确性,在对CCD输出信号的数字处理过程中,A/D转换器起着举足轻重的作用[2]。目前的数字摄像机中,量化部分被广泛采用的是10b A/D转换器。在演播室设备中,所处理的视频信号电平都限定在100%的标准电平,而且是经过伽玛校正的信号。但摄像机CCD图像传感器的动态范围已达到600%,10b A/D转换器由于受到量化比特数的限制,因而在转换之前必须在模拟放大部分进行预拐点处理,也就是将600%的视频信号压缩到226%,相当于1024量化级。动态范围压缩之后,才能进行A/D转换。这期间,不可避免地会出现一些精度上的误差。

    BTS公司开发的12b A/D转换器则显示出了更多的优越性。它有足够的量化级,在600%动态范围的CCD输出级就可以将信号直接数字化,这就使所有非线性信号的处理过程均在数字领域内完成,包括拐点,伽玛,轮廓,矩阵等方面的调整,最大限度地利用了先进的数字处理技术。这样,温度、震动等物理因素对R,G,B三路信号的影响都是相同的。它不仅保留了10b A/D处理时暗部细节较好的优点,而且增加了精确度和可控制性。同时,由于不加预处理而便得高光区域的图像色彩更加逼真。

    2 幅型比变换功能

    目前广泛采用的4B3幅型的图像,使观众缺少身临其境的感觉,而16B9幅型的图象,由于增大了视角而使人有了这种临场感。因而,未来的高清晰度电视的图像宽高比已被确定为16B9[3]。为迎接高清晰度时代的到来,各生产厂家新开发的数字处理摄像机都能提供4B3和16B9两种宽高比的图像。只是两种宽高比之间的转换方式各有不同。