模拟视频范文

模拟视频范文（精选5篇）

模拟视频 第1篇

关键词：模拟视频滤波,视频滤波放大器

对于视频摄像系统,视频DAC输出最常见的信号是视频消隐、同步(CVBS)以及亮度/色度(Y/C)复合信号。本文详细介绍几种滤波放大器的配置,具有不同的DAC输出信号直流电平、信号振幅以及交、直流耦合视频信号的组合。集成视频滤波器的常用电源电压是5V或3.3V,对于要求微功耗的应用,可以采用1.8V或2.5V电源对视频滤波放大器供电。这些低功耗应用中的滤波放大器(M A X 9 5 0 9)采用了M a x i m的Direct Drive专利技术,通过内部固定8V/V增益获得2VP-P视频信号。以下几种配置的共同特性是:所有输出都在75Ω负载上进行测量。因此,当输出曲线显示1VP-P时,集成滤波放大器的输出为2VP-P。此外,所有滤波器均采用75%的TV NTSC彩条信号作为信号源。

重建滤波器连接视频D A C与视频放大器

图1中，视频DAC的输出通过重建滤波器与MAX9502G视频放大器连接。对DAC的视频信号输出进行偏置，使同步头接近地电位。MAX9502G对信号进行滤波放大，得到2VP-P的输出信号，并为信号提供直流偏置。MAX9502G的输出也提供了偏置，其同步头大概高于地电位300mV。在负载处，由于输出端采用75Ω分压结构，该同步头电平变为150mV。MAX9502G是集成度非常高的解决方案，占用很小的电路板面积，能够在绝大多数便携式系统设计中有效节省空间。注意：如果视频输出需要交流耦合电容，则不建议使用该方案;这种情况下，设计人员应寻求其它解决方案。

视频D A C向视频放大器提供交流耦合信号

图2所示电路，视频DAC向MAX9586视频滤波放大器提供交流耦合视频信号。这对于要求交流耦合、同步头低于地电位的单电源应用是非常好的解决方案。然而，输出交流耦合信号并没有把黑电平置于地电位;黑电平随着视频信号内容的变化而变化。MAX9586可以驱动两个直流耦合视频负载或一个交流耦合150Ω负载。

提供0.5VP-P直流偏置信号

图3和图1非常相似，只是其DAC只能输出0.5VP-P的直流偏置信号。这种情况下，具有12dB固定增益的MAX9502M是比较合适的解决方案。负载上的视频信号有直流偏置，同步头大约高于地电位150mV。此外，D A C的视频信号输出必须在地电位以上。MAX9502M可以为一路150Ω对地负载提供2VP-P的视频驱动。

只有一路CVBS或Y信号输出的视频D A C

图4提供了一种非常有趣的配置。某些应用中，DAC同时提供Y和C信号，而图4只有一路输出。这一输出可以在CVBS和Y信号之间进行选择，这样，可以使用求和(合成器)电路产生CVBS信号。在同一输出上很难同时提供这两类信号，也很难在正确的时间对这两类信号进行切换。一般在输出线上采用一个2:1复用器实现这一功能。好在这里所使用的MAX9524视频滤波放大器集成了两个模拟单刀单掷开关，可以配置成2:1复用器，从而利用一个芯片就能够适当选择输入，并对其进行滤波放大。由于对Y、C信号求和后无法确定其直流电平;因此，应该在滤波放大之前对视频信号进行交流耦合。交流耦合电容之后的箝位电路建立偏置电平。设计人员应注意产生CVBS信号的求和电路设计，应仔细考虑Y、C信号的直流偏置电平以及DAC所允许的电压范围。直接连接Y、C信号所产生的CVBS信号会超出DAC电压范围，具体取决于每个信号的直流偏置电平。

具有Y/C至CVBS合成器的多路视频输出

图5中的MAX9512有四个独立的输出通道,可理想用于多路视频输出设计。该器件还有一个Y/C至CVBS的合成器,从Y、C信号产生复合视频信号。每路输出可驱动两个直流耦合视频负载,或一个交流耦合150Ω负载。芯片采用了Maxim的Smart Sleep技术(图中没有画出),能够对输入信号或输出负载进行检测,相应地接通或关断不同的放大器,从而降低功耗。这一配置常见于提供一路S端子以及两路CVBS输出的应用。

结语

本文重点介绍了目前视频应用中的常见配置。CVBS和Y/C是目前为止这类应用中最常见的输出信号。在某些高端设备中，会有比较少见的YPbPr输出信号，视频信号可以是标准清晰度(SD)，也可以是高清晰度(HD)信号。本文虽然没有讨论这些比较少见的应用，但是针对这些设计同样提供相应的集成解决方案。

参考文献

[1]. Maxim数据手册

模拟视频 第2篇

计算机仿真技术和可视化技术的应用[1,2] 在模拟仿真培训系统中可以带来巨大的社会效益和经济效益。随着计算机的发展和图形技术的进步, 模拟仿真培训系统要求仿真可视化更加直观、逼真和具有良好的人机交互能力。本文尝试以基于视频的模拟仿真培训系统为研究对象, 通过挖掘其视频结构中语法模式和语义规则, 合理优化培训系统视频单元结构, 为提升培训质量提供理论指导。

原始视频是一种非结构化时基媒体, 通过视频的结构化可以实现计算机的有效管理、访问和检索。传统基于视频的模拟仿真培训系统采用常规的视频结构化方法, 即仅采用视频的基本结构, 而缺乏视频的结构语义描述, 这种视频结构化存在高层信息处理方面的缺点, 难以提升此类系统的人机交互智能化水平。

通过视频挖掘方法发现, 原始视频所蕴含的基本结构、镜头语法、场景语法表征视频的语法模式;通过抽取的视频特征类关联规则和与时间相关的事件关联规则表示视频包含的结构语义。这些视频结构知识可以用于视频数据库的组织与管理、基于内容的个性视频推荐、基于语法和语义的视频摘要等视频数据的处理当中, 因盯以可有效解决人机交互的智能化问题。

1视频结构挖掘的概念框架[1,2]

视频的基本结构 (如图1所示) 是由帧、镜头、场景、视频组成的基本层次结构, 在基本层次结构之上, 还有视频语法结构 (如视频编辑语法、视频单元之间的关联语法等) 和视频语义结构 (如视频中的精彩镜头、事件、户内/户外场景等) , 以及视频中的主要对象。结合视频语法和语义, 视频结构一方面是由帧、镜头、场景、视频组成的层次关系, 同时更重要的是隐藏在基本结构之中的语法结构知识和语义结构知识 (系统总体框架如图1所示) 。

2基于视频结构挖掘技术的培训系统框架

2.1 培训系统视频基本结构挖掘

对于模拟仿真培训系统, 结合需求及功能, 考虑定义其视频基本结构 (如图2所示) 如下:

(1) 视频V。定义为一个完整的培训系统, 由n个场景组成, 具有表征整个视频V的m个属性特征;

(2) 场景C。定义为培训系统 (即视频V) 中包含的培训项目, 每个场景C针对不同培训类型的培训人员;

(3) 镜头S。定义培训项目 (即场景C) 中包含的培训操作内容, 每个镜头S针对相同培训类型的培训人员。

(4) 关键帧F。定义培训操作内容 (即镜头S) 中包含的操作步骤所对应的特征帧F。

2.2 培训系统视频语法挖掘[1,2,3,4,5]

视频语法挖掘方法是根据前面视频基本结构的相关定义, 从视频基本结构中挖掘出视频结构构造模式的过程, 探索视频结构和特征 (指表征视频V的m个属性特征) 的关系, 主要有镜头S (即培训操作内容) 的构造模式、场景C (即培训项目) 的构造模式和整个视频V (即培训系统) 的构造模式。挖掘过程主要包括:

(1) 根据需求制定的培训方案进行视频镜头分割;

(2) 根据分割的镜头挖掘并抽取特征;

(3) 根据特征进行镜头聚类;

(4) 根据镜头聚类结果进一步挖掘视频结构语法模式。

具体的语法模式挖掘方法可以采用关联规则挖掘算法对视频字符串序列进行关联规则挖掘, 挖掘视频镜头中的频繁关联模式, 得到视频的结构语法, 并对视频结构语法进行识别和分析。图3给出了视频结构语法挖掘框架。

视频语法结构根据视频表达信息内容和视频目的运用多种视频镜头的组合方式, 即通过将各种镜头以特定的方式组合在一起, 表达一定的语义含义。而这种镜头组合方式会重复地出现, 从而形成视频中的“结构语法模式”。

对于模拟仿真培训系统来说, 视频语法挖掘方法既可以用于实现仿真模块的智能化提取, 又可以用于个性化培训方案的指定。针对模拟仿真培训系统的视频特性, 对一些相对简单的模式、组合的镜头可以用几个字符串来表达, 语法模式匹配简化为字符串匹配, 通过比较输入字符串与模式字符串, 判断其属于哪一类模式。对一些相对复杂的问题, 目标是确定镜头字符串所匹配一个或更多的语法结构模式。

2.3 培训系统视频语义挖掘[1,2,5,6]

视频语义挖掘是根据前面视频基本结构的定义, 从视频基本结构中挖掘出包含的含义和事件模式的过程, 探索视频结构特征之间的关系 (语义挖掘框架如图4所示) 。分析视频中的语义事件, 需要事先知道视频中各个镜头的类型, 而对于培训系统来说这是可以实现的。

语义概念生成和事件推理都是以镜头为基本单位的, 镜头语义概念是对事件进行推理的要素, 它是低层特征与高层事件之间的中间层次。具体应用如下:

(1) 在将原始视频数据分割为镜头后, 从各个镜头中抽取若干与培训事件密切相关的语义概念, 构造各培训事件模型, 用于融合概念和进行事件推理。

(2) 将培训过程中生成的视频流分割为镜头序列, 然后从每个镜头中根据语义挖掘结果生成各种线索, 最后根据视频序列进行事件推理, 得到高层语义事件。

将视频语义挖掘应用于模拟仿真培训系统可以用于发现并分析判断被培训人员的操作问题、心理状态, 以及培训过程的实时跟踪分析等培训功能扩展。

2.4 培训系统视频结构模式 (知识) 挖掘[1,2,5,6]

通过关联规则、图形界面等形式表现视频结构挖掘结果, 便于用户对挖掘结果加以解释和说明。结构模式包含视频基本结构、语法结构、语义结构模式。具体实现如下:

(1) 首先对视频进行镜头分割, 得到视频镜头层结构。包含所有镜头、镜头关键帧及相关特征。

(2) 根据这些特征采用时间约束的聚类算法, 对镜头进行聚类得到场景, 从而获得视频层次结构, 这样有利于存储。

(3) 对语义和语法知识大部分以关联规则的形式表示。

对培训系统挖掘结果的合理解释及挖掘知识的不断存储, 有助于进一步完善和优化培训方案, 提高培训质量。

3结语

通过视频结构挖掘方法改进的模拟仿真培训系统可以实现用户培训内容的随机提取, 而且可以是视频、场景、镜头、关键帧各个层次的随机提取。由此可以有针对性地制定智能化培训方案。视频结构挖掘中发现的高层结构知识, 又可以用来组建培训摘要系统及指导培训方案的制定。创新点将视频结构挖掘思想方法引入基于视频的模拟仿真培训的开发中, 提出了针对此类系统的视频结构挖掘框架。通过挖掘高层语义知识, 合理优化系统结构, 提升培训系统的智能化, 对培训方案的制定具有指导意义。

摘要：不同类型的视频具有不同的内容和不同的内容组织结构。针对视频类模拟仿真培训系统的开发现状及存在的问题, 提出通过引入视频结构挖掘思想方法, 对培训系统的视频数据进行进一步挖掘, 以解决培训系统中人机交互智能化问题。首先对培训系统的视频结构进行规范化定义, 结合视频结构挖掘的概念框架, 提出改进模拟仿真培训系统的视频结构框架, 最后阐述了应用该结构框架进一步对培训系统的视频数据进行挖掘的基本方法。改进方案的分析过程表明, 该改进方法应用于培训系统可以优化此类系统的视频单元结构, 进一步挖掘其高层语义信息, 提升培训系统的智能化, 对此类系统培训方案的制定和培训质量的改善具有理论指导意义。

关键词：视频数据,视频结构挖掘,模拟仿真,培训系统

参考文献

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[3]原野, 沈钧毅, 宋擒豹.自动视频分类中的数据预处理[J].计算机工程, 2004, 30 (4) :129-131.

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[6]胡军涛.视频高层结构分析和挖掘[D].长沙:国防科学技术大学, 2002.

[7]刘宇驰, 栾悉道, 谢毓湘, 等.新闻视频中非新闻段的去除[J].小型微型计算机系统, 2007, 10 (10) :1837-1841.

[8]韩冰.基于智能软计算的视频镜头分割算法研究[D].西安:西安电子科技大学, 2006.

[9]柳伟, 代科学, 卢鑫, 等.监控视频聚簇模式挖掘及其应用[J].数据采集与处理, 2008, 23 (4) :459-466.

模拟视频素材数字化的新方法 第3篇

U-matic录像机曾是大中电视台的主要制作设备,因此很多单位都存有大量U-matic磁带资料,其中有些尚未进行数字化处理。对于这些资料,由于录像带保存时间长,重放时时基误差大,画面经常出现抖动或跳动,这样的视频信号不能直接进入A∕D转换电路进行数字保存。由于3∕4 U-matic录像机没有TBC校正电路,需要外接时基校正器进行处理。同时,这种磁带由于年久退磁或磁粉脱落导致画面划痕增多、图像质量下降。

笔者经过长期研究与实践,用Betacam录像机的TBC电路对U-matic录像机输出复合信号进行时基校正,在E-E状态下输出分量信号给数字转换设备,同时利用Betacam数字DOC电路对失落信号进行数字补偿,使画面稳定、干净、清晰,取得较好的效果。

1 时基校正方法

各单位都有不少Betacam录像机,但必须选用录像机如UVW-1400/1800,PVW-2800录像机,放机虽有TBC电路,但它没有EE状态不能处理U-matic录像机输出复合信号。图1为信号处理框图,输入的复合信号首先给A∕D处理,产生8 bit数字信号,经数字梳状滤波器使Y∕C分离。Y数据经D∕A转换成Y信号再经调制产生RF信号分两路:一路经记录放大给磁头记录,另一路与重放RF切换给Y解调电路产生Y信号送给TBC电路,再经A∕D转换产生8 bit数字信号送给大规模集成电路进行DOC补偿和时基校正。经D∕A转换产生Y信号经放大输出分量Y信号。Y∕C分离的另一路8 bit数据是已分离的R-Y和B-Y数字信号,这两个色差数字信号经压缩电路,将R-Y压缩在一行中的前半行,B-Y被压缩在后半行,经D∕A转换分别产生R-Y和B-Y,色度信号经调制,产生CRF,分两路。一路经放大给磁头记录,另一路与重放CRF切换,经解调后产生R-Y/B-Y压缩的色度信号,再经A/D转换成8 bit数字信号,给DOC和TBC电路处理,再经D/A转换产生两路信号经放大处理输出分量R-Y和B-Y信号。可见,只要U-matic录像机重放输出信号给Betacam录像机,它电间输出的分量信号就已经过TBC校正,消除了时基误差,使图像稳定,这样的分量信号可送给任何数字处理的设备[1,2]。

在实际操作中,可看到U-matic录像机连接监视器,有时画面在抖动,而此时连接Betacam录像机监视器的画面却是稳定的。笔者选用的录像机为VO-9850P和UVW-1400P,将VO-9850P视频输出连接UVW-1400P视频输入,再将同步机输出的黑色同步信号连接至UW-1400P REF基准视频输入,它环路输出连接至VO-9850P同步输入或视频输入。VO-9850P在有同步输入或视频输入的情况下,它的伺服同步锁定于外接信号,此时UVW-1400P时基校正电路才能正确发挥作用。当没有同步机的情况下,用一台摄像机的输出视频信号代替也是可以的,因为摄像机输出的信号也是标准的。

2 DOC失落补偿电路处理[3,4]

录像机在记录和重放过程中由于磁带掉粉和磁头粘上灰尘使信号丢掉必须进行补偿,即DO补偿。由于两行信号具有相关性,一般DO补偿方法是将前一行信号延时一行(1H)来代替丢失的信号如图2所示,由电子开关输出的Y信号分两路,一路输出,另一路经一行延时线延时后,接电子开关的另一路输入端。一行延时线是超声波延时线,它只能延时高频信号,所以Y信号需经调制成高频信号给1H延时线,再经解调还原成Y信号给电子开关。开关动作由DOPLS决定,它是由RF包络线检波经整形放大产生。现在1H延时线多由CCD产生的专用集成电路,一般为8脚。如Sony的LXL5506,VO-9850用的是LXL5001P。CCD器件仍需高频时钟脉冲。用1H延时线的DOC电路,由于经延时线信号要衰减,因此不能反复多行延时(如失落过大),同时补偿信号要准确调整。补偿信号电平、直流电平都必须与直通信号一致,否则画面会出现明暗变化。一般失落大于5μs被检查出就要补偿。在一行中频繁补偿,画面上会出现开关切换的噪点干扰。而U-matic录像机基于大面积着色原理,只补亮度不补色度。在一般彩色不重的画面还看不出什么,但在彩色比较重的画面,由于Y电平较低,所补偿的Y也很低,会经常出现细的黑线条干扰画面。而Betacam录像机的DO补偿是视频数据,它是在大规模集成中完成,DOPLS产生和VO-9850相同。它的Y和C分别补偿,因此它重放的画面清晰稳定。目前已进入数字时代,但仍有不少电视台播出的电视剧仍然是Betacam录像带。能否用Betacam DO电路来对VO-9850重放的信号进行DO补偿呢?答案是肯定的。这里Betacam在E-E状态DOPLS无法产生,它不能简单地用VO-9850 DOPLS来代替。因为复合信号经UVW-1400 Y∕C分离等数字处理后,Y信号已大大延时,经测量已延时98μs。因此VO-9850的DOPLS也必须延时98μs,才可以在UVW-1400 DO电路中作为开关脉冲使用。

要将VO-9850 DOPLS延时98μs是困难的,因为不易找到这样的延时线。笔者是这样处理的:先用VO-9850的1H延时线来延时DOPLS,再将已延时1H的DOPLS用脉冲移位矩阵完成剩下的34μs延时。第一步在VO-9850 DM-72板上进行,将电子开关IC10第3脚DOPLS与TP251断开,并将其接地,IC10 Y信号就直通不进行DO补偿。将输出给1H延时线IC202的第8脚断开,再将TP251输出的DOPLS信号分压到1 V(P-P),通过47μF电容连接到IC202的第8脚,那么IC204第6脚输出的就是延时1H的DOPLS,此时还需放大到5 V(P-P)给脉冲移位矩阵用。第二步产生移位脉冲矩阵,用74HC4538高精度单脉冲激发器来完成,如图3所示。图中IC1~8为74HC4538,IC9为6反相器74HC04,IC10为4与门74HC08。延时1H的DOPLS经过两次反向后仍为正极性脉冲。IC1(1/2)为上升沿触发,当有一个DOPLS到来时,脉冲上升使触发器翻转,6脚输出的正脉冲宽度由1,2脚RC决定,这里把脉宽调制到34μs。IC1(2/2)设计为下降触发,当第一个DOPLS经过34μs后,IC2/2被触发翻转,它脉宽调得很长,近300μs,实际上它的脉宽由第1个DOPLS脉冲的下降沿决定。IC2(1/2)和(2/2)都被设计成脉冲下降触发。

第一个DOPLS脉冲的下降沿使IC2的1/2翻转,第6脚Q输出脉宽仍被调到34μs,IC2(2/2)也被设计成下降沿触发,它是在第一个DOPLS脉冲下降沿经34μs延时后触发IC2 2/2翻转,由于IC2(2/2)-Q接IC1(2/2)的RD,因此第一个DOPLS脉冲下降沿经延时34μs后,IC2(2/2)的-Q输出负脉冲使IC1(2/2)置0,这样IC1(2/2)6脚Q输出的第一个DOPLS已准确延时34μs。

IC3、IC4电路设计和IC1、IC2基本相同。其区别是IC3(1/2)的1H延长线DOPLS是通过与门电路输入的,与门另一端与IC(1/2)Q相连。也就是说,在第一个DOPLS到来后,在很短时间又有脉冲到来,这时IC3、IC4和IC1、IC2一样正常延时第二个DOPLS。在极端情况下,比如在第一个DOPLS到来后在34μs时间连续有5个脉冲出现(这里情况是极少发生的),所以,设计4条横列8块IC来完成,它们的输出经4只二极管构成或门电路,再经反向器反向为负DOPLS,这是因为Betacam所需要的DOPLS为负极性。Betacam录像机的亮度和色度磁头有一定的时间差,所以它的DOPLS是分别控制的。而U-matic录像机的亮度和色度是一致的,经过反向后连接到UVW-1400TBC 28板,UVW-1800为TBC 25板,拆除TBC板上两个电阻Y为R501,C为R509(这里UVW-1400与UVW-1800电阻编号相同),将反向后DOPLS分别连接到拆除电阻的输出端即可。PVW-2800P为TBC 18板,Y仍为R501,C为R514。图4a用VO-9850进行DO补偿的画面图像不干净,有横条干扰,图4b用UVW-1400P进行数字DO补偿,图像明显稳定干净,效果明显。

3 应该注意的几点

1)由于VO-9850长期不用,应认真保养调整,保证其良好的工作状态;

2)U-matic磁带储存时间较长,已有退磁现象。RF信号幅度小应将DM72板上RV5调到底,使RF幅度为最大;

3)在实际调整中,可将延时34μs的IC(1/2)脉宽调到为33μs,而IC2(1/2)的脉宽调整到35μs,这样就使DOPLS脉宽前后各增加1μs,这样补偿效果更佳。

参考文献

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[2]赵小南.电视演播室同步系统的设计与调整[J].电视技术,2009,33(2):57-59.

[3]赵保经.CMOS集成电路[M].北京:国防大学出版社,1985.

模拟视频 第4篇

关键词：电信机房,视频监控系统,模拟,网络

1 前言

人类进入21世纪, 整个社会生活正在发生翻天覆地的变化, 尤其是信息技术的高速发展, 已经使我们全面进入信息社会。网络信息技术逐渐渗透到各行各业, 通过网络使得原本难以想象的事情变成了现实。电信机房的视频监控原本实现的只是本地图像监控和保存, 网络大规模应用之后, 数字网络化视频监控系统在各行各业得到的越来越多的应用, 可以将一个区域或多个区域的电信机房的视频监控信息通过网络, 集中到一个地方进行监控、管理, 真正做到了“千里眼”。

2 视频监控系统组成

传统视频监控系统由摄像机、传输部分 (本地同轴线传输或光端机传输) 、控制主机、显示与存储等几部分组成。

数字网络化视频监控系统由摄像机、编解码器、传输网络 (局域网或IP网, 通常网络不包含在视频监控系统之内) 、管理平台、显示与存储等几部分组成。

2.1 摄像机

摄像机部分是监控系统的前端, 是整个系统的眼睛。其作用是将所监视的目标光信号转变成电信号。它布置在监控场所的某一位置。

视频监控系统的摄像机有以下几种:

彩色定焦摄像机, 一般用于室内固定场所的监控, 分枪式摄像机和半球吸顶摄像机两种。半球摄像机的特点是体积小、外形美观, 枪式摄像机特点是镜头可更换、调整, 可以实现长距离的监控, 并且可以自带红外照明灯, 夜间自动转换为黑白模式。

在摄像机不同应用条件下, 整个系统的技术指标和图像质量应满足下表1:

2.2 本地同轴传输

传输部分是系统的图像信号通路, 部分项目还包括音频信号, 包括对球体、云台、防护罩等控制信号。传输的重点是图像信号经过传输后, 不产生明显的噪声、失真 (色度信号与亮度信号均不产生明显失真) , 保证图像信号的清晰度、灰度等级没有明显下降。目前传统的视频监控传输系统大多采用视频基带传输方式。如果传输距离远时采用射频传输或光纤传输方式, 也有部分项目采用微波等方式进行无线传输。控制线路的传输一般采用通信电缆方式, 长距离传输必须采用粗线径导线, 通常采用RS485方式, 传输距离一般为1200m。

2.3 网络传输

伴随着计算机网络的高速发展, 视频监控系统与网络相的联系越来越密切。采用网络作为视频监控的传输媒介是现阶段视频监控系统发展的新景象。适合于大范围、长距离以及多个场所监控的项目, 使视频监控不再受到地理位置的限制。实现的方式是在摄像头段加装视频编码器, 通过MPEG4压缩方式, 将模拟视频信号转换为网络信号, 接入计算机网络, 网络上任何地点可通过视频解码器, 将监控信号转成模拟信号。例如网通集团正在推出的“宽视界”业务, 就是采用这种方式进行建设的。

2.4 视频监控管理主机

监控管理主机以多媒体界面监视整个系统的运行状态, 包括现场图像、设置/状态, 实时电子地图、监控点表, 以形象直观的方式实时显示设备运行情况。并带时间、日期、地点、摄像机编号提示, 便于分析和处理。

监控管理主机能对现场设备进行手动控制、自动控制及各项设计控制 (包括对云台、镜头进行直接控制) , 进行运行方式的设定和工作参数的修改, 且提供操作权限管理, 保证系统的安全。当任意一个子系统出现故障或产生报警时, 监控管理主机应产生明显的视觉和听觉报警信号, 要求有报警图像强插, 并显示报警分区功能, 并配合相应的电子地图, 以动态图标的方式显示报警点, 并有报警优先级管理功能。报警主机对报警信号应有足够的反应速度。工作软件具有较强的接管和联动能力, 任意子系统的报警均能按预设的功能实现其它子系统的联动。主机可向第三方系统或设备提供开放接口, 系统提供标准以太网连接和TCP/IP协议或RS232、RS485协议。

2.5 视频存储及控制设备

常规视频监控项目的视频存储方式可采用数字硬盘录像机;大规模的监控系统的存储方式可采用磁盘阵列。在监控中心一般包括视频切换矩阵、画面分割器、控制键盘等控制设备, 实现系统信号的切换和控制。

2.6 视频显示

在监控中心集中显示一般采用监视器墙方式进行视频信号的显示, 监视器可显示4、9、16画面等多画面显示方式。通常的配置方式是16路视频信号配置两台监视器, 一台用于16画面显示, 另一台用于显示单画面信号。

目前大规模的视频监控项目也有采用拼接墙大屏幕系统, 作为监控中心的显示设备, 目前应用比较广泛的显示技术有两种, 一种是PDP (等离子拼接) , 另一种是DLP (数字投影单元) 。

3 传统模拟视频监控系统

在电信机房安装的传统模拟视频监控设备, 有以下形式:

(1) 在一个机房安装几台摄像机, 主要监控出入人员、环境状态;

(2) 在每列机柜间安装摄像机, 实现对机柜工作状态的监控;

(3) 在有些重要的机房、机房的重要区域, 对重点设备进行专门监控。

监控机房出入口方案见图1:

所有机房视频监控摄像头的信号均接入机房中控室, 不同规模的机房配套不同规模的中控室。

4 网络化视频监控系统

网络化视频监控系统的产生是以计算机网络的发展为基础的, 随着计算机网络技术的高速发展, 网络带宽日益扩大, 将视频监控图像在网络平台上传输变成了可能。传统摄像机的信号通过视频编码器编码后, 转变成网络信号, 目前的广域网络带宽提供给每个摄像机1M或者2M的带宽, 可以实时传动CIF、2CIF、4CIF以及更高画质的图像。网络化视频监控系统除了前段摄像机、编码器以外, 还要建设一套管理平台, 包括存储服务器、GK认证服务器、转发服务器、以及通过解码器将网络信号还原为视频信号, 并在大屏幕、电视墙等设备上进行显示。

5 传统视频监控和网络视

频监控的比较传统模拟视频监控系统是随着摄像机、录像机、传输线缆等产品的逐渐发展, 逐步发展到目前比较成熟的系统架构。传统视频监控系统具有设备成熟、系统接线简洁、操作简单、造价较低等优点, 在各类视频监控系统中得到广泛的应用。目前正在使用的视频监控系统绝大多数都是传统的视频监控系统, 与网络化视频监控系统相比较, 传统视频监控系统无法实现远程监控, 工程规模具有一定的局限, 无法实现大规模管理。例如整个地区的机房视频监控、整个城市的机房视频监控等的监控系统进行集中管理。网络化视频监控系统是随着近年来计算机网络的高速发展, 而突飞猛进的发展起来的, 网络化视频监控设备大多是原网络设备厂家开发和生产, 也可以说, 网络化视频监控系统是将视频监控信息作为计算机网络的应用的一个业务种类。网络化视频监控系统具有远程监控、集中管理、控制灵活等优点, 并且系统的规模没有局限性, 可是在局域网内实现集团、公司级远程监控, 可以通过城域网实现跨城市、跨国家的远程视频监控, 缺点是对网络依赖性较强, 一旦网络出现故障, 对系统影响较大。目前, 网络化视频监控系统得到越来越多的应用, 例如前中国网通推出的“宽视界”业务和中国电信推出的“全球眼”业务, 将运营商IDC机房机架租给各网络公司。例如, 雅虎公司可以在美国实时监控安装在中国的IDC机房内的设备运行情况。另外一个应用领域是在小学、幼儿园等场所推行网络化视频监控系统, 学生家长可以通过网络, 在任何地点实时观看学生在学校的情况。

6 从模拟到网络的过渡和融合

工程上从传统模拟视频监控系统向网络化视频监控系统的过渡有三种方式。

第一种方式是淘汰原有模拟视频监控系统, 完全新建一套网络化视频监控系统, 这种方式不存在模拟到网络的过渡和融合问题。

第二种方式是在原有模拟系统的基础上, 在信号输入端增加视频分配器, 将前端摄像机的信号一分为二, 将分出的信号接入到网络化系统之内。实现整个系统的从模拟到网络的过渡和融合。

第三种方式是在原有模拟系统的基础上, 通过原有模拟系统的视频切换矩阵, 切换出一定数量的视频输出, 将输出的信号接入到网络化系统之内。实现系统的从模拟到网络的过渡和融合, 切换的前端具有一定的选择性。

7 方案比选

表2是从模拟到网络的过渡和融合的三种方式具体比较。

模拟视频 第5篇

二从数字标清到数字高清、从磁带记录格式向多媒体记录方式的文件化、高清化转变

2002 年底, 索尼和松下以及日立、夏普、三星、LG等宣布携手推出下一代专业记录媒体蓝光盘技术, 索尼在此技术基础上推出了系列广播应用的专业光盘和摄录设备, 并为中央电视台体育节目制作使用。随着计算机和信息通讯领域存储媒介技术的开发应用、半导体材料的固态模块 (又称闪存卡) 读写速度的快速提升, 松下公司却选择了“各走各路”, 除了继续改进推广其DVCPRO25M和用于质量要求更高的专题、综艺类电视节目录制的DVCPRO 50M格式的磁带一体化摄录机及演播室录放像机外, 通过对半导体固态存储技术的开发研制, 又推出了采用固态半导体存储卡“P2”作为存储媒介, 开发生产了P2 系列的数字标清摄录一体机。P2 卡上记录的每一段剪辑片段 (Clip) 都是MXF和元数据文件, 这些数据不需要数字化处理就可以立即用于非线性编辑, 或通过网络进行传输。借助已经日趋成熟的非编系统, 通过读卡器上载在计算机非编系统完成电视节目素材的编辑制作, 通过转换生成视频信号下载保存到磁带或直接通过SATA硬盘阵列系统用于播出, “P2”卡的出现继而也将半导体固态存储技术带入了广电市场。

目前我国广电行业正处在从数字标清到数字高清制作播出转变的过渡阶段, 16:9 幅面的数字高清HDTV使广大电视观众和用户体验到更为清晰和靓丽的电视节目和视频图像。2008 年央视通过北京夏季奥运会采用了全程高清电视转播, 使我国广播电视节目的制作播出迈向了从标清逐步转为高清的新时代。

高清 (HDTV) 格式在考虑向下兼容原有标清格式的意义上发展比较复杂。多媒体化的高清录像机的研制生产也令其格式多样和种类繁多, 广播用的如索尼的HDCAM、XDCAM HD系列, 松下的DVCPRO HD、P2 HD系列以及后来国产化的Date Cam系列等。由于高清电视图像的宽高比为16:9, 所以垂直1080 线对应的水平宽度为1920 线, 标准的高清视频分辨率应该是1920×1080 线的“全高清”。高清视频应该采用全帧传输, 也就是逐行扫描。区别逐行还是隔行扫描的方式由后面的字母p/i来区分。高清格式用垂直线数来代替图像的尺寸, 比如1080i或者720p, 就表示垂直线数是1080 或者720。i代表隔行扫描, p代表逐行扫描。高清视频中出现的i帧是为了向下兼容, 与标清播放设备兼容。最新的高清视频规格支持多种帧尺寸、帧速率和扫描方法, 为延续兼容原有的标清制式, 国际标准已经规范了许多高清晰度电视格式, 最常用的格式有以下几种:

1080i60

这是一种常见的广播格式, 与标清NTSC视频兼容。

优点:由于分辨率高, 此格式中的单个静帧的质量非常高。29.97fps帧速率和隔行扫描都兼容标清NTSC视频。

缺点:快速动作或快速摄影机移动都可能会造成交错假像。

1080i50

1080i50 与标准清晰度PAL视频兼容, 也是我国高清播出采用的国家标准。

优点:由于分辨率高, 此格式中的单个静帧的质量非常高。25fps帧速率和隔行扫描都兼容标清PAL视频。

缺点:快速动作或快速摄影机移动都可能会造成交错假象。因为帧速率较低, 此格式所造成的运动假象比1080i60 严重。

720P60

此格式比1920×1080 小, 但较小的画面尺寸可以降低每帧的数据速率。这就是说与1080i格式相比, 帧速率加倍但数据速率未能得到显著增加。

优点:产生高清格式所能产生的最高帧速率。因为逐行扫描720P, 此格式中的单个静帧没有运动假象 (如线条闪烁) 。捕捉和显示快速动作以及摄像机快速移动都很平滑。59.94fps视频帧速率与NTSC视频兼容。

缺点:720P的画面大小比1920×1080 小 (尽管它的分辨率比标清视频要高) 。

720P30

720P30 是一种特别灵活的格式, 因为它兼容标清NTSC视频 (原因是它具有相符的帧速率29.97fps) 以及流式和可下载的视频 (因为它是逐行扫描的) 。由于它是逐行扫描, 720P30 在用户需要一种可以输出高质量静止画面的视频格式时也是很有用的。

优点:720P与标清NTSC视频 (29.97fps) 和电脑图形兼容, 因为它是逐行扫描的。

缺点:720P的画面大小比1920×1080 小 (尽管它的分辨率比标清视频要高) 。

720P24

720P24 有时也被简称为24P模式, 业界认为也是最灵活的帧速率选择, 因为它可以转成NTSC、PAL视频和电影。如果用户打算将最后完成的视频转成电影, 或如果用户要在最后的视频上尝试模拟一下电影的样子则可选取此模式。

优点:720P24 是视频转换成电影的完美选择, 因为它有匹配的帧速率 (23.98fps) 。720P很容易转换成与NTSC视频、PAL视频和电影兼容的其他帧速率。因为帧速率较低, 数据速率比720P60 低60%。

缺点:720P的画面大小比1920×1080 小 (尽管它的分辨率比标清视频要高) 。在转换成NTSC时需要胶磁转换下拉处理。在转换成PAL时需要帧速率提高处理, 这会稍稍改变音频速率。

不同高清格式录像机的数据量比较如表2 所示。

不同硬件接口协议数据传输速率的比较如表3。

通过对比可以看出, 对于无压缩高清视频“巨大”的数据量, 常规的“记录”采集不能再沿袭标清的采集方式。压缩的高清视频要达到较高的图像质量其码流至少在100Mbps以上。从硬件接口支持的协议可见, 现有的硬件接口协议除HD-SDI、HDMI、USB3.0 和光缆可传输无压缩高清外, 其余均只能根据不同媒体用途和压缩的高清数据传输要求来选择。

随着计算机软硬件的开发和IT网络技术的发展壮大, 计算机技术的应用逐步深入到电视节目制作领域。上世纪90 年代中后期, 计算机技术在广电行业的典型运用就是非线性编辑系统, 简称为非编系统 (NLE) 。

数字非线性编辑是以计算机及其大容量随机存取记录技术为基础的影视节目非线性编辑方式。它是指在编辑过程中将所有的素材, 包括活动视频, 静止图形图像、字幕, 音频等素材全部转化成数字信号存储在计算机硬盘上, 在计算机的软硬件环境中完成节目素材的编辑、合成和特技效果处理、包括配音等后期制作。由于基于硬盘的存储介质具有随机存取的特点, 编辑人员可以随机地访问素材, 不受素材存储的物理位置的限制, 编辑结果既可以迅速生成编辑清单 (EDL表) , 也可以直接合成完成片以数字方式记录在硬盘上, 最后再将硬盘里的画面重放出来记录在磁带或其他媒体介质上, 从而最终完成整个编辑过程。这种基于硬盘为存储介质并且可以利用硬盘的随机存取功能对数字化视音频信号进行编辑的方式称之为数字非线性编辑, 编辑效率远远高于传统的磁带“线性”编辑制作方式。

非线性编辑系统实际就是基于工作站级的一台“高级”PC机, 实现自然离不开本身操作系统靠软硬件的支持。它是计算机技术和电视技术数字化相结合的产物。一个非线性编辑系统从硬件上看, 可由计算机、视频采集卡、声卡、高速硬盘、网络存储设备 (如光纤通道磁盘阵列等) 专用板卡以及外围设备构成。为了直接处理高档数字录像机来的信号, 广播用的高级非线编系统还带有SDI或HDSDI标准的视音频数字接口, 以充分保证数字视音频信号的输入、输出质量。其中视频卡用来采集和输出模拟视频, 也就是承担A/D和D/A的实时转换。从软件上看, 非线性编辑系统主要由非线性编辑软件以及二维/ 三维动画软件、图像处理软件和音频处理软件构成。随着当今计算机CPU+GPU硬件板卡技术性能的飞速提高, 硬件运行速度及带宽的不断升级使得视频编辑处理对硬件的依赖越来越小, 而非编软件的开发应用作用则更加突出。目前广电系统普遍采用的专业厂商生产的非编系统主要有AVID、苹果 (Apple) 、索贝 (Sobey) 、大洋及新奥特等。

伴随标清数字电视向高清数字电视技术的发展, 包括视频数字化、文件化的编转码技术的不断应用开发, 以文件格式记录、存储和播放的数字硬盘录像机也应运而生。1995 年9 月, 通过与松下公司的合作, 比利时EVS公司开发了一款超级数字化硬盘录像机, 代表性的产品就是应用于体育赛事转播慢动作回放LSM, 其无极限控制的慢动作精彩回放画面的质量远远超过了普通录像机慢动作播放效果。随着当时松下公司第一款特为亚特兰大奥运会准备的高速摄像机的发布, EVS在国际上名声大振。2000 年, EVS选择在视频广播系统和数字电影这两个领域的投资。另外, 应日本第一大电视台NHK的要求, EVS还开发了一款高清硬盘录像机的样机。2002 年, EVS第一次在FIFA世界杯节目制作中部署了XT平台, 并将80 多台硬盘录像机连接在一起, 构建了网络。

具有代表性的广播级演播室多通道硬盘录像机是以索尼公司生产的MAV-555 系列产品率先进入我国广电市场, 作为当时中央电视台现址演播室标清数字电视节目录制和直播延时播放的主要设备。硬盘录像机不仅改变了普通非编系统单入单出的单通道模式, 通过设定将硬盘存储区域分区化为多通道模式, 系统操作软件融入简单的编辑和延时播放功能, 形成记录和播放分别独立运行, 相当于集成了几台录放像机为一体。特别是作为演播室记录、播放替代了传统的数字磁带录像机, 设备占用空间大大缩小, 同时也为电视节目无磁带化制作流程开创了新的里程。

数字硬盘录像机 (简称DVR) 相对于传统的视频录像机, 采用了硬盘作为记录存储媒介。实际它是一套进行图像存储处理的计算机系统, 具有对图像/ 语音进行长时间视音频记录、集合了录像机、画面分割器、通道监控、网络传输等多种功能于一体, 用一台设备就能取代传统系统一大堆设备的功能。按系统结构可以分为两大类:基于计算机架构的PC式DVR和脱离PC架构的嵌入式DVR。

计算机 (PC) 式硬盘录像机

这种架构的DVR以传统的PC机为基本硬件, 比如目前非编系统的单机操作就是以微软Windows、Linux或苹果OSX操作系统为基本软件, 配备图像采集卡, 编制软件成为一套完整的系统。本机 (或本地) 硬盘为最基本的存储单元。PC机是基于通用的开放式平台, 因此软硬件更新换代速度快, 因而PC式DVR的产品性能提升较容易, 同时软件修正、升级也比较方便。DVR各种功能的实现都依靠各种板卡来完成, 这种插卡式的系统在系统装配、维修、运输中很容易出现不可靠的问题, 对工作环境要求比较高。

嵌入式DVR

嵌入式系统一般指非计算机 (PC) 系统, 有计算机功能但又不称为计算机的设备或器材。它是以应用为中心, 外形专业化设计, 软硬件可裁减的, 对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的微型专用计算机系统。比如索尼公司生产的MAV-555系列就是嵌入式的广播级硬盘录像机。

简单地说, 嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体, 类似于PC中基本输入输出的BIOS的工作方式。具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点, 特别适合于实时和多任务的应用。嵌入式DVR就是基于嵌入式处理器和嵌入式实时操作系统的嵌入式系统, 它采用专用芯片对图像进行压缩及解压回放, 嵌入式操作系统主要是完成整机的控制及管理。此类产品没有PC DVR那么多的模块和多余的软件功能, 在设计制造时对软、硬件的稳定性进行了针对性的专业应用规划, 因此产品性能可靠稳定。嵌入式DVR系统建立在一体化的硬件结构上, 整个视音频的压缩、显示、网络等功能全部可以通过一块主板来实现, 大大提高了整个系统硬件的可靠性和稳定性。

随着高清HDTV的日益普及, 高清电视节目文件化、网络化制作模式与系统适配相适应的制作流程越来越紧密相关。对海量素材的采集、存储到编辑制作及面向播出和媒资系统传输, 使得电视项目规模越来越大, 存储时间越来越长, 系统对存储容量的要求、对存储设备稳定性的要求、对系统可扩展性的要求、对磁盘性能的要求以及对数据安全性的要求越来越高, 标清转为高清, 电视节目制作容量的大幅增加给存储系统带来巨大的挑战和压力。

由于高清视频按照不同来源的压缩码流数据量都非常大, 针对高清后期节目制作非线编辑及合成等流程多路并发读写的情况下, 对网络带宽、数据处理能力、缓存容量要求等都有较大影响。对存储的压力很大, 数据存储需要有很强的CPU网络和存储处理能力、硬盘接口数据处理能力和专门针对视频性能的优化处理能力。针对系统的规模按栏目化、频道化的制作流程管理对于海量制作和存储已不能仅仅依赖单独的非编系统和硬盘录像机来完成, 更大规模的文件化节目制作流程对存储系统应用需要视频服务器为核心的磁盘阵列的支持。

从本世纪初开始, 中央电视台先后实验性地在现址建立了英语频道无磁带制作系统、新闻共享系统及经济频道业务制作系统, 小范围的应用以视频服务器加磁盘阵列为存储体的电视节目文件化采集和编辑制作流程, 为后来新址电视节目无磁带的视音频全文件化格式的全新制播流程架构的建立奠定了基础。

随着高清新媒体设备的普及和4K超高清电视 (UHD) 的市场化应用, 广电行业大数据时代数据存储量呈现爆炸式增长。从大环境来看, 大数据量的高清视频存储可以有多种实现方式, 而对于近几年被热炒得火热的“云计算”、“云存储”技术, 也将渗入到电视节目的采集制作中。在规模不变的前提下, 高清视频比标清要求更多的存储空间。对单台设备而言意味着应用需要升级优化, 而对整个存储系统而言, 则考验着存储系统的整体运维能力。伴随高清时代的全面到来, 对存储设备生产厂商而言, 如存储系统稳定性、面向高清应用的开发能力、面向视频应用的RAID算法、大规模磁盘阵列管理软件、整合开发能力以及成本控制等都是巨大的考验。

三结束语