技術(shù)研究報(bào)告

1、項(xiàng)目技術(shù)研究報(bào)告手機(jī)型智能錄像錄音機(jī)項(xiàng)目技術(shù)研究報(bào)告承辦單位： 時(shí)間：2007年10月16日一、實(shí)現(xiàn)組成部件的技術(shù)思路1、外形結(jié)構(gòu)現(xiàn)代社會(huì)，使用手機(jī)移動(dòng)通訊，非常普遍，隨處可見(jiàn)，商場(chǎng)里各型手機(jī)琳瑯滿目，比比皆是，隨著技術(shù)進(jìn)步，市場(chǎng)上大多手機(jī)已具備錄像、照像、錄音功能。將智能錄音錄像機(jī)外形設(shè)計(jì)成手機(jī)樣式，便于攜帶且基于大眾對(duì)手機(jī)錄像錄音功能的認(rèn)識(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)錄像錄音使用中可消除被訪者的緊張情緒，獲取真實(shí)有效的實(shí)證。2、攝像機(jī)選型、改造。自從上世紀(jì)60年代末期，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室提出固態(tài)成像器件概念后，固體圖像傳感器便得到了迅速發(fā)展，成為傳感技術(shù)中的一個(gè)重要分支，它是PC機(jī)多媒體不可缺少的外設(shè)，也是監(jiān)控中

2、的核心器件。互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）圖像傳感器與電荷耦合器件（CCD）圖像傳感器的研究幾乎是同時(shí)起步，但由于受工藝水平限制，CMOS圖像傳感器存在圖像質(zhì)量差、分辨率低、噪聲降不下來(lái)和光照靈敏度不夠等缺點(diǎn)。CCD器件在光照靈敏度高、噪音低等方面有優(yōu)勢(shì)，但價(jià)格偏高?，F(xiàn)市場(chǎng)上帶攝像、照像功能的手機(jī)多采用CMOS攝像機(jī)。本次項(xiàng)目研究中，出于對(duì)光照靈敏度，清晰度的要求而選用平板CCD攝像機(jī)。為了能在狹小的空間中安裝平板CCD攝像機(jī)和在低照度環(huán)境下成像，我們對(duì)攝像機(jī)主板，靶面、鏡頭等部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)制作，使其在體積、清晰度、環(huán)境照度等方面滿足要求。3、存儲(chǔ)介質(zhì)現(xiàn)行錄音、錄像存儲(chǔ)介質(zhì)主要有磁帶、硬盤

3、、閃存式。磁帶錄像機(jī)以磁帶作為存儲(chǔ)介質(zhì)，需要有高精度的、復(fù)雜的機(jī)械伺服結(jié)構(gòu)，故體積較大，耗電高，價(jià)格高，抗震差，在當(dāng)今數(shù)碼產(chǎn)品大行其道時(shí)，磁帶存儲(chǔ)已漸漸推出市場(chǎng)。硬盤存儲(chǔ)以硬盤作為存儲(chǔ)介質(zhì)，較閃存更能實(shí)現(xiàn)海量存儲(chǔ)，可存儲(chǔ)低壓縮比的高清晰數(shù)字視頻，但由于硬盤內(nèi)高精度的機(jī)械結(jié)構(gòu)，故體積大，耗電高且價(jià)格貴，抗震差，操作復(fù)雜。閃存方式主要依托各種存儲(chǔ)卡，多數(shù)采用SD卡，是近年來(lái)隨著MP4興起而發(fā)展起來(lái)的新存儲(chǔ)介質(zhì)。其特點(diǎn)有（1）體積小，重量輕；（2）安全性高，不會(huì)因?yàn)檎饎?dòng)等外界因素造成損壞；（3）功耗低，電池續(xù)航能力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)；（4）容量易擴(kuò)充，可提供多種容量選擇，最大支持1G；（5）價(jià)格低；使用

4、時(shí)，將模擬視頻數(shù)字化壓縮，存儲(chǔ)在卡上，數(shù)據(jù)經(jīng)USP口讀出。本此研究，考慮到體積小，耗電省，安全性高，價(jià)格適中等多方面因數(shù)，選用1GMiNiSD卡作為存儲(chǔ)介質(zhì)。4、模擬視頻數(shù)字壓縮方式數(shù)字圖像記錄的技術(shù)原理：首先對(duì)復(fù)合視頻信號(hào)（PAL或者NSTC）進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將復(fù)合視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)，接下來(lái)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行壓縮編碼，再將壓縮的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。目前，針對(duì)于不同的應(yīng)用領(lǐng)域，存在著多種圖像壓縮格式，主要有MPEG-2，MPE-4，H.263，H.264等標(biāo)準(zhǔn)。MPEG-2主要應(yīng)用在廣電系統(tǒng)，特點(diǎn)是圖像清楚，但數(shù)據(jù)量較大，壓縮率低。MPGE-4主要應(yīng)用在數(shù)字存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)傳輸，壓縮率高，但圖像畫(huà)質(zhì)不如MP

5、GE-2清晰。H.264是最新發(fā)展起來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)，在圖像清晰度和壓縮率兩方面都很大提高，在高清電視等方面已有所應(yīng)用。本此研究從體積、功耗、存儲(chǔ)，芯片方案支持等多方面考慮，選擇采用MPEG-4壓縮格式。目前，MPEG-4芯片提供商很多，如以德州儀器（Ti）、飛利浦為代表的CPU+DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）方案；以INTEL、AMD公司為代表的通用CPU方案；基于雙CPU方案和基于MCU（微控制器）方案。本此研究，從價(jià)格，開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，時(shí)間周期等方面考慮，采用CPU+DSP方案，數(shù)字產(chǎn)品的更新?lián)Q代快，為縮短生產(chǎn)時(shí)間，由課題組擬定詳細(xì)方案，編寫單片機(jī)程序，電路板PCB設(shè)計(jì)后，交擁有成熟表面焊接技術(shù)的生產(chǎn)廠家生

6、產(chǎn)，以求在最短的時(shí)間內(nèi)拿出壓縮主板樣品。二、系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)框圖該項(xiàng)目由以下幾部分組成：視、音頻采集，視/音頻模/數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字視/音頻編解碼，信號(hào)存儲(chǔ)，CPU控制，操作及出錯(cuò)報(bào)警電路，按鍵/遙控控制電路，USB接口，電源管理。三、各功能部件研制及軟件設(shè)計(jì)1、視/音頻采集該部分功能是通過(guò)平板CCD攝像機(jī)將外界二維的光學(xué)圖像信息轉(zhuǎn)換為適宜處理和傳輸?shù)囊痪S電信號(hào)；通過(guò)高靈敏度麥克風(fēng)將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。本此研究，考慮到要在手機(jī)狹窄的空間安裝，在滿足高清晰的要求下，對(duì)攝像機(jī)及鏡頭體積要求很高，故對(duì)平板攝像機(jī)及鏡頭進(jìn)行了特別設(shè)計(jì)制造，主要特點(diǎn)是設(shè)計(jì)超小超薄型針孔鏡頭和對(duì)CCD平板攝像機(jī)采用靶面分離技術(shù)。

7、其性能技術(shù)參數(shù)：最低照度： 0.2LUX(F=2.0) 焦距： 2.8mm 視場(chǎng)角： 50°左右 清晰度： 350線采用專業(yè)高靈敏度麥克風(fēng)，音頻信號(hào)經(jīng)高保真放大輸入至AD轉(zhuǎn)換電路。2、視/音頻A/D轉(zhuǎn)換及壓縮編碼與存儲(chǔ)該部分是數(shù)字化處理的核心，在CPU控制下，采用MPEG-4算法，DSP電路對(duì)數(shù)字視/音頻信號(hào)壓縮編碼，使其成為二值或多值的數(shù)字信號(hào)流。在該部分研究工作中，首先，我們通過(guò)對(duì)芯片提供商提供的方案消化吸收，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)算法進(jìn)行了修改，并協(xié)同外攜單位共同解決了數(shù)字壓縮存儲(chǔ)過(guò)程中，低照度黑白圖像及快速移動(dòng)不穩(wěn)定圖像無(wú)法記錄問(wèn)題，圖像中斷自動(dòng)恢復(fù)錄像問(wèn)題，在此過(guò)程中投入了大量時(shí)間和人力。

8、其次，為最大限度地提高CPU和相關(guān)硬件處理速度，且確保系統(tǒng)穩(wěn)定性不受影響，我們對(duì)硬件資源進(jìn)行充分挖掘，使原有1Mbit/s的碼率，提高到了2Mbit/s，大大提高了移動(dòng)圖像的記錄清晰度。最后，為了壓縮體積，采取高密度PCB設(shè)計(jì)，由此帶來(lái)的器件間的相互干擾，電磁干擾，也是需解決的主要問(wèn)題。通過(guò)對(duì)模擬、數(shù)字電路部分供電電源的單獨(dú)隔離及單點(diǎn)公地等技術(shù)得以解決。3、按鍵操作控制及出錯(cuò)報(bào)警立足于實(shí)際使用需要，該設(shè)備開(kāi)/關(guān)機(jī)、錄像、錄音等主要功能采用鍵控方式操作，用振動(dòng)及LED發(fā)光提示每項(xiàng)操作正確與否。CPU自動(dòng)檢測(cè)電池電量和存儲(chǔ)卡容量，不足通過(guò)振動(dòng)方式提示。4、USB接口考慮盡可能減少接口，故通過(guò)一個(gè)USB接口完成充電和數(shù)據(jù)讀出功能。5、軟件流程在產(chǎn)品設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想的指導(dǎo)下，先確定主程序，再根據(jù)實(shí)際操作使用，確定按鍵控制操作程序，項(xiàng)目研制過(guò)程中，軟件修改達(dá)數(shù)十次之多，具體流程圖如下： 主程序流程圖 按鍵操作流程圖四、技術(shù)創(chuàng)新1、對(duì)CCD攝像機(jī)采用靶面分離技術(shù)，在保持清晰度的前提下，設(shè)計(jì)超薄錐形鏡頭，使CCD攝像機(jī)厚度減小。2、對(duì)MPEG4圖像壓縮算法進(jìn)行改進(jìn)，使可以記錄低照度黑白圖像和高速移動(dòng)時(shí)不穩(wěn)定圖像。3、對(duì)DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）硬件進(jìn)行充分挖掘，盡可能提高圖像清晰度，提高存儲(chǔ)容量。研發(fā)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)對(duì)于移動(dòng)圖像記錄，系統(tǒng)原有1Mbit/s的碼率不