全數(shù)字彩色攝錄機的發(fā)展

全數(shù)字彩色攝錄機的發(fā)展

1廣播級全數(shù)字攝像機的主要特點數(shù)字和高分辨率技術的發(fā)展對記錄節(jié)目的主要設備的視頻記錄設備提出了更高的要求。隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)技術、數(shù)字化技術以及計算機技術的發(fā)展,使得廣播級的攝錄機在功能和成像質(zhì)量上都有了質(zhì)的飛躍。廣播級全數(shù)字攝像機是在磁帶或硬盤上記錄數(shù)字化的視、音頻信號,要處理的信息量很大,為此要采用新的高密度記錄方式、數(shù)據(jù)壓縮技術以及大容量的集成電路存儲器。全數(shù)字化視頻的主要優(yōu)點之一就是其多次復制性好,便于反復進行編輯與復制,并且能與計算機相連進行圖像處理。此外,不斷引進與開發(fā)新技術應用,明顯提高了廣播級數(shù)字攝像機的整機性能和攝錄質(zhì)量。全數(shù)字彩色攝錄機廣泛采用了電子防抖、清晰掃描、多種控制、校正與補償技術和全新存儲等技術。下面我們對近年來生產(chǎn)的廣播級全數(shù)字彩色攝像機中廣泛采用的新技術和新功能作一介紹與分析。2高效的動態(tài)錄像拍攝技術(1)防抖技術防抖技術分為光學防抖技術和電子防抖技術,高檔專業(yè)攝錄機上大多采用光學防抖動技術,它采用搖晃感光器檢測出攝錄機的多棱鏡,利用鏡片浮動原理產(chǎn)生穩(wěn)定的效果。光學防抖系統(tǒng)價格高、體積大,在小型數(shù)碼攝錄機中很難采用,因此電子防抖技術應用而生。早期的電子防抖技術是將CCD輸出的抖動視頻信號,存儲在視頻場存儲器,然后改變存儲器地址,重新由新地址讀出視頻信號,從而消除了圖像的抖動。這種存儲器式的電子防抖技術的缺點是由于場存儲器體積大,不適宜用于小型掌中寶攝錄機。新一代電子防抖系統(tǒng)采用較大光電耦合CCD器件,擴大受像面積,增加掃描線路,然后取中間掃描部分為主要圖像,其余周邊的圖像則作為防抖動產(chǎn)生的運動空間,從而達到良好的防抖效果。也有的是采用從視頻信號中檢測出圖像的抖動,按照消除抖動來控制CCD的掃描范圍,從而獲得穩(wěn)定的圖像。(2)彩色濾波與清晰掃描技術畫質(zhì)是攝錄機最重要的技術指標,逐行互補彩色濾波技術可以有效提高攝像機的垂直分辨率,JVC公司推出的CCD逐行掃描數(shù)字攝錄機GR-DVL9600中就采用了逐行互補彩色濾波器,能提供高達560線的垂直分辨率,與傳統(tǒng)隔行掃描式CCD攝像機比較,相當于一臺近百萬像素的攝像機的畫質(zhì)。另外,為了減小或消除水平條紋,在CCD攝像機中采用了清晰掃描技術,該技術是通過調(diào)整快門速度來消除水平條紋的。目前,大多數(shù)CCD攝像機的清晰掃描快門速度均有100檔-200檔,采用高速電子快門可以提高CCD攝像機的動態(tài)分辨能力,滿足對不同掃描頻率顯示器的拍攝需要。(3)寬頻帶處理技術在傳統(tǒng)的彩色攝像機中,處理亮度和色度信號方面采用的是Y/C頻率分離方式的傳統(tǒng)模式,寬頻帶處理技術可有效提高攝錄機的水平分辨率。采用寬頻帶處理技術,使亮度信號的下降變得比較緩慢,從而使圖像的水平清晰度大為提高。JVC公司在其逐行掃描式攝錄機GR-DVL9600就采用了這種新技術,大大改善了攝像機的水平分辨率。(4)逆光拍攝補償技術現(xiàn)場拍攝經(jīng)常遇到逆光情況,例如在雪地中的拍攝、強烈陽光下的海灘拍攝,在背景中穿著絲綢或合成纖維縫制的閃亮服裝人物的拍攝以及在背后有光源或給背景明亮的人物拍攝時,自動光圈在逆光下拍攝是拍不出對比度合適的清晰主體的。許多新型攝錄機應用了逆光拍攝補償技術,通常是在攝錄機上設置逆光補償(BACKLIGHT)鍵,在逆光拍攝時啟動該鍵去控制光圈比正常值增大,從而使處于逆光中的主體清晰、明亮。(5)動態(tài)對比度控制(DCC)技術攝像機在高亮度環(huán)境下拍攝時,對超過某一信號電子的高亮度信號一般采取限幅切割措施,這會導致圖像的高亮度部分失去層次。高質(zhì)量的攝像機中普遍采取了動態(tài)對比度控制(DCC)技術,該技術通過在放大電路中設置峰值點和拐點,并可根據(jù)信號幅度自動調(diào)整拐點。拍攝時若信號幅度超過拐點,自動增益控制電路自動調(diào)整拐點斜率,并將超限的視頻信號自動壓縮在峰值點以下,保持了高亮區(qū)圖像的亮度層次,使攝像機獲得了600%的有效動態(tài)范圍。除DCC技術外,部分12bit演播室數(shù)字攝像機中還采用了拐點飽和度控制電路,使景物在高亮區(qū)飽和度不降低的情況下保持了圖像自然的色調(diào)。(6)CCD的疵點補償技術(LeakingPixelCorrection)由于CCD制造過程中不可能完全消除掉疵點,因此在拍攝的畫面中會出現(xiàn)針眼狀的小暗點、小白點,或者是垂直亮線,我們希望攝錄機所采用的CCD光電感光器件上疵點越少越好,因此CCD的疵點補償技術應運而生。攝錄機的CCD疵點補償電路稱作LPC(LeakingPixelCorrection)。它將攝錄機CCD中每個像素與周圍像素與其他兩路相應的像素進行比較,當發(fā)現(xiàn)某個像素信號不合格時,就用周圍像素的平均值代替,來克服CCD疵點對圖像質(zhì)量的影響。(7)彩色校正技術傳統(tǒng)的攝像機普遍采用線性固定式彩色校正,其彩色矩陣系數(shù)由廠家出廠前一次性預置好,用戶一般不能調(diào)整。廣播級的攝像機為了確保攝像機在各種拍攝環(huán)境下的彩色還原能力,以及使彩色還原精度達到更高的水平,采用非線性彩色校正,即通過預設幾組典型環(huán)境下的矩陣系數(shù)供用戶選擇,或使三基色及三補色的色調(diào)飽和度可調(diào),由用戶根據(jù)需要進行精確的調(diào)整。(8)變焦麥克風技術當攝像機鏡頭由近推向遠處的某個人物時很難拾取到響亮、清晰的聲音。目前,在小型攝錄機上使用了變焦麥克風技術,在攝錄機上裝上與變焦鏡頭同步操作的可變拾取聲音角度寬窄的麥克風,這種麥克風隨著攝錄機鏡頭由近推向遠處,同時控制麥克風拾取聲音的范圍由寬變窄,更集中地錄制遠處單個目標的聲音,仿佛遠處某個目標的聲音由輕到響,似乎拍攝者逐步向目標靠近。(9)數(shù)字式輪廓補償技術傳統(tǒng)的攝像機僅進行水平和垂直方向的輪廓補償,而新型攝像機中廣泛采用了各種數(shù)字信號處理技術,從而實現(xiàn)了水平、垂直和對角線方向的數(shù)字式輪廓補償。部分攝像機還采用了軟輪廓補償、瘦身輪廓補償、膚色輪廓校正、自適應細節(jié)控制、柔焦效果等特殊措施,使圖像細節(jié)的校正量更充分,色彩還原更逼真。(10)三同軸傳輸技術在演播室或EFP多機位節(jié)目制作中,往往會用到中央控制器(CCU)。傳統(tǒng)的制作方式中,攝像機和CCU之間一般均采用多芯電纜傳輸信號。由于電纜的分布電容和分布電感的存在,往往會導致視頻信號幅頻和相頻特性的劣化,造成信號衰減和圖像清晰度下降。近年來生產(chǎn)的攝像機為克服這一缺陷,采用加入導頻信號的三同軸調(diào)頻傳輸、三同軸數(shù)字傳輸和數(shù)字光纜等傳輸方式,提高了信號的傳輸質(zhì)量,同時也使傳輸距離大大延長。(11)黑擴展和黑壓縮技術黑擴展和黑壓縮技術廣泛應用到廣播級的攝錄機中,黑擴展技術是只增加暗處的細節(jié)和灰度層次,而不影響亮處的圖像;而黑壓縮是只提高暗處的對比度,而不影響明亮處圖像對比度。黑壓縮特性只對低于對比度40%電平的信號有影響,而對高于對比度40%電平的信號無影響。由于數(shù)字攝錄機采用了數(shù)字信號處理(DPS)大規(guī)模集成電路,因此對于黑擴展和黑壓縮的部位運算準確、速度快、效果好?？紤]到電視信號數(shù)字量化噪聲,對于增加黑擴展電路的攝錄機增加量化比特數(shù)更好,有效地提高了低亮度區(qū)域圖像的細節(jié)和對比度。(12)全新存儲技術隨著高科技技術的研發(fā),IT技術在專業(yè)廣播電視領域的滲透和發(fā)展。在電視節(jié)目制作這一固定應用環(huán)境下,出現(xiàn)了硬盤的應用,移動和一般性編輯、交換(發(fā)送傳播)、存儲領域出現(xiàn)了專業(yè)光盤和半導體存儲技術,有關專業(yè)廠商也進一步推出了專業(yè)光盤技術攝像機、半導體存儲技術攝像機。存儲新技術的發(fā)展將會逐漸改變目前的節(jié)目制作流程。3數(shù)字攝像機的主要功能(1)靜止數(shù)碼影像的擷取功能數(shù)字攝錄機不但能夠記錄活動的數(shù)碼影像,有些機型還能同時擷取靜止的數(shù)碼影像,這是數(shù)字攝錄機的操作新功能。盡管最初攝像機是用來記錄活動影像的,而照相機是用來記錄靜止圖像的,然而最近面世的數(shù)字攝錄機打破了這一界限,使活動影像和靜止圖像的攝錄可在一部機器上完成。另外,數(shù)字攝錄機更容易和電腦連接,實現(xiàn)電腦攝影與攝像。(2)鍵控功能鍵控功能就是利用視頻特技在數(shù)字攝錄機上進行圖像的疊加,效果與模擬的視頻特技一樣,但比模擬鍵控操作起來更方便、快捷。圖像疊加的方式有三種,一種是把視頻影像疊加于靜止的圖像上,但要求活動影像的背景必須是藍色背景,否則就不能將背景剔除掉;另一種是把靜止圖像重疊于視頻影像上,同樣也是要求剔除靜止圖像中的藍色部分,以便將活動影像疊加上去;第三種是將自制的字幕(標題等)疊加于視頻圖像上去,但這里剔除的是自制標題中的白色背景。(3)紅外線夜攝功能為了適應夜間直播節(jié)目的攝錄需求,要求數(shù)字攝錄機具有紅外線夜攝功能,使之能在全黑的環(huán)境中拍攝,目前的廣播級數(shù)字攝錄機在夜間把肉眼不能分辯的物體可以清晰地拍攝下來,拍攝用的紅外線是由攝錄機發(fā)生的。(4)自適應輪廓控制功能自適應細節(jié)控制功能是數(shù)字攝像機的重要功能之一,它能在高亮度、高對比度的環(huán)境中,對物體邊緣的“勾邊”效果進行控制,可以隨意控制物體邊緣的“厚度”,使整個畫面更加自然、真實。(5)拐點的動態(tài)模擬量控制功能當攝像機拍攝到直射過來的光、或高反光的物體時,圖像信號會出現(xiàn)過高的信號電平,如不加以控制,將會影響在后續(xù)電路的工作。因此,采用DDC電路對超過一定電平的高亮度電平進行壓縮,這一特定的電平稱為拐點。在數(shù)字攝錄機中,應用了新的數(shù)字信號處理技術,對視頻信號的處理是從亮度、色調(diào)和飽和度三方面入手,這樣的拐點處理僅對亮度信號有效,不會造成色度信號偏差,從而真實再現(xiàn)高亮度區(qū)域的自然色彩,同時也增強了對亮度區(qū)的控制功能。(6)自動串色干擾抑制功能串色效應出現(xiàn)在復合視頻信號中,當亮度信號Y的高頻成分干擾色度信號時,就出現(xiàn)串色效應。傳統(tǒng)的細節(jié)校正處理也能減少串色現(xiàn)象,但不能徹底,當拍攝一斜條紋圖案時,串色功能出現(xiàn)。而數(shù)字攝錄機使用二維數(shù)字濾波器濾除掉亮度信號Y的一些高頻分量,使其不能形成亮色串擾。這種數(shù)字濾波器具有特別精確的特性,用模擬信號處理技術無法達到。因此,在數(shù)字攝像機中,串色效應大大減少,同時并不損失整個圖像的分解力。(7)電子柔焦功能該功能是通過減少原始信號中的細節(jié)信號,使整個畫面的銳度降低,產(chǎn)生與柔焦濾色片相似的效果,可以使粗糙的皮膚看起來變得光滑。這個功能可以與膚色細節(jié)校正功能配合使用。(8)膚色自動光圈功能該功能是用來控制鏡頭光圈,以保證畫面中膚色細節(jié)控制部分設定的區(qū)域,始終保持相同的電平。例如,在新聞演播室的應用中,當播音主持人翻動新聞稿時,其面部的曝光情況不會因講稿的反光而發(fā)生變化。(9)γ校正功能γ校正功能對色彩重現(xiàn)的影響是很大的,γ校正曲線是一條很復雜的非線性曲線。因此,正確的γ校正要求非常精確。而數(shù)字攝像機的全數(shù)字處理可以達到精細視頻處理的多項功能,這是模擬攝像機不可能達到的。(10)自動陰影補償功能在模擬攝像機中,陰影補償是通過調(diào)整許多個電位器來完成的。而數(shù)字攝像機能自動達到完滿、精確、快速的補償。當選擇自動陰影時,數(shù)字攝像機能自動地將視頻信號分割成許多個獨立區(qū)域,并對每個區(qū)域產(chǎn)生一個精確的補償信號,這樣陰影幾乎完全補償。這個陰影補償系統(tǒng)能提供無論怎樣復雜的陰影特性。(11)全電平控制(TLCS)功能若入射光的變化范圍較大,超出了攝像機自動光圈(F1.4~F16)的控制范圍,為解決這一問題,采用了全電平控制系統(tǒng)(TLCS)或具有類似功能的系統(tǒng)。其工作原理是:當攝像機光圈關至最小(F16)而入射光仍然太強時,則攝像機自動啟動高速電子快門,使其在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整以減少進光量;反之當攝像機光圈開至最大(F1.4)而入射光太暗時,則攝像機自動啟動其自動增益控制電路,使其在一定范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)整,以提高信號電平。采用TLCS系統(tǒng)后,既確保了圖像亮度的緩慢變化,也無需中斷拍攝,同時其對入射光的衰減或信號電平的提升均以符合要求為限,避免了手動調(diào)整時光強或信號電平的大幅度改變所產(chǎn)生的圖像質(zhì)量