数字摄录一体机的研究及应用

本科毕业论文（设计）题目数字摄录一体机的研究及应用院（系）专业光学工程年级2012级学生姓名学号指导教师二〇一六年四月毕业论文版权使用授权书本毕业论文作者完全了解学校有关保障、使用毕业论文的规定，同意学校保留并向有关毕业论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀毕业论文评选机构将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文。本毕业论文属于1、保密□，在_____年解密后适用本授权书。2、不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）毕业论文作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要： 4关键词： 4Abstract: 4Keywords: 41.数字摄录一体机原理概述 51.1数字摄录一体机结构原理 51.2数字摄录机的特色电路 62.数字摄录一体机的性能特点 92.1高稳定性和分辨率 92.2摄录影像更稳定、更清晰 92.3更宽的彩色频带 92.4PCM数码录音 92.5数码连接可配合先进编辑系统 103.数字摄录一体机的特色功能 113.1红外线夜摄功能 113.2影像特技效果 113.3数码录像重至效果 114.数字摄录一体机记录媒体 124.1DV格式数字录像带 125.数字摄录一体机的格式 135.1家用数字摄录一体机格式 135.2专业数字摄录一体机格式与类别 146.结语 16附录1.数字摄录一体机结构图 172.摄录机的常用电子符号 18参考文献 19致谢 20摘要：数字摄录一体机随着科学技术的不断发展已成为工作和生活中的重要一员，然而很多人对它很陌生，为了增进对它的了解我们当解析它的原理、性能特点、特色功能、记录媒体和格式，这样我们才能对其全面透视。关键词：摄录一体机；原理；性能特点；特色功能；记录媒体；格式Abstract:DigitalCamcorderwiththecontinuousdevelopmentofscienceandtechnologyhasbecomeanimportantmemberoftheworkandlife.However,alotofpeopleitisverystrange,inordertoenhancetheunderstandingofitwewhenitparsestheprinciple,characteristics,functionsandcharacteristicsoftherecordingmediaandformats,sothatwecanontheoverallperspective.Keywords:camcorders；principle；characteristics；features；recordingmediaforma1.数字摄录一体机原理概述虽然和模拟机也有很多共同的共性，尤其是在这部分光电转换传输模式模拟与光盘的转换，许多数字机仍然是模拟电路。而数字视频机围绕数字视频处理和数字信号的记录，在结构、电路原理和技术运用等诸多方面都有着鲜明的印记，体现了数字视频技术的鲜明特点。1.1数字摄录一体机结构原理同样在整体结构和现代的CCD模拟摄录机的数字录像机，视频中的信号的区别的最重要的来源，用数字的方法数控机床的集成度更高，结构简单，小巧精致。为了更清楚地了解机器的结构和原理，我们只对典型的便携式单片数字视频机作一个例子，直观地了解了数字视频摄像机的整体结构特点。1.1.1数字摄录机的信号流程数字摄录机的焦点从成像物体的光线和照射而来，并在电荷祸合器件上，光的能量转换成相应的电荷。通过模拟数字转换器将电流序列转换成一系列数字信号。这个数字信号，然后发送到编解码器。编解码器使用压缩算法来压缩每一帧的比特数，但不丢失视觉信息。压缩值被写入磁带中的10个轨迹中的一个上，它形成了完整的视频信息。其他曲目包括录音和时间帧等。由于每个帧被压缩，它可以用作一个快照。在视频的最后记录的环节，数码照相机和模拟摄像机不同的是，在数字机是一系列精确的“0”和“1”组成的数据流，并模拟机下的波形。由于数字摄录一体机和电脑使用的是相同的“数字语言”，要互相传送信息，可以直接在捕获的视频信息中立即存储在计算机中，编辑和创建你想要的视频节目。1.1.2摄像器件数字摄录一体机部分依旧是CCD电荷耦合器件，跟模拟摄录机无差别。在一块集成电路板背面的一块数字摄录机中，负责耦合装置的光敏二极管阵列。该阵列通常由相应的光敏二极管在65-100万像素，取决于相机的分辨率。视频中的每一帧都只有一个数组的一部分。对于每一个帧，三个镜头是由红色，绿色和蓝色，以确定每个二极管的记录。在演播室内使用的广播级和专业级数字摄录一体机内分别设有三块分光三棱镜和三片CCD。三棱镜将光源被分为三个主要颜色（红、绿、蓝），分别经过三块独立CCD影像感应器经行像素处理，颜色精度和图像质量比使用的一块CCD景象感应器更加优秀1.1.3运动检测器。某些摄录一体机还具有稳定拍摄功能，为了稳定因为用户的手抖而产生的图像抖动。这部相机有两个运动检测器分别检测倾斜和侧滑的程度。运动检测器将信息发送给一个芯片，它被用来确定摄像机的运动方向，然后将被捕获帧的像素变化为在与偏移方向相反的物理运动的像素点，该帧将覆盖原来的帧的视觉区域。更昂贵的相机被补偿通过使用运动探测器来补偿运动误差。利用数字模糊图像稳定技术解决相机应用中的图像晃动问题，目前是一种通用的方法。图像的信号在运动检测电路中，图像运动状态的检测，虽然是疏散模糊图像稳定电路。通过数字模糊逻辑的分析，确定了图像的操作是由于手抖动造成的，由图像本身的运动造成的。唯一的手抖动所造成的图像稳定的需要。模糊处理电路判断手动度，通过读取存储器控制电路的图像信息，来抵消图像模糊引起的振动的手。模糊图像稳定处理电路以模糊逻辑的计算机技术为基础设计，它需要大规模集成电路技术。1.2数字摄录机的特色电路所谓特征电路，是指反映数字机特点的数字电路结构。1.2.1数字轮廓校正电路数字轮廓校正电路不仅可以产生精确的对称细节信号。而对于各种颜色，图案可以产生一个校正信号，校正效果良好。1.2.1.1红色垂直轮廓校正电路模拟摄像机轮廓校正电路只在垂直方向的绿灯信号有垂直薄片V-DTL校正信号，红色，蓝色，紫色的图像不会产生V-DTL信号，因为产生垂直薄片（V-DLT）信号电路需要复杂的宽带模拟延迟线电路，成本高，不能使用。但在数字处理电路可以简单地用数字存储扩展，只是添加了一些记忆中的红色和绿色信号一起V-DLT信号可用。在这种方式中，红色，紫色和其他绿色的图像也可以进行在垂直方向的轮廓校正。为了增强紫色，红色和蓝色的图像电平学校积极的信号也提供了一个色度孔阑电路。在数字信号处理中，电路容易产生一些颜色校正，是计算信号的计算方法。1.2.1.2DTL校正信号的宽度调节电路模拟摄录机的信号的宽度若想被改变,则需更换L、C元件或延时线,但数字摄录机只要在数字滤波器中改变样点的空间分布增加运算的样点数和增加运算的样点数,控制各个加权系数加权系数达到预期效果在滤波器中即可,不需要更换硬件。提升量的频率可在2MHz-7MHz内调节，对粗犷或者纤细或的线条都能使其轮廓变得清晰。1.2.1.3斜向线条轮廓增强电路模拟摄录机只能在图像的垂直和水平方向上产生轮廓校正信号，并不能产生沿对角线方向的校正信号。数字轮廓校正电路如果操作的样本数从5增加到9，则可以产生轮廓线校正信号，从斜结构的图像增强，斜分辨率，使图像更加生动和自然。1.2.1.4暗处轮廓校正电路由于图像暗处信噪低，为了减少杂波，模拟摄像机有时只需在一定程度上对图像进行轮廓校正，暗清晰程度降低。数字校正电路可以采用多级亮度敏感算法，在地图上像是在信号的细节时产生的混合波减小到最低程度，提高了暗清晰度。1.2.1.5肤色孔阑校正电路虽然轮廓校正电路可以提高图像的清晰度，但也使字符的皮肤纹理较重，变得粗糙，尤其是在拍摄的字符更为突出。彩色孔径校正电路可以准确计算出该网站上的彩色图像。生成控制信号，将校正信号的肤色部分降至最低，但不影响其他颜色校正。1.2.2二维滤波器在模拟条件下工作的数字设备最终会输出模拟信号的混合信号，效果上的复合信号解码环较大的具有交叉颜色和鲜艳的颜色串干扰，其细节的图像会产生伪彩色干涉条纹，轮廓线校是和加强这种干扰的。模拟摄像机所用的梳状滤波器只能抑制垂直条纹图像的亮色干扰，但不能抑制水平和斜条纹的亮色干扰。数字处理电路采用二维滤波器，可抑制各种方向的亮色干扰。1.2.3校正特性模拟摄录机下的γ校正电路只能使用三段折线或者晶体管的非线性折线逼近γ校正曲线。数字校正电路的计算方法是以500个以上的点，准确地得到正确的量，这相当于500段线近似校正曲线。简单地改变计算参数可以调整γ特性，典型的学校特征可以准确地获得，其精度远远高于模拟摄录机，和各种典型的γ特性，通常工作中查表法读出结果，R、C、B三路γ特性一致精确提高原始图像1.2.4数字彩色校正电路彩色校正电路又叫做线性矩阵，用作弥补分光镜的分光特性。它只影响颜色，不影响黑白色。当使用多个摄像头时，通常使用线性矩阵来调整摄录机之间的颜色平衡。当调整矩阵系数时，模拟摄录机需要改变电阻或调节电位器，难以操作。数码相机可以是一个新的矩阵系数，操作简单，准确，易于调整多个摄录机的颜色平衡，使高饱和度的彩色再现容易实现。数字摄录一体机也可以用来选择开关矩阵接收到的γ校正电路之前或之后，作为反对其他相机来实现颜色平衡。数码相机可以在使用的矩阵中存储一个数字。1.2.5黑扩展和黑压缩电路黑扩展只加强灰度层次和暗处的细节,亮处的图像不受影响。黑压缩只升高暗处对比度,亮处的图像不受影响。黑压缩曲线又叫做S型γ曲线，特性对高于对比度40%电平的信号无影响而只对低于对比度40%电平的信号有影响,。若在数字信号处理放大器中进行黑压缩和黑扩展,则运算准确、方便调整、效果好。同时,若增加黑扩展电路,就要想法设法量化噪声的影响,应当增加量化比特。1.2.6CCD的疵点补偿电路数字摄录一体机为CCD上失去效果的像素设置了补偿电路。它比较了每个像素的对应像素和周围像素的像素，当发现的像素信号不合适，与周围像素的平均值和准确比模拟摄录机和方便。2.数字摄录一体机的性能特点数字摄录一体机不仅稳定可靠，而且调节精度也很简单。此外，通过数字终端可以将数字连接到数字连接的形式，随机数字拷贝或编辑，以保证百分之一百传真的质量。无论如何，数字技术的普及，在数字视频录像机的结束，很多亮点的内在质量明显，大致归纳主要是以下几个方面：2.1高稳定性和分辨率提供数字摄录一体机的500线分为分辨率和颜色的频率比传统的模拟摄像机宽六倍的理论值计算，所以颜色和图像更清晰锐利。数字图像信号，其水平基本上不受温度影响，各种参数可以存储在内存中，并且可以很长时间保持不变。2.2摄录影像更稳定、更清晰时间基准校正系统跟踪控制信号重放再现，从而降低了同步抖动的水平。由于重放信号准确，从而更稳定的视频图像。此外，一些高清晰度摄录机使用TCI时间压缩插入记录方式。TCI是在日本的1990复埔公司开发的家庭高清录像机记录方式。使用双通道TCI记录方式。不分级记录是TCI的特点，由于磁头和磁带的角度的设计，在磁带上形成主要的磁轨和子磁轨。因此，它克服了图像信噪比下降的缺点和由分段记录引起的图像质量下降。2.3更宽的彩色频带数字摄录一体机的色带，比传统的模拟摄录机宽，那么重的色彩更清晰明亮也显著降低阴影颜色转变的边缘，从而提高图像分辨率。2.4PCM数码录音脉码调制的缩写是PCM。PCM是将信号的语言转化成一系列相应的数字脉冲来传递这种编码方式的一种方法。脉冲码分为三个过程：采样、量化和编码。在利用脉冲编码调制技术的数字化和压缩技术的声音，可以在一定的时间间隔采样，数字声波。数字摄录一体机提供两种音频采集/回放模式：12位/16位PCM数码立体声录音模式。16位录音模式是最好的堪比DAT；12位模型可以方便的配音。2.5数码连接可配合先进编辑系统数字终端的数字连接，使数据能够对数字信号输出，保证图像的质量不会出现偏差。只需要使用一个数字连接，你可以通过数字电视一体机或数字8毫米摄像机内置i.LINK数字终端,将声频信号和输送视频传送到个人的电脑里。数字摄录一体机在编辑系统中应用的时候，设置的数量，微计算机控制，易于平衡多个摄像头的特性，摄像机的调整参数可以自动记入调节卡中。该卡插入到其他摄像头，根根据卡在内存参数是自动调整，使一个卡可以使多个相机调整是一致的。2.6采用微电脑控制数字摄录一体机消除了大量的调整电位器，减少了调整点。虽然仍有一些模拟处理电路，但其调节电压由数字处理部分控制，数字部分的各种误差检测。因此，不仅调整精度，自动调整。2.7误差矫正与磁带记忆数字摄录一体机利用带有IC存储器录像带子可以读出和写入标题或拍摄时间等等数据。方便日期搜索、标题制作等。摄录一体机还带有矫正错误的体统，可令稍有摧毁的磁带重播。3.数字摄录一体机的特色功能3.1红外线夜摄功能索尼独创的红外夜视功能，拍摄要进行全面，甚至肉眼无法区分物体，也能清楚地拍摄下。当摄像机功能发射不可见的红外光照时。当然，图像质量和照片的一般情况是相当大的差距，但在黑暗环境中可以更满意的形象已经非常好。用一个速度较慢的开关，使得图像更美观。3.2影像特技效果数字视频特效可以添加到普通图像中。数字图像的6种模式，包括静态闪光动作效果，图像重叠，拖动，怀旧，慢快门速度。3.3数码录像重至效果图像重叠的效果是利用电视键控技术进行的，通常分为按键和外键、黑白键控制和彩色键控等方式。数码相机与数字键控制图像的重叠，效果与模拟按键控制是一种，而不是一般的数字码的键控操作更加简单高效。4.数字摄录一体机记录媒体录像磁带在摄录像记录媒体中，一直是主流产品,90年代中后期,随着可移动存储媒体技术和数字技术的发展,采用新型记录媒体的数码录像机、数码摄录机和数码摄像机竞相推出,变成各种电子展销会的热点。比如在38届日本电子展上,日立公司展示了DVDRAM摄录机。松下电器公司展示了使用小型存储器件“SD存储器卡”的超小型“SD摄录机”。索尼公司展示了使用650M的MD光盘的摄录机。当前有些DV摄录机已经使用磁碟作为记录媒体,有些厂家考虑将可录光碟安装到数码摄录机上。摄录像记录媒体的多样性,促进了数码摄录机产品的现代化与多样化,迎来了摄录机的多媒体时代。4.1DV格式数字录像带在视频录制媒体，视频磁带仍然是龙头老大。其中一个原因，磁带历史悠久，对视频技术的发展做出了历史性的贡献。十年后，由于多媒体技术的飞速发展，非磁带记录媒体逐渐增多，磁盘、内存卡、光盘等新兴的记录媒体纷纷进入该领域，然而，面对阵营强烈的录像带，他们暂时无法像霸主一样。4.1.1标准DV盒带DV格式视频是目前广泛使用的家用数码摄像机专用胶带。随着数码摄像机的日益普及和发展，尤其是盒式带国际国内数码DV格式，更多的DV格式视频的应用提供了广阔的空间。4.12迷你DV盒带SONY在音响领域成功使用了MD之后,紧接着又开启了MD存储介质的新的应用领域,1999年初推出其第一款已MD为存储介质的数码摄机—SonyDCM-MI。这个数码摄录机名叫MDDIS-CAM,提供了强大的功能,带有很多别的摄像机没有的功能。5.数字摄录一体机的格式5.1家用数字摄录一体机格式数字摄录机是用于家用消费者使用数字记录的音频信号的摄像机。在国内数码相机的发展阶段，为了避免重复的家用模拟摄像机格式战争，世界各大公司在1994达成共识，制定一个公认的标准，即国内数字盒式录像带DVC格式，为国产数码相机模型称为DV格式。在模拟制式摄录机中,有许多不同的格式,诸如VHS、S一VHS、VHS一C、8毫米和Hi8等。目前在家用数码摄录机用得最多的是DV格式。5.1.1DV格式摄录机国内数码摄像机完全进入市场是在1996年,代表有SONY公司的DCR-VX700和DVR-PC7、夏普公司的VL-DCIU等10几个型号。对家用数码相机的出现，是家用摄像机记录格式的升级，实现数字标识。DV格式的名称来源于数字视频，即数字视频家数码照片机商业和半专业机VD格式是目前最常用，它是从系统改进betacamsp来。它的效果（图像清晰度和水平）是显着优于任何以前的模拟标准。5.1.1.1DV格式的技术特点DV格式使用厚度为7um，宽度为6.35mm具有较高磁性能和较高耐磨强度低噪声、高输出金属蒸镀型磁带。DV格式数字摄录机使用两个旋转磁头作螺旋扫描,转速为9000转/分钟,磁鼓直径21.7mm。5.1.1.2DV格式摄录机信号质量目前DV格式为4：2：0（PAL）/4：1：1（NTSC）采样，8bit量化，码率25Mb/s。由SONY、松下、JVC、Canon、Sharp等10余家联合制定的。数字分量记录。帧内5：1压缩。定位为民用。数字摄录机重要特点是色彩还原逼真、图像清晰度高、音响效果好。5.1.1.3DV格式摄录机的新功能摄影无暗房,无冲晒,无机械故障,即影即印,即影即有,可以自己修改、剪辑、合并、传送。5.1.2Digital8（8毫米）格式摄录机Digital8是一个新的格式规范的家用数码摄像机采用索尼公司的记录介质的特点是使用以前开发的Hi8磁带。它可以记录下的图像和声音数据或调制信号的思想。它的图像质量和DV与500线的分辨率相同的水平。5.2专业数字摄录一体机格式与类别数字录像格式的优点就在于复制几十代不劣化。数字录像格式分许多种,早期采取不压缩方式的有Dl、D2、D3、D5,但因价格昂贵,所以无法普及采用压缩方式是解决价格昂贵的有效途径,最先推出的是索尼公司的DVW系列录像机,就是采用了2.37:1压缩的数字录像格式。DVW系列录像机的格式称为Digital,即数字eBtacaln。但DvW系列的录像机还是太贵,只能用于拍摄一些投资较大的广告、MTV、电视剧等。一般电视台拍摄专题片是用不起这个系列机器的。 5.2.1数字Betacam(DVW)格式摄录机SONY的数字Betacam(DVW)格式摄录机，使用了数字Betacam格式，10比特量化，4：2：2取样，帧内2比1压缩。价格不菲但性能极佳属于专业广播级摄录机，主要有DVW700-707等代表机型。5.2.2DVCAM格式数字摄录机索尼公司研究的DVCAM摄录机装入固态半导体储存Chip,在录制和拍摄时将每个编入点图像静止画面再压缩至64%后存储在ship内，摄录完毕后，所有的开始画面自动record在画面尾部，可记录198幅Indexes画面。它不仅是个专业级录像格式还是一个非线性摄录编system。数字VCDCAM格式摄录机主要代表机型有DSR-200AP、DSR-300P、130P、DSR-500WSP等等。5.2.3BetacamSX格式数字摄录机它是索尼研发出的一种数字录像格式,使用MPEG-2MP@ML的扩展4：2：2P@ML标准。有很高的压缩比同时保证了很高的影像质量，在磁盘的机型的配合下可以现场进行非线性编辑，如果配备有SDDI（SerialDigitalDataInterface）接口便可以使用共轴电缆用4倍的重放速度来传送记录的数据。重放磁头增加了一倍是它的另一个特点。通常情况下，只有有一个磁头读书正常就可以了，这便降低了磁迹精度要求。使用这项技术+/-1倍速率范围内重放无杂波图像得到实现。BetacamSX格式数字摄录机对于众多使用的用户来说一个值得考虑的因素是向后兼容性很好。代表机型有DNW-90WSP、9WSP,DNW-990P、7P等等。6.结语综上所述,数字摄录一体随着科技的不断发展而不断更新，它已有不可取代的地位。拍摄时清晰无延时,适合运用在对实时性要求非常高的特殊领域。随着高清化、智能化等技术的迅猛发展,高清摄像机的技术正面临日新月异的变化。纵观摄像机的发展史，我们不难看出摄像机的数字化进程经历了从数控化到数字化的历程。在各个的发展阶段中，摄