CN102724392B - 一种模拟高清摄像的实现方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种模拟高清摄像的实现方法及装置，包括：利用图像传感器采集获得第一设定格式的图像数据，对该图像数据进行图像处理后编码为第二设定格式的调制数据，利用同步时钟将该调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号，并利用滤波电路对该模拟电信号滤波后通过同轴线缆进行传输。通过以上一系列操作，可以实现高分辨率视频的采集、处理，并解决了现有的网络高清摄像机在视频传输过程中存在的无法保证实时性，且稳定性和可靠性较差的问题。同时，采用本发明方案还可以使用原有模拟摄像机使用的线缆设备进行视频传输，实现原有资源的充分利用。

Description

一种模拟高清摄像的实现方法及装置
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种模拟高清摄像的实现方法及装置。
背景技术
在安防行业中，随着用户对视频清晰度的要求越来越高，传统模拟摄像机的解析度已无法满足用户的需求。因此，基于网络应用的网络高清摄像机应运而生。
网络高清摄像机在分辨率上可以达到百万像素及以上，在图像解析度上可以满足用户的需求。相对于传统模拟摄像机利用线缆设备传输视频，由于网络高清摄像机利用网络传输视频，因此，网络高清摄像机在传输采集到的视频时至少存在以下问题：
（1）、由于在传输时，需要采用H.264等视频压缩技术进行视频压缩，使得网络高清摄像机的图像传输存在延时等问题，无法实现视频的实时传输。
（2）、由于网络的不稳定性，可能导致视频传输不流畅，甚至可能发生丢失视频的问题，使得视频传输的稳定性和可靠性无法得到保证。
此外，从模拟摄像机升级到网络高清摄像机，网络高清摄像机利用网线进行视频传输，原先建设的线缆设备无法得到利用，也会造成极大的资源浪费。
发明内容
本发明实施例提供一种模拟高清摄像的实现方法及装置，用于实现高分辨率视频的采集、处理和实时、稳定、可靠地传输。
一种模拟高清摄像的实现方法，所述方法包括：
利用图像传感器进行图像采集，获得第一设定格式的图像数据；
对第一设定格式的图像数据进行图像处理，并将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据；
利用采样频率为设定频率的同步时钟，将第二设定格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号；
利用滤波电路对第三设定格式的模拟电信号进行滤波，并利用同轴线缆传输滤波后的第三设定格式的模拟电信号至监控设备。
一种模拟高清摄像的实现装置，所述装置包括：
传感器单元，用于利用图像传感器进行图像采集，获得第一设定格式的图像数据；
图像处理单元，用于对第一设定格式的图像数据进行图像处理，并将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据；
数模转换单元，用于利用采样频率为设定频率的同步时钟，将第二设定格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号；
滤波单元，用于利用滤波电路对第三设定格式的模拟电信号进行滤波，并利用同轴线缆传输滤波后的第三设定格式的模拟电信号至监控设备。
根据本发明实施例提供的方案，利用图像传感器采集获得第一设定格式的图像数据，对该图像数据进行图像处理后编码为第二设定格式的调制数据，利用同步时钟将该调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号，并利用滤波电路对该模拟电信号滤波后通过同轴线缆进行传输。通过以上一系列操作，可以实现高分辨率视频的采集、处理，并解决了现有的网络高清摄像机在视频传输过程中存在的无法保证实时性，且稳定性和可靠性较差的问题。同时，采用本发明方案还可以使用原有模拟摄像机使用的线缆设备进行视频传输，实现原有资源的充分利用。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的模拟高清摄像的实现方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例二提供的模拟高清摄像的实现方法的步骤流程图；
图3为本发明实施例三提供的模拟高清摄像的实现装置的结构示意图。
具体实施方式
针对现有的模拟摄像机无法满足解析度要求，现有的网络高清摄像机在传输视频过程中存在的实时性差，稳定性和可靠性无法得到保证的问题，本发明实施例提供一种模拟高清摄像机的硬件实现方案。采用有别于传统模拟摄像机和网络高清摄像机的硬件组成，利用百万像素级以上的图像传感器，经基带和载波模拟信号传输高清模拟视频信号，从而满足施工和用户的需求。本方案适用于目前存在的1280H高清格式和1920H高清格式的扩展应用。
下面结合说明书附图和各实施例对本发明方案进行说明。
实施例一、
本发明实施例一提供一种模拟高清摄像的实现方法，该方法的步骤流程如图1所示，包括：
步骤101、获得图像数据。
在本实施例提供的方案中，可以利用图像传感器，如互补金属氧化物半导体（CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor）传感器或电荷耦合元件（CCD，Charge-coupled Device）传感器进行图像采集，而为了获得高清视频，可以采用百万像素分辨率以上的图像传感器进行图像采集。并可以将图像传感器采集到的图像数据转换为设定格式，用于实现后续处理。
因此，在本步骤中，可以利用图像传感器进行图像采集，获得第一设定格式的图像数据。
具体的，在本实施例方案中，图像传感器可以为CMOS传感器，CMOS传感器规格可以为720P、1080P等。
步骤102、获得调制数据。
获得第一设定格式的图像数据之后，可以对该图像数据进行图像处理，如图像2A或3A处理、屏幕菜单式调节（OSD，on-screen display）、图像缩放、图像降噪以及其他特定图像处理等。而在进行图像处理之后，可以将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据，用于实现进一步的处理。
具体的，可以利用现场可编程门阵列（FPGA，Field－Programmable GateArray）（或专用集成电路（ASIC，Application Specific Integrated Circuit））和内存对第一设定格式的图像数据进行图像处理，并将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据。
在本实施例中，在步骤101和步骤102执行过程中（或执行之前），还可以利用中央处理器（CPU）对图像传感器、FPGA（或ASIC）和内存进行配置，如设置参数、设置OSD显示内容或设置当前功能状态等。进一步的，可以通过通信接口，如串行外设接口（SPI，Serial Peripheral Interface）或串行总线（IIC）数据接口对图像传感器、FPGA（或ASIC）和内存进行配置。
步骤103、获得模拟电信号。
在获得调制数据后（该调制数据中涵盖了亮度和色度的完整信息），可以利用采样频率为设定频率的同步时钟，将第二设定格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号，用于实现进一步处理。
在本步骤中，可以通过模数转换器利用采样频率为设定频率的同步时钟，将第二设定格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号。具体的，可以采用采样频率不小于100MHz的同步时钟，将调制数据转换为1280H格式的模拟电信号。可以采用采样频率不小于150MHz的同步时钟，将调制数据转换为1920H格式的模拟电信号。
步骤104、进行滤波传输。
在对模拟电信号进行传输之前，可以利用滤波电路对获得的第三设定格式的模拟电信号进行滤波，并将滤波后的第三设定格式的模拟电信号利用同轴线缆传输至监控设备，具体的，可以通过连接器将滤波后的第三设定格式的模拟电信号连接到同轴线缆上传输。在本实施例中，可以采用高带宽的低通滤波器进行滤波，该低通滤波器的截止频率大于模拟电信号带宽，且，该截止频率与模拟电信号带宽之间的差值不大于门限值。从而解决利用网络传输高清视频时，由于网络稳定性较差，导致视频传输的稳定性和可靠性较差的问题。且根据本实施例提供的方案，高清视频在传输时无需进行视频压缩编码，还可以进一步解决利用网络传输高清视频时，存在的视频传输的实时性无法得到保证的问题。
下面对本发明实施例一提供的方案进行详细说明。
实施例二、
本发明实施例二提供一种模拟高清摄像的实现方法，该方法的步骤流程如图2所示，包括：
步骤201、获得图像数据。
在本步骤中，可以利用不小于百万像素分辨率的图像传感器，如CMOS传感器进行图像采集，获得第一设定格式的图像数据。具体的，可以获得12比特、14比特或16比特的Bayer格式的图像数据，当然，也可以获得12比特、14比特或16比特的YC格式（或YUV格式）的图像数据。
步骤202、获得调制数据。
在本步骤中，在对获得的图像数据进行图像处理之后，可以采用模拟高清编码方式将处理后的图像数据编码为不小于10比特，如12比特数字格式的调制数据，用于实现进一步的处理。
步骤203、获得模拟电信号。
具体的，在本步骤中，可以利用采样频率不小于100MHz，将调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号，如可以利用采样频率108MHz或120MHz的同步时钟，将调制数据转换为1280H格式的模拟电信号，从而获得高清视频。
步骤204、进行滤波传输。
在本步骤中，可以利用截止频率不小于20MHz的低通滤波器对第三设定格式的模拟电信号进行滤波，如，可以利用截止频率20MHz~25MHz的低通滤波器对1280H格式的模拟电信号进行滤波，可以利用截止频率30MHz~40MHz的低通滤波器对1920H格式的模拟电信号进行滤波，并通过连接器连接到同轴线缆上，利用同轴线缆传输滤波后的模拟电信号，从而实现对模拟高清视频的传输。
与本发明实施例一和实施例二基于同一发明构思，提供以下的装置。
实施例三、
本发明实施例三提供一种模拟高清摄像的实现装置，该装置的结构可以如图3所示，包括传感器单元11、图像处理单元12、数模转换单元13和滤波单元14，其中：
传感器单元11用于利用图像传感器进行图像采集，获得第一设定格式的图像数据；图像处理单元12用于对第一设定格式的图像数据进行图像处理，将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据，并将该调制数据伴随采样频率为设定频率的同步时钟发送至数模转换单元；数模转换单元13用于利用采样频率为设定频率的同步时钟，将第二设定格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号；滤波单元14用于利用滤波电路对第三设定格式的模拟电信号进行滤波，并利用同轴线缆传输滤波后的第三设定格式的模拟电信号至监控设备。
图像处理单元12具体用于采用模拟高清编码方式将处理后的图像数据编码为不小于10比特数字格式的调制数据，并将该调制数据伴随采样频率不小于100MHz的同步时钟发送至数模转换单元；数模转换单元13具体用于利用所述采样频率不小于100MHz的同步时钟，将不小于10比特数字格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号；滤波单元14具体用于利用截止频率不小于20MHz的低通滤波器对第三设定格式的模拟电信号进行滤波。
且，滤波单元14具体用于通过连接器将滤波后的第三设定格式的模拟电信号连接到同轴线缆上传输。
传感器单元11可以理解为包括图像传感器及其外围电路。
图像处理单元12具体用于利用现场可编程门阵列FPGA和内存对第一设定格式的图像数据进行图像处理，并将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据；或者，利用专用集成电路ASIC和内存对第一设定格式的图像数据进行图像处理，并将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据。其中，图像处理单元12可以利用内存实现图像降噪等处理。
数模转换单元13具体用于通过模数转换器利用采样频率为设定频率的同步时钟，将第二设定格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号。
所述装置还包括控制器单元15：
控制器单元15用于对传感器单元和图像处理单元进行配置。控制器单元15具体用于通过CPU对传感器单元和图像处理单元进行配置。控制器单元15可以理解为包括CPU及其外围电路。
控制器单元15具体用于通过串行外设接口SPI或串行总线IIC数据接口对对传感器单元和图像处理单元进行配置。
当然，所述装置还可以进一步包括滤光片控制单元16、红外控制单元17、电机控制单元18：
控制器单元15还可以用于根据图像处理单元12的反馈，实现对滤光片控制单元16、红外控制单元17和电机控制单元18的控制。包括：控制滤光片控制单元16切换红外滤光片，控制红外控制单元17实现红外灯开启或关闭状态，以及控制电机控制单元18驱动镜头变倍变焦。
所述装置还可以进一步包括电源19，电源19可以为各单元提供电源供给。
综上所述，本实施例提供的装置（可以理解为模拟高清摄像机）可以包括传感器单元11、图像处理单元12、控制器单元15、数模转换单元13、滤波单元14、滤光片控制单元16、红外控制单元17、电机控制单元18、电源19，由各个硬件模块单元协同工作，按图像数据流向和控制方式配合工作。为了保证数模转换单元13可以实现快速的数模转换，且图像处理单元12可以以高速率将数字信号发送至数模转换单元13，在本实施例中，数模转换单元13和图像处理单元12可以独立实现。
当然，各单元模块的功能可以分别独立实现，随着各项技术的发展，在保证各单元功能充分实现的情况下，也可以将部分或全部单元模块的功能集成在一个电路芯片内实现。
例如，图像处理单元12、数模转换单元13的功能可以在一个集成电路芯片上实现，其余各硬件模块单元的功能独立实现。也可以在一个集成电路芯片上实现图像处理单元12、控制器单元15、数模转换单元13全部功能，其余各硬件模块单元的功能独立实现。也可以在一个集成电路芯片上，如Altera公司型号为EP4CE115器件上实现图像处理单元12、控制器单元15的功能，其余各硬件模块单元的功能独立实现。
本实施例提供的装置按外形分类可以应用于多种类型产品，包括：枪式摄像机、半球形摄像机、碟式摄像机、针孔摄像机、球型摄像机等；按防护分类可以应用于防水摄像机、日常摄像机、护罩型摄像机、防爆摄像机等；以及适用于普通无补光、红外补光、激光补光、LED补光等类型摄像机。
本实施例提供的装置还适用于采用1280H模拟高清技术的一体化机芯、一体化模拟摄像机的应用。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种模拟高清摄像的实现方法，其特征在于，所述方法包括：
利用图像传感器进行图像采集，获得第一设定格式的图像数据；
对第一设定格式的图像数据进行图像处理，并将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据；
利用采样频率为设定频率的同步时钟，将第二设定格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号；
利用滤波电路对第三设定格式的模拟电信号进行滤波，并利用同轴线缆传输滤波后的第三设定格式的模拟电信号至监控设备；
其中，将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据，具体包括：
采用模拟高清编码方式将处理后的图像数据编码为不小于10比特数字格式的调制数据；
利用采样频率为设定频率的同步时钟，将第二设定格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号，具体包括：
利用采样频率不小于100MHz的同步时钟，将不小于10比特数字格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号；
利用滤波电路对第三设定格式的模拟电信号进行滤波，具体包括：
利用截止频率不小于20MHz的低通滤波器对第三设定格式的模拟电信号进行滤波。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用同轴线缆传输滤波后的第三设定格式的模拟电信号，具体包括：
通过连接器将滤波后的第三设定格式的模拟电信号连接到同轴线缆上传输。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对第一设定格式的图像数据进行图像处理，并将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据，具体包括：
利用现场可编程门阵列FPGA和内存对第一设定格式的图像数据进行图像处理，并将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据；或者，
利用专用集成电路ASIC和内存对第一设定格式的图像数据进行图像处理，并将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用采样频率为设定频率的同步时钟，将第二设定格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号，具体包括：
通过模数转换器利用采样频率为设定频率的同步时钟，将第二设定格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
利用中央处理器CPU对图像传感器、FPGA和内存进行配置；或者，
利用中央处理器CPU对图像传感器、ASIC和内存进行配置。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，利用中央处理器CPU对FPGA和内存进行配置，具体包括：
通过串行外设接口SPI或串行总线IIC数据接口对图像传感器、FPGA和内存进行配置；
利用中央处理器CPU对图像传感器、ASIC和内存进行配置，具体包括：
通过串行外设接口SPI或串行总线IIC数据接口对图像传感器、ASIC和内存进行配置。
7.一种模拟高清摄像的实现装置，其特征在于，所述装置包括传感器单元、图像处理单元、数模转换单元和滤波单元，其中：
传感器单元，用于利用图像传感器进行图像采集，获得第一设定格式的图像数据；
图像处理单元，用于对第一设定格式的图像数据进行图像处理，将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据，并将该调制数据伴随采样频率为设定频率的同步时钟发送至数模转换单元；
数模转换单元，用于利用采样频率为设定频率的同步时钟，将第二设定格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号；
滤波单元，用于利用滤波电路对第三设定格式的模拟电信号进行滤波，并利用同轴线缆传输滤波后的第三设定格式的模拟电信号至监控设备；
其中，图像处理单元，具体用于采用模拟高清编码方式将处理后的图像数据编码为不小于10比特数字格式的调制数据，并将该调制数据伴随采样频率不小于100MHz的同步时钟发送至数模转换单元；
数模转换单元，具体用于利用所述采样频率不小于100MHz的同步时钟，将不小于10比特数字格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号；
滤波单元，具体用于利用截止频率不小于20MHz的低通滤波器对第三设定格式的模拟电信号进行滤波。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，滤波单元，具体用于通过连接器将滤波后的第三设定格式的模拟电信号连接到同轴线缆上传输。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，图像处理单元，具体用于利用现场可编程门阵列FPGA和内存对第一设定格式的图像数据进行图像处理，并将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据；或者，利用专用集成电路ASIC和内存对第一设定格式的图像数据进行图像处理，并将处理后的图像数据编码为第二设定格式的调制数据。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，数模转换单元，具体用于通过模数转换器利用采样频率为设定频率的同步时钟，将第二设定格式的调制数据转换为第三设定格式的模拟电信号。
11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
控制器单元，用于对传感器单元和图像处理单元进行配置。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，控制器单元，具体用于通过串行外设接口SPI或串行总线IIC数据接口对传感器单元和图像处理单元进行配置。
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