Аналого-цифровое преобразование

Рис. 9. Сжатие светового диапазона

Оценим разрядность АЦП, применяемого в цифровых видеокамерах. Стандартный видеосигнал на выходе видеокамеры, в соответствии с рекомендацией CCIR - 601, должен быть восьмиразрядным. В то же время, к современным видеокамерам предъявляется требование передачи динамического диапазона по освещенности, как минимум в шесть раз превышающей номинальную. С учетом этого динамический диапазон АЦП должен быть как минимум на 2,5 разряда (log 6/1) больше. С учетом нелинейности гамма-характеристики, требующей дополнительного четырехкратного усиления в черном, потребуется дополнительно еще 2 разряда(log 4/1). Таким образом, общая разрядность АЦП должна была бы составлять13 разрядов (8 + 2,5 + 2). Создание такого АЦП, работающего на частоте преобразования видеосигнала, является в настоящее время достаточно сложной задачей. Поэтому разработчики видеокамер идут по пути сжатия динамического диапазона за счет регулировки режимов ПЗС, используя метод регулировки перегиба световой характеристики (knee correction), и обеспечения запаса по усилению в предварительном видеоусилителе (рис. 9). Этими методами удается сузить динамический диапазон сигнала и ограничиться 10...12-разрядным АЦП. Учитывая, что в большинстве видеокамер используется три ПЗС - по одному на каждый из основных цветов - общее число АЦП в видеокамере равно трем.

Занятие 18

9.2. Видеокамеры(окончание).

Цифровой процессор сигналов (ЦПС)

Назначение и работу ЦПС рассмотрим на примере ЦПС первой полностью цифровой видеокамеры фирмы SONY. Задачей цифровой обработки является такая обработка сигналов трех основных цветов, поступающих с АЦП, при которой обеспечиваются высокая разрешающая способность, широкий динамический диапазон, верность цветопередачи и высокая надежность работы видеокамеры. Высокая разрешающая способность формируемого видеокамерой изображения обеспечивается использованием ПЗС с большим числом элементов разложения, не менее 980(H)~х~576 (V), и сложным алгоритмом цифровой апертурной коррекции. Она заключается в интерполяции сигналов, полученных с двух ПЗС синего и красного каналов, сдвинутых относительно ПЗС зеленого канала в горизонтальном направлении на половину элемента разложения. При таком количестве элементов разложения ПЗС в горизонтальном направлении (980) и временем прямого хода по строке (52 мкс) нетрудно оценить частоту считывания информации с ПЗС, приближающуюся к 20 МГц. С учетом тактовой частоты цифрового сигнала, равной 13,5 МГц, и соответствующей рекомендации CCIR-601, выбирается частота считывания информации из ПЗС, равная 18 МГц=4/3 х 13,5 МГц. Для исключения эффекта элайзинга тактовая частота, на которой работает ЦПС, выбирается в два раза больше частоты считывания информации с ПЗС - 36 МГц. Для исключения циклических ошибок при масштабировании сигнала в цепях цифрового процессора сигналов осуществляется как минимум 14-разрядная, а в последних моделях 22-разрядная, цифровая обработка и с каждым годом, благодаря совершенствованию технологических процессов производства больших интегральных схем, разрядность цифровой обработки повышается. Особенно важна высокая разрядность сетки при нелинейной обработке сигналов, например, при гамма-коррекции.