【摘 要】近幾年，隨著DSP攝像機性能和質量的全面提高，電視攝像機已進入數字化階段。本文以Sony公司的MPEG IMX MSW-900P攝錄一體機為例，分析、解讀數字攝像機技術特性和主要技術指標。
【關鍵詞】伽瑪校正 輪廓信號校正 彩色校正 垂直拖尾
數字攝像機是指信號在掃描、變換、傳輸過程中采用數字技術描述和處理，并且有數字信號輸出接口的攝像機。在數字攝像機中，攝像器件仍是模擬工作的，只是視頻處理數字化。MSW-900P是一種寬屏幕16:9和4:3可切換的攝錄一體機，采用了3片新開發的MEGA Pixel POWER HAD EX CCD，像素數多達120萬；12比特數字信號處理（DSP）技術；采用MPEG IMX的MPEG-2 4:2:2 P@ML 50Mb/s I幀壓縮的格式進行記錄；4通道/8通道音頻記錄功能，可配置標準的2/3英寸鏡頭。靈敏度：F11.0；最低照度：0.15lx（F1.4+48dB）；信噪比：63dB；拖尾電平-140dB；調制深度（5MHz）：16:9模式70%，4:3模式55%；重合：0.05%。它具有圖像質量好、記錄時間長，性價比適中，使用調整方便，適用于ENG、EFP工作方式。浙江廣電集團的公共、經濟等頻道大量采用該種機型。
一. 技術特性
MSW-900P記錄信號采用MPEG IMX的MPEG-2 4:2:2 P@ML 50Mb/s I幀壓縮的格式。MPEG-2是一種幀內DCT變換編碼與幀間預測編碼相結合的壓縮方式，壓縮效率高；4:2:2 P@ML屬于MPEG-2的一個子集，它通過縮短GOP的長度來滿足要求。MPEG IMX 采用I幀MPEG-2 4:2:2 P@ML壓縮方式、8b量化，壓縮比為3.3:1，碼率高達50Mb/s。
攝像機視頻信號的取樣頻率Y為13.5MHz，R-Y/B-Y為6.75MHz。符合ITU-R 601（即CCIR 601）4:2:2的抽樣點結構，量化級為12比特（壓縮處理時為8比特/取樣）。比特級越大，則產生的量化噪聲越小，量化噪聲是數字攝像機的重要固有噪聲源。量化比特數與量化信噪比成正比的關系，其公式為：S/N=（6n+10.8）dB，每增加1b，信噪比提高6dB。根據公式，必須確保8b以上的量化，才能滿足60dB以上的量化信噪比。采用12b量化，量化信噪比可達76dB。因此大部分數字攝像機采用12b A/D變換器。攝像機能夠處理輸入光通量超過正常最大光通量的比例，是攝像機的動態范圍。當A/D變換器的輸入高于100%時，量化噪音將增加，當輸入為140%，則信噪比要下降3dB，取200%，則信噪比下降6dB。現在，CCD器件的動態范圍已達到600%，使用12b量化，可以直接把600%視頻信號變換成具有4095量化級，使暗區雜波減少，高光區不發白；不僅使暗區有很高的細節，而且使得高光區域的圖像色彩更加逼真。這樣預拐點或預伽瑪等非線性處理就可直接在數字區域進行。
數字攝像機相對于模擬攝像機而言，由于在圖像處理過程中應用了全數字技術，采用微處理器（MCP）作為數字信號的中心處理元件，可以對拍攝出的高品質圖像進行全面而精確的控制，如：精確的色調和色度再現，復雜的參數設置和存儲，包括黑電平處理、伽瑪校正、輪廓信號校正、彩色校正、拐點/自動拐點處理等等。
MSW-900P攝錄一體機除了一般數字攝像機的功能特點外，還具有以下新功能：
（1）多區彩色矩陣功能：與常規的彩色校正或矩陣控制不同，多區彩色矩陣功能允許在指定的色彩、色調范圍內調整。將彩色相位分成16個可調整區域，每個區域的色調或飽和度都可以單獨調整。通過這項功能，可以像二次彩色校正的效果一樣，提供想要的攝像機彩色效果。
（2）TruEye處理功能：同傳統的RGB模擬和數字信號處理相比，特別在高亮度的環境下，通過視頻信號數據的亮度、色調和色飽和度這三個電平的處理，TruEye可以更真實地再現自然色調，更好地消除色調失真。
（3）三膚色細節控制功能：傳統的膚色細節校正是在皮膚色調范圍內減少細節。MSW-900P可對任何色彩范圍內的細節信號進行設定，不再局限于膚色范圍。在三個色調區域內的圖像細節可以相對于畫面總的圖像細節設定情況再進行增強或降低處理。
（4）電子柔焦功能：通過調整細節信號減低圖像銳度，而不是提高，可提供比細節增強功能完全關閉時更“柔”的畫面。
（5）可選擇的伽瑪表：可以方便地從幾個固定的伽瑪模式中選擇設定特定的圖像效果。
此外，可進行拍攝標記和拍攝數據管理，還可以用“記憶棒”系統存儲攝像機參數，可以根據不同的場景存儲、調用包括自定義開關設置在內的機器參數。
二. 主要技術指標
在決定攝像機的技術指標中，光電轉換器件CCD（電荷耦合器件）是關鍵，CCD是一種模擬器件，因此數字處理都是在預放器之后。近年來，由于技術的進步，制作工藝的改進，固態電荷耦合器（CCD）取得了長足的進步。表現在：（1）克服CCD器件垂直拖尾的缺陷（垂直拖尾是由CCD器件中連續的電荷細流通過圖像傳感器的“空穴”漏入垂直寄存器中而形成的污斑所致）。采用FIT型－幀行間電荷轉移方式，提高垂直轉移速度，保證電荷的正常轉移，使垂直拖尾最小；（2）提高CCD器件的靈敏度、信噪比。改進光敏器件的結構，提高光電轉換效率。擴大有效光面積，提高開口率。在電路上采用10b或12b A/D變換器和高比特的數字運算處理，以取得高信噪比、大動態范圍；（3）攝像機的清晰度主要取決于CCD像素的數目。一般來說，尺寸越大，包含的像素越多，清晰度就越高，性能也就越好。廣播級攝像機一般都是具有三片CCD的攝像機。RGB分別各由獨立的CCD進行成像。MSW-900P采用了3片新開發的2/3英寸MEGA Pixel POWER HAD EX CCD，總像素為1038×1188，有效像素980×1164。
信噪比是表示在圖像信號中包含噪聲成分的指標，是對于綠色通道或亮度信號，在沒有進行伽瑪校正時測量的信號噪波比。在顯示的圖像中，表現為不規則的閃爍細點，噪聲顆粒越小越好；信噪比的數值以分貝（dB）表示。攝像機的噪聲與增益的選擇有關，一般攝像機的增益選擇開關應該設置在0dB位置進行觀察或測量；在增益提升位置，則噪聲自然增大。數字攝像機的重要固有噪聲源是量化噪聲，量化比特數與量化信噪比成正比的關系；噪聲還和輪廓校正有關，輪廓校正在增強圖像細節輪廓的同時，使得噪聲的輪廓也增強了，噪聲的顆粒增大。本機的信噪比為63dB。
攝像機靈敏度是在標準攝像狀態下，攝像機光圈的數值。標準攝像狀態指的是，靈敏度開關設置在0dB位置，反射率為89.9%的白紙，在照度2000lx，標準白光（碘鎢燈）的照明條件下，圖像信號達到標準輸出幅度時，光圈的數值稱為攝像機的靈敏度。通常靈敏度可達到F8.0，本機靈敏度可達到F11。相當于高靈敏度ISO-400膠卷的靈敏度水平。
最低照度與靈敏度有密切的關系，它同時與信噪比有關。本機的最低照度指標是，光圈在F1.4，增益開關設置在+48dB檔，則最低照度可以達到0.15lx。在ENG（電子新聞采集）條件下使用時，可以降低對于室外燈光的要求，甚至在傍晚較暗的環境下，不用燈光，也能攝出可以接受的圖像。
圖像清晰度是指攝像機分解黑白細線條的能力。水平清晰度又稱為水平分解力，也稱水平分辯率，是指圖像中心部分沿水平方向能夠分辨的電視線數，分辨率越高，圖像的清晰度越好。垂直清晰度主要取決于掃描格式，即掃描行數。如：DVW-7OOP，水平分解力為850線，其含義就是，在水平方向，在圖像區域內，可以分辨的最高能力為相鄰距離為屏幕高度的850分之1的垂直黑白線條。數字攝像機圖像的清晰度主要取決于CCD的像素，像素越高，圖像清晰度越高。調制度（5MHz的視頻信號和1MHz的視頻信號的比）也是反映水平清晰度的一個重要指標。具有4:3與16:9可切換的數字攝像機中，一般采用左右“遮幅”技術進行寬高比切換，即：以電子的方式改變CCD的有效面積。因此，對應兩種寬高比情況下CCD的水平像素不同，通常,在4:3時有效像素數只是總像素的3/4，這將使攝像機的水平清晰度（調制度）大打折扣。若16:9時攝像