電視攝像機(jī)已進(jìn)入數(shù)字化階段。1989年第一臺數(shù)字信號處理(DSP)攝像機(jī)—松下AQ-20進(jìn)入我國市場，當(dāng)時只用了8b量化的A/D變換器。此后Sony DVW-700、池上HL-57等10b量化DSP攝像機(jī)相繼推出。1995年后DSP攝像機(jī)性能和質(zhì)量全面提高，同時適應(yīng)多媒體要求的逐行掃描攝像機(jī)也投入使用。
    在數(shù)字?jǐn)z像機(jī)中，攝像器件仍是模擬工作的，只是視頻處理數(shù)字化。與模擬攝像機(jī)相比，在圖像質(zhì)量和使用方面都有許多特點(diǎn)。本文將具體闡述攝像機(jī)數(shù)字化的特點(diǎn)。

一 量化比特數(shù)要高于演播室的要求
    演播室設(shè)備所處理的視頻信號電平都限定在100%的標(biāo)準(zhǔn)電平，而且是經(jīng)過γ校正的信號。ITU-R601對演播室數(shù)字信號編碼規(guī)定的最低要求是用8b量化。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)輸出的信號質(zhì)量應(yīng)達(dá)到ITU-R601規(guī)定的最低要求。所以初期數(shù)字?jǐn)z像機(jī)都采用最少 8b量化。現(xiàn)在10b A/D轉(zhuǎn)換器已成為當(dāng)今主流，這兩年12b A/D轉(zhuǎn)換器也出現(xiàn)在攝像機(jī)中。
    A/D變換和DSP會引入量化噪聲。攝像機(jī)的信雜比現(xiàn)達(dá)到60～62dB。當(dāng)然，這是在去掉γ校正時測量的，實際上沒這么高。如果用8b量化，由于DSP使攝像機(jī)的信雜比下降0.7dB，對于ENG應(yīng)用，這個損傷還是容許的，但是要采用預(yù)γ校正、黑色低通以及顫抖校正來減小偽輪廓效應(yīng)和降低量化噪聲。對演播室用的攝像機(jī)必須用10b以上進(jìn)行量化，使量化噪聲對攝像機(jī)的信雜比損傷小于0.5dB。如果用14b量化，則信雜比降低量小于0.2dB。這么小的變化，人眼覺察不到。
    保證數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的圖像質(zhì)量符合ITU-R601規(guī)定的演播室質(zhì)量，首先要保證數(shù)字信號的量化級差相同。因此，用10b量化不能使視頻處理全部數(shù)字化，必須先經(jīng)過部分模擬處理后才能進(jìn)行A/D變換。若從預(yù)放開始數(shù)字化，則需要更多量化比特。
    現(xiàn)在CCD圖像傳感器的動態(tài)范圍已達(dá)到600%，由于10b A/D轉(zhuǎn)換器受到量化比特數(shù)的限制，所以在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換之前，在模擬預(yù)放器中要進(jìn)行預(yù)拐點(diǎn)處理，將600%的信號壓縮至226%，相當(dāng)于1023量化級，其中拐點(diǎn)設(shè)在130%處。12b A/D轉(zhuǎn)換器可直接處理600%的信號，所以在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換前沒有必要對信號進(jìn)行壓縮處理，使得信號的非線性處理（如γ較正、拐點(diǎn)處理等）過程得以在數(shù)字范疇內(nèi)進(jìn)行。故它不僅可以保留10b A/D處理時暗區(qū)有很高的細(xì)節(jié)，而且使得高光區(qū)域的圖像色彩更加逼真。

二  具有4:3至16:9切換功能
    為了在現(xiàn)有系統(tǒng)中實現(xiàn)16:9幅型比畫面，開發(fā)了4:3、16:9可切換的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換主要有兩種方法。
    1.左右“遮幅”方式
    廣播檔攝像機(jī)的CCD成像靶面為2/3"，即對角線尺寸為2/3"。左右遮幅方式，是把2/3"CCD以16:9方式做出感光靶面，當(dāng)以4:3方式工作時，則截取靶面的中間部分。這種方法CCD制作比較簡單，在IT-W和FIT-W型CCD攝像機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。

    具體作法是：通過改變CCD的時鐘頻率和讀取范圍，以電子方式改變CCD的有效區(qū)域，即去掉畫幅的左右部分，從而實現(xiàn)16:9到4:3的轉(zhuǎn)換。如圖1所示?？梢钥闯?，在輸出16:9格式圖像時，CCD的水平讀出時鐘頻率為18MHz。在輸出4:3格式圖像時，保持垂直掃描行數(shù)不變，有效行期間仍為52µs，水平分解力不變。比較4:3與16:9可知，在上述條件下，兩種格式的像寬之比為3:4。在16:9的CCD上只讀出中間3:4寬的圖像，即可輸出4:3格式的圖像。CCD兩邊各丟掉1/8像寬的圖像。因為要保持行正程時間不變，都是52µs ，所以4:3格式的水平讀出時鐘頻率應(yīng)為18MHz×3/4=13.5MHz。
    使用左右“遮幅”技術(shù)進(jìn)行寬高比轉(zhuǎn)換時，對應(yīng)兩種寬高比情況下CCD的水平像素數(shù)將有所不同。通常,在16:9時總像素為60萬的CCD,在4:3時有效像素數(shù)將只有40多萬，這將使攝像機(jī)的水平清晰度(調(diào)制度)大打折扣。若16:9時攝像機(jī)的調(diào)制度(對應(yīng)5MHz)為70%，則4:3方式時調(diào)制度將下降到50%。并且，對應(yīng)于兩種寬高比格式，視頻信號的讀出掃描頻率不同，還會對攝像機(jī)預(yù)放器電路提出不同要求，必需進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
    為了彌補(bǔ)清晰度方面的損失，CCD生產(chǎn)廠家又研制了74萬像素的CCD，確保4:3格式下仍能夠獲得60萬像素，使其調(diào)制度達(dá)到70%以上。但是，在CCD靶面尺寸不變的情況下，增加像素數(shù)將會導(dǎo)致每個像素變小，這又會影響到攝像機(jī)的靈敏度和動態(tài)范圍。
    采用左右“遮幅”方式還會帶來成像靶面水平視場角變化。如圖3所示，對應(yīng)的4:3格式時水平視場角為44°，對應(yīng)的16:9格式時則為57°。若使用一固定鏡頭以不同寬高比進(jìn)行拍攝，構(gòu)圖大小將發(fā)生變化，見圖1。從另一個角度講，所對應(yīng)的鏡頭變焦比無法在兩種情況下均與鏡頭的標(biāo)稱一致。因此，使用“遮幅”鏡頭的攝像機(jī)，要根據(jù)不同寬高比選用相應(yīng)的鏡頭，或使用帶有寬高比可轉(zhuǎn)換功能的鏡頭。
    2.DPM（動態(tài)像素管理）技術(shù)
    另一種寬高比轉(zhuǎn)換方法是湯姆遜的DPM技術(shù)。其數(shù)字?jǐn)z像機(jī)內(nèi)裝配了4:3格式的CCD，每一行的水平像素為1000，如圖2所示。以4:3格式為基礎(chǔ)，在輸出16:9格式圖像時，它可以自動地把垂直方向的三個像素或四個像素組合在一起，成為一個新的像素元，分別適應(yīng)16:9或4:3格式的需要；而且無論在哪一種格式下，每一行的水平像素不變；同時通過嚴(yán)格的計算，可以不改變垂直方向的行數(shù)，從而確保了行場方向的分辨率，并且不改變水平方向的視角范圍。
    由于使用了