【摘 要】近几年，随着DSP摄像机性能和质量的全面提高，电视摄像机已进入数字化阶段。本文以Sony公司的MPEG IMX MSW-900P摄录一体机为例，分析、解读数字摄像机技术特性和主要技术指标。
【关键词】伽玛校正 轮廓信号校正 彩色校正 垂直拖尾
数字摄像机是指信号在扫描、变换、传输过程中采用数字技术描述和处理，并且有数字信号输出接口的摄像机。在数字摄像机中，摄像器件仍是模拟工作的，只是视频处理数字化。MSW-900P是一种宽屏幕16:9和4:3可切换的摄录一体机，采用了3片新开发的MEGA Pixel POWER HAD EX CCD，像素数多达120万；12比特数字信号处理（DSP）技术；采用MPEG IMX的MPEG-2 4:2:2 P@ML 50Mb/s I帧压缩的格式进行记录；4通道/8通道音频记录功能，可配置标准的2/3英寸镜头。灵敏度：F11.0；最低照度：0.15lx（F1.4+48dB）；信噪比：63dB；拖尾电平-140dB；调制深度（5MHz）：16:9模式70%，4:3模式55%；重合：0.05%。它具有图像质量好、记录时间长，性价比适中，使用调整方便，适用于ENG、EFP工作方式。浙江广电集团的公共、经济等频道大量采用该种机型。
一. 技术特性
MSW-900P记录信号采用MPEG IMX的MPEG-2 4:2:2 P@ML 50Mb/s I帧压缩的格式。MPEG-2是一种帧内DCT变换编码与帧间预测编码相结合的压缩方式，压缩效率高；4:2:2 P@ML属于MPEG-2的一个子集，它通过缩短GOP的长度来满足要求。MPEG IMX 采用I帧MPEG-2 4:2:2 P@ML压缩方式、8b量化，压缩比为3.3:1，码率高达50Mb/s。
摄像机视频信号的取样频率Y为13.5MHz，R-Y/B-Y为6.75MHz。符合ITU-R 601（即CCIR 601）4:2:2的抽样点结构，量化级为12比特（压缩处理时为8比特/取样）。比特级越大，则产生的量化噪声越小，量化噪声是数字摄像机的重要固有噪声源。量化比特数与量化信噪比成正比的关系，其公式为：S/N=（6n+10.8）dB，每增加1b，信噪比提高6dB。根据公式，必须确保8b以上的量化，才能满足60dB以上的量化信噪比。采用12b量化，量化信噪比可达76dB。因此大部分数字摄像机采用12b A/D变换器。摄像机能够处理输入光通量超过正常最大光通量的比例，是摄像机的动态范围。当A/D变换器的输入高于100%时，量化噪音将增加，当输入为140%，则信噪比要下降3dB，取200%，则信噪比下降6dB。现在，CCD器件的动态范围已达到600%，使用12b量化，可以直接把600%视频信号变换成具有4095量化级，使暗区杂波减少，高光区不发白；不仅使暗区有很高的细节，而且使得高光区域的图像色彩更加逼真。这样预拐点或预伽玛等非线性处理就可直接在数字区域进行。
数字摄像机相对于模拟摄像机而言，由于在图像处理过程中应用了全数字技术，采用微处理器（MCP）作为数字信号的中心处理元件，可以对拍摄出的高品质图像进行全面而精确的控制，如：精确的色调和色度再现，复杂的参数设置和存储，包括黑电平处理、伽玛校正、轮廓信号校正、彩色校正、拐点/自动拐点处理等等。
MSW-900P摄录一体机除了一般数字摄像机的功能特点外，还具有以下新功能：
（1）多区彩色矩阵功能：与常规的彩色校正或矩阵控制不同，多区彩色矩阵功能允许在指定的色彩、色调范围内调整。将彩色相位分成16个可调整区域，每个区域的色调或饱和度都可以单独调整。通过这项功能，可以像二次彩色校正的效果一样，提供想要的摄像机彩色效果。
（2）TruEye处理功能：同传统的RGB模拟和数字信号处理相比，特别在高亮度的环境下，通过视频信号数据的亮度、色调和色饱和度这三个电平的处理，TruEye可以更真实地再现自然色调，更好地消除色调失真。
（3）三肤色细节控制功能：传统的肤色细节校正是在皮肤色调范围内减少细节。MSW-900P可对任何色彩范围内的细节信号进行设定，不再局限于肤色范围。在三个色调区域内的图像细节可以相对于画面总的图像细节设定情况再进行增强或降低处理。
（4）电子柔焦功能：通过调整细节信号减低图像锐度，而不是提高，可提供比细节增强功能完全关闭时更“柔”的画面。
（5）可选择的伽玛表：可以方便地从几个固定的伽玛模式中选择设定特定的图像效果。
此外，可进行拍摄标记和拍摄数据管理，还可以用“记忆棒”系统存储摄像机参数，可以根据不同的场景存储、调用包括自定义开关设置在内的机器参数。
二. 主要技术指标
在决定摄像机的技术指标中，光电转换器件CCD（电荷耦合器件）是关键，CCD是一种模拟器件，因此数字处理都是在预放器之后。近年来，由于技术的进步，制作工艺的改进，固态电荷耦合器（CCD）取得了长足的进步。表现在：（1）克服CCD器件垂直拖尾的缺陷（垂直拖尾是由CCD器件中连续的电荷细流通过图像传感器的“空穴”漏入垂直寄存器中而形成的污斑所致）。采用FIT型－帧行间电荷转移方式，提高垂直转移速度，保证电荷的正常转移，使垂直拖尾最小；（2）提高CCD器件的灵敏度、信噪比。改进光敏器件的结构，提高光电转换效率。扩大有效光面积，提高开口率。在电路上采用10b或12b A/D变换器和高比特的数字运算处理，以取得高信噪比、大动态范围；（3）摄像机的清晰度主要取决于CCD像素的数目。一般来说，尺寸越大，包含的像素越多，清晰度就越高，性能也就越好。广播级摄像机一般都是具有三片CCD的摄像机。RGB分别各由独立的CCD进行成像。MSW-900P采用了3片新开发的2/3英寸MEGA Pixel POWER HAD EX CCD，总像素为1038×1188，有效像素980×1164。
信噪比是表示在图像信号中包含噪声成分的指标，是对于绿色通道或亮度信号，在没有进行伽玛校正时测量的信号噪波比。在显示的图像中，表现为不规则的闪烁细点，噪声颗粒越小越好；信噪比的数值以分贝（dB）表示。摄像机的噪声与增益的选择有关，一般摄像机的增益选择开关应该设置在0dB位置进行观察或测量；在增益提升位置，则噪声自然增大。数字摄像机的重要固有噪声源是量化噪声，量化比特数与量化信噪比成正比的关系；噪声还和轮廓校正有关，轮廓校正在增强图像细节轮廓的同时，使得噪声的轮廓也增强了，噪声的颗粒增大。本机的信噪比为63dB。
摄像机灵敏度是在标准摄像状态下，摄像机光圈的数值。标准摄像状态指的是，灵敏度开关设置在0dB位置，反射率为89.9%的白纸，在照度2000lx，标准白光（碘钨灯）的照明条件下，图像信号达到标准输出幅度时，光圈的数值称为摄像机的灵敏度。通常灵敏度可达到F8.0，本机灵敏度可达到F11。相当于高灵敏度ISO-400胶卷的灵敏度水平。
最低照度与灵敏度有密切的关系，它同时与信噪比有关。本机的最低照度指标是，光圈在F1.4，增益开关设置在+48dB档，则最低照度可以达到0.15lx。在ENG（电子新闻采集）条件下使用时，可以降低对于室外灯光的要求，甚至在傍晚较暗的环境下，不用灯光，也能摄出可以接受的图像。
图像清晰度是指摄像机分解黑白细线条的能力。水平清晰度又称为水平分解力，也称水平分辩率，是指图像中心部分沿水平方向能够分辨的电视线数，分辨率越高，图像的清晰度越好。垂直清晰度主要取决于扫描格式，即扫描行数。如：DVW-7OOP，水平分解力为850线，其含义就是，在水平方向，在图像区域内，可以分辨的最高能力为相邻距离为屏幕高度的850分之1的垂直黑白线条。数字摄像机图像的清晰度主要取决于CCD的像素，像素越高，图像清晰度越高。调制度（5MHz的视频信号和1MHz的视频信号的比）也是反映水平清晰度的一个重要指标。具有4:3与16:9可切换的数字摄像机中，一般采用左右“遮幅”技术进行宽高比切换，即：以电子的方式改变CCD的有效面积。因此，对应两种宽高比情况下CCD的水平像素不同，通常,在4:3时有效像素数只是总像素的3/4，这将使摄像机的水平清晰度（调制度）大打折扣。若16:9时摄像