FireWire-камера

FireWire используют IEEE 1394 шины стандарт для передачи аудио , Камеры видео и управляющих данных. FireWire — Apple Computer , торговая марка соответствующая стандарту IEEE 1394.

FireWire Камеры доступны в виде фотокамер и видеокамер которые передают изображение и аудиоданные , . Особая форма видеокамер используется в промышленности , медицине , астрономии , микроскопии и науке . Эти специальные камеры не передают аудиоданные.

Структура

Базовая структура камер FireWire основана на следующих шести модулях:

Оптика

FireWire Камеры основаны на чипах CCD или CMOS . Светочувствительная область, как и пиксели этих чипов, небольшие. В случае с камерами со встроенной оптикой можно предположить, что оптика адаптирована под эти чипы.

Однако в сфере профессиональной и полупрофессиональной фотографии , а также в области специальных камер часто используется сменная оптика. В этих случаях системному специалисту приходится адаптировать оптику и чип к применению (см. Системная интеграция ). Помимо обычных объективов , такими сменными объективами могут быть микроскопы , эндоскопы , телескопы и т. д. За исключением стандартных C-mount и CS-mount, крепления сменной оптики зависят от компании.

Захват сигнала

Поскольку работа камеры FireWire зависит от электрических сигналов, модуль «захвата сигнала» преобразует падающий свет , а также падающий звук в электроны . В случае света этот процесс выполняется микросхемой CCD или CMOS. Преобразование звука осуществляется микрофоном .

Оцифровка

изображения Первый этап оцифровки определяется структурой ПЗС- или КМОП-чипа. Он разбивает изображение на пиксели. Если пиксель собрал много фотонов, он создает высокое напряжение. Если фотонов всего несколько, создается низкое напряжение. «Напряжение» — аналоговая величина. Следовательно, на втором этапе оцифровки напряжение должно быть преобразовано в цифровое значение с помощью аналого-цифрового преобразователя . Теперь доступно необработанное цифровое изображение.

Микрофон преобразует звук в напряжение. Аналого-цифровой преобразователь преобразует эти аналоговые значения в цифровые.

Улучшение сигнала

Создание цвета основано на цветном фильтре, который расположен перед чипом CCD или CMOS. Он бывает красного , зеленого или синего цвета и меняет свой цвет от пикселя к пикселю. Поэтому фильтр называется массивом цветных фильтров или, по имени его изобретателя, фильтром Байера . Используя эти необработанные цифровые изображения , модуль «Улучшение сигнала» создает изображение, отвечающее эстетическим требованиям . То же самое справедливо и для аудиоданных.

На последнем этапе модуль сжимает изображение и аудиоданные и выводит их (в случае видеокамер) в виде потока данных DV . В случае фотокамер можно выводить отдельные изображения и, если применимо, голосовые комментарии в виде файлов.

В прикладных областях промышленности, медицины, астрономии, микроскопии и науки часто используются специальные монохромные камеры. Они отказываются от какого-либо сигнала улучшения цифрового изображения и, таким образом, выводят данные в необработанном виде.

Некоторые специальные модели цветных камер способны выводить только необработанные цифровые данные изображения. Такие камеры называются камерами ColorRAW или Bayer. Их часто используют в промышленности, медицине, астрономии, микроскопии и науке. В виде фотокамер они используются профессиональными фотографами. Полупрофессиональные фотокамеры часто предлагают дополнительный режим RAW .

Обработка необработанных цифровых данных происходит вне камеры на компьютере, поэтому пользователь может адаптировать их к конкретному приложению.

Интерфейс

Первые три модуля входят в состав любой цифровой камеры. Интерфейс — это модуль, характеризующий камеру FireWire. Он основан на стандарте IEEE 1283, определенном организацией «Институт инженеров по электротехнике и электронике». Этот стандарт определяет шину , которая передает:

критичные ко времени данные, например, видео и
данные, целостность которых имеет решающее значение (например, параметры или файлы).

Позволяет одновременно использовать до 74 различных устройств ( камер , сканеров , видеорегистраторов , жестких дисков , DVD- приводов и т. д.).

Другие стандарты, называемые « протоколами », определяют поведение этих устройств. Камеры FireWire обычно используют один из следующих протоколов:

кондиционер: AV/C означает «Управление аудио и видео» и определяет поведение устройств DV, например, видеокамер и видеомагнитофонов. Это стандарт, определенный Торговой ассоциацией 1348. За это отвечает рабочая группа по аудио/видео.

ДКАМ: DCAM означает «Спецификация цифровой камеры на основе 1394» и определяет поведение камер, которые выводят несжатые данные изображения без звука. Это стандарт, определенный Торговой ассоциацией 1394 года. За это отвечает IIDC (Рабочая группа по приборостроению и промышленному контролю).

МИЦД: IIDC часто используется как синоним DCAM.

СБП-2: SBP-2 означает «Протокол последовательной шины» и определяет поведение устройств хранения данных, таких как жесткие диски. Это стандарт ANSI, поддерживаемый NCITS .

Устройства, использующие один и тот же протокол, могут взаимодействовать друг с другом. Типичный пример – подключение видеокамеры и видеорегистратора. Таким образом, в отличие от шины USB, нет необходимости использовать управляющий компьютер. Если используется компьютер, он должен быть совместим с протоколами устройства, с которым он должен взаимодействовать (см. Обмен данными с компьютерами ).

Контроль

Управляющий модуль координирует работу остальных. Пользователь может указать свое поведение следующим образом:

переключается вне камеры,
шину FireWire с помощью прикладного программного обеспечения или
гибрид первых двух случаев.

Фотокамеры

Профессиональные и полупрофессиональные фотокамеры, и особенно задние панели цифровых камер , оснащены интерфейсами FireWire для передачи данных изображения и управления камерой.

Передача данных изображения основана на протоколе SBP-2 . В этом режиме камера действует как внешний жесткий диск и, таким образом, обеспечивает простой обмен файлами изображений с компьютером (см. Обмен данными с компьютерами ).

Для повышения эффективности работы в фотостудии дополнительно предусмотрено управление фотокамерами и цифровыми задниками по шине FireWire. Обычно производитель камеры не публикует протокол, используемый в этом режиме. Поэтому для управления камерой требуется специализированное программное обеспечение, предоставляемое производителем камеры, которое в основном доступно для Macintosh и Windows компьютеров .

Видеокамеры

Хотя совместимость с шиной FireWire имеется только в фотокамерах высокого класса, она обычно присутствует в видеокамерах домашнего уровня. Видеокамеры в основном основаны на протоколе AV/C . Он определяет поток аудио- и видеоданных, а также сигналы управления камерой.

Большинство видеокамер обеспечивает только вывод аудио- и видеоданных по шине FireWire («DVout»). Кроме того, некоторые видеокамеры умеют записывать аудио- и видеоданные («DVout/DVin»). Видеокамеры обмениваются данными с компьютерами и/или видеорегистраторами.

Специальные камеры

В промышленности, медицине, астрономии, микроскопии и науке камеры FireWire часто используются не для эстетических, а для аналитических целей. Они выводят несжатые данные изображения без звука. Эти камеры основаны на протоколе DCAM (IIDC) или на протоколах, специфичных для компании.

В зависимости от области применения их поведение существенно отличается от фото- или видеокамер:

Их корпус небольшой, построен в основном из металла и не соответствует эстетическим, а скорее функциональным ограничениям дизайна.
Подавляющее большинство специальных камер не имеют встроенной оптики, а имеют стандартизированное крепление объектива, называемое « C-mount » или «CS-mount». Этот стандарт используется не только в линзах, но и в микроскопах, телескопах, эндоскопах и других оптических устройствах.
Вспомогательные средства записи, такие как автофокус или стабилизация изображения, недоступны.
В специальных камерах часто используются монохромные ПЗС- или КМОП-чипы.
В специальных камерах часто не используются инфракрасный фильтр или оптические фильтры нижних частот, что позволяет избежать влияния на изображение.
Специальные камеры выводят потоки данных изображений и отдельные изображения, которые захватываются с помощью внешнего триггерного сигнала. Таким образом, эти камеры можно интегрировать в промышленные процессы.
Устройства массовой памяти недоступны, поскольку изображения должны более или менее немедленно анализироваться компьютером, подключенным к камере.
Подавляющее большинство специальных камер управляется прикладным программным обеспечением, установленным на компьютере. Поэтому камеры не имеют внешних переключателей.
Прикладное программное обеспечение редко имеется в наличии в готовом виде. Обычно его необходимо адаптировать к конкретному приложению. Поэтому производители камер предлагают инструменты программирования, предназначенные для их камер. Если камера использует стандартный протокол DCAM (IIDC) , ее также можно использовать со сторонним программным обеспечением. Многие промышленные компьютеры и встраиваемые системы совместимы с протоколом DCAM (IIDC) (см. «Структура/Интерфейс» и «Обмен данными с компьютерами» ).

По сравнению с фото- или видеокамерами эти специальные камеры очень сложны. Однако нет смысла использовать их изолированно. Они, как и другие датчики, являются лишь компонентами более крупной системы (см. « Системная интеграция »).

Обмен данными с компьютерами

Камеры FireWire могут обмениваться данными с любым другим устройством FireWire, если оба устройства используют один и тот же протокол (см. Структура/Интерфейс ). В зависимости от конкретной камеры эти данные следующие:

Изображения и аудиофайлы (протокол: SBP-2 )
Потоки изображений и аудиоданных (протокол: AV/C или DCAM (IIDC) )
Параметры управления камерой (протокол: AV/C или DCAM (IIDC) )

Обмен данными между камерами FireWire и компьютерами
Слева: система, специфичная для компании.
Справа: открытая система

Если камера должна обмениваться данными с компьютером, этот компьютер должен иметь интерфейс FireWire и использовать протокол камеры. В старые времена камер FireWire доминировали решения, специфичные для конкретных компаний. Некоторые специалисты предлагали интерфейсные платы и драйверы , доступные только их прикладному ПО. При таком подходе за протокол отвечает прикладное программное обеспечение. Поскольку это решение очень эффективно использует вычислительные ресурсы, оно до сих пор используется в узкоспециализированных промышленных проектах. Эта стратегия часто приводит к проблемам при использовании других устройств FireWire, например, жестких дисков. Открытые системы лишены этого недостатка.

Открытые системы основаны на многоуровневой модели . Поведение отдельных уровней (интерфейсная плата, драйвер низкого уровня, драйвер высокого уровня и API ) соответствует ограничениям соответствующего производителя операционной системы. Прикладному программному обеспечению разрешен доступ к API операционной системы, но никогда не следует обращаться к уровням ниже. В случае камер FireWire за протокол отвечают драйверы высокого уровня. Драйверы низкого уровня и интерфейсные платы реализуют определения стандарта IEEE 1394. Преимуществом этой стратегии является простая реализация прикладного программного обеспечения, не зависящая от аппаратного обеспечения и конкретных производителей.

В частности, в области фотокамер и специальных камер используются гибриды открытых и специфичных для компании систем. Платы интерфейса и драйверы низкого уровня обычно соответствуют стандарту, тогда как уровни, указанные выше, зависят от конкретной компании.

Основной характеристикой открытых систем является использование API-интерфейсов не производителей оборудования, а API-интерфейсов операционной системы. Для Apple и Microsoft тема «изображение и звук» имеет большое значение. По своим API — QuickTime и DirectX — очень известны. Однако в общественном сознании они сводятся к воспроизведению аудио и видео. На самом деле это мощные API, которые также отвечают за получение изображений.

В Linux этот API называется video4linux. Он менее мощный, чем QuickTime и DirectX, поэтому помимо video4linux существуют дополнительные API:

Фотокамеры: Фотокамеры обычно используют инфраструктуру Linux для устройств хранения данных. Одно из типичных приложений — digiKam .

Видеокамеры: Доступ к видеокамерам осуществляется с помощью различных API. На изображении справа показан доступ программы редактирования видео Kino к API libavc1394 . Kino также имеет доступ к другим API, которые не показаны на изображении, чтобы упростить задачу.

Специальные камеры: Самый важный API для специальных камер — libdc1394 . На изображении справа показан доступ прикладного программного обеспечения Coriander к этому API. Coriander управляет камерами FireWire, основанными на протоколе DCAM (IIDC), и получает их изображения.

Чтобы упростить использование video4linux и выделенных API, мета-API unicap был разработан . Он охватывает их фрагменты с помощью простой модели программирования.

Системная интеграция

Часто камеры FireWire являются лишь винтиками в более крупной системе. Обычно системный специалист использует ряд различных компонентов для решения той или иной проблемы. Для этого есть два основных подхода:

Рассматриваемая проблема достаточно интересна для группы пользователей. Типичным индикатором такой ситуации является наличие готового прикладного программного обеспечения. Студийная фотография тому пример.
Рассматриваемая проблема представляет интерес только для конкретного приложения. В таких случаях обычно нет готового прикладного программного обеспечения. Поэтому его должен писать системный специалист. Примером может служить измерение стальной пластины.

Многие аспекты системной интеграции не имеют прямого отношения к камерам FireWire. Например, освещение очень сильно влияет на качество получаемых изображений. Это справедливо как для эстетических, так и для аналитических приложений.

Однако в контексте реализации прикладного программного обеспечения имеется особенность, характерная для камер FireWire. Это наличие стандартизированных протоколов, таких как AV/C , DCAM , IIDC и SBP-2 (см. Структура/Интерфейс и Обмен данными с компьютерами ). Используя эти протоколы, программное обеспечение пишется независимо от конкретной камеры и производителя.

Оставив реализацию протокола операционной системе и предоставив доступ к набору API, программное обеспечение можно разрабатывать независимо от аппаратного обеспечения. Если, например, в Linux часть прикладного программного обеспечения использует API libdc1394 (см. « Обмен данными с компьютерами »), она может получить доступ ко всем камерам FireWire, использующим протокол DCAM (IIDC) . Использование API unicap дополнительно разрешает доступ к другим источникам видео, например к устройствам захвата кадров.

См. также

Внешние ссылки

1394 Торговая Ассоциация
Полный список камер Firewire
Обзор поставщиков
- Полная линейка камер и периферийных устройств Firewire IEEE1394a и IEEE1394b
- Группа решений для обработки изображений Камеры FireWire
- Видеокамеры FireWire – для промышленного, научного и медицинского применения
- Фотокамеры
- Видеокамеры
- Специальные камеры
API операционной системы
API операционной системы под Linux
Прикладное программное обеспечение под Linux
- ucview
- дигиКам
- Кино. Архивировано 14 февраля 2014 г. в Wayback Machine.
- Кориандр
- Видеосъемка