淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
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系統識別號 U0002-1201200913351000
中文論文名稱 高速攝影機影像傳輸技術之研究
英文論文名稱 Image Transmission Technology Design for Speed Dome Camera
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士在職專班
系所名稱(英) Department of Electrical Engineering
學年度 97
學期 1
出版年 98
研究生中文姓名 呂慧祥
研究生英文姓名 Hui-Shiang Lu
學號 794350214
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2009-01-09
論文頁數 82頁
口試委員 指導教授-翁慶昌
委員-江青瓚
委員-陳珍源
委員-楊智旭
委員-周永山
委員-翁慶昌
中文關鍵字 高速球型攝影機  電線滑動環  低電壓差動訊號 
英文關鍵字 Speed Dome Camera  Slip Ring  Serializer  Deserializer  LVDS 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 在球型攝影機(Speed Dome Camera)之應用設計上,由於電線滑動環(Slip Ring)能令訊號傳輸的二端線路在進行持續旋轉的情況下維持訊號傳輸之能力,所以球型攝影機通常使用電線滑動環來解決持續旋轉可能引發的線路捲繞之問題,讓球型攝影機可以持續朝同一方向進行旋轉拍攝。但是,電線滑動環的價格十分昂貴,並且價格會隨著通過的訊號線數而遞增,因此,過多的訊號線數將加重整體訊號傳輸設備之成本負擔。本論文提出一新穎且進步的數位攝影機之訊號傳輸架構,其利用影像訊號編碼(Encode)單元將數位影像訊號編碼,再由並列方式轉換序列方式以低電壓差動訊號格式傳輸,以達到減少通過電線滑動環之訊號線數之效果,由通過電線滑動環的低電壓差動訊號解碼還原成數位影像訊號,再透過影像訊號解碼(Decode)單元解出原訊號格式。藉此同時滿足高品質影像輸出及低成本之目的。
所提之訊號傳輸架構包含4個單元:(1)數位影像編碼器輸出單元,為提供數位影音訊號;(2)電線滑動環單元,為提供連接該數位影像訊號,具兩端訊號傳輸;(3)並列訊號轉序列訊號單元(Serializer/Deserializer unit),可將該數位影像訊號編碼,由並列方式轉換為序列方式及序列方式轉並列方式並以低電壓差動訊號傳輸;以及(4)第二端連接影像訊號解碼單元,讀取第一端數位原始影像訊號並傳輸。在技術與應用上,所提之訊號傳輸架構可以有效的減少電線滑動環的訊號線數。
英文摘要 The slip ring has the ability to maintain the signal transmission between two terminal points when it rotates continuously in the same direction. Therefore the speed dome camera usually uses the slip ring to solve the rotation problem that the electric wire may cause coils continuously. The slip ring can let the speed dome camera continuously rotate in the same direction to capture image. However, the price will be increased progressively as the signal lines passed are counted. Too many signal line counts the cost that will aggravate the transmission equipment of whole system. In this thesis, a new technology for the image signal transmission equipment is proposed so that the number of slip rings is reduced effectively. The digital image encode unit encodes the digital video/audio signals and converts them into LVDS (Low-voltage differential signaling). LVDS unit can convert the data format from parallel to serial. Side by side the signal transfer to the signal encodes and decodes unit. And also reduce digital format too many data bits through the slip ring. Use in encode and decode unit to reappear high quality video image functionality. The technology is usually used in CCTV (close-loop circuit TV) system where the speed dome camera is used. The proposed structure can meet the purpose of high-quality image outputting and low cost at the same time. The image signal transmission structure includes 4 units: (1) The digital image encode unit: It offers the audio-video digital signal. (2) The electric wire slip ring unit: It offers the image signal transmission and connection of two terminal points. (3) Serializer/Deserializer unit: It converts the parallel type of image signal into the serial type and transmits them by using LVDS. (4) Second terminal point connects image signal decode unit: It processes raw image signal and transmits. In the technology and application, the proposed signal transmission structure can effectively reduce the number of electric wire slip rings, so it is novel and practicable.
論文目次 第一章 緒論1
1.1安全監控產業介紹1
1.2安全監控產業區分2
1.3研究動機4
1.4論文架構5
第二章 安全監控攝影機的構造 6
2.1 CCD攝影機的構造6
2.1.1 CCD sensor的構造7
2.1.2 CCD攝影機控制迴路方塊圖8
2.2 CMOS攝影機的構造9
2.2.1 CMOS sensor的構造10
2.2.2CMOS 攝影機控制迴路方塊圖12
2.3 CCD與CMOS SENSOR的比較12
2.4攝影機訊號輸出格式14
2.5網路攝影機(IP Camera)訊號輸出格式 23
第三章 安全監控攝影機系統26
3.1類比安全監控系統26
3.2數位安全監控系統28
3.3多媒體安全監控系統30
第四章 電子產品電磁檢驗相關規範34
4.2 電磁相容(Electromagnetic Compatibility, EMC)36
4.3 電磁耐受(Electromagnetic Susceptibility, EMS)42
4.3.1靜電放電(ESD) EN 61000 42
第五章 高速球型攝影機控制架構46
5.1高速球型攝影機鏡頭控制組成46
5.2高速球型攝影機控制組成50
第六章 影像壓縮晶片架構55
6.1影像壓縮晶片輸出格式55
6.2影像壓縮晶片輸入格式58
6.3影像壓縮晶片解析度規格與相關應用63
第七章 低電壓差動訊號之傳輸方式66
7.1低電壓差動訊號(Low Voltage Differential Signal, LVDS66
7.2低電壓差動訊號(LVDS)之傳輸方式70
7.3並列轉序列序列轉並列傳輸方式(Serializer/Deserializer)73
第八章 滑動環傳輸影像訊號技術系統架構76
8.1系統工作原理76
8.2類比影像訊號與數位影像訊號的比較78
第九章 結論80
參考文獻81

圖 目 錄
圖 2-1各種CCD 零件 6
圖 2-2結構方塊圖I6
圖 2-3 CCD 結構方塊圖II7
圖 2-4感光匯流片取像原理7
圖 2-5 CCD攝影機控制迴路方塊圖8
圖 2-6 被動像素結構圖(PASSIVE-PIXEL STRUCTURE)10
圖 2-7主動像素結構圖(ACTIVE-PIXEL SENSOR)11
圖 2-8 CMOS攝影機控制迴路方塊圖13
圖 2-9全球電視系統分布圖16
圖 2-10 PARALLEL DIGITAL RS-644 攝影機與擷取卡21
圖 2-11 CAMERA LINK 攝影機與擷取21
圖 2-12 IEEE 1394 攝影機22
圖 2-13乙太網路攝影機(IP CAMERA)22
圖 2-14 USB攝影機 22
圖 3-1磁帶型儲存媒體27
圖 3-2影視用同軸電纜線27
圖 3-3類比安全監控系統圖28
圖 3-4數位式多工分配器與數位式錄放映機29
圖 3-5數位安全監控系統圖29
圖 3-6雙絞線切面圖 32
圖 3-7遠端監控軟體畫面32
圖 3-8多媒體安全監控系統圖33
圖 4-1 CONDITION OF CONDUCTIVE AND RADIATE35
圖 4-2 電磁干擾來源種類35
圖 4-3 電磁相容相關領域圖37
圖 4-4 ESD測試示意圖43
圖 5-1 SONY FCB-EX980與數位相機圖47
圖 5-2 攝影機對焦於雨滴景象 48
圖 5-3 整合型攝影機驅動馬達 48
圖 5-4開啟白日黑夜切換功能景象49
圖 5-5整合型攝影鏡頭結構49
圖 5-6放大倍率圖50
圖 5-7隱私遮罩圖51
圖 5-8 攝影機戶外景象52
圖 5-9 攝影機室內景象52
圖 5-10 利用寬動態調整畫面52
圖 5-11 滑動環剖面圖54
圖 5-12 高速球型攝影機剖面圖54
圖 6-1 RGB 顏色示意圖62
圖 6-2 MJPEG與MPEG-4每秒幅數與佔用頻寬關係圖65
圖 6-3 網路攝影機支援多點監看示意圖65
圖 7-1 LVDS架構原理67
圖7-2 PECL輸出架構圖68
圖7-3 PECL 輸入架構圖69
圖 7-4 LVDS傳輸方式72
圖 7-5 MAXIM9150傳輸方式72
圖 7-6 LVDS系統電流模式驅動器圖74
圖 7-7串列器/解串器將數據串列轉換成差分串列傳輸74
圖 7-8終端電阻與傳輸波型關係圖75
圖 8-1類比影像訊號高速球型攝影機方塊圖77
圖 8-2影像數位訊號高速球型攝影機方塊圖78

表 目 錄
表 1-1 2007年全球網路攝影機市場佔有率4
表 2-1 CCD與COMS SENSOR 比較表13
表 2-2世界各國電視訊號表17
表 4-1 FCC CLASS A限制規範37
表 4-2 FCC CLASS B限制規範38
表 4-3 CISPR22 CLASS A 限制規範38
表 4-4 CISPR22 CLASS B 限制規範39
表 4-5 各國檢驗規範標章39
表 4-6 EMI 相關3C產品分類41
表 4-7 EMS 測試法規規範44
表 4-8 EMS閉迴路端口測試規格44
表 4-9 EMS通訊迴路端口測試規格45
表 6-1 ITU-RBT.601與ITU-RBT.656差異表62
表 7-1 LVDS與RS-422、PECL之比較69
表 7-2 LVDS產品應用69
表8-1網路球型攝影機比較表79

參考文獻 [1]Frost & Sullivan 市場趨勢論壇http://www.frost.com/prod/servlet/frost-home.pag
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[16]EMC的基礎和實踐 卓聖鵬 全華圖書公司
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http://pemclab.cn.nctu.edu.tw/
[18]泛鑫科技事業群 EMI / EMC 防治中心
http://emi.fanhsin.com.tw/emi&emc-01.htm
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[21]Epson and Renesas Technologies, Mobile Video Interface, Feb., 2004.
[22]The International Engineering Consortium, Low-Voltage Differential Signaling, 2004
[23]National Semiconductor, LVDS Owner’s Manual 3rd Edition, Spring 2004
[24]美信整合式產品公司 http://www.maxim-ic.com.cn/
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