FireWire камера - FireWire camera

Камеры FireWire использовать IEEE 1394 автобус стандарт для коробка передач из аудио, видео и контрольные данные. FireWire является Компьютер Apple с товарный знак для стандарта IEEE 1394.

FireWire камеры доступны в виде фото камеры и видеокамеры, которые обеспечивают изображение и аудио данные. Особая форма видео камеры используется в домены промышленности, лекарство, астрономия, микроскопия и наука. Эти специальные камеры не передают аудиоданные.

Различные формы камер FireWire

Структура

В базовый В состав камер FireWire входят шесть модулей:

Оптика

Строение камер FireWire

FireWire камеры основаны на CCD или же CMOS чипсы. Светочувствительная область, а также пиксели из этих фишек маленькие. В случае камер со встроенным оптика можно предположить, что оптика адаптирована к этим фишкам.

Однако в сферах профессиональный и полупрофессиональный фотография, а также в области специальный камеры, часто используется сменная оптика. В этих случаях системный специалист должен адаптировать оптику и чип к применению (см. Системная интеграция ). Помимо нормального линзы, такие сменные линзы 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 функция камеры FireWire зависит от электрических сигналов, модуль «захват сигнала» преобразует свет, а также инцидент звук в электроны. В случае света этот процесс выполняется микросхемой ПЗС или КМОП. Преобразование звука выполняется микрофон.

Оцифровка

Первый шаг изображения оцифровка является результатом структуры ПЗС- или КМОП-микросхемы. Он разбивает изображение на пиксели. Если пиксель собрал много фотонов, он создает высокое напряжение. Если фотонов всего несколько, создается низкое напряжение. «Напряжение» - это аналоговое значение. Следовательно, на втором этапе оцифровки напряжение должно быть преобразовано в цифровое значение с помощью Аналого-цифровой преобразователь. Теперь доступно необработанное цифровое изображение.

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

Усиление сигнала

Создание цвет основан на цветном фильтре, который расположен перед микросхемой ПЗС или КМОП. это красный, зеленый или же синий и меняет свой цвет с пикселя на пиксель. Поэтому фильтр называется массив цветных фильтров или, по имени его изобретателя, Фильтр Байера. Используя эти сырые цифровой изображений, модуль «Улучшение сигнала» создает изображение, отвечающее эстетическим требованиям. требования. То же самое и с аудиоданными.

На последнем этапе модуль сжимает изображение и аудиоданные и выводит их - в случае видеокамер - в виде DV поток данных. В случае Фото камеры, можно выводить отдельные изображения и, если применимо, голосовые комментарии в виде файлов.

Приложение домены промышленности, медицины, астрономии, микроскопии и науки часто используют специальные монохромный камеры. Они отказываются от любых сигнал улучшение и таким образом вывести цифровое изображение данные в сыром виде.

Некоторые специальные модели цветных камер могут выводить только необработанные данные цифрового изображения. Такие камеры называются ColorRAW или Bayer. Их часто используют в промышленности, медицине, астрономии, микроскопии и науке. В виде фотоаппаратов они используются профессиональными фотографами. Полупрофессиональные фотоаппараты часто предлагают дополнительный СЫРОЙ режим.

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

Интерфейс

Первые три модуля являются частью любой цифровой камеры. В интерфейс - это модуль, характеризующий камеру FireWire. Он основан на стандарте IEEE 1394, определенном организацией «Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике». Этот стандарт определяет автобус, который передает:

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

Он позволяет одновременно использовать до 63 различных устройств (камеры, сканеры, видеомагнитофоны, жесткие диски, DVD диски и т. д.).

Другие стандарты, называемые "протоколы "определяют поведение этих устройств. Камеры FireWire в основном используют один из следующих протоколов:

AV / C
AV / C означает «Управление аудио и видео» и определяет поведение устройств DV, например видеокамер и видеомагнитофонов. Это стандарт, определенный Торговой ассоциацией 1394 года. За это отвечает рабочая группа по аудио / видео.
DCAM
DCAM расшифровывается как «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 контрольно-измерительным приборам и промышленному контролю).
IIDC
IIDC часто используется как синоним DCAM.
СБП-2
SBP-2 означает «Протокол последовательной шины» и определяет поведение запоминающих устройств большой емкости, таких как жесткие диски. Это ANSI стандарт поддерживается NCITS.

Устройства, использующие один и тот же протокол, могут связываться 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 остальные. Пользователь может указать свое поведение с помощью:

  1. переключает вне камеры,
  2. шину FireWire, используя программное обеспечение или же
  3. гибрид первых двух случаев.

Фото камеры

Профессиональные и полупрофессиональные фотоаппараты, а особенно спинки цифровых фотоаппаратов, предлагают интерфейсы FireWire для передачи данных изображения и управления камерой.

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

Чтобы повысить эффективность работы в фотостудии, дополнительно можно управлять фотоаппаратами и цифровыми задними панелями через шину FireWire. Обычно производитель камеры не публикует протокол, используемый в этом режиме. Поэтому для управления камерой требуется специальное программное обеспечение, предоставляемое производителем камеры, которое в основном доступно для Macintosh и Windows компьютеры.

Видеокамеры

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

Большинство видеокамер обеспечивает вывод аудио- и видеоданных только через шину FireWire («DVout»). Кроме того, некоторые видеокамеры могут записывать аудио и видео данные («DVout / DVin»). Видеокамеры обмениваются данными с компьютерами и / или видеорегистраторами.

Специальные камеры

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

В зависимости от области применения их поведение значительно отличается от фото- и видеокамер:

  1. Их корпус небольшой и построен в основном из металла и не соответствует эстетическим, а скорее функциональным ограничениям дизайна.
  2. Подавляющее большинство специальных камер не имеют встроенной оптики, а имеют стандартное крепление объектива, называемое "C-крепление "или" CS-mount ". Этот стандарт используется не только в объективах, но и в микроскопах, телескопах, эндоскопах и других оптических устройствах.
  3. Вспомогательные средства записи, такие как автофокус или стабилизация изображения недоступны.
  4. В специальных камерах часто используются монохромные чипы CCD или CMOS.
  5. В специальных камерах часто не применяется режущий инфракрасный фильтр или оптические фильтры нижних частот, чтобы не повлиять на изображение.
  6. Специальные камеры выводят потоки данных изображения и отдельные изображения, которые снимаются с помощью внешнего спусковой крючок сигнал. Таким образом, эти камеры могут быть интегрированы в производственные процессы.
  7. Массовая память устройства недоступны, так как изображения должны быть более или менее немедленно проанализированы компьютером, подключенным к камере.
  8. Подавляющее большинство специальных камер управляется прикладным программным обеспечением, установленным на компьютере. Поэтому у камер нет внешних переключателей.
  9. Прикладное программное обеспечение редко доступно в готовом виде. Обычно его нужно адаптировать к конкретному применению. Поэтому производители камер предлагают инструменты программирования, разработанные для их камер. Если камера использует стандартный протокол DCAM (IIDC), его также можно использовать со сторонним программным обеспечением. Много промышленных компьютеров и встроенные системы совместимы с DCAM (IIDC) протокол (см. Структура / Интерфейс и Обмен данными с компьютерами ).

По сравнению с фото- или видеокамерами эти специальные камеры очень просты. Однако изолированно использовать их не имеет смысла. 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 это следующие данные:

  • Файлы изображений и аудио (протокол: СБП-2 )
  • Потоки изображений и аудиоданных (протокол: AV / C или же DCAM (IIDC) )
  • Параметры для управления камерой (протокол: AV / C или же DCAM (IIDC) )
Обмен данными между камерами FireWire и компьютерами
Слева: система для конкретной 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 для конкретных компаний. Некоторые специалисты предлагали интерфейсные платы и водители, которые были доступны только их прикладному программному обеспечению. Следуя этому подходу, за протокол отвечает прикладное программное обеспечение. Поскольку это решение очень эффективно использует вычислительные ресурсы, оно по-прежнему используется в узкоспециализированных промышленных проектах. Эта стратегия часто приводит к проблемам при использовании других устройств FireWire, например жестких дисков. В открытых системах этот недостаток отсутствует.

Открытые системы основаны на модель слоя. Поведение отдельных слоев (интерфейсная плата, драйвер низкого уровня, драйвер высокого уровня и API ) следует ограничениям соответствующего производителя операционной системы. Прикладному программному обеспечению разрешен доступ к API операционной системы, но он никогда не должен обращаться к какому-либо уровню ниже. В случае камер FireWire за протокол отвечают драйверы высокого уровня. Драйверы низкого уровня и интерфейсные платы приводят в действие определения стандарта IEEE 1394. Преимущество этой стратегии - простая реализация прикладного программного обеспечения, которое не зависит от оборудования и конкретных производителей.

В частности, в области фотоаппаратов и специальных камер используются гибриды между открытыми системами и системами для конкретных компаний. Интерфейсные платы и низкоуровневые драйверы обычно соответствуют стандарту, а уровни, указанные выше, зависят от компании.

Основная характеристика открытых систем - это использование API-интерфейсов не производителей оборудования, а API-интерфейсов операционной системы. Для Apple и Microsoft тема «изображение и звук» имеет большое значение. Согласно их API - QuickTime и DirectX - очень хорошо известны. Однако в общественном восприятии они сводятся к воспроизведению аудио и видео. Фактически, 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:

Доступ к камерам FireWire в Linux
Фото камеры
Фотокамеры обычно используют инфраструктуру Linux для запоминающих устройств. Одно из типичных приложений - digiKam.
Видеокамеры
Доступ к видеокамерам осуществляется через различные API. Изображение справа показывает доступ к программе для редактирования видео. Кино к libavc1394 API. Kino также обращается к другим API, которые не показаны на изображении, чтобы упростить дело.
Специальные камеры
Самый важный API для специальных камер - это libdc1394. Изображение справа показывает доступ к прикладному программному обеспечению. Кориандр к этому API. Coriander управляет камерами FireWire на основе протокола DCAM (IIDC) и приобретает их образы.

Чтобы упростить использование video4linux и специальных API, мета API unicap была разработана. Он покрывает их кусочки с помощью простой модели программирования.

Системная интеграция

Часто камеры FireWire являются лишь винтиком в более крупной системе. Обычно системный специалист использует несколько различных компонентов для решения конкретной проблемы. Для этого есть два основных подхода:

  1. Задача достаточно интересна для группа пользователей. Типичным индикатором этой ситуации является доступность прикладного программного обеспечения в готовом виде. Студийная фотография - тому пример.
  2. Рассматриваемая проблема представляет интерес только для частности заявление. В таких случаях обычно нет прикладного программного обеспечения. Следовательно, он должен быть написан системным специалистом. Примером может служить измерение стального листа.

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

Однако в контексте реализация В прикладном программном обеспечении есть особенность, характерная для камер FireWire. Это наличие стандартизированных протоколов, таких как AV / C, DCAM, IIDC и СБП-2 (см. Структура / Интерфейс и Обмен данными с компьютерами ). Используя эти протоколы, программное обеспечение написано независимо от конкретной камеры и производителя.

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

Смотрите также

внешняя ссылка