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手机型智能录像录音机
项目技术研究报告

承办单位:
时间: 10月16日

一、 实现组成部件的技术思路
1、 外形结构
现代社会, 使用手机移动通讯, 非常普遍, 随处可见, 商场里各型手机琳琅满目, 比比皆是, 随着技术进步, 市场上大多手机已具备录像、 照像、 录音功能。将智能录音录像机外形设计成手机样式, 便于携带且基于大众对手机录像录音功能的认识, 在现场录像录音使用中可消除被访者的紧张情绪, 获取真实有效的实证。
2、 摄像机选型、 改造。
自从上世纪60年代末期, 美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后, 固体图像传感器便得到了迅速发展, 成为传感技术中的一个重要分支, 它是PC机多媒体不可缺少的外设, 也是监控中的核心器件。互补金属氧化物半导体( CMOS) 图像传感器与电荷耦合器件( CCD) 图像传感器的研究几乎是同时起步, 但由于受工艺水平限制, CMOS图像传感器存在图像质量差、 分辨率低、 噪声降不下来和光照灵敏度不够等缺点。CCD器件在光照灵敏度高、 噪音低等方面有优势, 但价格偏高。
现市场上带摄像、 照像功能的手机多采用CMOS摄像机。本次项目研究中, 出于对光照灵敏度, 清晰度的要求而选用平板CCD摄像机。为了能在狭小的空间中安装平板CCD摄像机和在低照度环境下成像, 我们对摄像机主板, 靶面、 镜头等部件进行重新设计制作, 使其在体积、 清晰度、 环境照度等方面满足要求。
3、 存储介质
现行录音、 录像存储介质主要有磁带、 硬盘、 闪存式。磁带录像机以磁带作为存储介质, 需要有高精度的、 复杂的机械伺服结构, 故体积较大, 耗电高, 价格高, 抗震差, 在当今数码产品大行其道时, 磁带存储已渐渐推出市场。硬盘存储以硬盘作为存储介质, 较闪存更能实现海量存储, 可存储低压缩比的高清晰数字视频, 但由于硬盘内高精度的机械结构, 故体积大, 耗电高且价格贵, 抗震差, 操作复杂。闪存方式主要依托各种存储卡, 多数采用SD卡, 是近年来随着MP4兴起而发展起来的新存储介质。其特点有( 1) 体积小, 重量轻; ( 2) 安全性高, 不会因为震动等外界因素造成损坏; ( 3) 功耗低, 电池续航能力强, 使用寿命长; ( 4) 容量易扩充, 可提供多种容量选择, 最大支持1G; ( 5) 价格低; 使用时, 将模拟视频数字化压缩, 存储在卡上, 数据经USP口读出。
本此研究, 考虑到体积小, 耗电省, 安全性高, 价格适中等多方面因数, 选用1GMiNiSD卡作为存储介质。
4、 模拟视频数字压缩方式
数字图像记录的技术原理: 首先对复合视频信号( PAL或者NSTC) 进行A/D转换, 将复合视频信号转换数字信号, 接下来对数字图像进行压缩编码, 再将压缩的数据进行存储。当前, 针对于不同的应用领域, 存在着多种图像压缩格式, 主要有MPEG-2, MPE-4, H.263, H.264等标准。MPEG-2主要应用在广电系统, 特点是图像清楚, 但数据量较大, 压缩率低。MPGE-4主要应用在数字存储和网络传输, 压缩率高, 但图像画质不如MPGE-2清晰。H.264是最新发展起来的标准, 在图像清晰度和压缩率两方面都很大提高, 在高清电视等方面已有所应用。本此研究从体积、 功耗、 存储, 芯片方案支持等多方面考虑, 选择采用MPEG-4压缩格式。
当前, MPEG-4芯片提供商很多, 如以德州仪器( Ti) 、 飞利浦为代表的CPU+DSP( 数字信号处理器) 方案; 以INTEL、 AMD公司为代表的通用CPU方案; 基于双CPU方案和基于MCU( 微控制器) 方案。本此研究, 从价格, 开发经验, 时间周期等方面考虑, 采用CPU+DSP方案, 数字产品的更新换代快, 为缩短生产时间, 由课题组拟定详细方案, 编写单片机程序, 电路板PCB设计后, 交拥有成熟表面焊接技术的生产厂家生产, 以求在最短的时间内拿出压缩主板样品。
二、 系统框图

系统框图
该项目由以下几部分组成: 视、 音频采集, 视/音频模/数转换, 数字视/音频编解码, 信号存储, CPU控制, 操作及出错报警电路, 按键/遥控控制电路, USB接口, 电源管理。

三、 各功能部件研制及软件设计
1、 视/音频采集
该部分功能是经过平板CCD摄像机将外界二维的光学图像信息转换为适宜处理和传输的一维电信号; 经过高灵敏度麦克风将声音信号转换为电信号。
本此研究, 考虑到要在手机狭窄的空间安装, 在满足高清晰的要求下, 对摄像机及镜头体积要求很高, 故对平板摄像机及镜头进行了特别设计制造, 主要特点是设计超小超薄型针孔镜头和对CCD平板摄像机采用靶面分离技术。其性能技术参数: 最低照度: 0.2LUX(F=2.0)
焦距: 2.8mm
视场角: 50°左右
清晰度: 350线
采用专业高灵敏度麦克风, 音频信号经高保真放大输入至A\D转换电路。
2、 视/音频A/D转换及压缩编码与存储
该部分是数字化处理的核心, 在CPU控制下, 采用MPEG-4算法, DSP电路对数字视/音频信号压缩编码, 使其成为二值或多值的数字信号流。
在该部分研究工作中, 首先, 我们经过对芯片提供商提供的方案消化吸收, 对标准算法进行了修改, 并协同外携单位共同解决了数字压缩存储过程中, 低照度黑白图像及快速移动不稳定图像无法记录问题, 图像中断自动恢复录像问题, 在此过程中投入了大量时间和人力。
其次, 为最大限度地提高CPU和相关硬件处理速度, 且确保系统稳定性不受影响, 我们对硬件资源进行充分挖掘, 使原有1Mbit/s的码率, 提高到了2Mbit/s, 大大提高了移动图像的记录清晰度。
最后, 为了压缩体积, 采取高密度PCB设计, 由此带来的器件间的相互干扰, 电磁干扰, 也是需解决的主要问题。经过对模拟、 数字电路部分供电电源的单独隔离及单点公地等技术得以解决。
3、 按键操作控制及出错报警
立足于实际使用需要, 该设备开/关机、 录像、 录音等主要功能采用键控方式操作, 用振动及LED发光提示每项操作正确与否。CPU自动检测电池电量和存储卡容量, 不足经过振动方式提示。
4、 USB接口
考虑尽可能减少接口, 故经过一个USB接口完成充电和数据读出功能。
5、 软件流程
在产品设计指导思想的指导下, 先确定主程序, 再根据实际操作使用, 确定按键控制操作程序, 项目研制过程中, 软件修改达数十次之多, 具体流程图如下:
主程序流程图

按键操作流程图

四、 技术创新
1、 对CCD摄像机采用靶面分离技术, 在保持清晰度的前提下, 设计超薄锥形镜头, 使CCD摄像机厚度减小。
2、 对MPEG－4图像压缩算法进行改进, 使能够记录低照度黑白图像和高速移动时不稳定图像。
3、 对DSP( 数字信号处理器) 硬件进行充分挖掘, 尽可能提高图像清晰度, 提高存储容量。研发过程中, 发现对于移动图像记录, 系统原有1Mbit/s的码率不能满足要求, 为了使移动视频记录达到现场录像需求, 经过挖掘系统资源, 将码率提高到了2Mbit/s, 极大提高了移动图像的记录清晰度。
4、 在高密度PCB设计中, 采用元件合理分布, 模拟电路、 数字电路分部多次隔离, 克服电磁干扰问题。

五、 功能及技术指标
详见附件中, 产品企业标准。

六、 产品检测