Камеры FireWire используют стандарт шины IEEE 1394 для передачи аудио , видео и данных управления. FireWire — торговая марка Apple Computer для стандарта IEEE 1394.
Камеры FireWire доступны в виде фотокамер и видеокамер , которые предоставляют изображения и аудиоданные . Особая форма видеокамер используется в областях промышленности, медицины , астрономии , микроскопии и науки . Эти специальные камеры не предоставляют аудиоданные.
Базовая структура камер FireWire основана на следующих шести модулях:
Камеры FireWire основаны на чипах CCD или CMOS . Светочувствительная область, а также пиксели этих чипов имеют небольшой размер. В случае камер со встроенной оптикой можно предположить, что оптика адаптирована к этим чипам.
Однако в областях профессиональной и полупрофессиональной фотографии , а также в области специальных камер часто используется сменная оптика. В этих случаях системный специалист должен адаптировать оптику и чип к приложению (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 являются фирменными.
Поскольку работа камеры FireWire зависит от электрических сигналов, модуль «захват сигнала» преобразует падающий свет , а также падающий звук в электроны . В случае света этот процесс выполняется ПЗС- или КМОП-чипом. Преобразование звука выполняется микрофоном .
Первый шаг оцифровки изображения происходит из структуры чипа CCD или CMOS. Он раскладывает изображение на пиксели. Если пиксель собрал много фотонов, он создает высокое напряжение. Если фотонов всего несколько, создается низкое напряжение. «Напряжение» — это аналоговое значение. Поэтому на втором шаге оцифровки напряжение должно быть преобразовано в цифровое значение с помощью аналого-цифрового преобразователя . Теперь доступно необработанное цифровое изображение.
Микрофон преобразует звук в напряжение. АЦП преобразует эти аналоговые значения в цифровые.
Создание цвета основано на цветовом фильтре, который расположен перед ПЗС или КМОП-чипом. Он бывает красным , зеленым или синим 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 «усиления сигнала» создает изображение, которое соответствует эстетическим требованиям . То же самое относится и к аудиоданным.
На последнем этапе модуль сжимает данные изображения и звука и выводит их - в случае видеокамер - как поток данных DV . В случае фотокамер могут выводиться 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 улучшения сигнала и, таким образом, выводят цифровые данные изображения в необработанном виде.
Некоторые специальные модели цветных камер способны выводить только необработанные цифровые данные изображения. Такие камеры называются ColorRAW или камерами Байера. Они часто используются 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, и поэтому пользователь может адаптировать их к конкретному приложению.
Первые три модуля являются частью любой цифровой камеры. Интерфейс — это модуль, который характеризует камеру FireWire. Он основан на стандарте IEEE 1283, определенном организацией «Институт инженеров по электротехнике и электронике». Этот стандарт определяет шину , которая передает:
Позволяет одновременно использовать до 74 различных устройств ( камеры , сканеры , видеорегистраторы , жесткие диски , DVD- приводы и т. д.).
Другие стандарты, называемые « протоколами », определяют поведение этих устройств. Камеры FireWire в основном используют один из следующих протоколов:
Устройства, использующие один и тот же протокол, могут взаимодействовать друг с другом. Типичным примером является соединение 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).
Управляющий модуль координирует другие. Пользователь может задать его поведение:
Профессиональные и полупрофессиональные фотокамеры, и особенно задние панели для цифровых камер , оснащены интерфейсами FireWire для передачи данных изображений и управления камерой.
Передача данных изображения основана на протоколе SBP-2 . В этом режиме камера ведет себя 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 реализовано управление фотокамерами и цифровыми задниками через шину 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 компьютеров Macintosh и Windows .
Хотя совместимость с шиной FireWire есть только у высококлассных фотокамер, 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 обеспечивают вывод аудио- и видеоданных только через шину FireWire («DVout»). Кроме того, некоторые видеокамеры способны записывать аудио- и видеоданные («DVout/DVin»). Видеокамеры обмениваются данными с компьютерами и/или видеорегистраторами.
В областях промышленности, медицины, астрономии, микроскопии и науки 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 на фирменных протоколах.
В силу своей области применения их поведение существенно отличается от фотокамер и видеокамер:
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).
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:
Если камера должна взаимодействовать с компьютером, этот компьютер должен иметь интерфейс FireWire и использовать протокол камеры. В старые времена камеры FireWire доминировали решения, специфичные для компании. Некоторые специалисты предлагали интерфейсные платы и драйверы , которые были доступны только их прикладному программному обеспечению. Следуя этому подходу, прикладное программное обеспечение отвечает за протокол. Поскольку это решение использует вычислительные ресурсы очень эффективно, оно по-прежнему используется в контексте узкоспециализированных промышленных проектов. Такая стратегия часто приводит к проблемам при использовании других устройств FireWire, например, жестких дисков. Открытые системы избегают этого недостатка.
Открытые системы основаны на модели слоев . 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 оно никогда не должно получать доступ к любому уровню ниже. В контексте камер FireWire драйверы высокого уровня отвечают за протокол. Драйверы низкого уровня и интерфейсные платы реализуют определения стандарта IEEE 1394. Преимуществом этой стратегии является простая реализация прикладного программного обеспечения, которая не зависит от оборудования и конкретных производителей.
Особенно в областях фотокамер и специальных камер используются гибриды между открытыми и фирменными системами. Интерфейсные платы и низкоуровневые драйверы обычно придерживаются стандарта, в то время как уровни выше являются фирменными.
Основная характеристика открытых систем — использование не API производителей оборудования, а API операционной системы. Для Apple и Microsoft тема «изображение и звук» имеет большое значение. Согласно их API, QuickTime и DirectX — очень известны. Однако в общественном восприятии они сводятся к воспроизведению аудио и видео. На самом деле, это мощные API, которые также отвечают за получение изображений.
Под Linux этот API называется video4linux. Он менее мощный, чем QuickTime и DirectX, поэтому существуют дополнительные API помимо video4linux:
Для упрощения использования video4linux и выделенных API был разработан мета-API unicap. Он охватывает их части с помощью простой модели программирования.
Часто камеры FireWire являются лишь шестеренкой в более крупной системе. Обычно системный специалист использует ряд различных компонентов для решения конкретной проблемы. Для этого есть два основных подхода:
Многие аспекты системной интеграции не связаны напрямую с камерами FireWire. Например, освещение оказывает очень сильное влияние на качество получаемых изображений. Это справедливо как для эстетических, так и для аналитических приложений.
Однако в контексте реализации прикладного ПО есть 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, ПО пишется независимо от конкретной камеры и производителя.
Оставив реализацию протокола операционной системе и предоставив доступ к набору API, можно разрабатывать программное обеспечение независимо от оборудования. Если, например, под Linux часть прикладного программного обеспечения использует API libdc1394 (см. Обмен данными с компьютерами), оно может получить доступ ко всем камерам FireWire, использующим протокол DCAM (IIDC). Использование API unicap дополнительно позволяет получить доступ к другим источникам видео, таким как фрейм-грабберы.