三大高清攝像機芯片方案應用簡(jiǎn)析

隨著(zhù)安防監控行業(yè)市場(chǎng)的高速發(fā)展，對于監控系統而言，早在前幾年，高清只是一個(gè)全新的技術(shù)概念，通過(guò)幾年來(lái)研發(fā)人員的不懈努力，整個(gè)視頻監控系統，包括從圖像采集、轉換、壓縮、傳輸、存儲、控制、顯示等都得到了質(zhì)的提升。而對整個(gè)視頻監控系統而言，前端圖像采集設備即攝像機是整個(gè)系統的核心，只有前端保證了高清，整套系統的高清才不會(huì )是空中樓閣，不僅如此，在高清化的同時(shí)，各大廠(chǎng)商結合自己行業(yè)技術(shù)沉淀，網(wǎng)絡(luò )化和智能化等也逐漸走進(jìn)人們的視野。

當前市場(chǎng)情況，高清監控系統大致分為三條主線(xiàn)，分別是960H模擬攝像機、HD-SDI數字高清攝像機、百萬(wàn)高清網(wǎng)絡(luò )攝像機。下面，我們將簡(jiǎn)單探討一下各主要方案的芯片方案。

960H模擬攝像機

模擬監控時(shí)代，清晰度從最早的380線(xiàn)發(fā)展到420線(xiàn)、480線(xiàn)，再到540線(xiàn)、600線(xiàn)、到如今的960H方案，這些演變是歷經(jīng)了市場(chǎng)的洗禮和用戶(hù)的需求提升。目前模擬高清主要以960H為主，前端圖像傳感器主要以類(lèi)似ICX663和ICX673，以及ICX811、ICX679等可達960H的水平像素的sensor為主，這些傳感器的有效像素都可做到976(H)×582(V)。而后端大多以Sony的EFFIO系列為主，通常以ICX663搭配EFFIO-P的方式，做成寬動(dòng)態(tài)的機型，這種搭配方式主要是為提升攝像機的整體寬動(dòng)態(tài)效果，以滿(mǎn)足特殊場(chǎng)合場(chǎng)景的應用，一般金融行業(yè)對此有較高的需求，如自動(dòng)取款機場(chǎng)景。景陽(yáng)依此方案而研發(fā)的59/50系列寬動(dòng)態(tài)機型，在輸出高清的同時(shí)，將寬動(dòng)態(tài)范圍做到100dB以上，實(shí)現了在各種逆光或者背光環(huán)境下，依然清晰可見(jiàn)畫(huà)面中的前景和背景。同時(shí)結合2D/3D降噪，將混雜在視頻信號中的雜波信號濾除，做到了畫(huà)面的干凈細膩，在行業(yè)中處于領(lǐng)先水平。另外一種方式是ICX673搭配EFFIO-E的方案，增強版的EFFIO-E是Sony基于960H推出的高清解決方案，在完全兼容舊版本的情況下，增加了諸如透霧、多級OSD菜單等功能，圖像效果更加清晰細膩，配備可移動(dòng)紅外濾光片，實(shí)現真正的日夜監控，多級的OSD菜單，可調節攝像的各個(gè)不同參數以滿(mǎn)足不同應用場(chǎng)景的需求。此種方案以景陽(yáng)的59/30系列攝像機為代表，廣泛應用在要求高清畫(huà)質(zhì)的場(chǎng)所，如平安城市、交通、金融、教育、監獄、礦業(yè)、電力等行業(yè)場(chǎng)所。

HD-SDI數字高清攝像機HD-SDI攝像機

屬于高清監控的快速發(fā)展領(lǐng)域，有著(zhù)他自身一些優(yōu)勢，首先由于其實(shí)現了真正的數字高清的同時(shí)，保留了原有模擬系統的簡(jiǎn)單易用特點(diǎn)，在舊有模擬監控系統框架上非常容易替換，施工人員無(wú)需培訓，可輕松上手。其次，SDI(serialdigitalinterface)接口是一種數字分量串行接口，是SMPTE制定的一種廣播級信號標準，HD-DSI作為其中一種，同樣采用BNC接口走視頻同軸線(xiàn)輸出，或者光纖傳輸。采用標準的傳輸接口，具有良好的兼容性，殼方便接入任何廠(chǎng)家提供的HD-DVR設備，在實(shí)際項目中有較大的選擇空間，同時(shí)對于后期維護替換等方面也較方便，這一優(yōu)勢是目前高清網(wǎng)絡(luò )攝像機不可比擬的。最后，HD-SDI數字高清攝像機有高質(zhì)量的低延時(shí)特性，這一特性填補了特殊市場(chǎng)的需求，例如審訊系統。HD-SDI監控不采用網(wǎng)絡(luò )來(lái)傳輸，不會(huì )產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò )帶寬帶來(lái)的延時(shí)問(wèn)題，高質(zhì)量的傳輸線(xiàn)材可做到30~50ms的低延時(shí)，這在監控系統來(lái)講，可稱(chēng)之為無(wú)延時(shí)的實(shí)時(shí)圖像，另一方面，HD-SDI攝像機沒(méi)有做壓縮編碼處理，可做到無(wú)損輸出，在畫(huà)面細節表現上更加出色，同時(shí)也減少的因壓縮編碼帶來(lái)的耗時(shí)問(wèn)題。

當前HD-SDI攝像機主流分辨率為1280x720、1920x1080，而前端傳感器有CCD和CMOS兩種類(lèi)型，但就目前市場(chǎng)產(chǎn)品形態(tài)看來(lái)，更多的是選在高分辨率的CMOS來(lái)作為前端信號采集，例如景陽(yáng)科技股份有限公司的HD-SDI解決方案采用的是SonyExmorRCMOS背照技術(shù)的感光元件，改善了傳統CMOS感光元件的感光度。ExmorRCMOS采用了和普通方法相反、向沒(méi)有布線(xiàn)層的一面照射光線(xiàn)的背面照射技術(shù)，由于不受金屬線(xiàn)路和晶體管的阻礙，開(kāi)口率(光電轉換部分在一個(gè)像素中所占的面積比例)可提高至近100%。與其以往1.75μm間隔的表面照射產(chǎn)品相比，背面照射產(chǎn)品在信噪比上具有很大優(yōu)勢。

但是，我們同時(shí)也應看到HD-SDI高清攝像機發(fā)展的制約的一面，首先傳輸距離上，由于其本身傳輸的數據量很大，導致實(shí)際應用受阻，目前的傳輸線(xiàn)材大多做到100~150米左右，要更遠的距離需要額外增加中端設備。另一方面，后端配套設備的短缺，作為實(shí)際項目的應用，必須要配備完善的HD-SDI光端機，SDI-DVR、HD-SDI視頻矩陣、顯示大屏等等配套設備，才能充分體現HD-SDI的高清優(yōu)勢，無(wú)疑這些配套設備將會(huì )大大提高整套應用方案的成本費用。隨著(zhù)市場(chǎng)對HD-SDI的接受以及成本的減低，HD-SDI才會(huì )形成自己的發(fā)展之道。

百萬(wàn)高清網(wǎng)絡(luò )攝像機

高清網(wǎng)絡(luò )攝像機相對大家來(lái)家都已經(jīng)不陌生了，這兩年的廣泛應用，一個(gè)完整的高清網(wǎng)絡(luò )攝像機芯片方案包括圖像傳感器模塊，圖像處理模塊(ISP)，網(wǎng)絡(luò )攝編碼壓縮模塊，每個(gè)模塊都扮演著(zhù)重要角色。

圖像傳感器是攝像機的重要組成部分。根據元件的不同，可分為CCD和CMOS兩大類(lèi)。如SONY的ICX445、ICX274、IMX036/136，Aptina的MT9M034、AR0130、MT9P006，Omnivison的OV2715等等。圖像傳感器的作用是將光學(xué)圖像采集并轉換成后端ISP可用的電信號。

這些CMOSsensor在低照度、寬動(dòng)態(tài)、高像素等方面各具特色，深圳市景陽(yáng)科技股份有限公司與這些sensor廠(chǎng)家保持著(zhù)緊密的深度合作關(guān)系，圖像信號處理器ISP(ImageSignalProcessor)的主要作用是對前端圖像傳感器輸出的信號做后期的處理。不同的ISP用來(lái)匹配不同廠(chǎng)商的圖像傳感器。ISP的優(yōu)異在整個(gè)攝像機產(chǎn)品中很重要，應當說(shuō)它直接影響呈現給用戶(hù)的影響畫(huà)質(zhì)的優(yōu)劣。圖像經(jīng)過(guò)圖像經(jīng)過(guò)CCD或者CMOS的采集后，需要經(jīng)過(guò)后期的處理才可以較好的適應不同的環(huán)境，在不同的光學(xué)條件下都能較好的還原出現場(chǎng)細節。在ISP中它會(huì )完成我們常常提及的2A(AWB/AE，自動(dòng)白平衡/自動(dòng)曝光)或者3A(AWB/AE/AF，自動(dòng)白平衡/自動(dòng)曝光/自動(dòng)聚焦)，目前主流的做法都是將ISP集成在DSP部分，例如TI的TMS320DM368、DM369、DM385等解決方案，海思的Hi3516、Hi3517、Hi3518等系列。

網(wǎng)絡(luò )攝像機的重點(diǎn)部分即在于后端壓縮編碼部分，首先我們來(lái)了解壓縮處理和數字視頻轉換的概念。ISP將前端圖像傳感器信號處理后，一般會(huì )以BT.656/BT.1120/YUV4:2：2等數字接口格式傳輸到后端處理芯片中。壓縮處理器(SoC或DSP)可以將視頻信號以H.264/MPEG-4/MJPEG算法進(jìn)行編碼壓縮，然后通過(guò)內建的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)以TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò )信號進(jìn)行傳輸給用戶(hù)。高清攝像機中的壓縮編碼芯片DSP市場(chǎng)上常見(jiàn)的廠(chǎng)商有Ti(德州儀器)、Ambarella(安霸)、Hislicon(海思半導體)、NXP(恩智浦半導體)等。不同廠(chǎng)家的硬件壓縮處理器擁有各自的特性，比如低功耗、高性能、高視頻壓縮質(zhì)量、高壓縮比等。景陽(yáng)科技股份有限公司目前主要采用TI的解決方案，如上文提到的TI的TMS320DM368、DM369、DM385等解決方案,這些DSP都可做到1080P@30fps，DM386甚至可以達到H.264(HighProfie)1080P@60fps+H.264(HighProfie)D1@30fps+MJPEG720p@30fps的整體編碼能力?？梢灶A見(jiàn)，未來(lái)的這些高清攝像機DSP芯片的發(fā)展將會(huì )在功耗、編碼性能、ISP、智能分析這幾個(gè)方面做技術(shù)突破來(lái)尋求發(fā)展，那么將會(huì )帶動(dòng)高清攝像機產(chǎn)品的發(fā)展。

結束語(yǔ)

高清攝像機的相關(guān)芯片解決方案正在高速發(fā)展，市場(chǎng)對高清監控產(chǎn)品的性能要求也在不斷提高，各種高清解決方案也層出不窮，我們應當根據市場(chǎng)需求和是實(shí)際項目選擇合適的高清解決方案，那么這就需要我們對攝像機的芯片有充分的了解和認識，只有充分了解，才能合理利用芯片的資源，做出有自我核心競爭力的產(chǎn)品。