簡(jiǎn)析IP視頻監控圖像處理芯片介紹及應用

高清IPC的設計方案很多，但從架構上來(lái)看，主要包括兩種：其一，采用CCD/CMOS傳感器作為圖像采集設備，配套提供實(shí)現圖像處理和編碼功能的SOC芯片;其二，采用前端攝像機模組作為圖像采集設備和一個(gè)通用的ASIC或DSP進(jìn)行編碼和傳輸。由于第一種架構設計靈活，廣泛被廠(chǎng)家采用。在圖像處理方面有三種實(shí)現方案...

高清監控的要求

高清監控意味著(zhù)更大的數據量，無(wú)論對于編碼芯片、編碼算法、網(wǎng)絡(luò )傳輸及存儲系統都帶來(lái)的巨大的考驗，而得益于這些相關(guān)領(lǐng)域的不斷突破，高清IP監控已得以實(shí)現，并快速地發(fā)展和應用。

根據SMPTE(美國電影電視工程師協(xié)會(huì ))標準，高清IP監控系統需達到如下要求：

分辨率要求。即需要達到1280×720/逐行或1920×1080/隔行/逐行。

幀率能夠達到全幀速。

具有更好的圖像色彩保真度。

16：9格式。

因此，高清IP不僅指傳感器有效像素的大幅度提高，而且實(shí)現視頻的實(shí)時(shí)性、具有高圖像色彩的保真度、長(cháng)寬比為16：9的格式成像效果。

高清IPC的設計方案很多，但從架構上來(lái)看，主要包括兩種：其一，采用CCD/CMOS傳感器作為圖像采集設備，配套提供實(shí)現圖像處理和編碼功能的SOC芯片;其二，采用前端攝像機模組作為圖像采集設備和一個(gè)通用的ASIC或DSP進(jìn)行編碼和傳輸。由于第一種架構設計靈活，廣泛被廠(chǎng)家采用。在圖像處理方面有三種實(shí)現方案。

第一種方案采用專(zhuān)用的ISP處理芯片和編碼處理部分，該方案較靈活，采用專(zhuān)用的ISP芯片穩定性好，能夠保證圖像的質(zhì)量。

第二種方案采用集成ISP的編碼芯片，該方案靈活性次于第一種方案，且專(zhuān)用的ISP處理芯片穩定性雖高，但圖像質(zhì)量一般、成本較高。

第三種方案采用FPGA等芯片實(shí)現信號處理及編碼功能，該方案靈活性最強，但是穩定性差、成本最高、圖像質(zhì)量難于保證。

專(zhuān)用ISP方案設計靈活、性?xún)r(jià)比高、可以保證圖像的質(zhì)量，適用于高清IPC的設計。

ISP處理芯片

ISP(imagesignalprocessing)是指視頻信號處理芯片，一般通過(guò)專(zhuān)門(mén)的ASIC或者DSP加以實(shí)現。通常情況下，傳感器部分設置有內嵌的圖像處理芯片以處理一些較簡(jiǎn)單的功能，而較復雜的3A(即自動(dòng)曝光、自動(dòng)白平衡以及自動(dòng)對焦)、WDR等功能，則必須通過(guò)后端ISP處理，以獲得良好的影像效果。

以Nextchip的高清多功能ISP芯片NVP2400為例，該芯片可應用于1.3M/2M的HD-SDI攝像機、高清模擬攝像機及高清IPC的設計。其內部集成8位快速8051MCU、64MSDRAM及片上X-RAM等。芯片有I2C、UART、SPI等通信接口，并具有定時(shí)器、PWM、中斷等功能，可與標準8051MCU兼容。

NVP2400可直接接收原始視頻信號或者LVDS信號，經(jīng)過(guò)ISP預處理后，芯片可以輸出復合模擬信號和BT656/BT1120/YC16bits視頻數據流。

芯片特點(diǎn)分析

與某些僅支持單一Sensor的專(zhuān)用ISP芯片不同，它可與多款Sensor進(jìn)行無(wú)縫連接，包括Panasonic的MN34031PL，Sony的IMX036LQR/LLR，Aptina的MT9P031，Omnivision的Ov2715等系列CMOS。

NVP2400支持多種圖像預處理功能，其中有3A處理、鏡頭畸形校正(LSC)處理、亮度自適應ACCE即寬動(dòng)態(tài)、2D/3D數字降噪、壞點(diǎn)檢測DPC、假色修正、色滾抑制、64倍電子放大/畫(huà)中畫(huà)、日夜轉換、運動(dòng)偵測MD、隱私遮蔽、自定義OSD等功能，下面詳列幾項說(shuō)明。

ACCE(adaptivecontrastandcolorenhancement)

ACCE(高對比度亮度/顏色自適應功能)，是寬動(dòng)態(tài)技術(shù)(WDR)的一種。NVP2400根據人眼對高亮度區域敏感的視覺(jué)特性，通過(guò)對高對比度及其邊緣部分亮度/顏色的有效調整，可以增強整個(gè)畫(huà)面的可視度。

DEFOG去霧化功能

Camera在有霧或下雨的環(huán)境中，圖像可能出現模糊不清，動(dòng)態(tài)范圍下降的現象。因為在正常情況下，Sensor可以接收多個(gè)層次的亮度，但是有霧情況下，圖像的亮度層次被霧遮蓋。NVP2400通過(guò)分析每個(gè)區域的亮度柱狀圖，改進(jìn)其亮度分布情況，可有效增強霧化圖像的寬動(dòng)態(tài)范圍。

ColorInterpolation色彩算法

由于Sensor使用的彩色濾光片的排列方式為拜爾排列，獲取信息中彩色信號不全，必須從周?chē)南袼剡M(jìn)行推測，補償信號的不足，稱(chēng)為補間處理。與一般的雙線(xiàn)性插值算法不同，NVP2400采用了對角插值算法，可以消除由線(xiàn)性算法產(chǎn)生的圖像顏色失真，進(jìn)一步提高圖像細節的分辨能力。

2D/3D數字降噪

降噪是Camera獲得高質(zhì)量圖像很重要的部分。NVP2400的2D降噪功能可以有效降低平面及邊緣噪聲。而在表現運動(dòng)物體時(shí)，NVP2400可根據前一幀圖像及當前圖像像素間信息的對比，通過(guò)運算有效地消除3D噪聲、鬼影及拖尾等現象。

結束語(yǔ)

對于安防的視頻監控領(lǐng)域應用的高清IPC較傳統模擬攝像機、普通網(wǎng)絡(luò )攝像機具有更多優(yōu)勢，比如高清晰度、百萬(wàn)像素級的傳感器、可以獲得更多的視頻信息，逐行掃描的CCD/CMOS技術(shù)可以讓畫(huà)中畫(huà)更清晰、自然流暢，沒(méi)有機械移動(dòng)部件，更耐用，更大的視覺(jué)覆蓋范圍等。