淺析高清IP攝像機芯片技術(shù)方案搭配

在安防監(jiān)控中視頻圖像的高解析度、低噪聲、高敏感度、寬動態(tài)范圍、低影像失真、低照度及實時性等是IP攝像機的主要評價技術(shù)參數(shù)，所以在IP攝像機的設(shè)計中影響這幾個主要技術(shù)參數(shù)的視頻圖像采集部分，視頻信號處理部分及視頻編碼壓縮部分等就成為IP攝像機的關(guān)鍵。

視頻圖像采集部分主要為CMOS或CCD圖像傳感器實現(xiàn)對影像信號的光電轉(zhuǎn)換。視頻信號處理部分即ISP部分，主要功能包括對采集的圖像進行bayer型到RGB型等彩色信號恢復(fù)，RGB到Y(jié)UV色彩空間轉(zhuǎn)換，3A處理(自動白平衡、自動曝光、自動聚焦)，圖像的伽瑪校正，圖像剪裁，色度、對比度、亮度的控制等。視頻編碼壓縮部分主要為將海量數(shù)據(jù)原始視頻信號編碼壓縮成有利于傳輸與存儲并能最大限度保真還原圖像信息的數(shù)字視頻處理部分。

目前針對于這三個主要關(guān)鍵點的IP攝像機芯片的搭配主要集中在以下三個方案。

第一種方案采用ISP部分與視頻編碼壓縮部分為分開的芯片處理方式。ISP部分可采用專用的ISP芯片如：nextchip的NVP2400芯片，也可采用FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)進行視頻圖像處理。視頻編碼壓縮部分可采用專用集成芯片進行硬件的編碼壓縮或集成編碼壓縮模塊的數(shù)字多媒體處理器等。

第二種方案采用ISP部分與視頻編碼壓縮部分集成在一起的單芯片處理方式，如海思的HI3516、HI3517芯片，NXP的ASC886X/ASC885X系列芯片，TI的TMS320DM814xDaVinci數(shù)字媒體處理器芯片等，此類芯片還集成了豐富的外圍擴展接口，提供足夠的硬件資源支持。

第三種方案采用FPGA等芯片實現(xiàn)視頻信號處理及編碼功能，此方案一般設(shè)計比較復(fù)雜開發(fā)難度較大，而且成本往往較高，圖像質(zhì)量難以保證。

視頻圖像采集部分

視頻圖像采集部分的傳感器分CCD與CMOS兩種類型。兩者之間的工作機理不同，CCD圖像傳感器生產(chǎn)過程復(fù)雜、成本高、功耗大、但擁有高信噪比、寬動態(tài)范圍、高電荷轉(zhuǎn)換效率和高輸出圖像質(zhì)量的優(yōu)點，而CMOS圖像傳感器的最大優(yōu)點是功耗低、成本低、電路結(jié)構(gòu)簡單、集成度高。隨著技術(shù)水平的不斷進步，CMOS圖像傳感器的性能正在逐漸接近和超越CCD。

因此在高清IP攝像機中圖像傳感器的選擇還是以CMOS為主。

針對高清與全高清攝像機，CMOS現(xiàn)在常用的芯片包括：

APTINA：MT9P031(5M@12)、MT9P006(5M@12)、AR0331(3M,WDR)、9M034(720P,WDR);

OMNIVISION：OV2715(2M)、OV5656(5M)、OV10633(720P,WDR)、OV9715/2(720P);

PANASONIC：MN34031(LOWLIGHT,720P/30WDR,720P/60)、MN34041(LOWLIGHT,1080P/30,1080P/30WDR,1080P/60);

SONY：IMX035(LOWLIGHT,720P/30,720P/60).IMX036(LOWLIGHT,1080P/30,1080P/60)、IMX122(LOWLIGHT,1080P/30,1080P/30WDR,1080P/60;

ALTANSENS：3372E。

不同CMOS芯片之間，圖像采集的幀率、寬動態(tài)范圍、圖像輸出的格式、最低照度、信噪比、芯片集成度、圖像信號輸出的接口等也不盡相同、這樣在IP攝像機芯片搭配方面就產(chǎn)生不同像素如200萬像素、300萬像素、500萬像素，不同寬動態(tài)范圍，不同照度等級的IP攝像機。

視頻圖像信號處理部分

由于CMOS芯片圖像信號輸出接口的不同，如8/12/16bitparallelDVP接口，lvdsserialdataHISPI接口。輸出的數(shù)據(jù)格式也不同，如BAYER型的RGBRAWDATA，或經(jīng)過部分圖像預(yù)處理的YUV數(shù)據(jù)，這樣就要求后端連接的圖像處理ISP芯片能夠支持前端輸出接口與輸出格式CMOS芯片。有的如果選擇的ISP芯片不支持前端數(shù)據(jù)接口，還需要再外接中間的專用接口轉(zhuǎn)換芯片或FPGA邏輯芯片。

在采用第一種方案中，選擇專用的ISP處理芯片，如Nextchip的高清多功能ISPNVP2400，該芯片可支持1.3M/2M像素視頻圖像傳感器，直接接收RAW視頻信號或者LVDS信號，經(jīng)過視頻圖像處理后，芯片可以輸出復(fù)合模擬信號和BT656/BT1120/YC16bits視頻數(shù)據(jù)流。與某些僅支持單一圖像傳感器的專用ISP芯片不同，它可與多款圖像傳感器進行無縫連接，包括Panasonic的MN34031PL，Sony的IMX036LQR/LLR，Aptina的MT9P031，Omnivision的Ov2715等系列CMOS。

NVP2400支持多種視頻圖像處理功能，其中有3A處理、鏡頭畸形校正(LSC)處理、亮度自適應(yīng)ACCE即寬動態(tài)、2D/3D數(shù)字降噪、壞點檢測DPC、假色修正、色滾抑制、64視頻圖像編碼壓縮部分

視頻圖像的編碼壓縮部分，現(xiàn)主流的視頻編碼壓縮包括：H.264baseline/main/highprofile編碼，MPEG4SP編碼，MJPEG/JPEGbaseline編碼等，在第二方案中所提到的HISILICON的HI3516、HI3517芯片，NXP的ASC886X/ASC885X系列芯片，TI的TMS320DM814xDaVinci數(shù)字媒體處理器芯片等都支持主流視頻編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)。支持多碼流實時編碼能力方面HI3516能支持到1080P@30fps+D1@30fps+CIF@30fps+QVGA@30fps+1080pJPEG抓拍1fps或720P@60fps+D1@30fps+CIF@30fps+QVGA@30fps+720pJPEG抓拍1fps，HI3517能支持到1080P@60fps+VGA@30fps+1080pJPEG抓拍1fps.ASC886X的編碼壓縮能力達到1080p/60H.264Highprofile+1080p/40MJPEG，其中ASC8860支持單圖像傳感器，1080p/60的實時視頻流編碼，ASC8861支持單圖像傳感器,1080p/60+720p/60的實時雙碼流視頻編碼，ASC8862支持雙圖像傳感器,2x1080p/60的實時視頻流編碼。

其他的TI的TMS320DM814xDAVINCI數(shù)字媒體處理器同時支持現(xiàn)主流視頻編碼與智能視頻分析。

上述的幾種多媒體處理器都集成了ISP視頻圖像處理模塊，在采用第一種方案時，可采用專用的外部ISP芯片與這些多媒體處理器進行高清IP攝像機芯片搭配設(shè)計，如200萬像IP攝像機：(OV2715/MN34041/IMX036/IMX122)+NVP2400+(HI3516/HI3517/ASC886X/ASC885X),同時也可直接利用這些多媒體處理器上的ISP模塊進行第二種方案的高清IP攝像機芯片搭配設(shè)計，如200萬像素或更高像素的IP攝像機：MT9P031/MT9P006/AR0331/MN34041/3372E等常用的CMOS芯片+HI3516/HI3517/ASC886X/ASC885X/DM814X等多媒體處理器。

結(jié)束語

通過對高清IP攝像機組成的大體介紹以及對IP攝像機三個主要部分芯片的不同選擇，我們可以實現(xiàn)符合不同場景下的多樣性的高清IP攝像機設(shè)計，而且隨著半導(dǎo)體技術(shù)、圖像智能分析技術(shù)、視頻編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及視頻監(jiān)控管理平臺技術(shù)等的日新月異，高清IP攝像機芯片的選擇與搭配將呈現(xiàn)更加的多樣化與簡單化。