三大高清攝像機芯片方案應(yīng)用簡析

隨著安防監(jiān)控行業(yè)市場的高速發(fā)展，對于監(jiān)控系統(tǒng)而言，早在前幾年，高清只是一個全新的技術(shù)概念，通過幾年來研發(fā)人員的不懈努力，整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)，包括從圖像采集、轉(zhuǎn)換、壓縮、傳輸、存儲、控制、顯示等都得到了質(zhì)的提升。而對整個視頻監(jiān)控系統(tǒng)而言，前端圖像采集設(shè)備即攝像機是整個系統(tǒng)的核心，只有前端保證了高清，整套系統(tǒng)的高清才不會是空中樓閣，不僅如此，在高清化的同時，各大廠商結(jié)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人們的視野。

當前市場情況，高清監(jiān)控系統(tǒng)大致分為三條主線，分別是960H模擬攝像機、HD-SDI數(shù)字高清攝像機、百萬高清網(wǎng)絡(luò)攝像機。下面，我們將簡單探討一下各主要方案的芯片方案。

960H模擬攝像機

模擬監(jiān)控時代，清晰度從最早的380線發(fā)展到420線、480線，再到540線、600線、到如今的960H方案，這些演變是歷經(jīng)了市場的洗禮和用戶的需求提升。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態(tài)效果，以滿足特殊場合場景的應(yīng)用，一般金融行業(yè)對此有較高的需求，如自動取款機場景。景陽依此方案而研發(fā)的59/50系列寬動態(tài)機型，在輸出高清的同時，將寬動態(tài)范圍做到100dB以上，實現(xiàn)了在各種逆光或者背光環(huán)境下，依然清晰可見畫面中的前景和背景。同時結(jié)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，配備可移動紅外濾光片，實現(xiàn)真正的日夜監(jiān)控，多級的OSD菜單，可調(diào)節(jié)攝像的各個不同參數(shù)以滿足不同應(yīng)用場景的需求。此種方案以景陽的59/30系列攝像機為代表，廣泛應(yīng)用在要求高清畫質(zhì)的場所，如平安城市、交通、金融、教育、監(jiān)獄、礦業(yè)、電力等行業(yè)場所。

HD-SDI數(shù)字高清攝像機HD-SDI攝像機

屬于高清監(jiān)控的快速發(fā)展領(lǐng)域，有著他自身一些優(yōu)勢，首先由于其實現(xiàn)了真正的數(shù)字高清的同時，保留了原有模擬系統(tǒng)的簡單易用特點，在舊有模擬監(jiān)控系統(tǒng)框架上非常容易替換，施工人員無需培訓，可輕松上手。其次，SDI(serialdigitalinterface)接口是一種數(shù)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，殼方便接入任何廠家提供的HD-DVR設(shè)備，在實際項目中有較大的選擇空間，同時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(shù)字高清攝像機有高質(zhì)量的低延時特性，這一特性填補了特殊市場的需求，例如審訊系統(tǒng)。HD-SDI監(jiān)控不采用網(wǎng)絡(luò)來傳輸，不會產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)帶寬帶來的延時問題，高質(zhì)量的傳輸線材可做到30~50ms的低延時，這在監(jiān)控系統(tǒng)來講，可稱之為無延時的實時圖像，另一方面，HD-SDI攝像機沒有做壓縮編碼處理，可做到無損輸出，在畫面細節(jié)表現(xiàn)上更加出色，同時也減少的因壓縮編碼帶來的耗時問題。

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兩種類型，但就目前市場產(chǎn)品形態(tài)看來，更多的是選在高分辨率的CMOS來作為前端信號采集，例如景陽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(tǒng)CMOS感光元件的感光度。ExmorRCMOS采用了和普通方法相反、向沒有布線層的一面照射光線的背面照射技術(shù)，由于不受金屬線路和晶體管的阻礙，開口率(光電轉(zhuǎn)換部分在一個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，我們同時也應(yīng)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?shù)臄?shù)據(jù)量很大，導致實際應(yīng)用受阻，目前的傳輸線材大多做到100~150米左右，要更遠的距離需要額外增加中端設(shè)備。另一方面，后端配套設(shè)備的短缺，作為實際項目的應(yīng)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(shè)備，才能充分體現(xiàn)HD-SDI的高清優(yōu)勢，無疑這些配套設(shè)備將會大大提高整套應(yīng)用方案的成本費用。隨著市場對HD-SDI的接受以及成本的減低，HD-SDI才會形成自己的發(fā)展之道。

百萬高清網(wǎng)絡(luò)攝像機

高清網(wǎng)絡(luò)攝像機相對大家來家都已經(jīng)不陌生了，這兩年的廣泛應(yīng)用，一個完整的高清網(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，每個模塊都扮演著重要角色。

圖像傳感器是攝像機的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為CCD和CMOS兩大類。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圖像采集并轉(zhuǎn)換成后端ISP可用的電信號。

這些CMOSsensor在低照度、寬動態(tài)、高像素等方面各具特色，深圳市景陽科技股份有限公司與這些sensor廠家保持著緊密的深度合作關(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用來匹配不同廠商的圖像傳感器。ISP的優(yōu)異在整個攝像機產(chǎn)品中很重要，應(yīng)當說它直接影響呈現(xiàn)給用戶的影響畫質(zhì)的優(yōu)劣。圖像經(jīng)過圖像經(jīng)過CCD或者CMOS的采集后，需要經(jīng)過后期的處理才可以較好的適應(yīng)不同的環(huán)境，在不同的光學條件下都能較好的還原出現(xiàn)場細節(jié)。在ISP中它會完成我們常常提及的2A(AWB/AE，自動白平衡/自動曝光)或者3A(AWB/AE/AF，自動白平衡/自動曝光/自動聚焦)，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)攝像機的重點部分即在于后端壓縮編碼部分，首先我們來了解壓縮處理和數(shù)字視頻轉(zhuǎn)換的概念。ISP將前端圖像傳感器信號處理后，一般會以BT.656/BT.1120/YUV4:2：2等數(shù)字接口格式傳輸?shù)胶蠖颂幚硇酒?。壓縮處理器(SoC或DSP)可以將視頻信號以H.264/MPEG-4/MJPEG算法進行編碼壓縮，然后通過內(nèi)建的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)信號進行傳輸給用戶。高清攝像機中的壓縮編碼芯片DSP市場上常見的廠商有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。可以預見，未來的這些高清攝像機DSP芯片的發(fā)展將會在功耗、編碼性能、ISP、智能分析這幾個方面做技術(shù)突破來尋求發(fā)展，那么將會帶動高清攝像機產(chǎn)品的發(fā)展。

結(jié)束語

高清攝像機的相關(guān)芯片解決方案正在高速發(fā)展，市場對高清監(jiān)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(yīng)當根據(jù)市場需求和是實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。