簡析IP視頻監(jiān)控圖像處理芯片介紹及應(yīng)用

高清IPC的設(shè)計(jì)方案很多，但從架構(gòu)上來看，主要包括兩種：其一，采用CCD/CMOS傳感器作為圖像采集設(shè)備，配套提供實(shí)現(xiàn)圖像處理和編碼功能的SOC芯片;其二，采用前端攝像機(jī)模組作為圖像采集設(shè)備和一個通用的ASIC或DSP進(jìn)行編碼和傳輸。由于第一種架構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，廣泛被廠家采用。在圖像處理方面有三種實(shí)現(xiàn)方案...

高清監(jiān)控的要求

高清監(jiān)控意味著更大的數(shù)據(jù)量，無論對于編碼芯片、編碼算法、網(wǎng)絡(luò)傳輸及存儲系統(tǒng)都帶來的巨大的考驗(yàn)，而得益于這些相關(guān)領(lǐng)域的不斷突破，高清IP監(jiān)控已得以實(shí)現(xiàn)，并快速地發(fā)展和應(yīng)用。

根據(jù)SMPTE(美國電影電視工程師協(xié)會)標(biāo)準(zhǔn)，高清IP監(jiān)控系統(tǒng)需達(dá)到如下要求：

分辨率要求。即需要達(dá)到1280×720/逐行或1920×1080/隔行/逐行。

幀率能夠達(dá)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(xiàn)視頻的實(shí)時性、具有高圖像色彩的保真度、長寬比為16：9的格式成像效果。

高清IPC的設(shè)計(jì)方案很多，但從架構(gòu)上來看，主要包括兩種：其一，采用CCD/CMOS傳感器作為圖像采集設(shè)備，配套提供實(shí)現(xiàn)圖像處理和編碼功能的SOC芯片;其二，采用前端攝像機(jī)模組作為圖像采集設(shè)備和一個通用的ASIC或DSP進(jìn)行編碼和傳輸。由于第一種架構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，廣泛被廠家采用。在圖像處理方面有三種實(shí)現(xiàn)方案。

第一種方案采用專用的ISP處理芯片和編碼處理部分，該方案較靈活，采用專用的ISP芯片穩(wěn)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，且專用的ISP處理芯片穩(wěn)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(xiàn)信號處理及編碼功能，該方案靈活性最強(qiáng)，但是穩(wěn)定性差、成本最高、圖像質(zhì)量難于保證。

專用ISP方案設(shè)計(jì)靈活、性價比高、可以保證圖像的質(zhì)量，適用于高清IPC的設(shè)計(jì)。

ISP處理芯片

ISP(imagesignalprocessing)是指視頻信號處理芯片，一般通過專門的ASIC或者DSP加以實(shí)現(xiàn)。通常情況下，傳感器部分設(shè)置有內(nèi)嵌的圖像處理芯片以處理一些較簡單的功能，而較復(fù)雜的3A(即自動曝光、自動白平衡以及自動對焦)、WDR等功能，則必須通過后端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(yīng)用于1.3M/2M的HD-SDI攝像機(jī)、高清模擬攝像機(jī)及高清IPC的設(shè)計(jì)。其內(nèi)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，并具有定時器、PWM、中斷等功能，可與標(biāo)準(zhǔn)8051MCU兼容。

NVP2400可直接接收原始視頻信號或者LVDS信號，經(jīng)過ISP預(yù)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。

芯片特點(diǎn)分析

與某些僅支持單一Sensor的專用ISP芯片不同，它可與多款Sensor進(jìn)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支持多種圖像預(yù)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(diǎn)檢測DPC、假色修正、色滾抑制、64倍電子放大/畫中畫、日夜轉(zhuǎn)換、運(yùn)動偵測MD、隱私遮蔽、自定義OSD等功能，下面詳列幾項(xiàng)說明。

ACCE(adaptivecontrastandcolorenhancement)

ACCE(高對比度亮度/顏色自適應(yīng)功能)，是寬動態(tài)技術(shù)(WDR)的一種。NVP2400根據(jù)人眼對高亮度區(qū)域敏感的視覺特性，通過對高對比度及其邊緣部分亮度/顏色的有效調(diào)整，可以增強(qiáng)整個畫面的可視度。

DEFOG去霧化功能

Camera在有霧或下雨的環(huán)境中，圖像可能出現(xiàn)模糊不清，動態(tài)范圍下降的現(xiàn)象。因?yàn)樵谡Ｇ闆r下，Sensor可以接收多個層次的亮度，但是有霧情況下，圖像的亮度層次被霧遮蓋。NVP2400通過分析每個區(qū)域的亮度柱狀圖，改進(jìn)其亮度分布情況，可有效增強(qiáng)霧化圖像的寬動態(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，必須從周圍的像素進(jìn)行推測，補(bǔ)償信號的不足，稱為補(bǔ)間處理。與一般的雙線性插值算法不同，NVP2400采用了對角插值算法，可以消除由線性算法產(chǎn)生的圖像顏色失真，進(jìn)一步提高圖像細(xì)節(jié)的分辨能力。

2D/3D數(shù)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(xiàn)運(yùn)動物體時，NVP2400可根據(jù)前一幀圖像及當(dāng)前圖像像素間信息的對比，通過運(yùn)算有效地消除3D噪聲、鬼影及拖尾等現(xiàn)象。

結(jié)束語

對于安防的視頻監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用的高清IPC較傳統(tǒng)模擬攝像機(jī)、普通網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)具有更多優(yōu)勢，比如高清晰度、百萬像素級的傳感器、可以獲得更多的視頻信息，逐行掃描的CCD/CMOS技術(shù)可以讓畫中畫更清晰、自然流暢，沒有機(jī)械移動部件，更耐用，更大的視覺覆蓋范圍等。