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博马娱乐数字图像处理之王:高清监控摄像机芯

  高清视频监控早在2008年就被业界提出,并一度成为行业内关注的热点。但由于当时的技术、成本和实际的客户需求等多种原因高清视频监控的市场实际上并未真正启动。然而从现在来看,高清视频监控已经从2010年的高清元年发展到现在,各个厂商已经把它作为重点产品技术发展方向,也同样作为市场推广的重点。

  把握行业的趋势,集成尖端科技的同时结合成熟项目应用推出了应用于各个行业领域的高清视频监控解决方案。具有高清化、网络化和智能化三种特征相结合的新一代视频监控技术作为现代化安防技术的典型代表,正在获得越来越多的关注和实际应用,它将逐步取代传统的视频监控技术,在社会面治安监控系统中发挥不可替代的作用。

  面对越来越大的市场,需求量的提升会带来更高性能和功能的需求,高清摄像机产品的核心芯片技术的革新和性能的提升对高清视频监控市场的状况将起到决定性作用。

  首先,我们先简单分析目前高清摄像机产品常见的部件架构。常见的高清摄像机分为图像传感器、ISP(图像信号处理器)、压缩处理器或数字视频转换三个常见部分,市场上一些新发布的高清摄像机还会在ISP与压缩处理器之间包含一个智能分析处理器。

  过去,我们常说CCD是应用在影像产品的高端技术元器件,而CMOS由于其低照性能、曝光模式等技术性能有限应用于低影像品质产品中。如今,CMOS技术快速发展,例如SONY推出了使用Exmor技术的IMX035/036/122图像传感器,其低照性能、图像分辨率及帧率、博马娱乐芯片处理速度有了很大程度的性能提升。

  ISP(ImageSignalProcessor)图像信号处理器的主要作用是对前端图像传感器输出的信号做后期的处理。不同的ISP用来匹配不同厂商的图像传感器。ISP的优异在整个摄像机产品中很重要,博马娱乐。应当说它直接影响呈现给用户的影响画质的优劣。图像经过CCD或者CMOS的采集后,需要经过后期的处理才可以较好的适应不同的环境,在不同的光学条件下都能较好的还原出现场细节。在ISP中它会完成我们常常提及的2A(AWB/AE,自动白平衡/自动曝光)或者3A(AWB/AE/AF,自动白平衡/自动曝光/自动聚焦)。传统模式下一般采用一颗DSP或者一颗FPGA来完成对图像的后期处理。有些摄像机产品支持的3D降噪功能、宽动态、慢快门、帧累积、强光抑制等功能也都是ISP来完成的。

  目前应用在高清摄像机产品中的ISP一般有以下几个来源:厂商自行研发:高清摄像机设备厂商为了更好的配合后端压缩、功能开发,自行研发ISP处理算法,将算法集成至FPGA或DSP芯片中,接驳前端图像传感器。

  第三方研发:2010年已经逐渐诞生了一批由非高清摄像机制造厂商推出的一些ISP解决方案,他们直接出售不同的ISP芯片给摄像机厂商配合不同厂商的Sensor。

  套片模式:由Sensor厂商将自主开发的ISP结合自家Sensor形成图像采集处理解决方案推向客户,其中的图像处理算法及各种调试工作已经完成,摄像机厂商只需要做接口对接并后端压缩或转换成数字视频(HD-SDI)即可。这种模式我们称之为Stand-AloneDevices或者CameraSystemOnchip。

  第一种来源方式具备较高的灵活性,使得开发者在选择方案时拥有更多的组合(主要是选择不同厂商的Sensor)。但是对于产品而言,一方面增加了整机的功耗、散热等问题,另外也增加产品开发投入,也意味着研发高清摄像机产品的厂商需要更雄厚的技术实力。而后两种来源方案无疑大大降低了产品开发的门槛,但相对自主研发ISP肯定要增加部分成本。

  设想如果有集成度更高的高清摄像机芯片解决方案,将ISP和视频压缩编码功能融合在一起无疑是更好的选择。

  首先我们来了解压缩处理和数字视频转换的概念。ISP将前端图像传感器信号处理后,一般会以MPTE296M/BT.1120/YUV4:2:2等数字接口格式传输到后端处理芯片中。压缩处理器(SoC或算法进行编码压缩,然后通过内建的网络服务以TCP/IP协议的网络信号进行传输给用户。数字视频转换则是非压缩方式,通过数字视频转换芯片将ISP输出的数字信号转换成SD-SDI/HD-SDI/3G-SDI信号,分别对应标准清晰度(VGA)、高清标准()、甚至更高的分辨率。HD-SDI高清视频信号需要使用专用的传输周边设备,如SDI光端机、SDI矩阵等等。

  在此,我们着重介绍压缩处理器。我们看到一款高清摄像机产品的参数性能时,时常看到SoC这个字样,SoC(SystemOnChip)的定义多种多样,由于它的应用领域范围广,内涵丰富很难给出具体定义。一般来说我们称为系统级芯片,也称片上系统,意指它是一个系统,是一个专用的集成电路,其中包含完整的高清摄像机系统并嵌入软件服务。向作者提问