三大高清摄像机芯片方案

2013-12-22

中国公共安全 2013年16期

随着安防监控行业市场的高速发展，对于监控系统而言，早在前几年，高清只是一个全新的技术概念，通过几年来研发人员的不懈努力，整个视频监控系统，包括从图像采集、转换、压缩、传输、存储、控制、显示等都得到了质的提升。而对整个视频监控系统而言，前端图像采集设备即摄像机是整个系统的核心，只有前端保证了高清，整套系统的高清才不会是空中楼阁，不仅如此，在高清化的同时，各大厂商结合自己行业技术沉淀，网络化和智能化等也逐渐走进人们的视野。

当前市场情况，高清监控系统大致分为三条主线，分别是960H模拟摄像机、HD-SDI数字高清摄像机、百万高清网络摄像机。下面，我们将简单探讨一下各主要方案的芯片方案。

960H模拟摄像机

模拟监控时代，清晰度从最早的380线发展到420线、480线，再到540线、600线、到如今的960H方案，这些演变是历经了市场的洗礼和用户的需求提升。目前模拟高清主要以960H为主，前端图像传感器主要以类似ICX663和ICX673，以及ICX811、ICX679等可达960H的水平像素的sensor为主，这些传感器的有效像素都可做到976(H)×582(V)。而后端大多以Sony的EFFIO系列为主，通常以ICX663搭配EFFIO-P的方式，做成宽动态的机型，这种搭配方式主要是为提升摄像机的整体宽动态效果，以满足特殊场合场景的应用，一般金融行业对此有较高的需求，如自动取款机场景。景阳依此方案而研发的59/50系列宽动态机型，在输出高清的同时，将宽动态范围做到100dB以上，实现了在各种逆光或者背光环境下，依然清晰可见画面中的前景和背景。同时结合2D/3D降噪，将混杂在视频信号中的杂波信号滤除，做到了画面的干净细腻，在行业中处于领先水平。另外一种方式是ICX673搭配EFFIO-E的方案，增强版的EFFIO-E是Sony基于960H推出的高清解决方案，在完全兼容旧版本的情况下，增加了诸如透雾、多级OSD菜单等功能，图像效果更加清晰细腻，配备可移动红外滤光片，实现真正的日夜监控，多级的OSD菜单，可调节摄像的各个不同参数以满足不同应用场景的需求。此种方案以景阳的59/30系列摄像机为代表，广泛应用在要求高清画质的场所，如平安城市、交通、金融、教育、监狱、矿业、电力等行业场所。

HD-SDI数字高清摄像机

HD-SDI摄像机属于高清监控的快速发展领域，有着他自身一些优势，首先由于其实现了真正的数字高清的同时，保留了原有模拟系统的简单易用特点，在旧有模拟监控系统框架上非常容易替换，施工人员无需培训，可轻松上手。其次，SDI（serial digital interface）接口是一种数字分量串行接口，是SMPTE制定的一种广播级信号标准，HD-DSI作为其中一种，同样采用BNC接口走视频同轴线输出，或者光纤传输。采用标准的传输接口，具有良好的兼容性，壳方便接入任何厂家提供的HD-DVR设备，在实际项目中有较大的选择空间，同时对于后期维护替换等方面也较方便，这一优势是目前高清网络摄像机不可比拟的。最后，HD-SDI数字高清摄像机有高质量的低延时特性，这一特性填补了特殊市场的需求，例如审讯系统。HD-SDI监控不采用网络来传输，不会产生网络带宽带来的延时问题，高质量的传输线材可做到30～50ms的低延时，这在监控系统来讲，可称之为无延时的实时图像，另一方面，HD-SDI摄像机没有做压缩编码处理，可做到无损输出，在画面细节表现上更加出色，同时也减少的因压缩编码带来的耗时问题。

当前HD-SDI摄像机主流分辨率为1280x720、1920x1080，而前端传感器有CCD和CMOS两种类型，但就目前市场产品形态看来，更多的是选在高分辨率的CMOS来作为前端信号采集，例如景阳科技股份有限公司的HD-SDI解决方案采用的是Sony Exmor R CMOS背照技术的感光元件，改善了传统CMOS感光元件的感光度。Exmor R CMOS采用了和普通方法相反、向没有布线层的一面照射光线的背面照射技术，由于不受金属线路和晶体管的阻碍，开口率（光电转换部分在一个像素中所占的面积比例）可提高至近100%。与其以往1.75μm间隔的表面照射产品相比，背面照射产品在信噪比上具有很大优势。

但是，我们同时也应看到HD-SDI高清摄像机发展的制约的一面，首先传输距离上，由于其本身传输的数据量很大，导致实际应用受阻，目前的传输线材大多做到100～150米左右，要更远的距离需要额外增加中端设备。另一方面，后端配套设备的短缺，作为实际项目的应用，必须要配备完善的HD-SDI光端机，SDI-DVR、HD-SDI视频矩阵、显示大屏等等配套设备，才能充分体现HD-SDI的高清优势，无疑这些配套设备将会大大提高整套应用方案的成本费用。随着市场对HD-SDI的接受以及成本的减低，HD-SDI才会形成自己的发展之道。

百万高清网络摄像机

高清网络摄像机相对大家来家都已经不陌生了，这两年的广泛应用，一个完整的高清网络摄像机芯片方案包括图像传感器模块，图像处理模块（ISP），网络摄编码压缩模块，每个模块都扮演着重要角色。

图像传感器是摄像机的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD和CMOS两大类。如SONY的 ICX 445、ICX274、IMX036/136，Aptina的MT9M034、AR0130、MT9P006，Omnivison的OV2715等等。图像传感器的作用是将光学图像采集并转换成后端ISP可用的电信号。

这些CMOS sensor在低照度、宽动态、高像素等方面各具特色，深圳市景阳科技股份有限公司与这些sensor厂家保持着紧密的深度合作关系，

图像信号处理器I S P（I m a g e S i g n a l Processor）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，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），目前主流的做法都是将ISP集成在DSP部分，例如TI的TMS320DM368、DM369、DM385等解决方案，海思的Hi3516、Hi3517 、Hi3518等系列。

网络摄像机的重点部分即在于后端压缩编码部分，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BT.656/BT.1120/ YUV 4:2：2等数字接口格式传输到后端处理芯片中。压缩处理器（SoC或DSP）可以将视频信号以H.264/MPEG-4/MJPEG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。

高清摄像机中的压缩编码芯片DSP市场上常见的厂商有Ti（德州仪器）、Ambarella（安霸）、Hislicon（海思半导体）、NXP（恩智浦半导体）等。不同厂家的硬件压缩处理器拥有各自的特性，比如低功耗、高性能、高视频压缩质量、高压缩比等。景阳科技股份有限公司目前主要采用TI的解决方案，如上文提到的TI的TMS320DM368、DM369、DM385等解决方案, 这些DSP都可做到1080P@30fps，DM386甚至可以达到H.264(High Profie)1080P@60fps+ H.264(High Profie)D1@30fps+MJPEG720p@30fps的整体编码能力。可以预见，未来的这些高清摄像机DSP芯片的发展将会在功耗、编码性能、ISP、智能分析这几个方面做技术突破来寻求发展，那么将会带动高清摄像机产品的发展。