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安防三大高清攝像機芯片方案的應用簡析
發布日期:2014-9-9   點擊次數:1093
隨著安防監控行業市場的高速發展,對于監控系統而言,早在前幾年,高清只是一個全新的技術概念,通過幾年來研發人員的不懈努力,整個視頻監控系統,包括從圖像采集、轉換、壓縮、傳輸、存儲、控制、顯示等都得到了質的提升。而對整個視頻監控系統而言,前端圖像采集設備即攝像機是整個系統的核心,只有前端保證了高清,整套系統的高清才不會是空中樓閣,不僅如此,在高清化的同時,各大廠商結合自己行業技術沉淀,網絡化和智能化等也逐漸走進人們的視野。

當前市場情況,高清監控系統大致分為三條主線,分別是960H模擬攝像機、HD-SDI數字高清攝像機、百萬高清網絡攝像機。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

模擬監控時代,清晰度從最早的380線發展到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,做成寬動態的機型,這種搭配方式主要是為提升攝像機的整體寬動態效果,以滿足特殊場合場景的應用,一般金融行業對此有較高的需 求,如自動取款機場景。景陽依此方案而研發的59/50系列寬動態機型,在輸出高清的同時,將寬動態范圍做到100dB以上,實現了在各種逆光或者背光環 境下,依然清晰可見畫面中的前景和背景。同時結合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,在行業中處于領先水平。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,實現真正的日夜監控,多級的OSD菜 單,可調節攝像的各個不同參數以滿足不同應用場景的需求。

HD-SDI數字高清攝像機HD-SDI攝像機

屬于高清監控的快速發展領域,有著他自身一些優勢,首先由于其實現了真正的數字高清的同時,保留了原有模擬系統的簡單易用特點,在舊有模擬監控系統框 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,這一優勢是目前高清網絡攝像機不可比擬的。最后,HD-SDI數字高清攝像機有高質量的低延時特性,這一特性填補了特殊市場的需求,例如審訊系統。HD-SDI監控不采用網絡來傳輸,不會產生網絡帶寬帶來的延時問題,高質量的傳輸線材可做到30~50ms的低延時,這在監控系統來講,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,在畫面細節表現上更加出色,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,但就目前市場產品形態看來,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背照技術的感光元件,改善了傳統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,由于不受金屬線路和晶體管的阻礙,開口率(光電轉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間隔的表面照射產品相比,背面照射產品在信噪比上具有很大優勢。

但是,我們同時也應看到HD-SDI高清攝像機發展的制約的一面,首先傳輸距離上,由于其本身傳輸的數據量很大,導致實際應用受阻,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備。另一方面,后端配套設備的短缺,作為實際項目的應用,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備,才能充分體現HD-SDI的高清優勢,無疑這些配套設備將會大大提高整套應用方案的成 本費用。隨著市場對HD-SDI的接受以及成本的減低,HD-SDI才會形成自己的發展之道。

百萬高清網絡攝像機

高清網絡攝像機相對大家來家都已經不陌生了,這兩年的廣泛應用,一個完整的高清網絡攝像機芯片方案包括圖像傳感器模塊,圖像處理模塊(ISP),網絡攝編碼壓縮模塊,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 圖像采集并轉換成后端ISP可用的電信號。

這些CMOSsensor在低照度、寬動態、高像素等方面各具特色。

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的優異在整個攝像機產品中很重要,應當說它直接影響呈現給用戶的影響畫質的優劣。圖像經過圖像經過CCD或者CMOS的采集后, 需要經過后期的處理才可以較好的適應不同的環境,在不同的光學條件下都能較好的還原出現場細節。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。

網絡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字視頻轉換的概念。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等數字接口格式傳輸到后端處理芯片中。

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,然后通過內建的網絡服務以TCP/IP協 議的網絡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、高視頻壓縮質量、高壓縮比等。

結束語

高清攝像機的相關芯片解決方案正在高速發展,市場對高清監控產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,我們應當根據市場需求和是實際 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品。
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