淺析高清IP攝像機(jī)芯片技術(shù)方案搭配

在安防監(jiān)控中視頻圖像的高解析度、低噪聲、高敏感度、寬動(dòng)態(tài)范圍、低影像失真、低照度及實(shí)時(shí)性等是IP攝像機(jī)的主要評(píng)價(jià)技術(shù)參數(shù)，所以在IP攝像機(jī)的設(shè)計(jì)中影響這幾個(gè)主要技術(shù)參數(shù)的視頻圖像采集部分，視頻信號(hào)處理部分及視頻編碼壓縮部分等就成為IP攝像機(jī)的關(guān)鍵。

視頻圖像采集部分主要為CMOS或CCD圖像傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)影像信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換。視頻信號(hào)處理部分即ISP部分，主要功能包括對(duì)采集的圖像進(jìn)行bayer型到RGB型等彩色信號(hào)恢復(fù)，RGB到Y(jié)UV色彩空間轉(zhuǎn)換，3A處理(自動(dòng)白平衡、自動(dòng)曝光、自動(dòng)聚焦)，圖像的伽瑪校正，圖像剪裁，色度、對(duì)比度、亮度的控制等。視頻編碼壓縮部分主要為將海量數(shù)據(jù)原始視頻信號(hào)編碼壓縮成有利于傳輸與存儲(chǔ)并能最大限度保真還原圖像信息的數(shù)字視頻處理部分。

目前針對(duì)于這三個(gè)主要關(guān)鍵點(diǎn)的IP攝像機(jī)芯片的搭配主要集中在以下三個(gè)方案。

第一種方案采用ISP部分與視頻編碼壓縮部分為分開的芯片處理方式。ISP部分可采用專用的ISP芯片如：nextchip的NVP2400芯片，也可采用FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列)進(jìn)行視頻圖像處理。視頻編碼壓縮部分可采用專用集成芯片進(jìn)行硬件的編碼壓縮或集成編碼壓縮模塊的數(shù)字多媒體處理器等。

第二種方案采用ISP部分與視頻編碼壓縮部分集成在一起的單芯片處理方式，如海思的HI3516、HI3517芯片，NXP的ASC886X/ASC885X系列芯片，TI的TMS320DM814xDaVinci數(shù)字媒體處理器芯片等，此類芯片還集成了豐富的外圍擴(kuò)展接口，提供足夠的硬件資源支持。

第三種方案采用FPGA等芯片實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)處理及編碼功能，此方案一般設(shè)計(jì)比較復(fù)雜開發(fā)難度較大，而且成本往往較高，圖像質(zhì)量難以保證。

視頻圖像采集部分

視頻圖像采集部分的傳感器分CCD與CMOS兩種類型。兩者之間的工作機(jī)理不同，CCD圖像傳感器生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜、成本高、功耗大、但擁有高信噪比、寬動(dòng)態(tài)范圍、高電荷轉(zhuǎn)換效率和高輸出圖像質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，而CMOS圖像傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是功耗低、成本低、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高。隨著技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，CMOS圖像傳感器的性能正在逐漸接近和超越CCD。

因此在高清IP攝像機(jī)中圖像傳感器的選擇還是以CMOS為主。

針對(duì)高清與全高清攝像機(jī)，CMOS現(xiàn)在常用的芯片包括：

APTINA：MT9P031(5M@12)、MT9P006(5M@12)、AR0331(3M,WDR)、9M034(720P,WDR);

OMNIVISION：OV2715(2M)、OV5656(5M)、OV10633(720P,WDR)、OV9715/2(720P);

PANASONIC：MN34031(LOWLIGHT,720P/30WDR,720P/60)、MN34041(LOWLIGHT,1080P/30,1080P/30WDR,1080P/60);

SONY：IMX035(LOWLIGHT,720P/30,720P/60).IMX036(LOWLIGHT,1080P/30,1080P/60)、IMX122(LOWLIGHT,1080P/30,1080P/30WDR,1080P/60;

ALTANSENS：3372E。

不同CMOS芯片之間，圖像采集的幀率、寬動(dòng)態(tài)范圍、圖像輸出的格式、最低照度、信噪比、芯片集成度、圖像信號(hào)輸出的接口等也不盡相同、這樣在IP攝像機(jī)芯片搭配方面就產(chǎn)生不同像素如200萬(wàn)像素、300萬(wàn)像素、500萬(wàn)像素，不同寬動(dòng)態(tài)范圍，不同照度等級(jí)的IP攝像機(jī)。

視頻圖像信號(hào)處理部分

由于CMOS芯片圖像信號(hào)輸出接口的不同，如8/12/16bitparallelDVP接口，lvdsserialdataHISPI接口。輸出的數(shù)據(jù)格式也不同，如BAYER型的RGBRAWDATA，或經(jīng)過(guò)部分圖像預(yù)處理的YUV數(shù)據(jù)，這樣就要求后端連接的圖像處理ISP芯片能夠支持前端輸出接口與輸出格式CMOS芯片。有的如果選擇的ISP芯片不支持前端數(shù)據(jù)接口，還需要再外接中間的專用接口轉(zhuǎn)換芯片或FPGA邏輯芯片。

在采用第一種方案中，選擇專用的ISP處理芯片，如Nextchip的高清多功能ISPNVP2400，該芯片可支持1.3M/2M像素視頻圖像傳感器，直接接收RAW視頻信號(hào)或者LVDS信號(hào)，經(jīng)過(guò)視頻圖像處理后，芯片可以輸出復(fù)合模擬信號(hào)和BT656/BT1120/YC16bits視頻數(shù)據(jù)流。與某些僅支持單一圖像傳感器的專用ISP芯片不同，它可與多款圖像傳感器進(jìn)行無(wú)縫連接，包括Panasonic的MN34031PL，Sony的IMX036LQR/LLR，Aptina的MT9P031，Omnivision的Ov2715等系列CMOS。

NVP2400支持多種視頻圖像處理功能，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(dòng)態(tài)、2D/3D數(shù)字降噪、壞點(diǎn)檢測(cè)DPC、假色修正、色滾抑制、64視頻圖像編碼壓縮部分

視頻圖像的編碼壓縮部分，現(xiàn)主流的視頻編碼壓縮包括：H.264baseline/main/highprofile編碼，MPEG4SP編碼，MJPEG/JPEGbaseline編碼等，在第二方案中所提到的HISILICON的HI3516、HI3517芯片，NXP的ASC886X/ASC885X系列芯片，TI的TMS320DM814xDaVinci數(shù)字媒體處理器芯片等都支持主流視頻編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)。支持多碼流實(shí)時(shí)編碼能力方面HI3516能支持到1080P@30fps+D1@30fps+CIF@30fps+QVGA@30fps+1080pJPEG抓拍1fps或720P@60fps+D1@30fps+CIF@30fps+QVGA@30fps+720pJPEG抓拍1fps，HI3517能支持到1080P@60fps+VGA@30fps+1080pJPEG抓拍1fps.ASC886X的編碼壓縮能力達(dá)到1080p/60H.264Highprofile+1080p/40MJPEG，其中ASC8860支持單圖像傳感器，1080p/60的實(shí)時(shí)視頻流編碼，ASC8861支持單圖像傳感器,1080p/60+720p/60的實(shí)時(shí)雙碼流視頻編碼，ASC8862支持雙圖像傳感器,2x1080p/60的實(shí)時(shí)視頻流編碼。

其他的TI的TMS320DM814xDAVINCI數(shù)字媒體處理器同時(shí)支持現(xiàn)主流視頻編碼與智能視頻分析。

上述的幾種多媒體處理器都集成了ISP視頻圖像處理模塊，在采用第一種方案時(shí)，可采用專用的外部ISP芯片與這些多媒體處理器進(jìn)行高清IP攝像機(jī)芯片搭配設(shè)計(jì)，如200萬(wàn)像IP攝像機(jī)：(OV2715/MN34041/IMX036/IMX122)+NVP2400+(HI3516/HI3517/ASC886X/ASC885X),同時(shí)也可直接利用這些多媒體處理器上的ISP模塊進(jìn)行第二種方案的高清IP攝像機(jī)芯片搭配設(shè)計(jì)，如200萬(wàn)像素或更高像素的IP攝像機(jī)：MT9P031/MT9P006/AR0331/MN34041/3372E等常用的CMOS芯片+HI3516/HI3517/ASC886X/ASC885X/DM814X等多媒體處理器。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高清IP攝像機(jī)組成的大體介紹以及對(duì)IP攝像機(jī)三個(gè)主要部分芯片的不同選擇，我們可以實(shí)現(xiàn)符合不同場(chǎng)景下的多樣性的高清IP攝像機(jī)設(shè)計(jì)，而且隨著半導(dǎo)體技術(shù)、圖像智能分析技術(shù)、視頻編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及視頻監(jiān)控管理平臺(tái)技術(shù)等的日新月異，高清IP攝像機(jī)芯片的選擇與搭配將呈現(xiàn)更加的多樣化與簡(jiǎn)單化。