‧ 三大高清攝影機晶片方案應用簡析

來源:CPS中安網作者:余松柏

隨著安防監控行業市場的高速發展，對於監控系統而言，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，整個影像監控系統，包括從圖像採集、轉換、壓縮、傳輸、儲存、控制、顯示等都得到了質的提升。

而對整個影像監控系統而言，前端圖像採集設備即攝影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澱，網路化和智慧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 類比攝影機、HD-SDI 數位高清攝影機、百萬高清網路攝影機。下面，我們將簡單探討一下各主要方案的晶片方案。

960H 類比攝影機

類比監控時代，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。目前類比高清主要以 960H 為主，前端圖像 sensor 主要以類似 ICX663 和 ICX673，以及ICX811、ICX679 等可達 960H 的水準像素的 sensor 為主，這些感測器的有效像素都可做到 976(H)×582(V)。

而後端大多以 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影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ATM自動提款機場景。

www.hkvstar.com

另外一種方式是 ICX673 搭配 EFFIO-E 的方案，增強版的 EFFIO-E 是 Sony 基於 960H推出的高清解決方案，在完全相容舊版本的情況下，增加了諸如透霧、多級 OSD 功能表等功能，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 功能表，可調節攝影的各個不同參數，以滿足不同應用場景的需求。此種方案廣泛應用在要求高清畫質的場所，如交通、金融、教育、監獄、礦業、電力等行業場所。

HD-SDI 數位高清攝影機\ HD-SDI 攝影機

屬於高清監控的快速發展領域，有著他自身一些優勢，首先由於其實現了真正的數位高清的同時，保留了原有類比系統的簡單易用特點，在舊有類比監控系統框架上非常容易替換，施工人員無需培訓，可輕鬆上手。其次，SDI (serial digital interface) 介面是一種數位分量序列介面，是 SMPTE 制定的一種廣播級信號標準，HD-DSI 作為其中一種，同樣採用 BNC 介面走影像同軸線輸出，或者光纖傳輸。採用標準的傳輸介面，具有良好的相容性，殼方便接入任何廠家提供的 HD-DVR 設備，在實際專案中有較大的選擇空間，同時對於後期維護替換等方面也較方便，這一優勢是目前高清網路攝影機不可比擬的。

最後，HD-SDI 數位高清攝影機有高品質的低延時特性，這一特性填補了特殊市場的需求，例如大陸的審訊系統。HD-SDI 監控不採用網路來傳輸，不會產生網路頻寬帶來的延時問題，高品質的傳輸線材可做到 30~50ms 的低延時，這在監控系統來講，可稱之為無延時的即時圖像，另一方面，HD-SDI 攝影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 攝影機主流解析度為 1280x720、1920x1080，而前端感測器有 CCD 和CMOS 兩種類型，但就目前市場產品形態看來，更多的是選在高解析度的 CMOS 來作為前端信號採集，有些廠商 HD-SDI 解決方案採用的是 Sony Exmor RCMOS 背照技術的感光元件，改善了傳統 CMOS 感光元件的感光度。 Exmor RCMOS 採用了和普通方法相反、向沒有佈線層的一面照射光線的背面照射技術，由於不受金屬線路和電晶體的阻礙，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。

www.aas.com.tw

但是，我們同時也應看到 HD-SDI 高清攝影機發展的制約的一面，首先傳輸距離上，由於其本身傳輸的資料量很大，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，後端配套設備的短缺，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 影像矩陣、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。

百萬高清網路攝影機

高清網路攝影機相對大家來家都已經不陌生了，這兩年的廣泛應用，一個完整的高清網路攝影機晶片方案包括圖像感測器模組，影像處理模組( ISP )，網路攝編碼壓縮模組，每個模組都扮演著重要角色。

上敦三百萬寬動態槍型網路攝影機

圖像感測器是攝影機的重要組成部分。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。圖像感測器的作用是將光學圖像採集並轉換成後端 ISP 可用的電信號。

圖像信號處理器 ISP(Image Signal Processor)的主要作用是對前端圖像感測器輸出的信號做後期的處理。不同的 ISP 用來匹配不同廠商的圖像感測器。ISP 的優異在整個攝影機產品中很重要，應當說它直接影響呈現給用戶的影響畫質的優劣。過圖像經過 CCD 或者 CMOS 的採集後，需要經過後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。

網路攝影機的重點部分即在於後端壓縮編碼部分，首先我們來瞭解壓縮處理和數位影像轉換的概念。ISP 將前端圖像感測器信號處理後，一般會以BT.656/BT.1120/YUV4:2：2 等數位介面格式傳輸到後端處理晶片中。壓縮處理器 (SoC或DSP)可以將影像信號以H.264/MPEG-4/MJPEG 演算法進行編碼壓縮，然後通過內建的網路服務以 TCP/IP 協定的網路信號進行傳輸給使用者。

高清攝影機中的壓縮編碼晶片 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。不同廠家的硬體壓縮處理器擁有各自的特性，比如低功耗、高性能、高影像壓縮品質、高壓縮比等。市場上訴求高端產品的公司，目前主要採用TI的解決方案，如上文提到的TI的TMS320DM368、DM369、DM385 等解決方案,這些 DSP 都可做到 1080P@30fps，DM386 甚至可以達到 H.264(High Profile)1080P@60fps+H.264(High Profile)D1@30fps+MJPEG720p@30fps 的整體編碼能力。可以預見，未來的這些高清攝影機 DSP 晶片的發展將會在功耗、編碼性能、ISP、智慧分析這幾個方面做技術突破來尋求發展，那麼將會帶動高清攝影機產品的發展。