很多年以前業(yè)界就談到安防視頻監(jiān)控領(lǐng)域的三個(gè)趨勢(shì)：數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主流的產(chǎn)品已經(jīng)從十多年前的純模擬視頻監(jiān)控系統(tǒng)，逐步轉(zhuǎn)變成了純數(shù)字的百萬(wàn)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)，即從視頻采集、視頻傳輸、視頻錄像和回放全部采用模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槿渴菙?shù)字信號(hào)。
相比于模擬視頻監(jiān)控設(shè)備，百萬(wàn)高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)大大提升了畫(huà)質(zhì)，像素達(dá)到1280×720、1920×1080或更高，因此有了“百萬(wàn)高清”之名。同時(shí)，對(duì)比模擬監(jiān)控設(shè)備傳輸技術(shù)而言，數(shù)字視頻監(jiān)控設(shè)備僅需普通網(wǎng)線，易于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，更重要是降低了工程造價(jià)且易于維護(hù)。隨著純數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)配套設(shè)備越來(lái)越齊全，解決方案越來(lái)越完善，它已經(jīng)成為安防視頻監(jiān)控領(lǐng)域不可逆轉(zhuǎn)的潮流，并*主導(dǎo)地位。
攝像機(jī)芯片的功能
從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的組成結(jié)構(gòu)來(lái)看，它主要由鏡頭、圖像傳感器(CCD或者CMOS器件)、ARM/DSP等組成。鏡頭聚集被攝物體反射的光線至圖像傳感器上，再由圖像傳感器經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號(hào)輸出給芯片，芯片進(jìn)行一系列數(shù)字圖像信號(hào)處理(ISP)和數(shù)據(jù)壓縮之后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給后端解碼顯示設(shè)備，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)視頻預(yù)覽、錄像、回放等功能。
從上面我們可以看出，攝像機(jī)芯片是整個(gè)攝像機(jī)里面核心部件，它接收來(lái)自圖像傳感器獲取的圖像，然后進(jìn)行一系列的運(yùn)算和處理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的所有功能。
數(shù)字?jǐn)z像機(jī)芯片，習(xí)慣上又稱(chēng)之為片上系統(tǒng)(SoC，System-on-Chip)，它將處理器資源、內(nèi)存資源、編解碼算法、外圍設(shè)備接口等都集成在單個(gè)平臺(tái)上，其中大部分功能固化在芯片上，并且對(duì)一些特殊功能需求模塊化，采用提供源代碼方式給用戶，用戶再根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)；除此之外，SoC還可以增加視頻協(xié)處理器以及其他視頻子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)如預(yù)覽、縮放、光學(xué)處理、圖文疊加等功能，從而進(jìn)一步增強(qiáng)視頻處理能力。
當(dāng)前百萬(wàn)高清攝像機(jī)芯片 廠家及產(chǎn)品
SoC方案作為高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)芯片解決方案，能夠有效滿足百萬(wàn)高清攝像機(jī)內(nèi)部復(fù)雜視頻處理運(yùn)算以及外圍設(shè)備接口擴(kuò)展。目前主流的攝像機(jī)芯片廠家有德州儀器(TI)，海思(HiSilicon)，安霸(Ambarella)，恩智浦(NXP)，升邁(GrainMedia)，Nextchip等等。
TI
TI推出的TMS320DM368視頻處理器支持多格式高清視頻，包括VC1、MPEG2、MPEG4、MJPEG以及H.264等，zui高支持每秒30幀編碼的1080p標(biāo)準(zhǔn)。此外DM368支持多格式解碼、多速率多流以及高清多通道功能，而且還可提供音頻、語(yǔ)音以及其他高清視頻編解碼器，可實(shí)現(xiàn)更高的靈活性與更低的設(shè)計(jì)復(fù)雜性。DM368采用的ARM926EJ-S內(nèi)核可實(shí)現(xiàn)超過(guò)40%的性能提升，頻率高達(dá)432MHz，同時(shí)還可將視頻編碼/解碼功能交由集成高清視頻加速器完成，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。
同時(shí)TI在智能化方面也有嘗試。DMVA1通過(guò)集成TI代視覺(jué)協(xié)處理器提供入門(mén)級(jí)分析功能，如人數(shù)統(tǒng)計(jì)、觸發(fā)區(qū)、智能運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、攝像機(jī)篡改檢測(cè)以及流媒體元數(shù)據(jù)等。由于在同一芯片中緊密耦合了視覺(jué)協(xié)處理器與智能分析功能，從而實(shí)現(xiàn)了具有視頻分析功能的IP攝像機(jī)。
DMVA2 SoC是繼DMVA1之后的產(chǎn)品，不但視頻性能是DMVA1的3倍，而且還采用了TI智能編解碼器技術(shù)，可將比特率銳降5倍，實(shí)現(xiàn)更高的視頻質(zhì)量與網(wǎng)絡(luò)帶寬。和支持720p的DMVA1相比，DMVA2可在流媒體標(biāo)準(zhǔn)高達(dá)1080p的情況下實(shí)現(xiàn)上述智能分析功能。
海思
從Hi3512、Hi3515到的Hi3516，海思提供了一套完整的高清解決方案。以Hi3512為例，該方案基于ARM9處理器內(nèi)核以及視頻硬件加速引擎的高性能通信媒體處理器，具有高集成，可編程，支持H.264和MJPEG等多協(xié)議的優(yōu)點(diǎn)，其中視頻處理單元可以支持H.264 Main Profile、Baseline、Profile、MJPEG、JPEG等多種協(xié)議實(shí)施編解碼；支持1.3M Pixels@30fps，支持大300萬(wàn)像素的JPEG抓拍；視頻處理單元還可以支持雙碼流編碼等功能。
推出的Hi3516方案基于ARM Cortex A9處理器內(nèi)核，除了具備上述特點(diǎn)之外，它支持1080P@30fps，支持大1600萬(wàn)像素的JPEG抓拍；視頻處理單元還可以支持雙碼流編碼等功能。另外它還增加了RGB Bayer格式輸入，能夠與更多圖像傳感器直接對(duì)接，同時(shí)增加了CVBS輸出，可以提供HDMI或SDI擴(kuò)展輸出。智能化方面集成了智能分析加速引擎，支持智能運(yùn)動(dòng)偵測(cè)、周界防范、人臉檢測(cè)、視頻診斷等多種智能分析應(yīng)用。
安霸
安霸A5s網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)芯片采用528MHz ARM11處理器，帶有DSP子系統(tǒng)用來(lái)進(jìn)行ISP和H.264/MJPEG的編解碼處理，支持全高清1080p30 H.264編碼，并且集成了專(zhuān)業(yè)處理240MPixel/s圖像處理功能。其圖像處理引擎包含了增強(qiáng)的降噪處理、圖像增強(qiáng)濾波，以及電子防抖動(dòng)等技術(shù)。前端傳感器支持Aptina MT9M033 (1.3 MP WDR)，Aptina MT9J003 (10 MP)，OmniVision OV2715 (2 MP)和Sony IMX036 (3 MP)等等。另外該SoC方案基于45nm CMOS工藝，在1080P@30fps工作狀態(tài)下，功耗低于1W(包含DDR的功耗)。
恩智浦(N X P)
NXP推出的ASC8850單芯片方案，支持大部分IP攝像機(jī)所具備的功能，它集成了視頻壓縮功能，也能夠進(jìn)行完整的視頻圖像控制和網(wǎng)絡(luò)傳輸。ASC8850基于ARM926J，集成了硬件模塊，支持H.264 1080p 30fps編碼和MJPEG 1080p 40fps編碼等多種流媒體格式，并且還支持完整圖像處理功能 (鏡頭光學(xué)畸變校正、色調(diào)映射、自動(dòng)聚焦、自動(dòng)白平衡以及自動(dòng)曝光等)。在傳感器的配合下，ASC8850在低光線條件下也可以實(shí)現(xiàn)高視頻質(zhì)量，因?yàn)檫@款芯片支持高分辨率色調(diào)映射，能夠自動(dòng)調(diào)整曝光并實(shí)現(xiàn)像素組合。
百萬(wàn)高清攝像機(jī)芯片發(fā)揮功能需配套產(chǎn)品配合
百萬(wàn)高清攝像機(jī)芯片功能主要包含圖像傳感器、圖像處理、視頻編解碼、視頻輸出、智能分析等等。圖像傳感器主要有低照度，寬動(dòng)態(tài)等等；圖像處理(ISP)包括3A(自動(dòng)曝光，自動(dòng)白平衡，自動(dòng)聚焦)，邊緣增強(qiáng)，3D降噪，圖像的縮放、翻轉(zhuǎn)、亮度、色度、飽和度、對(duì)比度調(diào)節(jié)，還有數(shù)字寬動(dòng)態(tài)、數(shù)字放大、電子防抖等等；圖像編解碼主要有MPEG4、H.264、MJPEG、多碼流處理等等；視頻輸出主要有Ethernet、WIFI、CVBS、HDMI、SDI等等；智能分析方面有運(yùn)動(dòng)偵測(cè)、周界防范、人臉檢測(cè)、車(chē)牌識(shí)別、視頻診斷等等。
視頻安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器主要是CCD和CMOS兩種。模擬攝像機(jī)以CCD圖像傳感器為主，百萬(wàn)像素以上的高清攝像機(jī)目前主要以CMOS圖像傳感器居多。近年來(lái)，在shou機(jī)等消費(fèi)類(lèi)電子領(lǐng)域占據(jù)了大部分市場(chǎng)的圖像傳感器公司開(kāi)始將一些高性?xún)r(jià)比的CMOS芯片引入安防領(lǐng)域，CMOS圖像傳感器的感光效率更高，圖像噪聲更少，動(dòng)態(tài)范圍也增強(qiáng)很多。
一般來(lái)講，同樣的感光面積，像素點(diǎn)越多，每一個(gè)像素的感光面積就越小，每一個(gè)像素所承受的光子數(shù)目就少了，感光器的光照靈敏度就越差。很多人經(jīng)常錯(cuò)誤地拿幾十萬(wàn)像素的1/3英寸CCD模擬攝像機(jī)與1/3英寸CMOS百萬(wàn)高清攝像機(jī)比較低照度效果，從而得出錯(cuò)誤的論斷，認(rèn)為CCD低照度更好。事實(shí)上，以APTINA公司1/3英寸130萬(wàn)像素CMOS芯片制成的低照度攝像機(jī)與某采用日產(chǎn)1/3英寸CCD芯片制成的130萬(wàn)像素?cái)?shù)字高清攝像機(jī)進(jìn)行低照度效果比照，在齊整條件下，CMOS不只不亞于CCD，反而在視覺(jué)上大大超出了CCD百萬(wàn)高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)。所以對(duì)于圖像傳感器的選擇，要擺脫模擬攝像機(jī)的陰影，不能盲目的認(rèn)為CCD的低照度效果是的，CMOS感光器效果一定不如它。技術(shù)是不斷進(jìn)步的，有時(shí)候情況也會(huì)隨著發(fā)生變化。
如果只是簡(jiǎn)單少量點(diǎn)的需求，或者已經(jīng)有了大平臺(tái)，要滿足用戶高清網(wǎng)絡(luò)視頻上電視墻的需求，采用具有單路解碼效果的芯片即可。對(duì)中小型項(xiàng)目和大項(xiàng)目的分節(jié)點(diǎn)而言，則要用到NVR或者目前熱門(mén)的混合型DVR來(lái)解決。考慮到把多臺(tái)百萬(wàn)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的大量數(shù)據(jù)流進(jìn)行管理和存儲(chǔ)會(huì)消耗非常大的網(wǎng)絡(luò)和PCI帶寬，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)芯片和CPU來(lái)說(shuō)也是非常大的考驗(yàn)，這也是目前一些芯片要集成雙核CPU和千兆網(wǎng)口的原因。
百萬(wàn)高清攝像機(jī)芯片應(yīng)用前景
對(duì)目前網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)芯片解決方案而言，一方面SoC芯片解決方案的公司只有具備足夠的相關(guān)技術(shù)才能應(yīng)對(duì)未來(lái)更多挑戰(zhàn)；另一方面網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)也不是功能越多越全越好，在目前工程水平上快速便捷地滿足客戶的需求才是根本。
隨著百萬(wàn)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的發(fā)展，芯片實(shí)現(xiàn)更多功能的同時(shí)，集成度也越來(lái)越高，隨之外圍器件會(huì)越來(lái)越少，功耗也會(huì)越來(lái)越低。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的搭配，數(shù)字高清攝像機(jī)既要有適合于安防應(yīng)用的圖像傳感器，與之對(duì)接的后端還要有解碼芯片技術(shù)的支持，所以后端解碼顯示芯片的性能也有待更大突破。
結(jié)束語(yǔ)
百萬(wàn)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的芯片發(fā)展不能簡(jiǎn)單看成網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的發(fā)展，更值得關(guān)注的是系列配套產(chǎn)品的完善。如果能夠從芯片設(shè)計(jì)部分就開(kāi)始考慮好怎樣更加貼近實(shí)際安防工程項(xiàng)目，這將會(huì)使百萬(wàn)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)更廣泛的應(yīng)用起來(lái)。
