很多年以前業(yè)界就談到安防視頻監(jiān)控領(lǐng)域的三個趨勢：數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。目前國內(nèi)市場上安防視頻監(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轉(zhuǎn)變?yōu)槿渴菙?shù)字信號。
相比于模擬視頻監(jiān)控設(shè)備，百萬高清數(shù)字攝像機大大提升了畫質(zhì)，像素達到1280×720、1920×1080或更高，因此有了“百萬高清”之名。同時，對比模擬監(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，易于實現(xiàn)遠距離傳輸，更重要是降低了工程造價且易于維護。隨著純數(shù)字高清監(jiān)控系統(tǒng)配套設(shè)備越來越齊全，解決方案越來越完善，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。
攝像機芯片的功能
從數(shù)字攝像機的組成結(jié)構(gòu)來看，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)過光電轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻信號輸出給芯片，芯片進行一系列數(shù)字圖像信號處理(ISP)和數(shù)據(jù)壓縮之后，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給后端解碼顯示設(shè)備，進而實現(xiàn)視頻預(yù)覽、錄像、回放等功能。
從上面我們可以看出，攝像機芯片是整個攝像機里面核心部件，它接收來自圖像傳感器獲取的圖像，然后進行一系列的運算和處理，實現(xiàn)了數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機的所有功能。
數(shù)字攝像機芯片，習慣上又稱之為片上系統(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平臺上，其中大部分功能固化在芯片上，并且對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)用需求進行二次開發(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)，實現(xiàn)如預(yù)覽、縮放、光學(xué)處理、圖文疊加等功能，從而進一步增強視頻處理能力。
當前百萬高清攝像機芯片 廠家及產(chǎn)品
SoC方案作為高清數(shù)字攝像機芯片解決方案，能夠有效滿足百萬高清攝像機內(nèi)部復(fù)雜視頻處理運算以及外圍設(shè)備接口擴展。目前主流的攝像機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標準。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、語音以及其他高清視頻編解碼器，可實現(xiàn)更高的靈活性與更低的設(shè)計復(fù)雜性。DM368采用的ARM926EJ-S內(nèi)核可實現(xiàn)超過40%的性能提升，頻率高達432MHz，同時還可將視頻編碼/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TI在智能化方面也有嘗試。DMVA1通過集成TI代視覺協(xié)處理器提供入門級分析功能，如人數(shù)統(tǒng)計、觸發(fā)區(qū)、智能運動檢測、攝像機篡改檢測以及流媒體元數(shù)據(jù)等。由于在同一芯片中緊密耦合了視覺協(xié)處理器與智能分析功能，從而實現(xiàn)了具有視頻分析功能的IP攝像機。
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可在流媒體標準高達1080p的情況下實現(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，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)議實施編解碼；支持1.3M Pixels@30fps，支持大300萬像素的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，除了具備上述特點之外，它支持1080P@30fps，支持大1600萬像素的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接，同時增加了CVBS輸出，可以提供HDMI或SDI擴展輸出。智能化方面集成了智能分析加速引擎，支持智能運動偵測、周界防范、人臉檢測、視頻診斷等多種智能分析應(yīng)用。
安霸
安霸A5s網(wǎng)絡(luò)攝像機芯片采用528MHz ARM11處理器，帶有DSP子系統(tǒng)用來進行ISP和H.264/MJPEG的編解碼處理，支持全高清1080p30 H.264編碼，并且集成了專業(yè)處理240MPixel/s圖像處理功能。其圖像處理引擎包含了增強的降噪處理、圖像增強濾波，以及電子防抖動等技術(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攝像機所具備的功能，它集成了視頻壓縮功能，也能夠進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、自動聚焦、自動白平衡以及自動曝光等)。在傳感器的配合下，ASC8850在低光線條件下也可以實現(xiàn)高視頻質(zhì)量，因為這款芯片支持高分辨率色調(diào)映射，能夠自動調(diào)整曝光并實現(xiàn)像素組合。
百萬高清攝像機芯片發(fā)揮功能需配套產(chǎn)品配合
百萬高清攝像機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，寬動態(tài)等等；圖像處理(ISP)包括3A(自動曝光，自動白平衡，自動聚焦)，邊緣增強，3D降噪，圖像的縮放、翻轉(zhuǎn)、亮度、色度、飽和度、對比度調(diào)節(jié)，還有數(shù)字寬動態(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；智能分析方面有運動偵測、周界防范、人臉檢測、車牌識別、視頻診斷等等。
視頻安防監(jiān)控攝像機的圖像傳感器主要是CCD和CMOS兩種。模擬攝像機以CCD圖像傳感器為主，百萬像素以上的高清攝像機目前主要以CMOS圖像傳感器居多。近年來，在shou機等消費類電子領(lǐng)域占據(jù)了大部分市場的圖像傳感器公司開始將一些高性價比的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，動態(tài)范圍也增強很多。
一般來講，同樣的感光面積，像素點越多，每一個像素的感光面積就越小，每一個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)常錯誤地拿幾十萬像素的1/3英寸CCD模擬攝像機與1/3英寸CMOS百萬高清攝像機比較低照度效果，從而得出錯誤的論斷，認為CCD低照度更好。事實上，以APTINA公司1/3英寸130萬像素CMOS芯片制成的低照度攝像機與某采用日產(chǎn)1/3英寸CCD芯片制成的130萬像素數(shù)字高清攝像機進行低照度效果比照，在齊整條件下，CMOS不只不亞于CCD，反而在視覺上大大超出了CCD百萬高清數(shù)字攝像機。所以對于圖像傳感器的選擇，要擺脫模擬攝像機的陰影，不能盲目的認為CCD的低照度效果是的，CMOS感光器效果一定不如它。技術(shù)是不斷進步的，有時候情況也會隨著發(fā)生變化。
如果只是簡單少量點的需求，或者已經(jīng)有了大平臺，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。對中小型項目和大項目的分節(jié)點而言，則要用到NVR或者目前熱門的混合型DVR來解決。考慮到把多臺百萬高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的大量數(shù)據(jù)流進行管理和存儲會消耗非常大的網(wǎng)絡(luò)和PCI帶寬，這對網(wǎng)絡(luò)芯片和CPU來說也是非常大的考驗，這也是目前一些芯片要集成雙核CPU和千兆網(wǎng)口的原因。
百萬高清攝像機芯片應(yīng)用前景
對目前網(wǎng)絡(luò)攝像機芯片解決方案而言，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)對未來更多挑戰(zhàn)；另一方面網(wǎng)絡(luò)攝像機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。
隨著百萬高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的發(fā)展，芯片實現(xiàn)更多功能的同時，集成度也越來越高，隨之外圍器件會越來越少，功耗也會越來越低。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的搭配，數(shù)字高清攝像機既要有適合于安防應(yīng)用的圖像傳感器，與之對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
百萬高清網(wǎng)絡(luò)攝像機的芯片發(fā)展不能簡單看成網(wǎng)絡(luò)攝像機的發(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)計部分就開始考慮好怎樣更加貼近實際安防工程項目，這將會使百萬高清網(wǎng)絡(luò)攝像機更廣泛的應(yīng)用起來。
