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安防三大高清摄像机芯片方案的应用简析

  日期:2016-02-18  浏览次数:86

  随着安防监控行业市场的高速发展,对于监控系统而言,早在前几年,高清只是一个全新的技术概念,通过几年来研发人员的不懈努力,整个视频监控系统,包括从图像采集、转换、压缩、传输、存储、控制、显示等都得到了质的提升。而对整个视频监控系统而言,前端图像采集设备即摄像机是整个系统的核心,只有前端保证了高清,整套系统的高清才不会是空中楼阁,不仅如此,在高清化的同时,各大厂商结合自己行业技术沉淀,网络化和智能化等也逐渐走进人们的视野。

 

  当前市场情况,高清监控系统大致分为三条主线,分别是960H模拟摄像机、HD-SDI数字高清摄像机、百万高清网络摄像机。下面,我们将简单探讨一下各主要方案的芯片方案。

 

  960H模拟摄像机

 

  模拟监控时代,清晰度从最早的380线发展到420线、480线,再到540线、600线、到如今的960H方案,这些演变是历经了市场的洗礼和用户 的需求提升。目前模拟高清主要以960H为主,前端图像传感器主要以类似ICX663和ICX673,以及ICX811、ICX679等可达960H的水 平像素的sensor为主,这些传感器的有效像素都可做到976(H)×582(V)。而后端大多以Sony的EFFIO系列为主,通常以ICX663搭 配EFFIO-P的方式,做成宽动态的机型,这种搭配方式主要是为提升摄像机的整体宽动态效果,以满足特殊场合场景的应用,一般金融行业对此有较高的需 求,如自动取款机场景。景阳依此方案而研发的59/50系列宽动态机型,在输出高清的同时,将宽动态范围做到100dB以上,实现了在各种逆光或者背光环 境下,依然清晰可见画面中的前景和背景。同时结合2D/3D降噪,将混杂在视频信号中的杂波信号滤除,做到了画面的干净细腻,在行业中处于领先水平。另外 一种方式是ICX673搭配EFFIO-E的方案,增强版的EFFIO-E是Sony基于960H推出的高清解决方案, 在完全兼容旧版本的情况下,增加了诸如透雾、多级OSD菜单等功能,图像效果更加清晰细腻,配备可移动红外滤光片,实现真正的日夜监控,多级的OSD菜 单,可调节摄像的各个不同参数以满足不同应用场景的需求。

 

  HD-SDI数字高清摄像机HD-SDI摄像机

 

  属于高清监控的快速发展领域,有着他自身一些优势,首先由于其实现了真正的数字高清的同时,保留了原有模拟系统的简单易用特点,在旧有模拟监控系统框 架上非常容易替换,施工人员无需培训,可轻松上手。其次,SDI(serialdigitalinterface)接口是一种数字分量串行接口,是 SMPTE制定的一种广播级信号标准,HD-DSI作为其中一种,同样采用BNC接口走视频同轴线输出,或者光纤传输。采用标准的传输接口,具有良好的兼容性,壳方便接入任何厂家提供的HD-DVR设备,在实际项目中有较大的选择空间,同时对于后期维护替换等方面也较方便,这一优势是目前高清网络摄像机不可比拟的。最后,HD-SDI数字高清摄像机有高质量的低延时特性,这一特性填补了特殊市场的需求,例如审讯系统。HD-SDI监控不采用网络来传输,不会产生网络带宽带来的延时问题,高质量的传输线材可做到30~50ms的低延时,这在监控系统来讲,可称之为无延时的实时图像,另一方面,HD-SDI摄像机没有做压缩编码处理,可做到无损输出,在画面细节表现上更加出色,同时也减少的因压缩编码带来的耗时问题。

 

  当前HD-SDI摄像机主流分辨率为1280x720、1920x1080,而前端传感器有CCD和CMOS两 种类型,但就目前市场产品形态看来,更多的是选在高分辨率的CMOS来作为前端信号采集,例如景阳科技股份有限公司的HD-SDI解决方案采用的是 SonyExmorRCMOS背照技术的感光元件,改善了传统CMOS感光元件的感光度。ExmorRCMOS采用了和普通方法相反、向没有布线层的一面照射光线的背面照射技术,由于不受金属线路和晶体管的阻碍,开口率(光电转换部分在一个像素中所占的面积比例)可提高至近100%。与其以往1.75μm间隔的表面照射产品相比,背面照射产品在信噪比上具有很大优势。

 

  但是,我们同时也应看到HD-SDI高清摄像机发展的制约的一面,首先传输距离上,由于其本身传输的数据量很大,导致实际应用受阻,目前的传输线材大 多做到100~150米左右,要更远的距离需要额外增加中端设备。另一方面,后端配套设备的短缺,作为实际项目的应用,必须要配备完善的HD-SDI光端 机,SDI-DVR、HD-SDI视频矩阵、显示大屏等等配套设备,才能充分体现HD-SDI的高清优势,无疑这些配套设备将会大大提高整套应用方案的成 本费用。随着市场对HD-SDI的接受以及成本的减低,HD-SDI才会形成自己的发展之道。

 

  百万高清网络摄像机

 

  高清网络摄像机相对大家来家都已经不陌生了,这两年的广泛应用,一个完整的高清网络摄像机芯片方案包括图像传感器模块,图像处理模块(ISP),网络摄编码压缩模块,每个模块都扮演着重要角色。

 

  图像传感器是摄像机的重要组成部分。根据元件的不同,可分为CCD和CMOS两大类。如SONY的ICX445、ICX274、 IMX036/136,Aptina的MT9M034、AR0130、MT9P006,Omnivison的OV2715等等。图像传感器的作用是将光学 图像采集并转换成后端ISP可用的电信号。

 

  这些CMOSsensor在低照度、宽动态、高像素等方面各具特色。

 

  图像信号处理器ISP(ImageSignalProcessor)的主要作用是对前端图像传感器输出的信号做后期的处理。不同的ISP用来匹配不同 厂商的图像传感器。ISP的优异在整个摄像机产品中很重要,应当说它直接影响呈现给用户的影响画质的优劣。图像经过图像经过CCD或者CMOS的采集后, 需要经过后期的处理才可以较好的适应不同的环境,在不同的光学条件下都能较好的还原出现场细节。在ISP中它会完成我们常常提及的2A(AWB/AE,自 动白平衡/自动曝光)或者3A(AWB/AE/AF,自动白平衡/自动曝光/自动聚焦),目前主流的做法都是将ISP集成在DSP部分。

 

  网络摄像机的重点部分即在于后端压缩编码部分,首先我们来了解压缩处理和数字视频转换的概念。ISP将前端图像传感器信号处理后,一般会以BT.656/BT.1120/YUV4:2:2等数字接口格式传输到后端处理芯片中。

 

  压缩处理器(SoC或DSP)可以将视频信号以H.264/MPEG-4/MJPEG算法进行编码压缩,然后通过内建的网络服务以TCP/IP协 议的网络信号进行传输给用户。不同厂家的硬件压缩处理器拥有各自的特性,比如低功耗、高性能、高视频压缩质量、高压缩比等。

 

结束语

  高清摄像机的相关芯片解决方案正在高速发展,市场对高清监控产品的性能要求也在不断提高,各种高清解决方案也层出不穷,我们应当根据市场需求和是实际 项目选择合适的高清解决方案,那么这就需要我们对摄像机的芯片有充分的了解和认识,只有充分了解,才能合理利用芯片的资源,做出有自我核心竞争力的产品。

 

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