高清IP图像处理芯片的介绍及应用

      高清IP

　　高清IPC即High Definition IPCamera，也就是完全符合HDTV标准的IPC。很显然，高清视频意味着更大的数据量，无论对于编码芯片、编码算法、网络传输及存储系统都带来的巨大的考验，而得益于这些相关领域的不断突破，高清IP监控已得以实现，并快速地发展和应用。
 

　　根据SMPTE(美国电影电视工程师协会)标准，高清IP监控系统需达到如下要求：

　　分辨率要求。即需要达到1280×720/逐行或1920×1080/隔行/逐行。

　　帧率能够达到全帧速。

　　具有更好的图像色彩保真度。

　　16：9格式。

　　因此，高清IP不仅指传感器有效像素的大幅度提高，而且实现视频的实时性、具有高图像色彩的保真度、长宽比为16：9的格式成像效果。

　　高清IPC的设计方案很多，但从架构上来看，主要包括两种：其一，采用CCD/CMOS传感器作为图像采集设备，配套提供实现图像处理和编码功能的SOC芯片；其二，采用前端摄像机模组作为图像采集设备和一个通用的ASIC或DSP进行编码和传输。由于第一种架构设计灵活，广泛被厂家采用。在图像处理方面有三种实现方案。
 

　　第一种方案采用专用的ISP处理芯片和编码处理部分，该方案较灵活，采用专用的ISP芯片稳定性好，能够保证图像的质量。

　　第二种方案采用集成ISP的编码芯片，该方案灵活性次于第一种方案，且专用的ISP处理芯片稳定性虽高，但图像质量一般、成本较高。

　　第三种方案采用FPGA等芯片实现信号处理及编码功能，该方案灵活性最强，但是稳定性差、成本最高、图像质量难于保证。

　　专用ISP方案设计灵活、性价比高、可以保证图像的质量，适用于高清IPC的设计。
 

　　ISP处理芯片

　　ISP（image signal processing）是指视频信号处理芯片，一般通过专门的ASIC或者DSP加以实现。通常情况下，传感器部分设置有内嵌的图像处理芯片以处理一些较简单的功能，而较复杂的3A(即自动曝光、自动白平衡以及自动对焦)、WDR等功能，则必须通过后端ISP处理，以获得良好的影像效果。

　　以Nextchip的高清多功能ISP芯片NVP2400为例，该芯片可应用于1.3M/2M的HD-SDI 摄像机、高清模拟摄像机及高清IPC的设计。其内部集成8位快速8051MCU、64M SDRAM及片上X-RAM等。芯片有I2C、UART、SPI等通信接口，并具有定时器、PWM、中断等功能，可与标准8051MCU兼容。

　　NVP2400可直接接收原始视频信号或者LVDS信号，经过ISP预处理后，芯片可以输出复合模拟信号和BT656/BT1120/YC16bits视频数据流。与某些仅支持单一Sensor的专用ISP芯片不同，它可与多款Sensor进行无缝连接，包括Panasonic的MN34031PL，Sony的IMX036LQR/LLR，Aptina的MT9P031，Omnivision的Ov2715等系列CMOS。

　　NVP2400支持多种图像预处理功能，其中有3A处理、镜头畸形校正(LSC)处理、亮度自适应ACCE即宽动态、2D/3D数字降噪、坏点检测DPC、假色修正、色滚抑制、64倍电子放大/画中画、日夜转换、运动侦测MD、隐私遮蔽、自定义OSD等功能，下面详列几项说明。

　　ACCE（adaptive contrast andcolor enhancement）

　　ACCE（高对比度亮度/颜色自适应功能），是宽动态技术（WDR）的一种。NVP2400根据人眼对高亮度区域敏感的视觉特性，通过对高对比度及其边缘部分亮度/颜色的有效调整，可以增强整个画面的可视度。
 

　　DEFOG去雾化功能

　　Camera在有雾或下雨的环境中，图像可能出现模糊不清，动态范围下降的现象。因为在正常情况下，Sensor可以接收多个层次的亮度，但是有雾情况下，图像的亮度层次被雾遮盖。NVP2400通过分析每个区域的亮度柱状图，改进其亮度分布情况，可有效增强雾化图像的宽动态范围。
 

　　Color Interpolation色彩算法

　　由于Sensor使用的彩色滤光片的排列方式为拜尔排列，获取信息中彩色信号不全，必须从周围的像素进行推测，补偿信号的不足，称为补间处理。与一般的双线性插值算法不同，NVP2400采用了对角插值算法，可以消除由线性算法产生的图像颜色失真，进一步提高图像细节的分辨能力。
 

　　2D/3D数字降噪

　　降噪是Camera获得高质量图像很重要的部分。NVP2400的2D降噪功能可以有效降低平面及边缘噪声。而在表现运动物体时，NVP2400可根据前一帧图像及当前图像像素间信息的对比，通过运算有效地消除3D噪声、鬼影及拖尾等现象。
 

　　结束语

　　对于安防的视频监控领域应用的高清IPC较传统模拟摄像机、普通网络摄像机具有更多优势，比如高清晰度、百万像素级的传感器、可以获得更多的视频信息，逐行扫描的CCD/CMOS技术可以让画中画更清晰、自然流畅，没有机械移动部件，更耐用，更大的视觉覆盖范围等。
 

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