高清IP摄像机芯片技术方案搭配

 　　高清IP摄像机的组成与关键点

　　高清IP摄像机一般的组成如图1所示。
 

　　在安防监控中视频图像的高解析度、低噪声、高敏感度、宽动态范围、低影像失真、低照度及实时性等是IP摄像机的主要评价技术参数，所以在 IP摄像机的设计中影响这几个主要技术参数的视频图像采集部分，视频信号处理部分及视频编码压缩部分等就成为IP摄像机的关键。

　　视频图像采集部分主要为CMOS或 CCD图像传感器实现对影像信号的光电转换。视频信号处理部分即ISP部分，主要功能包括对采集的图像进行bayer型到RGB型等彩色信号恢复，RGB到YUV色彩空间转换，3A处理（自动白平衡、自动曝光、自动聚焦），图像的伽玛校正，图像剪裁，色度、对比度、亮度的控制等。视频编码压缩部分主要为将海量数据原始视频信号编码压缩成有利于传输与存储并能最大限度保真还原图像信息的数字视频处理部分。

　　目前针对于这三个主要关键点的IP摄像机芯片的搭配主要集中在以下三个方案。

　　第一种方案采用ISP部分与视频编码压缩部分为分开的芯片处理方式。（如图2）ISP部分可采用专用的ISP芯片如：nextchip的NVP2400芯片，也可采用FPGA（现场可编程逻辑门阵列）进行视频图像处理。视频编码压缩部分可采用专用集成芯片进行硬件的编码压缩或集成编码压缩模块的数字多媒体处理器等。
 

　　第二种方案采用ISP部分与视频编码压缩部分集成在一起的单芯片处理方式，如海思的HI3516、HI3517芯片，NXP的ASC886X/ASC885X系列芯片，TI的TMS320DM814x DaVinci数字媒体处理器芯片等，此类芯片还集成了丰富的外围扩展接口，提供足够的硬件资源支持。（如图3）
 

　　第三种方案采用FPGA等芯片实现视频信号处理及编码功能，此方案一般设计比较复杂开发难度较大，而且成本往往较高，图像质量难以保证。（如图4）
 

　　 

        IP摄像机芯片的选择与搭配

　　视频图像采集部分

　　视频图像采集部分的传感器分CCD与CMOS两种类型。两者之间的工作机理不同，CCD图像传感器生产过程复杂、成本高、功耗大、但拥有高信噪比、宽动态范围、高电荷转换效率和高输出图像质量的优点，而CMOS图像传感器的最大优点是功耗低、成本低、电路结构简单、集成度高。随着技术水平的不断进步，CMOS图像传感器的性能正在逐渐接近和超越CCD。
 

　　因此在高清IP摄像机中图像传感器的选择还是以CMOS为主。

　　针对高清与全高清摄像机，CMOS现在常用的芯片包括：

　　APTINA：MT9P031(5M@12)、MT9P006(5M@12)、AR0331(3M,WDR)、9M034(720P,WDR) ；

　　OMNIVISION：OV2715(2M)、OV5656(5M)、OV10633(720P,WDR)、OV9715/2(720P) ；

　　PANASONIC：MN34031(LOW LIGHT, 720P/30 WDR,720P/60)、MN34041(LOW LIGHT,1080P/30,1080P/30WDR,1080P/60) ；

　　SONY：IMX035(LOW LIGHT, 720P/30, 720P/60). IMX036(LOW LIGHT, 1080P/30,1080P/60)、IMX122(LOW LIGHT, 1080P/30,1080P/30 WDR,1080P/60；

　　ALTANSENS：3372E。

　　不同CMOS芯片之间，图像采集的帧率、宽动态范围、图像输出的格式、最低照度、信噪比、芯片集成度、图像信号输出的接口等也不尽相同、这样在IP摄像机芯片搭配方面就产生不同像素如200万像素、300万像素、500万像素，不同宽动态范围，不同照度等级的IP摄像机。

　　视频图像信号处理部分

　　由于CMOS芯片图像信号输出接口的不同，如8/12/16bit parallel DVP接口，lvds serial data HISPI接口。输出的数据格式也不同，如BAYER型的RGB RAW DATA，或经过部分图像预处理的YUV数据，这样就要求后端连接的图像处理ISP芯片能够支持前端输出接口与输出格式CMOS芯片。有的如果选择的ISP芯片不支持前端数据接口，还需要再外接中间的专用接口转换芯片或FPGA逻辑芯片。

　　在采用第一种方案中，选择专用的ISP处理芯片，如Nextchip的高清多功能ISP NVP2400，该芯片可支持1.3M/2M像素视频图像传感器，直接接收RAW视频信号或者LVDS信号，经过视频图像处理后，芯片可以输出复合模拟信号和BT656/BT1120/YC 16 bits视频数据流。与某些仅支持单一图像传感器的专用ISP芯片不同，它可与多款图像传感器进行无缝连接，包括Panasonic的MN34031PL，Sony 的IMX036LQR/LLR，Aptina的MT9P031，Omnivision的Ov2715等系列CMOS。

　　NVP2400支持多种视频图像处理功能，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。

　　视频图像编码压缩部分

　　视频图像的编码压缩部分，现主流的视频编码压缩包括：H.264 baseline/main/high profile 编码，MPEG4 SP编码，MJPEG/JPEG baseline编码等，在第二方案中所提到的HISILICON的HI3516、HI3517芯片，NXP的ASC886X/ASC885X系列芯片，TI的TMS320DM814x DaVinci数字媒体处理器芯片等都支持主流视频编码压缩标准。支持多码流实时编码能力方面HI3516能支持到1080P@30fps+D1@30fps+CIF@30fps+QVGA@30fps+1080pJPEG抓拍1fps或720P@60fps+D1@30fps+CIF@30fps+QVGA@30fps+720pJPEG抓拍1fps，HI3517能支持到1080P@60fps+VGA@30fps+1080pJPEG抓拍1fps.ASC886X的编码压缩能力达到1080p/60 H.264 High profile+1080p/40 MJPEG，其中ASC8860支持单图像传感器，1080p/60的实时视频流编码，ASC8861支持单图像传感器, 1080p/60 +720p/60的实时双码流视频编码，ASC8862 支持双图像传感器, 2 x 1080p/60的实时视频流编码。

　　其他的TI的TMS320DM814xDAVINCI数字媒体处理器同时支持现主流视频编码与智能视频分析。

　　上述的几种多媒体处理器都集成了ISP视频图像处理模块，在采用第一种方案时，可采用专用的外部ISP芯片与这些多媒体处理器进行高清IP摄像机芯片搭配设计， 如200万像IP摄像机：(OV2715/MN34041/IMX036/IMX122)+NVP2400+(HI3516/HI3517/ASC886X/ASC885X),同时也可直接利用这些多媒体处理器上的ISP模块进行第二种方案的高清IP摄像机芯片搭配设计，如200万像素或更高像素的IP摄像机：MT9P031/MT9P006/AR0331/MN34041/3372E等常用的CMOS芯片+HI3516/HI3517/ASC886X/ASC885X/DM814X等多媒体处理器。

　　结束语

　　通过对高清IP摄像机组成的大体介绍以及对IP摄像机三个主要部分芯片的不同选择，我们可以实现符合不同场景下的多样性的高清IP摄像机设计，而且随着半导体技术、图像智能分析技术、视频编码技术、网络技术及视频监控管理平台技术等的日新月异，高清IP摄像机芯片的选择与搭配将呈现更加的多样化与简单化。
 

【作者系天津市亚安科技股份有限公司董事长兼总经理】

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