數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用的技術(shù)資料下載

??從以往PC板卡發(fā)展到今天的嵌入式系統(tǒng)，監(jiān)控產(chǎn)品變得越來(lái)越專業(yè)，集成度也越來(lái)越高。壓縮規(guī)格已經(jīng)從JPEG、MPEG2、MPEG4發(fā)展到H.264，壓縮效率越來(lái)越高，這表明同樣的帶寬能傳送更高質(zhì)量的畫(huà)面。監(jiān)控產(chǎn)品的分辨率則從CIF、D1、720p向高清1080p轉(zhuǎn)換，甚至可能更高，這說(shuō)明人們對(duì)畫(huà)質(zhì)以及清晰度的追求更上一層樓。除此之外，監(jiān)控影像也逐漸從模擬轉(zhuǎn)向數(shù)字信號(hào)，系統(tǒng)從封閉轉(zhuǎn)向開(kāi)放式與網(wǎng)絡(luò)化，從非實(shí)時(shí)（低于每秒25或30幀）轉(zhuǎn)向?qū)崟r(shí)，甚至每秒50或60幀的影像質(zhì)量。 ??恩智浦半導(dǎo)體（NXP）的ASC8851就是一款專門(mén)針對(duì)高清實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)（IP camera）而設(shè)計(jì)的高集成度、單芯片解決方案，它提供了網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)所需的功能，可以直接采集從CMOS影像傳感器得到的原始數(shù)據(jù)（raw data）影像，經(jīng)過(guò)影像的優(yōu)化處理，包含各種ISP功能（數(shù)字影像處理，包含3A），壓縮之后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送出去。 ?? ??數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)采用的技術(shù) ??能力，嵌入式ARM與Linux系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)能力是必備的；此外，如網(wǎng)絡(luò)通訊、影像壓縮等在以往的DVR、DVS產(chǎn)品中的重要功能也必不可少；由于網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)整合了前端影像輸入，因此以往由模擬CCTV產(chǎn)品處理的鏡頭及傳感器影像質(zhì)量問(wèn)題（含對(duì)焦、光圈、快門(mén)、增益等），都成為網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)制造商所需要面對(duì)與解決的問(wèn)題。 ??數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)遇到的難題 ??如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)系統(tǒng)可以大致分為前端的影像傳感器與后端的影像處理IC（ISP+視頻編碼/視頻流）。對(duì)于ISP部分，有的與前端傳感器整合在一起，有的是獨(dú)立的ISP芯片，而恩智浦方案目前為集成進(jìn)單芯片的后端影像處理IC。以下是數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)目前面臨的一些主要問(wèn)題： ??選擇CCD 還是CMOS傳感器：以往的CCTV通常都是采用CCD傳感器，但是在高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)領(lǐng)域里，CCD通常達(dá)不到在百萬(wàn)畫(huà)素以上輸出每秒25或30張的畫(huà)面，即使有單價(jià)也非常高。CMOS傳感器可能將是高清實(shí)時(shí)攝像機(jī)（尤其是200萬(wàn)像素）的主流，現(xiàn)在各家CMOS傳感器各有千秋，選擇時(shí)需要廠商費(fèi)一番心思。 ??顏色和畫(huà)質(zhì)的表現(xiàn)：消費(fèi)者習(xí)慣CCD傳感器在顏色和畫(huà)質(zhì)上的表現(xiàn)，該領(lǐng)域過(guò)去由少數(shù)CCD傳感器廠商控制。轉(zhuǎn)換到CMOS傳感器時(shí)，需要進(jìn)行一番調(diào)整才能符合大部分消費(fèi)者的喜好。 ??低照度下的噪點(diǎn)：以往CCD在低照度下的噪點(diǎn)比CMOS要來(lái)得好，現(xiàn)在，新的背照式CMOS傳感器技術(shù)正逐漸改善這個(gè)弱項(xiàng)，甚至可以超過(guò)CCD的表現(xiàn)。但CMOS傳感器又對(duì)熱相當(dāng)敏感，需要廠商對(duì)熱進(jìn)行隔絕以及在散熱機(jī)構(gòu)上做妥善處理。 ??WDR（HDR）、寬動(dòng)態(tài)、高反差畫(huà)面下的表現(xiàn)：隨著消費(fèi)者的要求越來(lái)越高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)在高反差畫(huà)面下的表現(xiàn)越來(lái)越重視。這可以分別從前端傳感器以及后端的影像處理兩方面來(lái)改善。傳感器方面，可以用兩次曝光的方式，也可以將所有像素分成長(zhǎng)、短曝光兩部分，分別取得亮處和暗處的細(xì)節(jié)，再迭加成一張同時(shí)具備亮暗處細(xì)節(jié)的影像。 ??像素高低、實(shí)時(shí)壓縮、多碼流以及功耗：由于H.264的壓縮運(yùn)算量較大，已經(jīng)很少有人使用純DSP來(lái)做高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用。目前的主流都是使用純ASIC或用DSP加ASIC硬件壓縮加速引擎來(lái)實(shí)現(xiàn)，在1080p（200萬(wàn)像素）高清分辨率下，不見(jiàn)得每家都能做到實(shí)時(shí)每秒25或30張的壓縮，同時(shí)又要兼顧到其它分辨率的子碼流輸出。不同壓縮格式以及不同分辨率的子碼流是必要的，因?yàn)橐恍┡涮自O(shè)備，解不動(dòng)高清高碼流的視頻流，而為了跟以前及現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備兼容，可能也需要壓縮其它格式（MPEG-4或是Motion JPEG）及較低的分辨率與碼率。最后，由于繁雜的運(yùn)算量可能會(huì)使芯片的功耗上升，而網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的應(yīng)用環(huán)境很多，尤其是有些戶外的機(jī)種需要在太陽(yáng)曝曬下使用，為了不使設(shè)備過(guò)熱而出現(xiàn)不穩(wěn)定，功耗也是重要的考慮因素之一。 ?? ??恩智浦ASC885x解決方案的優(yōu)勢(shì) ??1.數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、低延遲時(shí)間 ??數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是監(jiān)控業(yè)界的新方向，以往的模擬圖像信號(hào)需要連接許多纜線，而數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)把攝像機(jī)全部連在一起，能傳送更長(zhǎng)的距離，同時(shí)不會(huì)因?yàn)榫嚯x而影響影像的質(zhì)量，并且更容易和廣大的互聯(lián)網(wǎng)相通，以傳送高清高畫(huà)質(zhì)的影像。 ??數(shù)字網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳送影像，主控芯片需要能夠以低延遲時(shí)間壓縮并提供優(yōu)質(zhì)的影像水平。 ??2.豐富的接口，完整的功能 ??恩智浦的方案帶有PCI-e、SPI、USB接口，可以擴(kuò)充支持SATA硬盤(pán)及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等外圍設(shè)備。除了可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送畫(huà)面，也支持通過(guò)HDMI或HD-SDI（HD-CCTV）的方式傳送實(shí)時(shí)影像，客戶可以實(shí)現(xiàn)雙模的高清攝像機(jī)。另外，恩智浦的方案還具有硬件的碼流加密功能。 ??3.清楚而流暢的畫(huà)面，功耗更低 ??恩智浦ASC885x系列中目前最高端的ASC8851芯片，可以達(dá)到1080p每秒45張的H.264壓縮效果（High Profile L4.1）。僅用一顆芯片，用戶就可以實(shí)現(xiàn)1080p加上720p子碼流的雙實(shí)時(shí)編碼，或8路D1的實(shí)時(shí)壓縮。也可以實(shí)現(xiàn)720p每秒60張的流暢視頻，還有機(jī)會(huì)做到3百萬(wàn)像素每秒25到30張的超高清實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。而且恩智浦ASC8851芯片的功耗比之前產(chǎn)品更低（低于1.4W）。 ??4.高集成度、低技術(shù)門(mén)檻的方案 ??由于ASC885x包含ISP模塊，不需要外置的ISP芯片，因此客戶在前端傳感器的選擇上更廣泛。恩智浦已經(jīng)支持多款主流傳感器，不需要額外的授權(quán)與開(kāi)發(fā)費(fèi)用，客戶就可以獲得整合與優(yōu)化過(guò)的傳感器驅(qū)動(dòng)，而且只需花費(fèi)較少的精力就可以達(dá)到不錯(cuò)的效果。恩智浦還提供軟硬件參考設(shè)計(jì)，簽完保密協(xié)議與網(wǎng)上注冊(cè)通過(guò)后，客戶可以免費(fèi)下載芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)、軟件開(kāi)發(fā)套件、硬件設(shè)計(jì)線路圖及獲得技術(shù)支持等。 ??本文小結(jié) ??高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)是目前監(jiān)控產(chǎn)業(yè)的趨勢(shì)，更高分辨率、更流暢的畫(huà)面（更高幀率）是必然的走向；隨著該應(yīng)用越來(lái)越普及，消費(fèi)者對(duì)畫(huà)質(zhì)的要求會(huì)越來(lái)越高。在標(biāo)準(zhǔn)化方面，兼容與互通性上將來(lái)也會(huì)變成必需條件，目前 ONVIF與PSIA兼容規(guī)范各有支持者，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商需要留意未來(lái)的走向。除此之外，在智能分析檢測(cè)上的應(yīng)用，也會(huì)隨著時(shí)間推移逐漸成熟完備，恩智浦在這方面也有妥善的規(guī)劃，在不久的將來(lái)將會(huì)發(fā)布。 ??作者： 陳爾泰 ??恩智浦半導(dǎo)體 產(chǎn)品應(yīng)用工程師 (mbbeetchina)