• FH8510是一款针对CIS(CMOS Image Sensor)的图像信号处理芯片,它内置强大图像处理引擎,CMOS图像传感器接口,TV编码器,D/A转换器,提供NTSC/PAL的输出,同时也提供ITU.BT656 10Bit的输出,主要应用于中低端标清...

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    作者:EasyWave                                       时间:2014.07.05

    类别:协议标准-FH8510简介                    声明:转载,请保留链接

    注意:如有错误,欢迎指正。这些是我学习的日志文章......

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    一:FH8510 ISP处理芯片简介

           FH8510是一款针对CIS(CMOS Image Sensor)的图像信号处理芯片,它内置强大图像处理引擎,CMOS图像传感器接口,TV编码器,D/A转换器,提供NTSC/PAL的输出,同时也提供ITU.BT656 10Bit的输出,主要应用于中低端标清模拟CCTV摄像机、车载后视摄像机及楼宇对讲摄像机。 FH8510可以支持多种CMOS图像传感器,具有功耗低、分辨率高、配置灵活、定制化程度高等特点。FH8510的缺省配置可以支持OV7740、OV7725,通过外接EEPROM还可以配置更多的CMOS图像传感器。FH8510的OSD采用硬件图像数据解压缩技术,全部的OSD数据可放置在EEPROM内。FH8510提供了一个IR LED和IR CUT控制接口,用户可以设定开、关阀值。


    二:FH8510内部框图


    2.1 视频输入

    • 支持SVGA、D1、VGA输入
    • RGB Bayer
    • 最大数据位宽10-bit
    • 时钟正、负沿采样可配置
    • 帧有效、行有效信号极性可配置
    • 最高像素时钟54MHz
    2.2 图像处理(ISP)

    • RGB Bayer数据格式,Sensor输出窗口坐标随意
    • 自动彩色转黑白
    • 固定模式噪声的消除
    • 坏点的自动检测和消除
    • Sensor列固定模式噪声消除(外接4KB EEPROM)
    • 暗角补偿(Lens Shade Correction)
    • 镜头中心位置可配置
    • 补偿系数表可配置
    • 自动黑底消除
    • 自适应的2D去噪
    • 图像信息统计
    • 统计窗口数量、位置和大小可配置
    • 统计窗口数目最大数目64个
    • 提供每一个窗口的最大值、最小值和均值
    • 自动曝光,50Hz/60Hz闪烁消除
    • 自动白平衡
    • 基于边缘检测的CFA插值
    • 自动颜色校正,实现可配置的色彩空间转换RGB2RGB
    • Gamma校正,Gamma表可配置
    • 图像增强
    • 度对比度、色调和饱和度调整
    • 图像锐化(5x5滤波,强度可配)
    • 图像缩放
    • 可配置缩放核,支持无级缩放,匹配Sensor的输出幅面和标清幅面
    • 水平、垂直缩放比例可配置
    • 支持64相位,初始相位独立可配置
    • 图像分辨率
    • VGA Sensor, 420TVL
    • D1、SVGA Sensor, 540TVL
    2.3 视频输出
    • 复合视频CVBS (NTSC 720×480  PAL 720×576)
    • ITU.BT-656 (10Bit) 输出(可选)

     2.4 OSD 

          1个Graphic层叠加 (外接8K EEPROM)

    • Graphic窗口位置可配置
    • Graphic窗口高、宽可配置
    • Graphic数据格式可配置(支持无损压缩1~6bpp索引位图)
    • 调色板内容可配置,支持最多64色32bit调色板(ARGB8888格式)
    • 硬件闪烁显示控制
    • 硬件Graphic数据解压缩
    • 硬件Graphic数据DMA传输握手
    2.5 时钟
    • 6MHz晶振
    2.6 EEPROM配置

    • 2K BYTE 支持多种CMOS图像传感器配置
    • 4K BYTE 支持多种CMOS图像传感器配置及列固定模式噪声消除
    • 8K BYTE 支持多种CMOS图像传感器配置、列固定模式噪声消除、OSD
    三:典型应用场合
         可以用的场合有楼宇对讲、安防监控、倒车后视系统,如下框图所示:

    可以直接配合OV7725之类的Sensor的哦。不知道价格如何,看起来性能不错的哦,这颗IC。

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  • 随着计算机软件、硬件技术的日新月异的发展和普及,人类已经进入一个高速发展的信息化时代,人类大概有80%的信息来自图像,科学研究、技术应用中图像处理技术越来越成为不可缺少的手段。安防行业已经进入一个崭新的...

    2019-08-15 21:39:20

    随着计算机软件、硬件技术的日新月异的发展和普及,人类已经进入一个高速发展的信息化时代,人类大概有80%的信息来自图像,科学研究、技术应用中图像处理技术越来越成为不可缺少的手段。安防行业已经进入一个崭新的时代,高清、智能与大数据和云技术的广泛结合应用,成为时代新的话题。随着而来的是,视频图像处理技术也逐渐成熟起来,只有这样才能切合行业技术发展,为此,对于视频图像处理技术的研究成为安防行业值得重视的领域。

    视频图像处理技术的应用价值

    视频图像处理技术简而言之就是用计算机对视频数字图像进行处理,其本质是一种信号处理过程,而且是离散信号处理。在视频监控行业为什么要进行图像处理呢?那我们就需要分析视频图像处理后所带来的优势有哪些?

    其一,提高图像的视感质量,如进行图像的亮度、彩色变换,增强、抑制某些成分,对图像进行几何变换等,以改善视频图像的质量。

    其二,提取视频图像中所包含的某些特征或特殊信息,这些被提取的特征或信息往往为计算机分析图像提供便利。提取特征或信息的过程是计算机或计算机视觉的预处理。提取的特征可以包括很多方面,如频域特征、灰度或颜色特征、边界特征、区域特征、纹理特征、形状特征、拓扑特征和关系结构等。

    其三,视频图像增强与复原。图像增强的目的是将图像转换为更适合人和机器的分析的形式。常用的增强方法有:灰度等级直方图处理;干扰抵制;边缘锐化;伪彩色处理。图像复原的目的与图像增强相同,其主要原则是为了消除或减少图像获取和传输过程中造成的图像的损伤和退化,这包括图像的模糊、图像的干扰和噪声等,尽可能的获得原来的真实图像。无论是图像增强还是图像的复原,都必须对整副图像的所有像素进行运算,出于图像像素的大数量考虑,其运算也十分的巨大。编码的目的是在不改变图像的质量基础上压缩图像的信息量,以满足传输与存储的要求。编码多采用数字编码技术对图像逐点的进行加工。这一点在公安针对视频图像来还原细节中经常遇到。

    其四,图像的分析。从图像中抽取某些有用的度量、数据和信息,以的到某种数值结果。图像分析用图像分割方法抽取图像的特征然后对图像进行符号化的描述,这种描述不仅能对图像是否存在某一特定的对象进行回答,还能对图像内容进行详细的描述。

    其五,能使图像再现性。数字图像处理与模拟图像处理的根本不同在于,它不会因图像的存储、传输或复制等一系列变换操作而导致图像质量的退化,只要图像在数字化时准确地表现了原稿,则数字图像处理过程始终能保持图像的再现。

    其六,灵活多变的处理功能。针对模拟技术而言,我们现在的视频监控图像处理技术可以把监控画面分割为任意大小的二维数组,这意味着图像的数字化精度可以达到满足任一应用需求,符合行业高清化趋势。

    其七,适用面宽。视频监控图像可以来自多种信息源,比如可以是银行画面,也可以是机场或者海事等远距离监控,不论是来自哪个行业的信息源的图像只要被变换为数字编码形式后,均是用二维数组表示的灰度图像组合而成,

    其八,灵活性高。数字图像处理不仅能完成线性运算,而且能实现非线性处理,即凡是可以用数学公式或逻辑关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现。

    不过,视频图像处理技术占用的频带较宽,,所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上,技术难度较大,成本也高,这就需要我们了解制约视频图像处理技术的因素。

    视频图像处理技术的主流技术

    视频图像处理就技术而言涉及的知识面十分广阔,具体方法种类繁多,应用也极为普遍,但如果在安防行业角度分析,该技术的主要内容包括三大部分:图像压缩;增强和复原;匹配、描述和识别。由于超高清的要求,在图像压缩方面H.265自然优势大,由于关于H.265的技术专题已经阐述了和视频图像处理的关系,本文就不在这方面做具体介绍。为此,在剩下的两部分我们目前主要关注的视频图像处理技术有以下几个方面:

    智能分析处理技术

    智能分析处理技术是目前中国安防行业较为关注的图像处理技术,该技术简而言之,就是发现图像中运动的物体,并对其进行跟踪、分析,及时发现异常行为,触发报警并采取其他措施进行干预。智能分析处理技术是基于监控图像处理软件包而开发的,主要有以下几种图像处理形式:

    1、将(运动)目标从视频图像中分离出来。2、对目标进行行为分析,判定其运动的方向、方式,并能发现和告警异常的行为;产生目标的运动轨迹,并能进行目标的自动跟踪。3、实现视频语义的解析,图像处理分析的高层次。通过对一个图像序列作出分析,得出其包含的真实信息,可以与话音的语义解析结合起来,逐步实现视频语义的解析。4、在复杂环境下实现目标的分离、行为分析和运动跟踪,特别是实现多目标的跟踪。

    上述几点早已有实际应用(比如,单绊线入侵检测、多绊线、围栏入侵、进入/退出区域检测、徘徊检测、遗留物检测、物体搬移检测、物体出现检测、物体消失检测、人群密度、人群突变、奔跑检测、逆向检测、人流量、火焰检测、烟雾检测、场景变化、单球机PTZ自动跟踪等),但基本上是在简单环境下,针对少数目标进行智能化的图像处理。在复杂环境视频监控环境(多人流、多移动、恶劣天气)下实现这些功能,是图像智能分析处理技术真正价值所在。要解决多个图像的综合分析,图像间目标的关联,目标跟踪的连续性,这都是市场应用的迫切需要,也是我们亟待解决的问题。

    宽动态技术

    宽动态技术是松下第一个在监控行业尝试,那是1977年它的宽动态范围是40倍,引入国内受到业界追捧是在2005年的深圳安博会。两年后,美国PIXIM方案也在市场上广为流行,成为宽动态的另一种选择。

    宽动态视频图像处理技术主要是用来解决摄像机在宽动态场景中采集的图像出现亮区域过曝而暗区域曝光不够的现象。简而言之,宽动态技术可以使场景中特别亮的区域和特别暗的区域在最终成像中同时看清楚。这种技术是安防行业应为普遍的视频图像处理技术,经过十多年的市场洗礼和技术提升,目前还是存在一些不足。一是源自它在高亮区域短曝特征,会导致在日光灯场景下亮区域出现横条纹闪烁,这是常见的日光灯工频引起的闪烁现象,因为在亮区域的曝光时间非常短,没有达到抗闪所需的最低曝光时间;二是源自它在暗区域长曝特征,当物体进行高速运动时会因过长的曝光时间而产生拖影现象。

    透雾处理

    这个技术在2010年随着高清的到来开始在国内应用,当时日立推出的机芯产品就主打透雾功能。该技术是可实时处理各种雾霾天气中的视频图像,去除由雾霾造成的景象朦胧、模糊、看不清或看不见的情况,能够显著增强视频图像的细节信息,使原来被遮隐的图像细节得以充分展现,并保持了原有的色彩色调,使视频图像变得极其明亮、通透和清晰,因而获得了良好的图像质量与视觉感受。

    无损实时放大处理

    可实时对视频图像进行各种倍率的放大,放大的视频图像没有任何模糊和马赛克,并能够对原视频图像的细节部分予以充分的保留。

    强光抑制处理

    可实时对视频图像中的强光亮点或区域进行抑制,使强光范围和亮度减小,恢复被强光散射遮掩的目标景物的轮廓和色彩,获得清晰的视频图像。

    去除模糊处理

    可处理图像中的散焦模糊和运动模糊等,使被观察景物图像变得清晰。

    前三种可以说是目前安防行业关注的三种视频图像处理技术,后三者的图像处理由于各个厂家大多采用市面上几个主流的产品方案,以至于在产品性能表现时都没有多大优劣区别。

    视频图像处理技术在安防的要求特殊

    由于计算机的处理速度极快,且数字信号具有失真小、易保存、易传输、抗干扰能力强等特点,因而计算机图像处理的应用十分广泛,包括航空航天、遥测技术、医疗器械、工业自动化检测、安全识别、安防监控、娱乐媒体等各大领域。每一个应用领域都有其领域的特殊性要求,安防监控行业应用也有其固有的特殊性。

    对图像清晰度要求较高。在治安监控现场,公安机关往往需要通过监控录像来辨认嫌疑人、证据等。一般清晰度不高的视频都达不到这种要求。在交通监控现场,交警需要通过监控图像来识别车牌、违章行为、驾驶人等要求,模糊的图像在这种场合根本无法应用。

    不同的行业监控,对图像要求的差异性。比如医疗监控,对图像的色彩还原性要求比较高。智能交通监控,对摄像机夜间照度和抓拍速度要求比较高,要求能清晰辨别车牌。在无人值守监控,需要设备在无人看管的条件下能长期稳定的工作。

    户外安装,无人看守。在安防领域,大多情况设备需要安装在室外,设备需要经受常年的风吹日晒。要经历常年温度、湿度、盐度、辐射等自然条件的影响。电子设备自身的老化的速度会比其他领域要相对快一些。摄像机镜头、电子设备、传输线路等设施的老化会导致图像越来越模糊。

    海量视频路数的要求。在大型平安城市监控项目中,视频路数会达到上万路,甚至更多路。如此海量的视频路数,对网络带宽、存储设备都提出了很高的要求。所以在视频监控领域都期望视频编码的码率压缩比达到较高水平,从而降低对带宽和容量的要求。这就导致在视频编码环节产生更多的信息丢失,从而导致

    图像模糊

    安防的这些特殊应用场所,都会导致图像清晰度的下降,反过来又对图像清晰度有很高的要求,势必会导致模糊图像处理技术在这里有广阔的应用前景。

    视频监控图像处理技术发展趋势

    之前也介绍了智能视频分析和宽动态在技术应用中还是存在一些不足或者说发展空间,比如在提高精度的同时着重解决处理速度的问题,巨大的信息量和数据量和处理速度仍然是一对主要矛盾。除此之外,视频监控图像处理技术由于部分设备性能不足、客观条件限制等因素,在实际的视频监控应用中,仍会出现视频图像模糊不清、关键信息捕捉不到等问题。而在视频图像处理的过程中,由于操作技术问题或者客观因素等,给视频图像处理技术的应用带来一些负面影响,降低了处理技术的水平和质量。所以,我们在探究该技术的未来发展趋势就便得十分有意义。有几个趋势如下:

    其一,在大数据时代,未来数据图像技术强调高清晰度、高速传输、实时图像处理、三维成像或多维成像、智能化、自动化等方向发展。

    其二,智能化方面,力争使计算机识别和理解能够按照人的认识和思维方式工作,能够考虑到主观概率和非逻辑思维。这里有一点需要指出,AI在智能化方面可以做图像数据与内容的提取与分析,但是并不能在视频图像处理方面做文章。

    其三,未来视频图像处理技术强调操作、运用的方便性,图像处理功能的集中化趋势是必然会存在的。所以,硬件芯片的开发研究十分重要,如Thomson公司采用Systolic结构设计了把图像处理的众多功能固化在芯片上。

    结束语

    图像处理技术起源于20世纪20年代,当时通过海底电缆从英国伦敦到美国纽约采用数字压缩技术传输了第一幅数字照片。许多年过去,视频图像处理技术被安防行业大量应用,技术更新日新月异。如果把图像处理当做一个细节的话,那么,细节将决定成败,监控行业亦如此。

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  • 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...

     ISP处理芯片

      ISP(imagesignalprocessing)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、64MSDRAM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。

      芯片特点分析

      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(adaptivecontrastandcolorenhancement)

      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。

      ColorInterpolation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。

     高清监控的要求

      高清监控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。

    转载于:https://www.cnblogs.com/lifan3a/articles/5006953.html

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  • [摘要] 在应用安防监控摄像机时,经常会出现明暗反差较大或逆光的场景,使得图像中明亮的区域曝光过度、较暗的区域欠曝光,而不能看清图像最亮与最暗部分。因此,各摄像机厂家竞相开发了宽动态摄像机。但如何检测其...

    监控摄像机动态范围的几种测试方法

    2011-04-06 16:39:00来源:安防知识网有0人评论
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    [摘要] 在应用安防监控摄像机时,经常会出现明暗反差较大或逆光的场景,使得图像中明亮的区域曝光过度、较暗的区域欠曝光,而不能看清图像最亮与最暗部分。因此,各摄像机厂家竞相开发了宽动态摄像机。但如何检测其宽动态性能,是工程商等应用人员急需了解的。本文介绍摄像机动态范围的基本概念,重点介绍国外三大厂商各自对监控摄像机动态范围的具体测试方法,以供工程商等应用人员测试选用参考。

      引言

      由于自然光线的排列是从120000Lux到星光夜里的0.00035Lux,室内照度为100Lux,而外面风景的照度可能是10000Lux,因此当摄像机从室内看窗户外面,两者对比就是10000/100=100∶1。这个对比人眼能很容易地看到,因为人眼能处理1000∶1的对比度,但传统的安防监控摄像机则不行,因为它只有3∶1的对比性能。因此,在出现明暗反差较大或逆光的场景应用安防监控摄像机时,会使整个图像中明亮的区域曝光过度、较暗的区域曝光不足,而看不清图像最亮与最暗部分。如在银行储蓄所、重要场所出入口等。因为从窗外射入的强光和从天花板上的荧光灯照射的柔和光线都可能对当时室内外景象的捕获造成困难,不能同时将反差很大的室内外场景清晰地拍摄下来。其所拍摄图像会出现背景过亮前景过暗,或背景清晰前景过暗及前景适合背景过亮的情况。最早的解决方法,一般会采用背光补偿技术或在室内外架设两台摄像机来适应较大的光线反差,但效果不理想。扩展动态范围的技术随之应运而生,即现今所说的宽动态WDR(Wide Dynamic Range)技术。

      松下从1977年首推第一代宽动态CCD摄像机起;到1999年又推出了第二代;2003~2008年再次推出第三代超级动态CCD摄像机。在此期间,索尼、JVC、三星等也相继推出了自已的宽动态CCD摄像机。至今,在安防监控领域一次又一次的技术改革中,带动了安防产业的飞速发展。

      CCD宽动态技术是采用特殊DSP(数字信号处理)电路,对明亮部分进行最合适的快门速度曝光,其后再对暗的部分用最合适的快门速度曝光,然后将两个图像进行DSP处理重新组合,使明亮的部分和黑暗的部分皆可看清。这种160倍动态范围技术虽具有大的宽动态,实现图像灰度的优化等优点,但其对DSP性能(特别是处理速度)要求很高。目前,由于CCD的特性限制,即便采用多次曝光取样方式,摄像机的宽动态范围也只能到66dB。

      显然,由于CCD的感光特性限制,在技术上很难再有重大突破,而CMOS摄像机由于其图像传感器本身的优异性能,或有突出的表现。如一般的线性输出模式的动态范围就可达40~60dB;加拿大Dalsa公司采用线性-对数输出模式的IM28-SA型CMOS摄像机,其动态范围就可高达120dB;Apical有限公司结合Altera的 Cyclone III和Cyclone IV FPGA,利用Aptina MT9M033 720p WDR CMOS图像传感器也推出了明亮部分和暗的部分都看得清楚的CMOS宽动态摄像机;美国PIXIM公司开发了CMOS-DPS技术,其芯片组从D1000、D1500、D2000到D2500在性能上有了飞速提高:其图像清晰度从480线提升到540线以上;最低照度从1.0Lux/F1.2到0.5Lux/F1.2;典型宽动态范围从95dB 到120dB。据消息透露,有的CMOS的宽动态技术甚至已能达到160dB。因此可预见,未来的监控摄像机属于宽动态摄像机,而宽动态技术则属于CMOS。

      目前,在全球市场上,有50多个国家约100种类型的宽动态摄像机投入实际应用,然而其中多数摄像机制造商皆采用了Pixim的DPS技术。这是因为DPS芯片的核心技术是在每一个像素里有ADC。也就是在准确的捕捉点上,光信号被转化成数字信号。这样做的好处是使像素间没有串扰和没有信号损失。这也意味着噪波大大降低并形成了一个超级动态范围,这样就避免了垂直光斑的产生。如日本池上广播级摄像机低垂直光斑达到-135dB,是所有广播级摄像机这项指标最好的。图1就是日本池上基于低垂直光斑和Pixim DPS技术的CMOS宽动态摄像机ISD-A10和普通CCD摄像机拍摄车灯时低垂直光斑效果图。

     

    图1  CMOS宽动态摄像机ISD-A10和普通CCD摄像机拍摄车灯之时低垂直光斑效果比较

      对CCD摄像机来说,光斑是CCD传感器的一个特性,在传感器中没有任何东西可以阻止强光穿射的曝光和在CCD上产生更多的电子,结果是在图像中强烈的光出现时通常垂直斑纹也出现,在图像中遮盖了相关的细节。实际使用中,很多具有低垂直光斑摄像机使用IT CCD芯片来减少光斑的数量,因为IT芯片能提供的更多好处在于高的信噪比和较低光斑。[nextpage]

      目前,市场上宽动态摄像机很多,但如何检测其宽动态性能,是工程商等应用人员急需了解的。本文介绍摄像机动态范围的基本概念,重点介绍国外三大厂商各自对监控摄像机动态范围的具体测试方法,供工程商等应用人员测试选用参考。

      摄像机动态范围的基本概念

      所谓宽动态实际是指摄像机同时可以看清楚图像最亮与最暗部分的照度比值。而 “动态范围”广义上说是指某一变化事物可能改变的跨度,即其变化值的最低端极点到最高端极点之间的区域,此区域的描述一般为最高点与最低点之间的差值。摄像机的“动态范围”是指摄像机对拍摄场景中景物光照反射的适应能力,具体指亮度(反差)及色温(反差)的变化范围。 即表示摄像机对图像的最“暗”和最“亮”的调整范围,是静态图像或视频帧中最亮色调与最暗色调的比值。而色调能呈现出图像或帧中的精准细节,作为两种色调的比值,动态范围的单位可以是分贝、比特、档,或者简单以比率或倍数来表示。各种单位之间的换算方法如表1所示。

    表1  动态范围各单位之间的换算方法

     

      表1仅列出了20档动态范围,因为这几乎涵盖了人眼所能分辨的所有动态范围,超过这些档位的动态范围已没有太大的实际意义。人眼之所以能分辨出跨度如此之广的动态范围,是因为人在观察实景时,瞳孔、虹膜、视网膜和相关肌肉会相互作用、动态调整,同时,大脑会将所有“曝光元素”整合为一幅连贯的图像,极其精准地反映出实景中十分明亮或十分暗淡的色调。

      与人眼相比,对于标准 CCD 和 CMOS 图像传感器来说,所有感光单元的曝光(收集光子)时间都是相同的。感光单元对景物明亮部分收集的光子较多,对阴暗部分收集的光子则较少。但是,感光单元能够收集的光子数量却受到阱容量 (well capacity)的限制,所以捕捉物体较亮色调的感光单元有可能会溢出或饱和。为防止出现这种情况,可以减少曝光时间。但如果这样做,捕捉物体较暗色调的感光单元可能又无法收集到足够多的光子。因此,对于典型的单次曝光的图像传感器,其动态范围的上限受制于感光单元的阱容量,下限则受制于感光单元的信噪比。因此,CCD摄像器件的动态范围是指其输出的饱和电压与暗场下噪声峰-峰电压之比,即

      动态范围 = Usat /UNp-p (1)

      (1)式中,Usat为输出饱和电压;UNP-P为噪声的峰-峰值。

      显然,动态范围也可这样来定义和计算,即由CCD势阱中可存贮的最大电荷量和噪声所决定的电荷量之比;其数值也是输出端的信号峰值电压与均方根噪声电压之比(通常用dB表示),即

      动态范围 = USp-p /UNp-p (2)式(2)USp-p为输出信号峰值电压。

      因此,宽动态就是场景中特别亮的部位和特别暗的部位同时都能看得特别清楚,宽动态范围就是图像能分辨最亮的亮度信号值与能分辨的最暗的亮光信号值的比值。[nextpage]

      显然,确定摄像机成像器的动态范围的方法主要有两种:一种是使用传感器和图像处理器中基本电路的相关信息由上述公式计算得出;另一种是使用灰阶测试卡和实验仪器来收集和观察图像,并测量影像级别的方法得出。尽管采用计算的方法可在理论上算出动态范围的极限值,但通常人们还是倾向于使用测量的方法,因为它能反映用户对摄像机成像效果的实际体验。下面就具体介绍国外三大厂家对摄像机动态范围的实际测试方法。

      JVC的动态范围测试方法

      对摄像机动态范围的测试方法可能不尽相同,但其测试原理大同小异,这里介绍JVC的一种基本测试方法如下:

      测试摄像机动态范围所需的设备及条件

      测试摄像机动态范围所需要的设备如下5点:

      · 透射灰度卡与反射灰度卡;

      · 亮度可调的背光灯箱与亮度可调的照射光源;

      · 视频监视器与波形监视器;

      · 测光表或照度计;

      · 标准内镜头等。

      测试摄像机动态范围的条件:需要在暗室内进行。

      测试摄像机动态范围的基本方法与步骤

      · 第一步:在暗室中一桌子的同一垂直平面上安装2套双阶灰度测试卡,其中1套透射灰度卡采用亮度可调的背光光源作为恒定参照,调整背光源亮度,确保自正面中心确认白块表面的发散照度为2500Lx;另外1套反射灰度卡采用位于其正面的亮度可调的照射光源,以用于测定动态范围的临界值;

      ·第二步:架设待测摄像机与灰度测试卡中心同水平面高度,并保持与灰度测试卡垂直平面呈90°夹角,同时使摄像机镜头视角能涵盖2套灰度测试卡;

      ·第三步:将摄像机的输出信号连接到视频监视器与波形监视器;

      ·第四步:在摄像机加电稳定后,开启扩展动态范围功能,将正面的照射光源的亮度调整到2500Lx。显然,在这种照度下是曝光过度的(出厂的标准照度多为2000Lx),此时反射灰度卡的白色端条纹可能会出现层次混合,即有2条或更多灰度条表现出相同的白色,而分辨不出亮度的差别;

      · 第五步:再不断缓慢降低光源亮度,并不断从波形监视器上观察与记录反射灰度测试卡波形的顶电平。当顶电平因为光源照度降低而开始相应降低时,记录此时的照度值(如L1),这一照度值即为该摄像机动态范围的上限。此时的摄像机应当正好可以表现出亮度较大的白色条纹之间的亮度层次区别;

      · 第六步:然后再不断继续缓慢降低亮度,并不断从波形监视器上观察与记录反射灰度测试卡波形的顶电平。当顶电平不再因为光源照度降低而继续相应降低时,记录此时的照度值(如L2),这一照度值即为该摄像机动态范围的下限。此时摄像机拍摄的灰度卡图像中在亮度暗的2个灰黑色条纹之间的亮度层次区别应当正好消失而混合成一块黑色。

      测试结果计算

      用上述实际测试方法计算动态范围的公式如下:

      动态范围=20logL1/L2 (dB) (3)用上述测试方法测得JVC的CCD宽动态摄像机TK-WD310EC的顶电平变化自2200Lx开始至1.1Lx结束,由式(2)可得

      动态范围=20log2200/1.1=66dB

      用上述测试方法测得某公司的CCD宽动态摄像机的顶电平变化自1500Lx开始至5Lx结束的动态范围为

      动态范围=20log1500/5=49dB[nextpage]

      JEITA的动态范围测试方法

      JEITA是日本电子资讯技术产业协会的简称,其对摄像机动态范围的测量方法也是采用灰阶测试卡。实际上,是否能够准确确定动态范围,一个重要的限制因素是灰阶测试卡是否能够有效测出动态范围的全部取值。比如 Kodak Q-14 测试卡,相邻灰阶格的刻度差是1/3光圈级数 (f-stop),最多只能测量出5.66档或大约34分贝的动态范围。

      使用 JEITA 方法测量动态范围和动态范围扩展比率时,灰阶测试卡的 gamma值指定为2.2,总共有十个灰阶级别,能够测出的动态范围与Q-14灰阶测试卡基本相同。按照这种方法的规格说明书所述,将两张灰阶测试卡并排放置,二者中间以屏幕相隔。再用两台不同的照明光源分别照射屏幕两侧的测试卡,如图2所示。

     

    图2  JEITA 动态范围扩展比率测量装置

      JEITA 方法中规定,对测试卡较亮的一端不断增加照明强度或增大光圈,直到刚好可以区分出最亮的两个灰阶级别,然后对测试卡较暗的一端不断减小照明强度直到最亮的灰阶级别(白色)达到 50 IRE。用前述测试法中的公式(3)即可计算动态范围的扩展比率(dB),即

      动态范围扩展比率(dB)=20log(L3/L4)

      这种方法虽然算出了动态范围扩展值,但它完全忽略了成像器捕捉中间色调的能力。JEITA 方法并没有克服两次曝光CCD传感器的主要缺陷,因为该方法只关注于对较高和较低色调范围以内的不同灰阶值的区分。

      JEITA 方法的缺陷是:所有的测试装置都没有明确指定;没有指明怎样放置照明设备,使用何种类型的光线,甚至没有说明如何准确衡量照明强度。这就意味着,实验装置和测量条件的变化都会影响最终的测量结果。值得注意的是,JEITA方法测量的是动态范围扩展值,而不是总体的测量范围,因为该方法并未指明如何确定基准动态范围或总体动态范围。

      Pixim的动态范围测量方法

      为了消除上面的缺陷,让测量实验具有可重复性,使得在测量过程中可以对所有色调级别同时进行观察和比较,Pixim使用一套定制的仪器装置来测量动态范围。该套装置包含一个灯箱,它使用700瓦的白炽灯光对透光步进卡进行背光投射。测量使用的步进式光楔均由Sine Patterns LLC公司生产,两个光楔重叠在一起最高可测量ND值为0.1到6.1或大约120分贝的密度范围。

      要在计算机监视器上或在打印文档中准确显示很宽的动态场景显然并不容易,但是Pixim DPS技术却能很好地捕捉到超宽动态图像,同时呈现单调灰阶和中间灰阶响应。

      使用两次曝光方法的CCD摄像机拍摄的同一图片,请注意,尽管该相机自称具有很高的动态范围,但事实上还是可以从图片中场景高亮部分的晕光现象和中间色调的串色现象看出其明显的局限性。另外,就对中间色调的响应来说,该相机的响应过于平乏,与 Pixim DPS相机单调分明的响应相比,谁优谁劣,一看便知。[nextpage]

      用日本的CCD宽动态摄像机与CMOS-DPS摄像机拍摄实际场景的图像的对比,如图3所示。图中CCD宽动态摄像机所摄画面苍白,其色彩精准度和图像质量都不如Pixim的CMOS-DPS摄像机好。

     

    图3 采用两次曝光技术的 CCD 摄像机与CMOS-DPS摄像机拍摄图像的对比

      结语

      上面介绍了动态范围的概念及3种具体测试方法,可供使用者选用参考。由他们测试的两种摄像机的宽动态性能看,CCD宽动态摄像机不如CMOS宽动态摄像机好。CCD虽然灵敏度高,但响应速度较低,并不适用于高清监控摄像机采用的高分辨率逐行扫描方式,因此高清监控摄像机多采用CMOS成像器件。又由于CMOS成像器件所具有的宽动态范围、高速数字读出、无列读出噪声或固定图形噪声、工作速度更快、功耗更低的优点,使它能更方便地实现网络化与智能化。显然,CMOS摄像机潜力巨大,其在动态范围等方面优异的性能,今后将会逐步取代CCD摄像机而占领市场。

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  • 本文摘要:高清网络摄像机芯片方案一直是大家比较关注的问题。用户也在经常问,你家的摄像机是什么方案?比它家摄像机方案有何优势?通过此文作一个简单的对比分析。 写在前面 高清网络视频监控发展到今天,...


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    本文摘要:高清网络摄像机芯片方案一直是大家比较关注的问题。用户也在经常问,你家的摄像机是什么方案?比它家摄像机方案有何优势?通过此文作一个简单的对比分析。

    写在前面

    高清网络视频监控发展到今天,市场也开始进入真正的高清时代,诸多有实力的高清摄像机厂家的产品线也逐渐完善起来,高清网络视频监控的配套产品有更加丰富和成熟。与此同时困扰很多人的高清网络摄像机与后端平台或者与后端NVR互联互通的问题也在逐渐迎刃而解,这得益于各个方案研发公司、生产厂家、平台商、标准协议组织都不遗余力的在网络摄像机协议对接这块投入了大量精力,使得高清网络摄像机与第三方设备或者软件平台的对接不再像早期那么尴尬。现阶段面向市场的高清推广商以及用户本身面对纷繁复杂的高清芯片方案、高清品牌,同时也被诸多的高清概念、产品宣传弄得晕头转向。一些公司在产品导入阶段感觉很多产品都不错,但有时候细看有些又有很大的差距,反复琢磨后便会想到是否IPC的方案本身的差别呢?同行之间也经常讨论目前哪一家的产品做得比较好,用的什么方案,资深一点的用户在看到你的产品时偶尔也会提出疑问:你们的摄像机是用的什么方案?等等一系列的问题一直都是很多人所关心的问题。前段时间从相关媒体上还看到一则消息说在“安防之都”深圳搞了一个TI、海思、Ambarella高清方案的PK论坛。可见人们对方案本身的厚望,从很大层面来讲,选择一个合适的方案是很重要的,关系到后期产品面向市场的定位、推广以及企业的根本发展。目前已知主流的高清方案有德州仪器(TI),海思(HiSilicon),安霸(Ambarella),恩智浦(NXP),升迈(GrainMedia),Nextchip;本文着重介绍一下目前关注度比较高的三个方案:Ambarella、TI和HiSilicon。为了让大家更清晰的了解这三家的高清方案的优劣势,我将先从各芯片方案公司简单的背景介绍开始逐一为大家梳理。

    公司背景介绍

    TI是美国德州仪器的简称,总部位于美国德克萨斯州的达拉斯,是全球知名的半导体企业,主要从事模拟电路和数字信号处理技术的研究,其具有代表性的DaVinci- DM3x ARM9视频处理器解决方案在安防行业有着广泛的应用。TI成立之初是一家使用地震信号处理技术勘探原油的地质勘探公司,1951 年更名为现用名的德州仪器公司,其后逐渐进入半导体市场。当安防领域的视频监控从模拟阶段发展到数字压缩处理阶段后,TI在安防视频压缩领域逐渐暂居主导地位。高清视频监控领域有代表性的解决方案是DM355、DM365、DM368。

    海思(Hisilicon),海思半导体有限公司成立于2004年10月,前身是创建于1991年的华为集成电路设计中心,总部位于深圳。 海思的产品覆盖无线网络、固定网络、数字媒体等领域的芯片及解决方案,成功应用在全球100多个国家和地区;在数字媒体领域,已推出网络监控芯片及解决方案、可视电话芯片及解决方案、DVB芯片及解决方案和IPTV芯片及解决方案。在2009-2012年,DVR芯片可谓风生水起。在IPC领域有代表性的解决方案是Hi3516、Hi3517、Hi3518A、Hi3518C、Hi3518E。

    Ambarella于2004年由C-Cube Microsystems公司三位元老组建,总部位于加州的圣克拉拉市,公司中文名称为“安霸”。安霸是高清视频业界的技术领导者,主要提供低功耗、高清视频压缩与图像处理的解决方案。在电视广播和广电行业市场,安霸技术也得到广泛应用,在H.264高清专业广播编码设备市场拥有近90%的市场,大量来自世界各地的电视节目都经安霸芯片压缩后传送。在消费摄像机市场,安霸推动开创出一块多功能摄像机新领域。众多世界顶尖品牌的数码相机、DV、多功能运动摄像机品牌包括Kodak, SONY, Samsung,GoPro等已经正在使用安霸芯片。在安防监控市场,安霸利用超高画质视频的领先技术,推动高清监控摄像机在安防的发展。安霸在业界率先推出了基于最新H.264视频压缩标准的高集成SoC芯片,集成了各种关键系统功能,提供高性价比的高清整体解决方案。安霸最初将A2系列引入到安防视频监控领域,发展到成熟应用的A5s系列,目前已发展到S2系列UHD超高清安防IPC解决方案。由于技术难度较高,在国内能够从A2、A5到S2系列都有深入开发,有深厚技术积累,并能规模转化为实用的高清视频监控产品的公司屈指可数。

    从几家公司的背景和发展历程可以看出,TI在半导体领域有强大的综合实力,特别是在标清时代与海思、NXP(原飞利浦半导体)等压缩方案的角逐中全线胜出,比如国内比较主流的海康、大华等都与其有莫大的联系。在2013年之前,TI占据IPC市场70%-80%的市场份额,但是随着安霸、海思在IPC市场的发力,TI 芯片在IPC市场的份额有一定的下滑。TI就其本身策略而言,监控类芯片在其业务中所占份额不大,入门技术门槛稍高,技术支持不是很完善,目前使用TI方案的厂家逐渐减少。海思和安霸都是TI 在IPC市场上强有力的竞争者,如果TI 后续不能推出像DM368 那样有竞争力的后续芯片,将会失去IPC芯片方案市场的主导地位。

    海思早期做机顶盒,后进入监控领域,主要做后端DVR和前端数字摄像机芯片,芯片产品定位于低端市场,号称安防界的MTK。从技术支持的角度来看,海思因总部在深圳,对于研发厂商的技术支持比较到位。现在国内专业领域的DVR和前端数字高清摄像机市场空间并不大,所以海思监控业务收入应不大,乐观估计最多有十来亿收入。因此,华为不搞监控专心搞智能终端业务是非常有可能的。对比起来,全球市场15亿部手机,华为一台P6(用海思手机芯片)的出货量都可能到1000万台,搞自己的智能终端垂直一体化可能更有意义一些。

    相比较而言,安霸和海思从历史发展和规模看来都比较年轻,属于新生代,但安霸团队有个明显的优势就是从一开始就专注于视频压缩技术与图像处理解决方案的研究,早期的MPEG和现在的H.264高清视频压缩都奠定了其高端高清视频压缩和图像处理技术的血统。安霸在传统的广播编码领域的广播级3A技术、3D降噪技术等方面的深厚积累,到现在引入安防高清IPC解决方案都显示出了无与伦比的先天优势。

    综合来看,在安防领域,海思因性价比在低端市场具有很大的优势;安霸图像效果好、码流低、稳定性好,在中高端市场如日中天;TI因后续研发不足,或逐渐被安防生产企业减少运用。

    方案特性概述

    TI目前主流的高清IPC解决方案主要是基于DM365和DM368,DM365可做H.264的720P/30fps高清压缩,其实在这之前还有款DM355,不过DM355只能支持MPEG4编解码算法,但MPEG4的劣势相信大家都已经很了解了。尽管如此TI在2009年推出的DM365最高也还是只能支持到H.264的720P/30fps高清视频压缩,该系列作为TI入门高清级的压缩方案在如功耗、编码效率、画质等方面的性能表现并不理想,但由于其TI在DVR时代的应用惯性,还是有很多高清IPC整合厂家选择它,包括国内主流的大品牌。鉴于DM365的诸多缺陷,TI迅速推出DM368弥补在高清IPC解决方案上的差距,DM368可实现多格式的1080P/30fps压缩,包括了H.264编解码等在内;采用主频为423MHz的ARM926ej-s处理器,整合了(hdvicp,mjcp)视频图像协处理器引擎;DM368已经可以支持H.264的1080P/30fps全高清压缩,同时画质和码流方面有一定提升。

    海思在国内DVR产品市场上占有7成左右的份额,并且在台湾、韩国等海外市场已成为主力视频监控芯片供应商。相比国际巨头,海思芯片在成本控制等方面具有很大优势,已成为国内领先的视频监控解决方案。海思提供的安防视频方案中比较有代表性的是Hi3518和Hi3516等。Hi3516 采用 ARM Cortex A9架构,主要应用于200万像素级别的图像压缩处理。海思基于对国内外市场需求的深刻理解,在3518A、3518C的基础上深化完善,及时推出了Hi3518E。作为新一代民用IP摄像机SoC,Hi3518E集成新一代ISP,集成DRAM,POR,RTC,Audio Codec,Sensor电平转换以及各种时钟输出等,将极大的降低IP摄像机的ebom成本。Hi3518E主要占据低端130万像素模组及民用监控市场,与海思DVR/NVR芯片相似的SDK设计,能够支撑客户快速产品量产,并实现DVR/NVR和IP摄像机的系统布局。Hi3518E解决了消费类厂家正面临的诸多难题,内嵌DDR的设计能进一步降低方案商和制造商的生产成本和开发周期,尤其适合消费类市场价格敏感和“短平快”的特点,成为厂家抢占民用市场的“利器”。

    安霸目前提供给安防领域的方案主要有A2和A5系列,A2作为初期导入的一个系列在高清IPC领域名噪一时,早期高清市场唯一可做1080P全高清全帧率压缩的高清IPC方案,其锐利的画质和较低的码流让同时期很多其他同类方IPC方案望尘莫及;但A2作为初期导入的方案在功耗和多码流方面有不足之处,所以目前已经全线过渡到A5s系列。A5s采用528MHz ARM11处理器,高清H.264和MJPEG视频编码引擎,并且集成了专业处理240MPixel/s图像处理功能。其图像处理引擎包含了增强的降噪处理、图像增强滤波,以及电子防抖动等技术。A5s 方案拥有多通道视频编码器,支持高达14MP像素的视频编码,先进的3D MCTF 降噪技术和宽动态处理功能,支持多达四路的视频流(其中两路视频流可达1080P/30fps+800x600P/30fps)。采用了先进的45纳米芯片工艺及丰富的I/O设备,可将A5s的eBOM缩减到最小,可让产品适用于多样化的外形,同时期低功耗这一特性被充分的展现了出来,其原有的锐利的高清画质、低码流、多码流输出等优势也表现得更加优秀,保持了一贯的优势。

    A5S也支持H.264 High Profile 5.0 1080P/30P编码。安霸A5S系列是目前安霸监控类产品中的主力,主要是用在监控前端设备(IPC)上,可以接入主流sensor,实现IP一体化摄像机。该系列芯片综合表现效果良好,和其他厂家同类芯片比,在ISP、H.264编码技术(支持多帧参考及CABAC编码)、功耗上都有较大优势。

    综合比较:TI和安霸都是采用ARM+视频压缩单元,都能做到1080P/30fps,都能实现H.264的高清压缩,在目前高清压缩方案中都是比较优秀的方案,其开发难度均较高,也很考验各研发厂商的硬件开发和软件研发实力。但就单个高清IPC来说安霸更有优势,这主要是由于TI更注重于传统的监控市场,其主要目标是多路D1编码,这也是TI的强项,同时由于DM365和368的主频和性能比起安霸A5s系列来说要低,而且安霸一开始就专注于单个高清IPC方案的研究,没有原来传统多路标清市场的困扰,与DM365相比,早期的A2就已经可以支持H.264的1080P/30fps压缩,而最新的A5系列还可支持4路码流同时输出(码流可独立调节),最高可支持3MP@20fps, 5MP@12fps, or 10MP@3fps的视频压缩。在1080P模式下其功耗不到1W。在保持比较良好的画质情况下1080P/30fps可做到2Mps的高效率网络传输。而同期的DM365与安霸A2相比或者DM368与A5s相比在这些方面都显得力不从心。安霸早期主要从事消费类产品如DV等领域的相关业务,在ISP图像处理和编码上比较有优势,这些优势在其安防监控芯片方面得到了很好地传承和发扬。因此安霸的产品最主要的特点就是图像画质优异,低码流和低功耗。

    而从海思芯片方案来看,海思希望快速占领国内中低端市场,因此芯片大规模集成,套片配套方案均可提供,且具有本地化的开发技术支持团队,摄像机厂商可以快速开发出新产品,所以海思在国内低端的模组产品中具有较高的市场占有率,但这也造成模组类产品同质化高。海思自购入ASIC 的ISP后图像效果有较大的提升,比如其中端Hi3516A产品,在红外弱光环境下,静态图像画质及降噪均具有不错的表现,但低照度下帧率会有较大牺牲,而且在大面积运动物体场景下图像会出现马赛克效果。最大的瓶颈还是海思产品的码流控制方面表现不是很好,码率经常限不住,而且发热量较大。而海思产品所谓的“高性价比”,在中端产品线中似乎并不太明显。

    IPC方案主要技术规格比较

    下表主要对TI、海思和安霸方案的主要特点做了比较,这里有必要强调一下,方案本身的技术规格虽然能体现一定性能优势,但这种比较并不能决定选择了谁家的方案就一定能做出优秀的产品。相信大家都能理解,高清IPC的外围设计、产品的功能目标定位、产品市场的定位以及对高清IPC的经验积累和技术沉淀都可能会左右最终产品的实际性能。举个浅显的例子,早期做TI365的有做的不错的,也有很多厂家失败的;安霸虽然方案本身优势多一点,但由于是新切入安防市场的,很多没有高清沉淀的厂家望而却步,或者勉强做出来的产品千差万别;再比如你配置台式电脑,如果你只选择了一颗顶级CPU,并不代表你这台电脑就能有顶级的性能,因为还有主板、内存、显卡、硬盘这些外围呢?甚至不同的操作系统的选择也会体现出不同的性能,这只是举了个不是很严谨的例子,但能说明一定问题的。

    方案类型 安霸A5s TI DM368 海思Hi3516
    方案架构 ARM+视频压缩单元 ARM+视频压缩单元  
    处理器 ARM1136J-S ARM926EJ-S ARM Cortex A9
    主频 528 MHz 432MHz 800MHz
    制造工艺 45纳米 65纳米 未知
    编码算法 H.264 BP/MP/HP Level 5.0

    MJPEG

    H.264 BP/MP/HP

    MPEG-4,MPEG-2,MJPEG,VC1/WMV9

    H.264 BP/MP/HP

    MPEG4,MJPEG/JPEG

    最高压缩分辨率 10MP@3fps,5MP@12fps,3MP@20fps

    1080P@30fps + D1@30fps + CVBS/HDMI

    1080p,30fps 1080P@30fps + D1@30fps
    码流控制 1080P/30fps≤4Mbps,CBR/VBR/ConstantQP rate control 1080P/30fps≤6Mbps 1080P/30fps≤6Mbps
    接口 主流接口都支持 主流接口都支持 主流接口都支持
    3A控制 广播级3A 支持 支持
    功耗 1080P模式下≤1W 未知 未知

    实际应用优势

    在实际应用当中方案本身的优势会通过最终的产品体现出来,比如当组建高清网络传输系统的时候,我们在保持一个较好的高清画质的前提下尽量节省带宽资源,这带来的无疑是传输结构的简化和资源的有效利用,特别是在大型的高清网络视频监控显得尤为重要。安霸方案从早期A2做720P和1080P/30fps的H。264编码只需要2Mbps和4Mbps的网络传输码流,而同期的方案在2Mbps码流时长时间持续压缩720P/30fps的话其芯片的发热量和编码出现异常的几率很高,甚至有时候出现不能完成压缩的现象。这是个很有意思的比较,因为当基于安霸方案的摄像机厂家在宣传这个优势时其他方案厂家也跟着宣传,有点类似模式时代的参数跟风现象,但做不做得到只有用户自己长时间测试过后才知晓其真伪。后来安霸体系的厂家又提出了同样码流看效果,同样效果比码流这些客观的概念让用户能清晰的去辨别高清摄像机的综合性能,这里说的效果当然是指画质、水平解析度等综合指标。

    比起盲目从技术参数上跟风的厂家,安霸体系的厂家更愿意用自身实际有效的技术指标去为客户解决问题。上面说到高清画质、低码流为网络传输带来了优势,同样低码流为高清后端存储解决方案也提供了至关重要的依靠;这里同样有个基本的概念:就是前端摄像机高清视频压缩过后通过网络传输回后端的视频流大小决定了后端存储投资的大小。高清网络视频监控在给用户带来震撼的视觉冲击的同时,后端存储投资收益不可忽视。同样画质的720P或者1080P,码流每增加1Mpbs,那么后端的存储硬盘等介质、以及存储服务器等相应会增加,而这类投资稍微控制不好,整个系统的收益就会严重失衡,这时候有些厂家选择就是强行压低前端投资,但后端的造价一路走高,维护难度和实施难度也随之增加;这种收益失衡很多时候用户看不全,最后得到的是效果也没预期的好,最终造价也没达到预期的控制目标。

    真正的高清不仅仅是做一个分辨率出来,高清实际上所涵盖的意义应该包括优秀的色彩还原、真正的高清的解析度,而这些对于方案本身的3A控制技术是有相当高的要求。安霸在广播视频编解码处理技术上的优势自然的延伸到了安防领域,同时安霸编码方案在H.264算法方面独有的优势让其在低码流、低延时稳定的网络传输、真正的高清画质等方面一直有较大的优势。

    未来发展趋势

    高清永无止境,视频监控一开始就注定了众多的摄像机厂家对更高清画质的不断追求,同时网络传输技术的不断普及和智能分析技术的不断完善,使得高清网络摄像机能够实实在在的为用户解决更具体的困扰。不管TI也好,还是安霸也好,接下来都会发布更多、更实用、更强大的具有智能分析接口的高清方案,比如安霸的S2其主频已经可做到1GHz,其接口更加丰富,并支持4K/UHD超高清图像压缩。而在视频监控领域,TI、安霸、海思甚至其他的方案都将呈现一种百花齐放、各领风骚的态势,各家方案的特点或者性能优势此起彼伏的交替着,作为摄像机厂家或者用户只需要明确自身的市场定位和实际的项目需求选择合适的高清摄像机方案或者最终产品,而且越往后发展,单一某个环节的产品或者某个局部技术规格将不在像现在这样被刻意放大,因为基于整体的高清网络视频监控解决方案呈现在用户面前或许更容易被接受和认可。

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  • 网络摄像机架构

    2015-03-11 19:01:27
    现今的手机、运动摄像机以及安防监控领域的摄像机,它们通过光学传感器获取外部图像,经过处理后将视频信号存储或者传输到远端。本文主要针对网络摄像机。 硬件层  硬件层随着应用场景的的不同硬件方案上差别很大,...
  • 传统监控摄像机与工业智能相机之所以二者会呈现不同,在于两款不同的摄像机应用范畴及处理的视频信息不同。因此对二者的功用来说,自然会发生差异。简单来说:安防相机是二维,工业相机是三维的。工业智能相机工厂...
  •  清晰度是一个摄像机的最重要指标,在监控系统中对图像的清晰度有很高的要求,如在交通监控中,对车辆要能看清车牌号码,对行人要能看清脸部特征,如果这些都看不清楚,那么监控将失去意义。线数的多少决定着清晰度,...
  • 星光级摄像机

    2017-01-10 15:25:53
    概念星光级摄像机是指在微光情况下,通常指星光环境下无任何辅助光源,可以显示清晰的彩色图像摄像机,它区别于普通摄像机只能显示黑白图像,在夜间能够彩色成像的摄像机能够极大的提高监控效果。技术星光级摄像机...
  • 当你在疯狂购物时也目前已知的透雾算法大致可以分为两大类:一种是非模型的图像增强方法,通过增强图像的对比...当安防需求从被动检测发展为主动防御,智能分析依赖的各种图像处理算法变得举足轻重起来,其中透雾处...
  • 基于千兆以太网传输视频图像及摄像机的设计 引 言 随着监控系统在商用民用的日渐普及,监控摄像机被广泛应用在各个领域,为社会治安保驾护航。视频监控摄像机广泛应用于居民住宅、楼盘别墅、商场店铺、财务室。每个...
  • 来源:MEMS概要:图像和视频的人工智能处理,是目前AI芯片商业化前景最乐观的赛道,也是玩家们弯道超车的最佳机会。 图像和视频的人工智能处理,是目前AI芯片商业化前景最乐观的赛道,也是玩家们弯道超车的最佳机会...
  • 智能摄像机的称呼由来已久,从最开始的模拟摄像机、模拟球机、标清网络摄像机到如今的高清摄像机,都有被称之为智能摄像机。而“智能”的定义,也是没有统一标准的,例如支持CCD的参数可调、具备自动白平衡、支持...
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