淺談百萬高清清晰度與芯片、傳感器的關系

    百萬高清度，是指網(wǎng)絡攝像機清晰度的一個級別，一般是指百萬及百萬以上像素和720P/1080i/1080P以上分辨率的高清攝像機，主要是跟攝像機所應用的傳感器有效像素數(shù)有關，其成像原理跟傳統(tǒng)的模擬相機基本一致，圖像通過鏡頭傳遞到傳感器上，通過傳感器感光后產(chǎn)生電信號，再通過ISP（Image Signal Processing）圖像處理，中間輔以3A專用電路進行曝光、光圈和聚焦等處理，最后進行按照特定的接口進行編碼輸出。

    根據(jù)成像原理上不難看出，攝像機的清晰度，跟鏡頭、傳感器、ISP密切相關，傳感器尤為重要，目前市場上的圖像傳感器分為CCD和CMOS兩大類，主要有Sony、Aptina、Omnivison等主流廠商供應。由于兩者之間的構造不同，CCD采用電荷耦合傳遞方式輸出，同一放大器進行信號放大，而CMOS則是每一個像素都有獨立的放大器，所以在相同面積及相同像素點時，CMOS的感光面積要小于CCD，同時由于每個放大器放大系數(shù)不一致的原因，所以CMOS在低照度情況下，CCD效果會更好一些，CMOS躁點較大。此外由于CMOS傳感器采用半導體最常見的CMOS工藝，可以輕易的將周邊電路集成到芯片中，工藝較CCD簡單，成本較低，并且隨著工藝的提升，CMOS在高像素、信號處理速度上的優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)，以及通過后端ISP對圖像效果的提升，CMOS在高清監(jiān)控領域越來越多的被應用在高清攝像機中。

    后端ISP及編碼芯片，用于處理前端傳感器采集到的視頻信號，直接影響到呈現(xiàn)給用戶的圖像品質，不同的ISP用來匹配不同廠商的圖像傳感器。

    早期后端芯片一般由ISP和接口芯片組成，ISP用于進行圖像處理，處理后再進行壓縮或編碼處理，通過不同的接口輸出給用戶，一般有非壓縮輸出和壓縮輸出兩種，在安防監(jiān)控相機中一般有SDI高清攝像機和網(wǎng)絡高清攝像機，SDI高清攝像機是采用非壓縮方式的串行視頻信號輸出，網(wǎng)絡高清攝像機是按照H.264/MPEG/MJPEG算法編碼壓縮并通過網(wǎng)絡協(xié)議發(fā)送的視頻信號輸出。SDI因非壓縮緣故，視頻數(shù)據(jù)清晰度高，但帶寬要求也高，傳輸距離有限，在高清監(jiān)控剛發(fā)展階段曾一度和網(wǎng)絡高清產(chǎn)品競爭。隨著網(wǎng)絡高清的快速發(fā)展，網(wǎng)絡高清已占據(jù)了大部分的高清監(jiān)控市場，但在特定的應用場合，SDI還是具備一定的優(yōu)勢。

    在早期應用方案中，ISP一般由廠商在FPGA或DSP芯片上自主開發(fā)，或選擇專用ASIC，主要有SONY等主流傳感器廠商以套片的方式提供，隨著行業(yè)的發(fā)展，Nextchip、Pixelplus等廠商也推出相關ISP芯片。ISP芯片主要搭載自動曝光、自動聚焦、自動白平衡電路，用于對圖像的線性糾正、噪聲去除、壞點去除、邊緣加強、白平衡、自動曝光控制等，使圖像更能接近真實的效果，所以ISP算法的優(yōu)劣對圖像的質量影響是至關重要的。

    后端接口芯片，一般有非壓縮輸出和壓縮輸出兩種，非壓縮輸出一般不會造成圖像質量的下降，而壓縮輸出的攝像機，會根據(jù)壓縮算法及壓縮比，對圖像造成不同程度的失真。市場上常見的壓縮編碼類SOC有TI、Hislicon、NXP、Ambarella等廠商。

    隨著技術的發(fā)展，大部分廠商已經(jīng)將ISP及壓縮編碼融合在一起，形成單芯片解決方案，甚至還集成了智能分析的應用，如運動檢測、人臉識別、越界報警、自動去霧等功能，大大降低了高清攝像機的開發(fā)難度和BOM成本，這也是促進高清監(jiān)控發(fā)展的關鍵因素。