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高清网络摄像机的技术浅析

2015-08-11

高清摄像机,顾名思义,需要更高的清晰度的摄像机。在开始技术讨论前,我们对高清摄像机这颗监控新星进行理所当然的定义。这就引出了我们今天讨论的主题,高清摄像机的核心关键是什么,什么样的方案满足这个核心关键需求,满足市场需求。

摄像机作为一个采集终端,是我们视频监控的基石,是我们眼睛的延伸。在标清时代,经历了20年多发展,CCTV已经发展到了一个极致,无论是模拟摄像机的成本,效果都已经达到了最佳的性价比。但是到了高清时代,由于sensor产业的技术变革,由于高清视频数据量的增大等,引发了摄像机采集及传输的新挑战。这个也是我们高清摄像机研发和生产的核心关键:如何对接各种高清sensor,并调试符合监控需求的图像质量,以及如何解决高清网络摄像机的视频传输问题。

第一个问题是如何对接各种高清sensor,并调试符合监控需求的图像质量。

这是所有高清摄像机方案要解决的共同关键,一方面高清sensor从CCD技术转向CMOS(这个是工艺、成本等多方面决定的),另外各种CMOS sensor原厂没有提供专门的ISP(CCTV时代又叫DSP),必须外面单独购买ISP模块,这样导致要研发生产一个高清摄像机,对接好sensor+ISP的技术要求比较高。

目前有不少sensor公司(SONY、panasonic、aptina、omnivision、sharp、Altasens等)都推出了高清CMOS解决方案,但是除了SONY有自己的ISP(ISP:Image Signal Processor)外,其他公司都是独立的Sensor,需要外面配置ISP,但是由于监控高清才起来,独立的ISP方案少,还在对接各种sensor上缺乏灵活性,更不说成本、sensor板大小等负面影响因素了。所以一个好的ISP方案是解决高清摄像机效果问题的关键。

宽动态、色彩还原性,降噪、低照度等因素是影响图像品质的关键,在智能交通、金融、平安城市等不同的应用环境,人们对高清摄像机的要求也不同,CMOS sensor处理效果和CCD相比还有些差异,所以ISP的处理是各种应用场景适应的保证。

海思在设计Hi3516这颗高清网络摄像机专用芯片的时候,考虑到最后的系统成本、功耗、效果调试等综合因素,决定在芯片中内嵌了ISP系统,该模块设计之初就与各家sensor原厂紧密配合,匹配技术路标,针对各家sensor的特点进行了针对性的技术设计。如坏点校正、2D/3D降噪、3A处理、WDR、低照度、边缘增强、数字防抖、动态对比度增强等等各种图像处理技术。这些技术的应用,修正了sensor的一些缺点,可有效提升高清效果。海思ISP已经提前与上述sensor厂家的高清sensor对接成功,大大解决了客户在此方面的投入,尤其各sensor公司的接口都不相同,提前匹配,减少外围的FPGA的转接,提升客户TTM的同时也是降低客户BOM成本。

3A算法是检验ISP的基本指标,海思ISP在为客户提供一个适当的3A算法的同时,还为各家自有3A处理算法的公司提供可替换的平台,在降低整个行业门槛的同时,还为各家公司提供差异化保护,毕竟每个细分市场的需求都不尽相同,没有一个算法能满足所有市场,各家根据不同厂家调整自己的3A也是现实需求。

先说宽动态效果是各种应用场景最关心的热点,也是各家sensor重要的宣传重点,海思的Hi3516想客户所想,引入了两种宽动态的模式,一种是针对所有sensor通用算法,另外是针对了类似aptina这样的sensor中带了HDR专用技术的算法,两种宽动态的算法应用一方面加强了sensor可选择性,另外也为客户最求更多差异化提供了便利。

通用宽动态算法关闭对比(左-开,右-关)

噪声是视频大忌,尤其是CMOS的技术本身与CCD有些差异在导致在光线不足时噪声的增加,大大影响了高清的体验。海思ISP的带了2D和3D两个模块,对降噪处理有非常大的提升。

3D降噪开关对比(左-开,右-关)

除了ISP和sensor配对的算法外,如何调试其实是关键,由于sensor板的布板不同,都会直接影响sensor最后的效果,所以我们要针对sensor、ISP进行调试,由于sensor的寄存器上千个,加上各种组合,要调试一个符合需要的效果非常难,海思考虑到行业效率问题,为大家提供了一个PC直接用的IPS TOOLS,这个tools通过各种算法把各种效果调整与寄存器组合想关联,避免了客户一上来就调寄存器的痛苦,同时在这个基础上,客户可以根据自己的经验再调试寄存器,保持通用场景的同时还兼顾特殊应用。所以ISP和ISP tools的地位同样重要。

值此介绍为同行们分享一下我们在选择好的高清摄像机解决方案的在图像质量的一些注意事项,同时也提供了大家选择关键ISP的算法效果,ISP的调试工具。



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