高清視頻監(jiān)控早在2008年就被業(yè)界提出，并一度成為行業(yè)內關注的熱點。但由于當時的技術、成本和實際的客戶需求等多種原因高清視頻監(jiān)控的市場實際上并未真正啟動。然而從現在來看，高清視頻監(jiān)控已經從2010年的高清元年發(fā)展到現在，各個廠商已經把它作為重點產品技術發(fā)展方向，也同樣作為市場推廣的重點。
把握行業(yè)的趨勢，集成尖端科技的同時結合成熟項目應用推出了應用于各個行業(yè)領域的高清視頻監(jiān)控解決方案。具有高清化、網絡化和智能化三種特征相結合的新一代視頻監(jiān)控技術作為現代化安防技術的典型代表，正在獲得越來越多的關注和實際應用，它將逐步取代傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控技術，在社會面治安監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮不可替代的作用。
面對越來越大的市場，需求量的提升會帶來更高性能和功能的需求，高清攝像機產品的核心芯片技術的革新和性能的提升對高清視頻監(jiān)控市場的狀況將起到決定性作用。
首先，我們先簡單分析目前高清攝像機產品常見的部件架構。常見的高清攝像機分為圖像傳感器、isp(圖像信號處理器)、壓縮處理器或數字視頻轉換三個常見部分，市場上一些新發(fā)布的高清攝像機還會在isp與壓縮處理器之間包含一個智能分析處理器。
圖像傳感器
圖像傳感器是組成數字攝像機的重要組成部分。根據元件的不同， 可分為ccd和cmos兩大類。如sony的icx445、icx274、imx035/036/122，aptina的ar0130、ar0331、mt9p031，omnivison的ov9712、ov2715等等。圖像傳感器的作用是將光學圖像采集并轉換成后端isp可用的電信號。
過去，我們常說ccd是應用在影像產品的高端技術元器件，而cmos由于其低照性能、曝光模式等技術性能有限應用于低影像品質產品中。如今，cmos技術快速發(fā)展，例如sony推出了使用exmor技術的imx035/036/122圖像傳感器，其低照性能、圖像分辨率及幀率、芯片處理速度有了很大程度的性能提升。
isp圖像信號處理器
isp(imagesignalprocessor)圖像信號處理器的主要作用是對前端圖像傳感器輸出的信號做后期的處理。不同的isp用來匹配不同廠商的圖像傳感器。isp的優(yōu)異在整個攝像機產品中很重要，應當說它直接影響呈現給用戶的影響畫質的優(yōu)劣。圖像經過ccd或者cmos的采集后，需要經過后期的處理才可以較好的適應不同的環(huán)境，在不同的光學條件下都能較好的還原出現場細節(jié)。在isp中它會完成我們常常提及的2a(awb/ae，自動白平衡/自動曝光)或者3a(awb/ae/af，自動白平衡/自動曝光/自動聚焦)。傳統(tǒng)模式下一般采用一顆dsp或者一顆fpga來完成對圖像的后期處理。有些攝像機產品支持的3d降噪功能、寬動態(tài)、慢快門、幀累積、強光抑制等功能也都是isp來完成的。
目前應用在高清攝像機產品中的isp一般有以下幾個來源：
廠商自行研發(fā)：高清攝像機設備廠商為了更好的配合后端壓縮、功能開發(fā)，自行研發(fā)isp處理算法，將算法集成至fpga或dsp芯片中，接駁前端圖像傳感器。
第三方研發(fā)：2010年已經逐漸誕生了一批由非高清攝像機制造廠商推出的一些isp解決方案，他們直接出售不同的isp芯片給攝像機廠商配合不同廠商的sensor。
套片模式：由sensor廠商將自主開發(fā)的isp結合自家sensor形成圖像采集處理解決方案推向客戶，其中的圖像處理算法及各種調試工作已經完成，攝像機廠商只需要做接口對接并后端壓縮或轉換成數字視頻(hd-sdi)即可。這種模式我們稱之為stand-alonedevices或者camerasystemonchip。
第一種來源方式具備較高的靈活性，使得開發(fā)者在選擇方案時擁有更多的組合(主要是選擇不同廠商的sensor)。但是對于產品而言，一方面增加了整機的功耗、散熱等問題，另外也增加產品開發(fā)投入，也意味著研發(fā)高清攝像機產品的廠商需要更雄厚的技術實力。而后兩種來源方案無疑大大降低了產品開發(fā)的門檻，但相對自主研發(fā)isp肯定要增加部分成本。
設想如果有集成度更高的高清攝像機芯片解決方案，將isp和視頻壓縮編碼功能融合在一起無疑是更好的選擇。
壓縮處理器或數字視頻轉換
首先我們來了解壓縮處理和數字視頻轉換的概念。isp將前端圖像傳感器信號處理后，一般會以mpte296m/bt.1120/yuv4：2：2等數字接口格式傳輸到后端處理芯片中。壓縮處理器(soc或算法進行編碼壓縮，然后通過內建的網絡服務以tcp/ip協(xié)議的網絡信號進行傳輸給用戶。數字視頻轉換則是非壓縮方式，通過數字視頻轉換芯片將isp輸出的數字信號轉換成sd-sdi/hd-sdi/3g- sdi信號，分別對應標準清晰度(vga)、高清標準(1080p@30fps)、1080p@60fps甚至更高的分辨率。hd-sdi高清視頻信號需要使用專用的傳輸周邊設備，如sdi光端機、sdi矩陣等等。
在此，我們著重介紹壓縮處理器。我們看到一款高清攝像機產品的參數性能時，時常看到soc這個字樣，soc(systemonchip)的定義多種多樣，由于它的應用領域范圍廣，內涵豐富很難給出具體定義。一般來說我們稱為系統(tǒng)級芯片，也稱片上系統(tǒng)，意指它是一個系統(tǒng)，是一個專用的集成電路，其中包含完整的高清攝像機系統(tǒng)并嵌入軟件服務。
高清攝像機中的soc市場上常見的廠商有ti(德州儀器)、ambarella(安霸)、hislicon(海思半導體)、nxp(恩智浦半導體)等。不同廠家的硬件壓縮處理器擁有各自的特性，比如低功耗、高性能、高視頻壓縮質量、高壓縮比等。前文中提到將isp圖像信號處理與后端視頻壓縮融合的概念，傳統(tǒng)意義上來講，前面介紹的高清攝像機的幾個重要器件是彼此分開的，不同的處理工作由不同的芯片完成，那么隨著soc芯片技術的發(fā)展和市場的大趨勢，越來越多的廠商將isp與視頻壓縮處理甚至是智能分析技術融合在一起，將功能固化在一顆芯片中。
高清攝像機中應用的nxp as c8850，hisliconhi3516，都集成了isp中實現的3a、3d降噪、寬動態(tài)(wdr)、強光抑制、背光補償、數字防抖等圖像處理功能，hi3516芯片還集成了智能分析加速引擎，支持智能運動偵測、周界防范、人臉檢測、鏡頭保護等多種分析應用。并且，這些soc芯片對我們廠商還開放了isp相關的api(程序接口)，可供我們對isp效果二次調節(jié)開發(fā)優(yōu)化。這些芯片技術使得高清攝像機的集成度越來越高，芯片的融合將是一個趨勢。
所以我認為高清攝像機soc芯片的發(fā)展將會在功耗、編碼性能、isp、智能分析這幾個方面做技術突破來尋求發(fā)展，那么將會帶動高清攝像機產品的發(fā)展。
更低的芯片功耗可以使得高清攝像機體積更小、可應用于更惡劣的環(huán)境、以及衍生出多種多樣的高清攝像機產品形態(tài)。
更高的編碼性能可以使得高清攝像機擁有更高像素的實時壓縮能力，大部分的高清芯片如ti的 dm368、海思的hi3515/3516、nxp的asc8850等都可以做到1080p@30fps，300萬像素及500萬像素級還無法做到實時壓縮，更高像素的高清攝像機可以替代我們傳統(tǒng)模式的一點多機的多區(qū)域監(jiān)控模式，可有效的降低設備投入成本以及周邊布線成本。
現在大部分內置isp功能的視頻芯片對cmos芯片的支持都比較完善，可以直接對接各主要sensor廠商的主要產品，但是對ccd芯片的支持則相對有限，還需要開發(fā)者做二次轉換。
目前的帶智能分析功能的高清攝像機是在設備中預留一顆較高主頻的dsp或者arm核心，開發(fā)者可以自己選擇將智能分析算法中的某一部分功能或者全部移植到該dsp或者arm上，形成帶智能分析的智能高清攝像機。
目前業(yè)界主要的soc廠商都已經意識到主控芯片的整合化趨勢，并大量投入研發(fā)力量進行新一代高清soc芯片的研發(fā)，不管是率先推出asc8850的nxp和已經推出dm368，并且即將推出dm385的ti，還是近期推出hi3518a/hi3518c的海思半導體，甚至還有推出a5s/a7的ambarella，都已經開始在高度融合的高清攝像機主控芯片上有所建樹，同時也還有一些有影響力的ic廠商正躍躍欲試，相信隨著芯片廠商的努力和推動，結合下游設備廠商的市場推廣和用戶需求的拉動，高度集成的新一代高清攝像機soc芯片將會取得越來越大的發(fā)展，并將逐步成為一個成熟的產業(yè)。
結束語
高清攝像機的相關芯片技術正在高速發(fā)展，市場對高清監(jiān)控產品的性能要求也在不斷提高，一般的720p分辨率已經有點捉襟見肘，200萬像素、300萬像素、500萬像素甚至千萬像素高清攝像機的需求在不斷涌現，以及低功耗、低帶寬、低碼流等這些需求對高清攝像機的相關芯片性能提出了更大的挑戰(zhàn)。而真正要全方位的實現高清視頻監(jiān)控，勢必是從前端產品的高清化，再到網絡傳輸、集中存儲、顯示控制、平臺管理等方面均支持高清視頻監(jiān)控。
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