簡析IP視頻監控圖像處理芯片介紹及應用

高清IPC的設計方案很多，但從架構上來看，主要包括兩種：其一，采用CCD/CMOS傳感器作為圖像采集設備，配套提供實現圖像處理和編碼功能的SOC芯片;其二，采用前端攝像機模組作為圖像采集設備和一個通用的ASIC或DSP進行編碼和傳輸。由于第一種架構設計靈活，廣泛被廠家采用。在圖像處理方面有三種實現方案...

高清監控的要求

高清監控意味著更大的數據量，無論對于編碼芯片、編碼算法、網絡傳輸及存儲系統都帶來的巨大的考驗，而得益于這些相關領域的不斷突破，高清IP監控已得以實現，并快速地發展和應用。

根據SMPTE(美國電影電視工程師協會)標準，高清IP監控系統需達到如下要求：

分辨率要求。即需要達到1280×720/逐行或1920×1080/隔行/逐行。

幀率能夠達到全幀速。

具有更好的圖像色彩保真度。

16：9格式。

因此，高清IP不僅指傳感器有效像素的大幅度提高，而且實現視頻的實時性、具有高圖像色彩的保真度、長寬比為16：9的格式成像效果。

高清IPC的設計方案很多，但從架構上來看，主要包括兩種：其一，采用CCD/CMOS傳感器作為圖像采集設備，配套提供實現圖像處理和編碼功能的SOC芯片;其二，采用前端攝像機模組作為圖像采集設備和一個通用的ASIC或DSP進行編碼和傳輸。由于第一種架構設計靈活，廣泛被廠家采用。在圖像處理方面有三種實現方案。

第一種方案采用專用的ISP處理芯片和編碼處理部分，該方案較靈活，采用專用的ISP芯片穩定性好，能夠保證圖像的質量。

第二種方案采用集成ISP的編碼芯片，該方案靈活性次于第一種方案，且專用的ISP處理芯片穩定性雖高，但圖像質量一般、成本較高。

第三種方案采用FPGA等芯片實現信號處理及編碼功能，該方案靈活性最強，但是穩定性差、成本最高、圖像質量難于保證。

專用ISP方案設計靈活、性價比高、可以保證圖像的質量，適用于高清IPC的設計。

ISP處理芯片

ISP(imagesignalprocessing)是指視頻信號處理芯片，一般通過專門的ASIC或者DSP加以實現。通常情況下，傳感器部分設置有內嵌的圖像處理芯片以處理一些較簡單的功能，而較復雜的3A(即自動曝光、自動白平衡以及自動對焦)、WDR等功能，則必須通過后端ISP處理，以獲得良好的影像效果。

以Nextchip的高清多功能ISP芯片NVP2400為例，該芯片可應用于1.3M/2M的HD-SDI攝像機、高清模擬攝像機及高清IPC的設計。其內部集成8位快速8051MCU、64MSDRAM及片上X-RAM等。芯片有I2C、UART、SPI等通信接口，并具有定時器、PWM、中斷等功能，可與標準8051MCU兼容。

NVP2400可直接接收原始視頻信號或者LVDS信號，經過ISP預處理后，芯片可以輸出復合模擬信號和BT656/BT1120/YC16bits視頻數據流。

芯片特點分析

與某些僅支持單一Sensor的專用ISP芯片不同，它可與多款Sensor進行無縫連接，包括Panasonic的MN34031PL，Sony的IMX036LQR/LLR，Aptina的MT9P031，Omnivision的Ov2715等系列CMOS。

NVP2400支持多種圖像預處理功能，其中有3A處理、鏡頭畸形校正(LSC)處理、亮度自適應ACCE即寬動態、2D/3D數字降噪、壞點檢測DPC、假色修正、色滾抑制、64倍電子放大/畫中畫、日夜轉換、運動偵測MD、隱私遮蔽、自定義OSD等功能，下面詳列幾項說明。

ACCE(adaptivecontrastandcolorenhancement)

ACCE(高對比度亮度/顏色自適應功能)，是寬動態技術(WDR)的一種。NVP2400根據人眼對高亮度區域敏感的視覺特性，通過對高對比度及其邊緣部分亮度/顏色的有效調整，可以增強整個畫面的可視度。

DEFOG去霧化功能

Camera在有霧或下雨的環境中，圖像可能出現模糊不清，動態范圍下降的現象。因為在正常情況下，Sensor可以接收多個層次的亮度，但是有霧情況下，圖像的亮度層次被霧遮蓋。NVP2400通過分析每個區域的亮度柱狀圖，改進其亮度分布情況，可有效增強霧化圖像的寬動態范圍。

ColorInterpolation色彩算法

由于Sensor使用的彩色濾光片的排列方式為拜爾排列，獲取信息中彩色信號不全，必須從周圍的像素進行推測，補償信號的不足，稱為補間處理。與一般的雙線性插值算法不同，NVP2400采用了對角插值算法，可以消除由線性算法產生的圖像顏色失真，進一步提高圖像細節的分辨能力。

2D/3D數字降噪

降噪是Camera獲得高質量圖像很重要的部分。NVP2400的2D降噪功能可以有效降低平面及邊緣噪聲。而在表現運動物體時，NVP2400可根據前一幀圖像及當前圖像像素間信息的對比，通過運算有效地消除3D噪聲、鬼影及拖尾等現象。

結束語

對于安防的視頻監控領域應用的高清IPC較傳統模擬攝像機、普通網絡攝像機具有更多優勢，比如高清晰度、百萬像素級的傳感器、可以獲得更多的視頻信息，逐行掃描的CCD/CMOS技術可以讓畫中畫更清晰、自然流暢，沒有機械移動部件，更耐用，更大的視覺覆蓋范圍等。