高清解碼芯片——視頻監控的關鍵

        經過十年發展，芯片編碼能力有了很大提升。之前要實現1080i的圖像質量需要10顆芯片編碼，現在2、3顆即可。結合市場需求看，追求更好的圖像品質是用戶非常合理且永恒的要求。而隨著智能監控時代的來臨，為了滿足監控系統對視頻圖像的分析處理要求，如車牌識別、人臉識別等，則對圖像質量提出了更高的要求，例如高清格式。這對芯片編解碼能力提出了更大的挑戰。

　　一、高清編解碼芯片是高清視頻監控發展關鍵

　　1999年，飛利浦PNX1300芯片在中國推廣并得到應用;2003年，TI推出通用數字處理器TMS320DM642，正式進軍中國視頻監控領域;2004年，海思作為全球率先推出H.264soc監控專用芯片;幾乎同時，臺灣升邁整合ARMcore，兼容FA526CPU和MPEG4/MJPEGcodec及多項外圍IP，為數字監控量身打造了視頻編解碼芯片SoC。

　　壓縮算法的不斷升級改變著圖像的畫質。隨著安防市場主流壓縮算法向H.264，甚至更高級的算法發展，不斷地提高壓縮比、并進行算法優化已成為芯片廠商的追求。就運算量而言，MPEG-4比JPEG復雜4倍，H.264又較MPEG4復雜3倍以上，除了Decoder的兼容性和Encoder的壓縮質量的基本要求，高速的系統架構、內存頻寬、高效率的DMA控制器，甚至多核的平行處理都是SoC效能是否優秀的關鍵。

　　從當前主流芯片廠商所推出的產品來看，大多有支持高清格式的產品，如，ADI的ADV202、212產品可以支持高清格式；TI的DM355即可支持720p下的MPEG4實時編碼，碼率為4Mbp至8Mbps。

　　二、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。

　　三、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。

　　1、ACCE：高對比度亮度/顏色自適應功能

　　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。

　　2、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。

　　3、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。

　　4、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。

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