??從以往PC板卡發展到今天的嵌入式系統，監控產品變得越來越專業，集成度也越來越高。壓縮規格已經從JPEG、MPEG2、MPEG4發展到H.264，壓縮效率越來越高，這表明同樣的帶寬能傳送更高質量的畫面。監控產品的分辨率則從CIF、D1、720p向高清1080p轉換，甚至可能更高，這說明人們對畫質以及清晰度的追求更上一層樓。除此之外，監控影像也逐漸從模擬轉向數字信號，系統從封閉轉向開放式與網絡化，從非實時（低于每秒25或30幀）轉向實時，甚至每秒50或60幀的影像質量。 ??恩智浦半導體（NXP）的ASC8851就是一款專門針對高清實時網絡攝像機（IP camera）而設計的高集成度、單芯片解決方案，它提供了網絡攝像機所需的功能，可以直接采集從CMOS影像傳感器得到的原始數據（raw data）影像，經過影像的優化處理，包含各種ISP功能（數字影像處理，包含3A），壓縮之后再通過網絡傳送出去。 ?? ??數字網絡攝像機采用的技術 ??能力，嵌入式ARM與Linux系統的程序設計能力是必備的；此外，如網絡通訊、影像壓縮等在以往的DVR、DVS產品中的重要功能也必不可少；由于網絡攝像機整合了前端影像輸入，因此以往由模擬CCTV產品處理的鏡頭及傳感器影像質量問題（含對焦、光圈、快門、增益等），都成為網絡攝像機制造商所需要面對與解決的問題。 ??數字網絡攝像機遇到的難題 ??如圖1所示，網絡攝像機系統可以大致分為前端的影像傳感器與后端的影像處理IC（ISP+視頻編碼/視頻流）。對于ISP部分，有的與前端傳感器整合在一起，有的是獨立的ISP芯片，而恩智浦方案目前為集成進單芯片的后端影像處理IC。以下是數字網絡攝像機目前面臨的一些主要問題： ??選擇CCD 還是CMOS傳感器：以往的CCTV通常都是采用CCD傳感器，但是在高清數字攝像機領域里，CCD通常達不到在百萬畫素以上輸出每秒25或30張的畫面，即使有單價也非常高。CMOS傳感器可能將是高清實時攝像機（尤其是200萬像素）的主流，現在各家CMOS傳感器各有千秋，選擇時需要廠商費一番心思。 ??顏色和畫質的表現：消費者習慣CCD傳感器在顏色和畫質上的表現，該領域過去由少數CCD傳感器廠商控制。轉換到CMOS傳感器時，需要進行一番調整才能符合大部分消費者的喜好。 ??低照度下的噪點：以往CCD在低照度下的噪點比CMOS要來得好，現在，新的背照式CMOS傳感器技術正逐漸改善這個弱項，甚至可以超過CCD的表現。但CMOS傳感器又對熱相當敏感，需要廠商對熱進行隔絕以及在散熱機構上做妥善處理。 ??WDR（HDR）、寬動態、高反差畫面下的表現：隨著消費者的要求越來越高，對網絡攝像機在高反差畫面下的表現越來越重視。這可以分別從前端傳感器以及后端的影像處理兩方面來改善。傳感器方面，可以用兩次曝光的方式，也可以將所有像素分成長、短曝光兩部分，分別取得亮處和暗處的細節，再迭加成一張同時具備亮暗處細節的影像。 ??像素高低、實時壓縮、多碼流以及功耗：由于H.264的壓縮運算量較大，已經很少有人使用純DSP來做高清網絡攝像機的應用。目前的主流都是使用純ASIC或用DSP加ASIC硬件壓縮加速引擎來實現，在1080p（200萬像素）高清分辨率下，不見得每家都能做到實時每秒25或30張的壓縮，同時又要兼顧到其它分辨率的子碼流輸出。不同壓縮格式以及不同分辨率的子碼流是必要的，因為一些配套設備，解不動高清高碼流的視頻流，而為了跟以前及現有的監控設備兼容，可能也需要壓縮其它格式（MPEG-4或是Motion JPEG）及較低的分辨率與碼率。最后，由于繁雜的運算量可能會使芯片的功耗上升，而網絡攝像機的應用環境很多，尤其是有些戶外的機種需要在太陽曝曬下使用，為了不使設備過熱而出現不穩定，功耗也是重要的考慮因素之一。 ?? ??恩智浦ASC885x解決方案的優勢 ??1.數字化、網絡化、低延遲時間 ??數字網絡攝像機是監控業界的新方向，以往的模擬圖像信號需要連接許多纜線，而數字網絡攝像機通過以太網把攝像機全部連在一起，能傳送更長的距離，同時不會因為距離而影響影像的質量，并且更容易和廣大的互聯網相通，以傳送高清高畫質的影像。 ??數字網絡攝像機通過IP網絡傳送影像，主控芯片需要能夠以低延遲時間壓縮并提供優質的影像水平。 ??2.豐富的接口，完整的功能 ??恩智浦的方案帶有PCI-e、SPI、USB接口，可以擴充支持SATA硬盤及無線網絡等外圍設備。除了可通過網絡傳送畫面，也支持通過HDMI或HD-SDI（HD-CCTV）的方式傳送實時影像，客戶可以實現雙模的高清攝像機。另外，恩智浦的方案還具有硬件的碼流加密功能。 ??3.清楚而流暢的畫面，功耗更低 ??恩智浦ASC885x系列中目前最高端的ASC8851芯片，可以達到1080p每秒45張的H.264壓縮效果（High Profile L4.1）。僅用一顆芯片，用戶就可以實現1080p加上720p子碼流的雙實時編碼，或8路D1的實時壓縮。也可以實現720p每秒60張的流暢視頻，還有機會做到3百萬像素每秒25到30張的超高清實時網絡攝像機。而且恩智浦ASC8851芯片的功耗比之前產品更低（低于1.4W）。 ??4.高集成度、低技術門檻的方案 ??由于ASC885x包含ISP模塊，不需要外置的ISP芯片，因此客戶在前端傳感器的選擇上更廣泛。恩智浦已經支持多款主流傳感器，不需要額外的授權與開發費用，客戶就可以獲得整合與優化過的傳感器驅動，而且只需花費較少的精力就可以達到不錯的效果。恩智浦還提供軟硬件參考設計，簽完保密協議與網上注冊通過后，客戶可以免費下載芯片數據手冊、軟件開發套件、硬件設計線路圖及獲得技術支持等。 ??本文小結 ??高清網絡攝像機是目前監控產業的趨勢，更高分辨率、更流暢的畫面（更高幀率）是必然的走向；隨著該應用越來越普及，消費者對畫質的要求會越來越高。在標準化方面，兼容與互通性上將來也會變成必需條件，目前 ONVIF與PSIA兼容規范各有支持者，產品開發商需要留意未來的走向。除此之外，在智能分析檢測上的應用，也會隨著時間推移逐漸成熟完備，恩智浦在這方面也有妥善的規劃，在不久的將來將會發布。 ??作者： 陳爾泰 ??恩智浦半導體 產品應用工程師 (mbbeetchina)