浅谈百万高清清晰度与芯片、传感器的关系

    百万高清度，是指网络摄像机清晰度的一个级别，一般是指百万及百万以上像素和720P/1080i/1080P以上分辨率的高清摄像机，主要是跟摄像机所应用的传感器有效像素数有关，其成像原理跟传统的模拟相机基本一致，图像通过镜头传递到传感器上，通过传感器感光后产生电信号，再通过ISP（Image Signal Processing）图像处理，中间辅以3A专用电路进行曝光、光圈和聚焦等处理，最后进行按照特定的接口进行编码输出。

    根据成像原理上不难看出，摄像机的清晰度，跟镜头、传感器、ISP密切相关，传感器尤为重要，目前市场上的图像传感器分为CCD和CMOS两大类，主要有Sony、Aptina、Omnivison等主流厂商供应。由于两者之间的构造不同，CCD采用电荷耦合传递方式输出，同一放大器进行信号放大，而CMOS则是每一个像素都有独立的放大器，所以在相同面积及相同像素点时，CMOS的感光面积要小于CCD，同时由于每个放大器放大系数不一致的原因，所以CMOS在低照度情况下，CCD效果会更好一些，CMOS躁点较大。此外由于CMOS传感器采用半导体最常见的CMOS工艺，可以轻易的将周边电路集成到芯片中，工艺较CCD简单，成本较低，并且随着工艺的提升，CMOS在高像素、信号处理速度上的优势逐渐体现，以及通过后端ISP对图像效果的提升，CMOS在高清监控领域越来越多的被应用在高清摄像机中。

    后端ISP及编码芯片，用于处理前端传感器采集到的视频信号，直接影响到呈现给用户的图像品质，不同的ISP用来匹配不同厂商的图像传感器。

    早期后端芯片一般由ISP和接口芯片组成，ISP用于进行图像处理，处理后再进行压缩或编码处理，通过不同的接口输出给用户，一般有非压缩输出和压缩输出两种，在安防监控相机中一般有SDI高清摄像机和网络高清摄像机，SDI高清摄像机是采用非压缩方式的串行视频信号输出，网络高清摄像机是按照H.264/MPEG/MJPEG算法编码压缩并通过网络协议发送的视频信号输出。SDI因非压缩缘故，视频数据清晰度高，但带宽要求也高，传输距离有限，在高清监控刚发展阶段曾一度和网络高清产品竞争。随着网络高清的快速发展，网络高清已占据了大部分的高清监控市场，但在特定的应用场合，SDI还是具备一定的优势。

    在早期应用方案中，ISP一般由厂商在FPGA或DSP芯片上自主开发，或选择专用ASIC，主要有SONY等主流传感器厂商以套片的方式提供，随着行业的发展，Nextchip、Pixelplus等厂商也推出相关ISP芯片。ISP芯片主要搭载自动曝光、自动聚焦、自动白平衡电路，用于对图像的线性纠正、噪声去除、坏点去除、边缘加强、白平衡、自动曝光控制等，使图像更能接近真实的效果，所以ISP算法的优劣对图像的质量影响是至关重要的。

    后端接口芯片，一般有非压缩输出和压缩输出两种，非压缩输出一般不会造成图像质量的下降，而压缩输出的摄像机，会根据压缩算法及压缩比，对图像造成不同程度的失真。市场上常见的压缩编码类SOC有TI、Hislicon、NXP、Ambarella等厂商。

    随着技术的发展，大部分厂商已经将ISP及压缩编码融合在一起，形成单芯片解决方案，甚至还集成了智能分析的应用，如运动检测、人脸识别、越界报警、自动去雾等功能，大大降低了高清摄像机的开发难度和BOM成本，这也是促进高清监控发展的关键因素。