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DSP数字信号处理主导摄像机的发展进程

发布时间:2020-07-21 18:03:08 阅读: 来源:车床厂家

DSP(DigitalSignalProcessing)即数字信号处理,是利用数字计算机或专用数字信号处理设备,以数值计算的方法对信号进行采集、变换、综合、估值、识别等加工处理,借以达到提取有用信息、便于应用的目的。

DSP芯片是一种特殊的微处理器,根据数字信号处理理论的数学模型和算法,设计出专门的数字信号微处理器芯片。计算程序全部"硬化",数字滤波器所需要的其他设备也全部集成、硬化,比如加法器、存储器、控制器、输入/输出接口,甚至其他类型的外部设备等。许多在模拟信号处理器中无法进行的工作,都可以在数字处理中进行,如二维数字滤波、数字动态图像检测、数字背景光补偿、肤色轮廓校正、细节补偿频率调节、准确的彩色矩阵、精确的校正、自动聚焦等。因此,有了DSP的摄像机,可大大提高图像的质量。

摄像机DSP芯片的作用

图像品质是监控最基本也是最重要的要求,监控场景千差万别,这就要求监控摄像机能适应各种场景的复杂光线,获得出色的图像品质。图像品质包含的内容非常多,主要有以下几点:

1、色彩还原。摄像机是否能真实还原实际场景的图像颜色,白平衡是否准确,是否存在偏暖或偏冷。

2、动态效果。移动物体边缘是否清晰,是否有拖尾。

3、低照度表现。在低光环境下摄像机能否获得明亮的图像,灵敏度是否出色。

4、宽动态。在光线明暗对比强烈的场景中摄像机能否兼顾亮区和暗区,动态范围是否足够大。

5、对焦准确性。摄像机能否在各种光照条件下精确对焦,不出现失焦或对焦犹豫反复的情况。

摄像机图像质量的高低,很大程度上依赖DSP的后期处理。在摄像机应用中,经过光学成像芯片产生的信号不可避免产生有很多缺陷,如图像细节信号弱、亮度不均匀、彩色不自然等,必须经过DSP信号处理器对信号进行放大和校正。

摄像机DSP芯片除了对图像信号放大、校正外,还对摄像机特殊功能的实现有较好表现。如自动聚焦、宽动态、数字慢快门、彩色黑白转换、区域屏蔽、数字降噪、白平衡等功能,都源自于DSP数字信号处理器。因此,监控摄像机特别是模拟摄像机在清晰度方面取得的突破,很大程度决定于DSP,使得模拟摄像机在一些领域中依然占有较多的份额。

DSP芯片技术升级进步

竞争日益激烈

作为摄像机的核心元器件的DSP处理芯片,其性能优劣直接决定摄像机监控画面的品质情况。目前,国内摄像机厂家并没有研发核心的芯片处理技术的实力,很大程度上是依靠购买国外芯片成品来组装自己的摄像机,因此,领先的品牌形象和巨大的市场需求促使众多知名大厂纷纷提升自己的核心研发力量,使得芯片之战在往年的基础之上有激化升级之势。

近年来,各大厂家的芯片研发投入一直持续不断,例如:索尼推出了最新的DynaViewEX宽动态技术芯片,并在芯片上融合了DEPA二代智能音视频报警技术、可视性增强技术以及超级动态降噪技术,使得芯片技术大大改进,从而提升了摄像机的画面效果。

三星电子推出了A1高清智能芯片,该芯片具有智能识别技术,使得摄像机在前端就能识别可疑人物,比较人性化。三星光电子推出了SV-IV第四代高性能DSP图像引擎,该芯片融合了精密图像分析技术,具备SSNRIII、新升级的2D/3D影像降噪技术,使得摄像机的影像得到大大改进。松下推出了具备第五代超级宽动态技术(SD5)的模拟和数字摄像机。其已经不仅仅局限于传统快门及信号处理技术使整体图像的表现效果,而是融合了超级动态+自动暗区补偿+智能移动侦测三大核心技术。LG的XDI-SDSP芯片于2009年成功投产,其将过去的DSP、OPD、OSD、TG等多个芯片整合为一,该单芯片解决方案对画面性能和稳定性都有了很大的提高。而LG最新的XDI-S2DSP技术在水平清晰度、色彩还原、自动白平衡和低照度降噪等方面都有明显突破。

乐金电子(中国)有限公司安防事业部技术工程师丁全表示,目前大多厂家都对DSP内部的算法进行了多元的增加,主要都是在提升其性能、清晰度、色彩、低照度等大家关注的方面,使现在市场上的摄像机的图像效果日益精细;在提高性能的同时,各家也都在对其稳定性、功耗方面投入大量的研发精力,以更卓越的性能、优异的品质,驻留市场。面对日益激烈的市场竞争,厂家对其它的方面的要求也逐渐增加。以往的一个DSP方案可以在几年内完全满足市场,而现在市场要求增多,就要使DSP解决方案不断更新,由清晰度不断提升,到各个功能效果的提升。这样,多方案的匹配设计影响了整套方案的图像效果,同时面对产品更新速度的不断缩短,DSP的性能及功能等方面都得到了全面的发展。传统摄像机为实现菜单、白平衡、色彩还原等功能,需要使用多种解决方案,对摄像机的功耗、兼容性、稳定性等带来了挑战。

DSP在智能摄像机中的应用

随着现代科学技术的发展,视频监控系统也向智能化发展,而监控用的摄像机也必须智能化。DSP摄像机有普通型与智能型,以往的DSP智能摄像机主要是提高图像质量型。新型的检测识别报警型DSP智能摄像机比普通的DSP摄像机具备更加强大的图像处理识别能力和智能因素,因此可以为用户提供更多高级的视频分析功能,它可以极大地提高视频监控系统的能力,并使视频资源能够发挥更大的作用。

松下通过摄像机内部DSP芯片的处理,让摄像机具备了智能功能。摄像机能够通过内置的智能处理算法,轻松分辨丢/放包,移动物体侦测和场景变化检测。加入智能功能后,摄像机能够轻松区分图像中的干扰因素与实际运动目标。

索尼最近推出了新一代的智能分析功能DEPAAdvanced(DEPA二代)。该技术将智能分析处理完全前移到前端网络摄像机中,摄像机自身即可对采集的图像进行分析判断,并将报警信号传输到后端系统中,这不同于以往智能技术将图像传输到后端系统后再由软件进行分析报警的方式,报警的准确率大大提升。DEPA二代智能分析技术还具备最新研发的"智能防破坏探测"和"智能语音探测"功能。智能防破坏探测功能可以识别人为地对摄像机进行的遮挡、调焦、喷涂、移位等动作,并及时发出报警;智能语音探测则可以对尖叫、异响等作出报警。

数字化、网络化、智能化是视频监控技术发展的必然趋势,DSP智能摄像机的出现正是这一趋势的直接体现。

在安防监控系统由数字化、网络化向智能化发展的进程中,除编码压缩技术需采用DSP芯片外,智能化的一些智能功能软件,大多要嵌入DSP芯片作算法处理。并且,将已嵌入智能软件的DSP芯片,嵌入摄像机,则称为检测识别型的智能摄像机。DSP芯片不仅大量应用在普通监控系统,而且还将大量应用在智能视频监控系统。

DSP技术发展何去何从

面对社会对安全防范意识的不断增加,安防产品在不断更新,以满足不同客户的需求,为此,作为摄像机核心器件的DSP是将会如何发展呢?

高度集成已经是现在面临的重要问题,对产品设计、生产及使用都可带来很多的便利性和优点。但目前,高清摄像机、IP摄像机的不断出现给传统的DSP模拟摄像机带来相当大的考验。由于受到CCDIC的像素以及模拟视频信号传输的限制,模拟摄像机清晰度的提升空间有限。乐金安防事业部的丁全表示,面对市场的要求,DSP的特殊补偿功能显得非常重要。强光抑制、宽动态、数字慢快门、数字降噪、电子防抖动等功能尤其重要。但是目前由于在DSP的时钟及内核中对累加器时间差的处理一直是技术上的难点,所以,如何对其功能效果上得到更高的提升,是DSPIC设计发展的进程之一。

目前数字网络平台的飞速发展,又给DSP提出了更高的要求,传统的被动监控,逐步将由具有智能视频分析(视频移动探测、跟踪,人的面像识别,人的步态识别,人与物的异常行为及非法滞留的识别,车牌识别等)等功能的主动监控所替代,这样,根据不同监控场景的需要,把后台视频分析嵌入所需摄像机的DSP中,不仅能减少项目的工程量和节省费用,也能取代监控任务中人的大部分工作。这也是智能监控方向对DSP技术发展的需要。

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