面向安防的視頻前端處理芯片

關(guān)鍵詞： CJC7113 , 安防監(jiān)控 , 視頻前端 , 視頻解碼 , 武漢光華芯

作者：皮強(qiáng)強(qiáng), 張寧, 孫立

我國(guó)自從2004年提出建設(shè)“平安城市”以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)處于安防領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈中游的硬件設(shè)備廠商已經(jīng)具有較高的技術(shù)研發(fā)實(shí)力。不過(guò)，位于安防產(chǎn)業(yè)鏈上游的芯片產(chǎn)業(yè)雖然經(jīng)過(guò)最近幾年的快速發(fā)展，和國(guó)際半導(dǎo)體企業(yè)相比仍相距甚遠(yuǎn)，國(guó)內(nèi)安防芯片基本上被國(guó)外廠商所壟斷。
為進(jìn)一步推進(jìn)國(guó)內(nèi)安防領(lǐng)域的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，武漢光華芯科技有限公司現(xiàn)已推出幾款具有自主專(zhuān)利的視頻前端采集芯片，主要產(chǎn)品有CJC7113、CJC9910和CJC5150。


視頻前端采集芯片功能
視頻監(jiān)控系統(tǒng)從傳統(tǒng)的模擬閉路視頻監(jiān)控，發(fā)展到DVR以及現(xiàn)今迅速發(fā)展的IP視頻監(jiān)控，已經(jīng)由純模擬視頻監(jiān)控發(fā)展為模數(shù)混合或純數(shù)字的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。但是，現(xiàn)今大量采用的CCD攝像頭輸出信號(hào)為CVBS模擬視頻信號(hào)，故在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，必須先對(duì)CVBS信號(hào)進(jìn)行采集編碼為數(shù)字信號(hào)，因而視頻前端處理的好壞將直接影響整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)顯示圖像的質(zhì)量。為提高圖像質(zhì)量和穩(wěn)定性，光華芯科技的視頻解碼芯片采用10位pipeline ADC以及獨(dú)有專(zhuān)利的數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)。

視頻解碼器芯片主要功能包括：支持多路CVBS或S-VDIEO視頻信號(hào)采集，支持NTSC、PAL、SECAM制式自動(dòng)識(shí)別；采用10位pipeline ADC；支持視頻標(biāo)準(zhǔn)ITU-R BT.601和ITU-R BT.656的8位 YCbCr(4:2:2)格式輸出；最小支持20mV的視頻CVBS信號(hào)輸入，內(nèi)部集成AGC；工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的I2C控制接口，可實(shí)現(xiàn)亮度、對(duì)比度、色度等控制；CJC5150的功耗極低，工作能耗小于110mW，待機(jī)下小于1mW，可用于便攜式視頻采集系統(tǒng)。

2012-10-1 14:05:47 上傳

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圖1：系列產(chǎn)品選型。

視頻解碼器芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)
視頻ADC包括鉗位電路、自動(dòng)增益控制AGC、抗混疊濾波器和ADC，主要功能是將輸入的模擬視頻信號(hào)數(shù)字化。并根據(jù)ADC后的數(shù)字視頻信號(hào)大小來(lái)調(diào)節(jié)信號(hào)的范圍，使其處在我們所要求的信號(hào)范圍之內(nèi)。

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圖2：視頻芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。

鉗位技術(shù)是為消除視頻信號(hào)失去直流分量后產(chǎn)生的失真而采用的技術(shù)，為了不破壞圖像，鉗位都在消隱期內(nèi)進(jìn)行，這里將視頻信號(hào)的消隱區(qū)后肩鉗在固定黑電平來(lái)實(shí)現(xiàn)鉗位功能。自動(dòng)增益控制AGC通過(guò)數(shù)字解碼器電路對(duì)ADC的輸出視頻信號(hào)進(jìn)行判斷，給出判斷信號(hào)回送到AGC來(lái)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行控制。若視頻信號(hào)過(guò)大，則進(jìn)行壓縮反之則將信號(hào)放大。AGC信號(hào)輸給后面的抗混疊濾波器以濾除掉多余的高頻信號(hào)，從而保證ADC不發(fā)生混疊干擾影響其性能。另外在AGC前增加了單端轉(zhuǎn)雙端電路，將單端視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為差分信號(hào)，增強(qiáng)了抗干擾性能和電源抑制。

Pipeline ADC采用9 stage 1.5BIT 實(shí)現(xiàn)10位數(shù)字輸出，在27MHZ采樣頻率下測(cè)試獲得了9.5位的有效位。

對(duì)于視頻信號(hào)關(guān)鍵的同步時(shí)鐘的產(chǎn)生，采用DDS數(shù)字頻率合成技術(shù)，主要原理是對(duì)行同步信號(hào)進(jìn)行鑒相，得到鑒相的相位差為△P，參考時(shí)鐘累加器加一次步長(zhǎng)△P，通過(guò)正弦波查找表，得到了我們想要的6.75MHZ的正弦波信號(hào)。不過(guò)這個(gè)正弦波是數(shù)字信號(hào)。這時(shí)還需要通過(guò)DAC和濾波器和過(guò)零比較器，將數(shù)字信號(hào)表示的正弦波轉(zhuǎn)化為模擬正弦波信號(hào)，經(jīng)過(guò)過(guò)零比較器轉(zhuǎn)化為DDS的方波信號(hào)。最后通過(guò)模擬鎖相環(huán)的四倍頻，輸出行同步的27MHZ系統(tǒng)時(shí)鐘。

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圖3：系統(tǒng)時(shí)鐘圖。

在芯片設(shè)計(jì)中，ADC的有效精度和諧波會(huì)直接影響圖像的質(zhì)量，因?yàn)橹C波分量分布在高頻直接會(huì)帶來(lái)拖影等效果而影響圖像質(zhì)量，而且處在信號(hào)頻帶內(nèi)無(wú)法經(jīng)過(guò)濾波器的消除。這里設(shè)計(jì)的10位ADC的SFDR 大于60dB，已足夠滿(mǎn)足要求。

這些芯片的應(yīng)用領(lǐng)域包括IP攝像頭、DVR、行車(chē)記錄儀、USB采集卡以及門(mén)禁系統(tǒng)。