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作者：皮強強, 張寧, 孫立 我國自從2004年提出建設“平安城市”以來(lái)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國內處于安防領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)鏈中游的硬件設備廠(chǎng)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，和國際半導體企業(yè)相比仍相距甚遠，國內安防芯片基本上被國外廠(chǎng)商所壟斷。 為進(jìn)一步推進(jìn)國內安防領(lǐng)域的自主知識產(chǎn)權，武漢光華芯科技有限公司現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 視頻監控系統從傳統的模擬閉路視頻監控，發(fā)展到DVR以及現今迅速發(fā)展的IP視頻監控，已經(jīng)由純模擬視頻監控發(fā)展為模數混合或純數字的視頻監控系統。但是，現今大量采用的CCD攝像頭輸出信號為CVBS模擬視頻信號，故在數字視頻監控系統中，必須先對CVBS信號進(jìn)行采集編碼為數字信號，因而視頻前端處理的好壞將直接影響整個(gè)監控系統顯示圖像的質(zhì)量。為提高圖像質(zhì)量和穩定性，光華芯科技的視頻解碼芯片采用10位pipeline ADC以及獨有專(zhuān)利的數字鎖相環(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視頻信號采集，支持NTSC、PAL、SECAM制式自動(dòng)識別；采用10位pipeline ADC；支持視頻標準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信號輸入，內部集成AGC；工業(yè)標準的I2C控制接口，可實(shí)現亮度、對比度、色度等控制；CJC5150的功耗極低，工作能耗小于110mW，待機下小于1mW，可用于便攜式視頻采集系統。 
圖1：系列產(chǎn)品選型。 視頻解碼器芯片內部結構 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數字化。并根據ADC后的數字視頻信號大小來(lái)調節信號的范圍，使其處在我們所要求的信號范圍之內。
圖2：視頻芯片內部結構框圖。 鉗位技術(shù)是為消除視頻信號失去直流分量后產(chǎn)生的失真而采用的技術(shù)，為了不破壞圖像，鉗位都在消隱期內進(jìn)行，這里將視頻信號的消隱區后肩鉗在固定黑電平來(lái)實(shí)現鉗位功能。自動(dòng)增益控制AGC通過(guò)數字解碼器電路對ADC的輸出視頻信號進(jìn)行判斷，給出判斷信號回送到AGC來(lái)對視頻信號進(jìn)行控制。若視頻信號過(guò)大，則進(jìn)行壓縮反之則將信號放大。AGC信號輸給后面的抗混疊濾波器以濾除掉多余的高頻信號，從而保證ADC不發(fā)生混疊干擾影響其性能。另外在A(yíng)GC前增加了單端轉雙端電路，將單端視頻信號轉化為差分信號，增強了抗干擾性能和電源抑制。 Pipeline ADC采用9 stage 1.5BIT 實(shí)現10位數字輸出，在27MHZ采樣頻率下測試獲得了9.5位的有效位。 對于視頻信號關(guān)鍵的同步時(shí)鐘的產(chǎn)生，采用DDS數字頻率合成技術(shù)，主要原理是對行同步信號進(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(cháng)△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。不過(guò)這個(gè)正弦波是數字信號。這時(shí)還需要通過(guò)DAC和濾波器和過(guò)零比較器，將數字信號表示的正弦波轉化為模擬正弦波信號，經(jīng)過(guò)過(guò)零比較器轉化為DDS的方波信號。最后通過(guò)模擬鎖相環(huán)的四倍頻，輸出行同步的27MHZ系統時(shí)鐘。
圖3：系統時(shí)鐘圖。 在芯片設計中，ADC的有效精度和諧波會(huì )直接影響圖像的質(zhì)量，因為諧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，而且處在信號頻帶內無(wú)法經(jīng)過(guò)濾波器的消除。這里設計的10位ADC的SFDR 大于60dB，已足夠滿(mǎn)足要求。 這些芯片的應用領(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。 |
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