中心議題：

• 圖像傳感器的發展趨勢
  
• ISP與CMOS傳感器對比
  
• Blackfin係列處理器的優勢

解決方案：

• 采用動態電源管理
  
• 采用分級的存儲空間
  
• 軟硬件相結合的方式來實現各種安全保護功能

圖(tu)像(xiang)是(shi)人(ren)類(lei)獲(huo)取(qu)和(he)交(jiao)換(huan)信(xin)息(xi)的(de)主(zhu)要(yao)來(lai)源(yuan)，因(yin)此(ci)
，圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)的(de)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)必(bi)然(ran)涉(she)及(ji)到(dao)人(ren)類(lei)生(sheng)活(huo)和(he)工(gong)作(zuo)的(de)方(fang)方(fang)麵(mian)麵(mian)。隨(sui)著(zhe)人(ren)類(lei)活(huo)動(dong)範(fan)圍(wei)的(de)不(bu)斷(duan)擴(kuo)大(da)，圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)的(de)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)也(ye)將(jiang)隨(sui)之(zhi)不(bu)斷(duan)擴(kuo)大(da)。遍(bian)布(bu)航(hang)天(tian)航(hang)空(kong)、醫療設備、通信工程、軍事安防、文化藝術等眾多方麵。

近年來

，隨著消費類產品尤其是拍照手機、數碼相機、數碼攝像機等一係列數碼產品的問世，這些視頻設備中蘊含的圖像信號處理功能也逐漸被人們所認知和關注。而伴隨近年來數字電視

、IP攝像機、網(wang)絡(luo)攝(she)像(xiang)頭(tou)以(yi)及(ji)監(jian)控(kong)攝(she)像(xiang)頭(tou)這(zhe)類(lei)安(an)防(fang)產(chan)品(pin)的(de)迅(xun)速(su)發(fa)展(zhan)，更(geng)表(biao)明(ming)市(shi)場(chang)對(dui)智(zhi)能(neng)監(jian)控(kong)需(xu)求(qiu)的(de)不(bu)斷(duan)增(zeng)長(chang)，這(zhe)也(ye)是(shi)圖(tu)像(xiang)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)不(bu)斷(duan)豐(feng)富(fu)和(he)完(wan)善(shan)的(de)過(guo)程(cheng)。在(zai)這(zhe)些(xie)圖(tu)像(xiang)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)中(zhong)，包(bao)括(kuo)自(zi)動(dong)對(dui)焦(jiao)
、自動曝光、自動白平衡以及顏色變換、背光補償等都是一些基本的圖像處理算法。

傳統的圖像信號處理是通過專用的圖像處理器完成的。而隨著CMOS技術的不斷發展，也出現了將圖像信號處理（ISP）內置於CMOS圖像傳感器中的單芯片產品，這類傳感器產品可借助其內部集成的功能模塊完成一些圖像信號處理的算法，包括自動曝光、自動白平衡
、顏色變換等這些基本的算法。

這類ASIC產品的出現曾一度頗具爭議，因為雖然將ISP內置於傳感器中具有降低功耗和節省占用麵積的優點
，但單就手機應用而言，從成本來講，將ISP集成在傳感器上的成本比ISP集(ji)成(cheng)在(zai)移(yi)動(dong)多(duo)媒(mei)體(ti)處(chu)理(li)器(qi)或(huo)基(ji)帶(dai)上(shang)要(yao)高(gao)很(hen)多(duo)。隨(sui)著(zhe)傳(chuan)感(gan)器(qi)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)提(ti)高(gao)

，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)將(jiang)隻(zhi)整(zheng)合(he)輸(shu)出(chu)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)所(suo)必(bi)需(xu)的(de)電(dian)路(lu)，而(er)將(jiang)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)及(ji)壓(ya)縮(suo)等(deng)功(gong)能(neng)集(ji)成(cheng)於(yu)移(yi)動(dong)多(duo)媒(mei)體(ti)處(chu)理(li)器(qi)或(huo)基(ji)帶(dai)中(zhong)。

而er從cong成cheng像xiang質zhi量liang來lai看kan
，在zai移yi動dong多duo媒mei體ti處chu理li器qi中zhong集ji成cheng功gong能neng強qiang大da的de圖tu像xiang處chu理li功gong能neng效xiao果guo更geng佳jia
，而er且qie此ci趨qu勢shi隨sui分fen辨bian率lv的de提ti高gao會hui愈yu加jia明ming顯xian。所suo以yi業ye界jie一yi直zhi有youISP與CMOS傳感器將背離集成的趨勢預言。但從近年來的CMOS傳感器供應商推出的新產品線來看

，這一預言未能兌現。因為我們看到，不斷有一線的CMOS傳感器供應商如Aptina、OmniVision推出最新的內置ISP的CMOS圖像傳感器單芯片產品，並在不斷完善其功能、擴展其應用領域。

目前已推出的這類單芯片產品除擁有包括曝光控製
、伽瑪校正、白平衡、secaibaohedutiaojieyijihuidukongzhidengduozhongtuxiangchuligongnengwai，haiketigongchusededizhaoduxingneng，zaiyeshihuanjingxiahaijuyouyouyidejinhongwaixiangyingxingneng，nengweishexiangtouzhizaoshangtigonggengwanshandezidongbaipinghenghezidongpuguanggongneng，tuxiangxingnenghaobuxunse。yixilieyouyixingnengshiqiyiyouzuichudepaizhaoshouji
、數碼相機、數碼攝像機應用逐漸發展到網絡攝像頭、監控攝像頭等安防產品領域，其擴張態勢仍在繼續
，大有星火燎原之勢。

應該說在數碼相機等追求小巧輕薄的消費類產品應用中
，內置ISP的CMOS傳(chuan)感(gan)器(qi)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)競(jing)爭(zheng)優(you)勢(shi)，低(di)功(gong)耗(hao)和(he)小(xiao)麵(mian)積(ji)的(de)表(biao)現(xian)以(yi)及(ji)隨(sui)生(sheng)產(chan)規(gui)模(mo)而(er)不(bu)斷(duan)降(jiang)低(di)的(de)成(cheng)本(ben)使(shi)其(qi)成(cheng)為(wei)眾(zhong)多(duo)應(ying)用(yong)廠(chang)商(shang)的(de)寵(chong)兒(er)。在(zai)這(zhe)同(tong)時(shi)我(wo)們(men)要(yao)看(kan)到(dao)，這(zhe)種(zhong)內(nei)置(zhi)ISP的CMOS傳(chuan)感(gan)器(qi)方(fang)案(an)目(mu)前(qian)還(hai)隻(zhi)能(neng)完(wan)成(cheng)一(yi)些(xie)不(bu)太(tai)複(fu)雜(za)的(de)算(suan)法(fa)
，而(er)隨(sui)著(zhe)智(zhi)能(neng)化(hua)要(yao)求(qiu)的(de)不(bu)斷(duan)提(ti)高(gao)


，消(xiao)費(fei)類(lei)產(chan)品(pin)，尤(you)其(qi)是(shi)視(shi)頻(pin)監(jian)控(kong)等(deng)安(an)防(fang)產(chan)品(pin)都(dou)要(yao)求(qiu)更(geng)高(gao)的(de)視(shi)頻(pin)處(chu)理(li)功(gong)能(neng)
，也(ye)就(jiu)要(yao)求(qiu)更(geng)複(fu)雜(za)的(de)算(suan)法(fa)
，而(er)複(fu)雜(za)的(de)算(suan)法(fa)對(dui)主(zhu)芯(xin)片(pian)的(de)處(chu)理(li)能(neng)力(li)提(ti)出(chu)更(geng)高(gao)的(de)要(yao)求(qiu)。

如傳統上許多監控攝像機基於像素分辨率為NTSC(352×240)或PAL(352×288)的準普通媒體格式(CIF)，同時在壓縮格式方麵主要采用了不太複雜的M-JPEG格式
，從而對DSP處理性能要求不高。但是隨著視頻監控市場的迅速發展，人們期待更高的圖像清晰度和更高的幀率。在分辨率方麵，業界期待D1（704×576）或者更高的解析度；在編解碼方麵
，則期待采用複雜的MPEG-4壓縮格式。

同時，隨著網絡互聯的發展，當DVR
、DVS或者IP攝像機作為網絡終端時，還需要考慮如何在傳輸過程中占用更少的帶寬，因此MPEG-4正在向壓縮比更高的H.264和AVSdebianmageshiyanjin。erzhexiegengweixianjindeshipinxinhaofenbianlvheyasuogeshizehuidadatigaoduihexinchuliqizhongchulinenglidexuqiu。chuleqiangdadechulinenglizhiwai
，haixuyaopingtaitigongzugoudelinghuoxing。

從目前來看，在壓縮格式方麵雖然H.264最受業界青睞，有望成為未來幾年的的主流。但是，由於M-JPEG、H.263
、MPEG4和H.264等編解碼算法各有優勢，再加上市場需求的多元化，這些標準將會在一段時間內共存。

要yao使shi方fang案an具ju有you競jing爭zheng力li
，必bi須xu對dui盡jin可ke能neng多duo的de標biao準zhun給gei予yu支zhi持chi。同tong時shi，媒mei體ti處chu理li格ge式shi和he算suan法fa也ye在zai不bu斷duan更geng新xin，當dang更geng為wei先xian進jin的de算suan法fa出chu現xian時shi
，工gong程cheng師shi希xi望wang隻zhi需xu在zai原yuan有you解jie決jue方fang案an基ji礎chu上shang進jin行xing基ji於yu軟ruan件jian的de簡jian便bian的de升sheng級ji，而er不bu是shi重zhong新xin設she計ji。同tong時shi，視shi頻pin監jian控kong又you有you其qi對dui保bao密mi性xing等deng安an全quan技ji術shu的de特te殊shu要yao求qiu，無wu論lun是shi商shang業ye還hai是shi家jia庭ting應ying用yong，設she備bei本ben身shen都dou存cun在zai著zhe被bei非fei法fa侵qin入ru和he黑hei客ke攻gong擊ji的de威wei脅xie
，要yao充chong分fen保bao障zhang設she備bei的de安an全quan性xing對dui產chan品pin設she計ji無wu疑yi是shi很hen大da的de挑tiao戰zhan。

在這時
，內置ISP的單芯片CMOS傳感器產品就顯示出先天不足的缺點，因其尚不能完成如此複雜的功能
，而要配備單獨的圖像處理器才能滿足要求。ASIC雖然具有成本優勢，但是在應對媒體格式、算法的改進和升級方麵則具有天生的弊端，在音視頻標準不斷演進以及算法不斷改進的視頻監控市場，ASIC顯得遜色很多。

在這裏，傳統的處理器供應商如ADI、TI
、NXP等具有不可替代的競爭力。其中ADI公司專為滿足當今嵌入式音視頻和通信應用的計算要求及功耗約束條件而設計的新型嵌入式處理器Blackfin係列以其突出的性能表現而格外搶眼。[page]

Blackfin係列處理器在圖像處理方麵有其獨特的技術優勢，包括：可以升級到最新的視頻標準
，向用戶提供處理所有現有標準和未來標準的能力
；

動態電源管理

所有的Blackfin處理器均采用了多種節能技術。Blackfin處理器基於一種選通時鍾內核設計，可按照逐條指令來選擇性地切斷功能單元的電源。還支持多種針對所需CPU動作極少（或根本不需要CPU動作）期qi間jian的de斷duan電dian模mo式shi。該gai處chu理li器qi還hai支zhi持chi一yi種zhong自zi含han動dong態tai電dian源yuan管guan理li電dian路lu
，借jie助zhu該gai電dian路lu即ji可ke對dui工gong作zuo頻pin率lv和he電dian壓ya進jin行xing獨du立li控kong製zhi，以yi滿man足zu正zheng在zai執zhi行xing的de算suan法fa的de性xing能neng要yao求qiu。這zhe些xie轉zhuan換huan可ke以yi在zai一yi個geRTOS或用戶固件的控製之下連續出現。大多數Blackfin處理器都提供了片上內核穩壓電路，並可在低至0.8V的電壓條件下工作，因而特別適合於需要延長電池使用壽命的便攜式應用；

具有高性能處理器內核

該處理器架構基於一個10級RISCMCU/DSP流水線和一個專為實現最佳代碼密度而設計的混合16/32位指令集架構，該架構很適合於高密度
、大運算量的圖像處理係統
；

高帶寬的DMA

圖像處理係統需要對大量的圖像數據進行處理
，這涉及到內存數據存取，采用Blackfin的二維DMA控製器可以實現自動數據傳輸
，大幅度減少處理器的內核開銷；專用的視頻指令集
，圖像處理中存在大量的視頻像素處理，Blackfin處理器具有專門為8位視頻數據以及常用的視頻像素處理算法設計的指令集
，大大提高了處理速度；

分級的存儲空間

Blackfin具有L1和L2兩級Cache，對於一些不適合使用DMA操作的數據，可以采用數據/代碼緩衝的模式來加快處理速度；

豐富的外設功能

Blackfin具有高速的串/並行數據接口，可以無縫的連接其它高速器件
；

安全保護功能

安全方麵，BlackfinLockboxSecureTechnology利用軟硬件相結合的方式來實現各種安全保護功能。對係統進行鑒定的公共密鑰存儲於單次可編程（OTP）內存中的用戶可編程區域，這種存儲方式可以由OEM來lai控kong製zhi和he定ding義yi。同tong時shi由you於yu其qi具ju有you可ke編bian程cheng性xing，使shi指zhi令ling集ji可ke實shi現xian豐feng富fu的de軟ruan件jian加jia密mi算suan法fa，意yi味wei著zhe相xiang同tong的de裝zhuang置zhi能neng支zhi持chi多duo種zhong內nei容rong保bao護hu格ge式shi。故gu該gai技ji術shu可ke從cong來lai源yuan的de驗yan證zheng、內容的完整性

、機密性以及可更新性等多方麵為整個視頻監控設備提供一個安全環境；
低功耗
、低成本也是Blackfin擁有突出性價比的製勝法寶。

基於以上技術特點，同時由於其強大的多媒體處理能力

、專業的算法支持、和嵌入式實時操作係統
，使Blackfin不僅能實現優異的自動對焦等3A1B算法，還能夠執行複雜的如自動精選代碼等計算密集型算法，尤其在對處理器要求極高的智能視頻監控等產品中更發揮著出色的作用。

僅(jin)以(yi)智(zhi)能(neng)視(shi)頻(pin)監(jian)控(kong)產(chan)品(pin)為(wei)例(li)
，盡(jin)管(guan)已(yi)經(jing)取(qu)得(de)了(le)巨(ju)大(da)進(jin)展(zhan)，智(zhi)能(neng)視(shi)頻(pin)分(fen)析(xi)領(ling)域(yu)目(mu)前(qian)仍(reng)無(wu)公(gong)認(ren)的(de)最(zui)優(you)方(fang)法(fa)。其(qi)自(zi)身(shen)研(yan)究(jiu)內(nei)容(rong)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)，使(shi)得(de)算(suan)法(fa)複(fu)雜(za)度(du)高(gao)，適(shi)用(yong)範(fan)圍(wei)有(you)限(xian)，研(yan)究(jiu)方(fang)法(fa)和(he)工(gong)具(ju)多(duo)樣(yang)，沒(mei)有(you)魯(lu)棒(bang)性(xing)
、準確度、速度都符合需求的普遍方法。同時，視頻監控係統的網絡化和分布式處理的要求，以及大規模工程安裝對成本、體積和功耗的限製
，使運算能力和帶寬都在不斷提高的嵌入式處理器成為視頻監控係統的主流選擇。而非標準化的智能視頻分析
，正是DSP的用武之地。

Blackfin的幾十個DMA通道和可靈活配置的Cache很好地滿足了視頻監控係統對大運算量，高數據吞吐率的要求。10級流水線使得Blackfin有很強的指令並行執行能力。零開銷循環控製指令讓係統中的大量循環跳轉不再消耗任何處理器的時鍾周期。利用這些優勢，real解碼器的idct4×4算法在Blackfin上速度提高了7倍。

另外，視頻數據也有其自身的特性。在不同的顏色空間內
，表示像素的每個分量通常是8位寬度。Blackfin的4個視頻算術運算單元和視頻像素指令集大大加速了視頻運算速度。一條視頻像素操作指令可以在一個周期內完成4對視頻數據分量的加法、減法、加減混合、取平均值或者相減並求絕對值等11種視頻像素運算。

這些運算在編解碼算法中的運動估計、loopfilter和智能視頻分析的各種算法中大量應用。在智能視頻分析的一些基礎算子中
，如直方圖統計

，中值運算，Sobel運算
，形態學中的膨脹運算等都可以利用Blackfin的MIN,MAX指令來消除條件跳轉，節省處理器周期。不僅如此，Blackfin還支持13種非視頻數據的向量運算。

適當地設計數據結構，在前背景分離、閾值計算和更新等多個環節都可以運用Blackfin的特色指令從而使智能視頻分析的算法更加快捷。這些有效的指令中，大部分指令都能並行執行，使Blackfin的處理能力再加倍。

應用方麵
，由南京新奕天科技有限公司與香港大學合作開發出的基於Blackfin係列最新產品BF561的一流智能視頻監控設備ThinkSmart已經推向市場。其中BF561獨特的雙核設計使ThinkSmart在zai處chu理li核he上shang能neng獨du立li的de運yun行xing圖tu像xiang處chu理li和he係xi統tong控kong製zhi任ren務wu
，從cong而er達da到dao最zui佳jia的de整zheng體ti性xing能neng，使shi此ci款kuan產chan品pin能neng夠gou簡jian單dan而er又you有you效xiao檢jian測ce威wei脅xie或huo閑xian雜za訪fang客ke
，實shi現xian一yi係xi列lie智zhi能neng化hua視shi頻pin監jian控kong功gong能neng。

Blackfin係列處理器在圖像處理方麵
，尤其是應對智能化的技術挑戰方麵
，是眾多應用廠商的理想之選。ADI公司也在努力通過最新的CMOS深亞微米工藝尺度、更深的流水線、多內核
、每個核心更多的計算單元，以及充分利用信號處理加速引擎，繼續提高Blackfin係列的性能
，增強其在性價比和性能功耗比方麵的領先地位。