面向安防的视频前端处理芯片

关键词： CJC7113 , 安防监控 , 视频前端 , 视频解码 , 武汉光华芯

作者：皮强强, 张宁, 孙立

我国自从2004年提出建设“平安城市”以来，经过多年的发展，国内处于安防领域产业链中游的硬件设备厂商已经具有较高的技术研发实力。不过，位于安防产业链上游的芯片产业虽然经过最近几年的快速发展，和国际半导体企业相比仍相距甚远，国内安防芯片基本上被国外厂商所垄断。
为进一步推进国内安防领域的自主知识产权，武汉光华芯科技有限公司现已推出几款具有自主专利的视频前端采集芯片，主要产品有CJC7113、CJC9910和CJC5150。


视频前端采集芯片功能
视频监控系统从传统的模拟闭路视频监控，发展到DVR以及现今迅速发展的IP视频监控，已经由纯模拟视频监控发展为模数混合或纯数字的视频监控系统。但是，现今大量采用的CCD摄像头输出信号为CVBS模拟视频信号，故在数字视频监控系统中，必须先对CVBS信号进行采集编码为数字信号，因而视频前端处理的好坏将直接影响整个监控系统显示图像的质量。为提高图像质量和稳定性，光华芯科技的视频解码芯片采用10位pipeline ADC以及独有专利的数字锁相环技术。

视频解码器芯片主要功能包括：支持多路CVBS或S-VDIEO视频信号采集，支持NTSC、PAL、SECAM制式自动识别；采用10位pipeline ADC；支持视频标准ITU-R BT.601和ITU-R BT.656的8位 YCbCr(4:2:2)格式输出；最小支持20mV的视频CVBS信号输入，内部集成AGC；工业标准的I2C控制接口，可实现亮度、对比度、色度等控制；CJC5150的功耗极低，工作能耗小于110mW，待机下小于1mW，可用于便携式视频采集系统。

2012-10-1 14:05:47 上传

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图1：系列产品选型。

视频解码器芯片内部结构
视频ADC包括钳位电路、自动增益控制AGC、抗混叠滤波器和ADC，主要功能是将输入的模拟视频信号数字化。并根据ADC后的数字视频信号大小来调节信号的范围，使其处在我们所要求的信号范围之内。

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图2：视频芯片内部结构框图。

钳位技术是为消除视频信号失去直流分量后产生的失真而采用的技术，为了不破坏图像，钳位都在消隐期内进行，这里将视频信号的消隐区后肩钳在固定黑电平来实现钳位功能。自动增益控制AGC通过数字解码器电路对ADC的输出视频信号进行判断，给出判断信号回送到AGC来对视频信号进行控制。若视频信号过大，则进行压缩反之则将信号放大。AGC信号输给后面的抗混叠滤波器以滤除掉多余的高频信号，从而保证ADC不发生混叠干扰影响其性能。另外在AGC前增加了单端转双端电路，将单端视频信号转化为差分信号，增强了抗干扰性能和电源抑制。

Pipeline ADC采用9 stage 1.5BIT 实现10位数字输出，在27MHZ采样频率下测试获得了9.5位的有效位。

对于视频信号关键的同步时钟的产生，采用DDS数字频率合成技术，主要原理是对行同步信号进行鉴相，得到鉴相的相位差为△P，参考时钟累加器加一次步长△P，通过正弦波查找表，得到了我们想要的6.75MHZ的正弦波信号。不过这个正弦波是数字信号。这时还需要通过DAC和滤波器和过零比较器，将数字信号表示的正弦波转化为模拟正弦波信号，经过过零比较器转化为DDS的方波信号。最后通过模拟锁相环的四倍频，输出行同步的27MHZ系统时钟。

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图3：系统时钟图。

在芯片设计中，ADC的有效精度和谐波会直接影响图像的质量，因为谐波分量分布在高频直接会带来拖影等效果而影响图像质量，而且处在信号频带内无法经过滤波器的消除。这里设计的10位ADC的SFDR 大于60dB，已足够满足要求。

这些芯片的应用领域包括IP摄像头、DVR、行车记录仪、USB采集卡以及门禁系统。