MatrixCam開發(fā)套件促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品添加全高清視頻流

一、前言

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)正迅速演進(jìn)且潛力巨大。據(jù)相關(guān)預(yù)測，未來5到10年，將有數(shù)以十億計(jì)的智能設(shè)備通過IoT跨越多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)互通互聯(lián)，包括有無線控制功能的LED燈泡、機(jī)頂盒、智能電表、煙霧報(bào)警器、可穿戴設(shè)備、安防攝像機(jī)、智能家居、智能體重計(jì)等等，將帶給我們?nèi)碌纳铙w驗(yàn)。

二、圖像傳感器是IoT的核心

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，傳感器無處不在，無論是智能樓宇/家居領(lǐng)域的智能鎖、安防監(jiān)控、照明系統(tǒng)、恒溫器、智能門鈴、寶寶監(jiān)控器、智能家電，還是移動醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)領(lǐng)域的無人機(jī)系統(tǒng)、機(jī)器人，消費(fèi)電子領(lǐng)域的可穿戴及游戲機(jī)等等，都內(nèi)置多個(gè)傳感器，且都至少包含一個(gè)圖像傳感器?？梢哉f，圖像傳感器是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的核心器件。

一般而言，應(yīng)用于IoT的圖像傳感器具有以下關(guān)鍵特性：

1. 小光學(xué)格式：1/13～1/4in.；

2. 分辨率：VGA至500萬像素；

3. 系統(tǒng)級芯片(SoC)及RAW傳感器兩種類型；

4. 具備低功耗待機(jī)模式；

5. 幀率至少達(dá)到30fps以上。

從趨勢上看，這類傳感器朝向模塊化、高度集成、低功耗、低成本及支援高度壓縮的H.264視頻方向發(fā)展。

安森美半導(dǎo)體憑借在圖像傳感器領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢和豐富經(jīng)驗(yàn)，在IoT領(lǐng)域制勝，成功的案例如Skully公司設(shè)計(jì)的被稱為“全球最智能的摩托車頭盔”、Oculus(已被Facebook收購)的虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)眼罩、Dropcam的家庭安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)，以及Canary的被喻為“最美的家庭全功能安防警報(bào)系統(tǒng)”，都采用了安森美半導(dǎo)體的圖像傳感器，提供高品質(zhì)的全高清視頻。

三、全集成的視頻開發(fā)方案：MatrixCam

針對家庭自動化系統(tǒng)、樓宇接入設(shè)備、嬰兒監(jiān)視器、先進(jìn)的照明控制和智能家電等關(guān)鍵應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體推出完整的攝像機(jī)方案MatrixCam，加快工程師的開發(fā)進(jìn)程，使客戶可隨時(shí)投產(chǎn)。

MatrixCam的功能圖如圖2所示：攝像頭捕獲的信息經(jīng)過圖像傳感器傳給H.264編碼器，該編碼器將信息處理后可傳給以太網(wǎng)或存儲到SD卡，或由WiFi外傳上網(wǎng)，在待機(jī)的狀態(tài)下經(jīng)由藍(lán)牙或無源紅外(PIR)喚醒系統(tǒng)。

MatrixCam是智能的、低功耗1080p視頻流參考設(shè)計(jì)：

1. 內(nèi)置眾多互聯(lián)互通方案——包括Wi-Fi(802.11b/g/n)、以太網(wǎng)(10/100 Mbps)和藍(lán)牙低功耗(BLE)。

2. 支持微型SD卡存儲視頻和圖片

3. 可連接到云服務(wù)如亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和谷歌云平臺，便于視頻點(diǎn)播和直接在用戶的智能設(shè)備上直播。

4. 具備雙向音頻功能：提供全向電容式麥克風(fēng)，支持音頻編碼，捕捉聲音，并播放存儲在SD卡上的音頻文件

5. 1080p@30fps智能流：支持Firefox、IE及蘋果的Safari瀏覽器、Linux、Windows及蘋果操作系統(tǒng)、iOS、安卓智能手機(jī)系統(tǒng)、亞馬遜和谷歌的云端服務(wù)

表1 API及示例代碼GitHub資源庫

6. 推送通知：由 BLE或通過集成運(yùn)動檢測的 PIR傳感器喚醒。喚醒后，推送通知被發(fā)送到指定的便攜式電子設(shè)備(智能手機(jī)、平板電腦等等)，提醒用戶應(yīng)查看直播(或靜態(tài)圖像)。

7. VDK可通過一個(gè)簡單的基于web的圖形用戶界面(GUI)或使用專用移動應(yīng)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置、視頻配置、錄制配置、云配置、用戶管理、拍照、錄制視頻、打開/關(guān)閉音頻、查看直播流、固件更新等等。

8. MatrixCam開發(fā)套件是開放式影像平臺，提供應(yīng)用程序編程接口(API)測試程序，包含開放源碼，可從電腦或安卓系統(tǒng)執(zhí)行，API及示例代碼GitHub資源庫如表1所示。

MatrixCam參考設(shè)計(jì)結(jié)合了安森美半導(dǎo)體的圖像傳感器AR023Z、降壓/升壓轉(zhuǎn)換器NCP3064、開關(guān)NCP6332-D、低壓降穩(wěn)壓器(LDO)NCP160-D、電壓監(jiān)控MAX708T、電量計(jì)LC709203F、電池充電器NCP1855-D等器件，其中AR023Z 1/2.7 in. CMOS圖像傳感器是這參考設(shè)計(jì)的核心。

AR023Z是高性能的1080p高動態(tài)范圍(HDR)圖像傳感器，采用DR-pix技術(shù)提供領(lǐng)先業(yè)界的微光性能，支持高品質(zhì)1080p 60fps高清視頻，靈活的接口選擇如并行或HiSPi接口兼容于所有流行的圖像信號處理器(ISP)，提供片上HDR或支持第三方ISP交錯(cuò)HDR模式的選擇，開窗、像素合并、跳行、溫度傳感器等先進(jìn)的特性為客戶提供更高靈活性。

HDR是AR023Z最關(guān)鍵的特性，其多重曝光HDR技術(shù)可提供16倍和32倍增益比，自適應(yīng)局部色調(diào)映射可讓高動態(tài)的功能更易于使用，增加的動態(tài)范圍超越前代技術(shù)，提供更靈敏像素及更優(yōu)信噪比(SNR)，支持交錯(cuò)模式T1/T2 幀輸出選擇即芯片外HDR處理?？蛻艨筛鶕?jù)圖形處理器決定具體使用哪一種模式。

此外，MatrixCam還使用了GainSpan的GS2011 WiFi模塊，提供極低待機(jī)功耗，符合IEEE802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)，支持WEP/WPA/WPA2安全、Adhoc網(wǎng)絡(luò)以及Wi-Fi保護(hù)設(shè)置（WPS），提供SPI、UART、SDIO等I/O接口，其中SDIO可達(dá)40Mbit/s的傳輸速率，其WiFi和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)堆棧無需使用外部處理器就可直接在模組上運(yùn)行，通過美國FCC、加拿大IC、歐洲的ETSI及日本的TELEC認(rèn)證，能在全球暢通無阻地使用。

MatrixCam的關(guān)鍵特性：

1、應(yīng)用程序處理器

* 1080p@30fps 視頻串流通過以太網(wǎng)及Wi-Fi

* 為視頻和靜態(tài)圖像添加分辨率選擇

* 內(nèi)置圖像信號處理器

* 從待機(jī)喚醒的視頻直播和錄制

* 藍(lán)牙低功耗(BLE)和遠(yuǎn)紅外(PIR)從待機(jī)喚醒

2、圖像傳感器

* 分辨率：1920x1080@60fps

* 像素尺寸：3μm

* 色彩濾波陣列(CFA)：RGB Bayer

* 快門類型：電子卷簾快門(ERS)，GRR

* 輸入時(shí)鐘范圍：6～48MHz

* 輸出：串行，并行

* 輸出時(shí)鐘最大值：148.5Mp/s（4通道HiSpi），74.25Mp/s（并行）

* 幀率：60fps

* 響應(yīng)：4.0V/lux.s

* 信噪比(SNR)最大值：41dB

* 電源電壓：I/O：1.8或2.8V

* 數(shù)字：1.8V

* 模擬：2.8V

* HiSpi：0.3V～0.6V(SLVS)，1.7V～1.9V(HiVcm)

3、PIR傳感器

* 能檢測 10～15ft.處的人

* 檢測角度至少應(yīng)為140°°

4、無線連接

（1）Wi-Fi

* 單頻帶（2.4 Ghz）Wi-Fi 模塊能力802.11b/g/n

* Wi-Fi在客戶端模式下運(yùn)行

* 待機(jī)模式低功耗

（2）BLE

* 能連接攝像機(jī)到房間內(nèi)其它BLE 4.0設(shè)備

* 能從待機(jī)喚醒

5、以太網(wǎng)

IEEE 802.3u 10/100Mbps

6、音頻

* 麥克風(fēng)：全方位麥克風(fēng)

* 音頻譯碼：16khz，32/64kbps AAC-LC

* 揚(yáng)聲器：NXP （手機(jī)揚(yáng)聲器）0.5 瓦

7、存儲器

微型SD卡插槽

8、USB 連接器（微型 USB）

* 用于調(diào)試

* 用于固件升級

* 錄制圖片和視頻到SD卡和從SD卡播放

* 將有一個(gè)滑動開關(guān)來打開/關(guān)斷

9、電源

* 微型USB

* 單節(jié)鋰離子電池充電器

10、鏡頭規(guī)格

* HFOV（水平視野）：105°

* VFOV（垂直視野）：80°

11、LED

多色LED以顯示狀態(tài)

12、實(shí)時(shí)時(shí)鐘

將使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)GS2011MIES

四、總結(jié)

攝像機(jī)在IoT應(yīng)用中不可或缺，圖像傳感器發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。安森美半導(dǎo)體具有從分立半導(dǎo)體到專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)和定制專用集成電路(ASIC)的寬廣產(chǎn)品陣容，基于強(qiáng)大卓越的運(yùn)營和大量應(yīng)用的悠久歷史，能為快速增長的IoT市場提供完整的IoT方案。為促進(jìn)IoT產(chǎn)品采用更多的視頻而開發(fā)，并加快相關(guān)產(chǎn)品上市，安森美半導(dǎo)體推出開放的成像平臺MatrixCam，提供通過WiFi、BLE或以太網(wǎng)連接的低功耗視頻流和靜態(tài)圖像捕獲，具備領(lǐng)先業(yè)界的微光性能，支持雙向音頻和云整合，易于定制，使產(chǎn)品能快速上市。