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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，經過多年的發展，國內處于安防領域產業鏈中游的硬件設備廠商已經具有較高的技術研發實力。不過，位于安防產業鏈上游的芯片產業雖然經過最近幾年的快速發展，和國際半導體企業相比仍相距甚遠，國內安防芯片基本上被國外廠商所壟斷。 為進一步推進國內安防領域的自主知識產權，武漢光華芯科技有限公司現已推出幾款具有自主專利的視頻前端采集芯片，主要產品有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，發展到DVR以及現今迅速發展的IP視頻監控，已經由純模擬視頻監控發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監控系統顯示圖像的質量。為提高圖像質量和穩定性，光華芯科技的視頻解碼芯片采用10位pipeline ADC以及獨有專利的數字鎖相環技術。 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；工業標準的I2C控制接口，可實現亮度、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。 鉗位技術是為消除視頻信號失去直流分量后產生的失真而采用的技術，為了不破壞圖像，鉗位都在消隱期內進行，這里將視頻信號的消隱區后肩鉗在固定黑電平來實現鉗位功能。自動增益控制AGC通過數字解碼器電路對ADC的輸出視頻信號進行判斷，給出判斷信號回送到AGC來對視頻信號進行控制。若視頻信號過大，則進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不發生混疊干擾影響其性能。另外在AGC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。 對于視頻信號關鍵的同步時鐘的產生，采用DDS數字頻率合成技術，主要原理是對行同步信號進行鑒相，得到鑒相的相位差為△P，參考時鐘累加器加一次步長△P，通過正弦波查找表，得到了我們想要的6.75MHZ的正弦波信號。不過這個正弦波是數字信號。這時還需要通過DAC和濾波器和過零比較器，將數字信號表示的正弦波轉化為模擬正弦波信號，經過過零比較器轉化為DDS的方波信號。最后通過模擬鎖相環的四倍頻，輸出行同步的27MHZ系統時鐘。
圖3：系統時鐘圖。 在芯片設計中，ADC的有效精度和諧波會直接影響圖像的質量，因為諧波分量分布在高頻直接會帶來拖影等效果而影響圖像質量，而且處在信號頻帶內無法經過濾波器的消除。這里設計的10位ADC的SFDR 大于60dB，已足夠滿足要求。 這些芯片的應用領域包括IP攝像頭、DVR、行車記錄儀、USB采集卡以及門禁系統。 |
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