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MatrixCam开发套件促进物联网产品添加全高清视频流

物联网(IoT)正迅速演进且潜力巨大。据相关预测,未来5到10年,将有数以十亿计的智能设备通过IoT跨越多个领域实现互通互联,包括有无线控制功能的LED灯泡、机顶盒、智能电表、烟雾报警器、可穿戴设备、安防摄像机、智能家居、智能体重计等等,将带给我们全新的生活体验。

图像传感器是IoT的核心

在物联网应用中,传感器无处不在,无论是智能楼宇/家居领域的智能锁、安防监控、照明系统、恒温器、智能门铃、宝宝监控器、智能家电,还是移动医疗、车联网、工业领域的无人机系统、机器人,消费电子领域的可穿戴及游戏机等等,都内置多个传感器,且都至少包含一个图像传感器。可以说,图像传感器是物联网应用的核心器件。

一般而言,应用于IoT的图像传感器具有以下关键特性:

1.  小光学格式:1/13至1/4英寸

2.  分辨率:VGA至500万像素

3.  系统级芯片(SoC)及RAW传感器两种类型

4.  具备低功耗待机模式

5.  帧率:至少达到30 fps以上

从趋势上看,这类传感器朝向模块化、高度集成、低功耗、低成本及支援高度压缩的H.264视频方向发展。

安森美半导体凭借在图像传感器领域的领先优势和丰富经验,在IoT领域制胜,成功的案例如Skully公司设计的被称为“全球最智能的摩托车头盔”、Oculus(已被Facebook收购)的虚拟现实(VR)眼罩、Dropcam的家庭安防监控摄像机,以及Canary的 被喻为“最美的家庭全功能安防警报系统”,都采用了安森美半导体的图像传感器,提供高品质的全高清视频。

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图1:安森美半导体在IoT领域的成功案例

全集成的视频开发方案:MatrixCam

针对家庭自动化系统、楼宇接入设备、婴儿监视器、先进的照明控制和智能家电等关键应用,安森美半导体推出完整的摄像机方案MatrixCam,加快工程师的开发进程,使客户可随时投产。

MatrixCam的功能图如图2所示:摄像头捕获的信息经过图像传感器传给H.264编码器,该编码器将信息处理后可传给以太网或存储到SD卡,或由WiFi外传上网,在待机的状态下经由蓝牙或无源红外(PIR)唤醒系统。

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图2:MatrixCam VDK功能图

MatrixCam是智能的、低功耗1080p视频流参考设计:

1. 内置众多互联互通方案——包括Wi-Fi (802.11b/g/n)、以太网(10/100 兆位/秒)和蓝牙低功耗(BLE)。

2. 支持微型SD卡存储视频和图片

3. 可连接到云服务如亚马逊网络服务和谷歌云平台,便于视频点播和直接在用户的智能设备上直播。

4. 具备双向音频功能:提供全向电容式麦克风,支持音频编码,捕捉声音,并播放存储在SD卡上的音频文件

5. 1080p@30fps智能流:支持Firefox、IE及苹果的Safari浏览器、Linux、Windows及苹果操作系统、iOS、安卓智能手机系统、亚马逊和谷歌的云端服务

6. 推送通知:由 BLE或通过集成运动检测的 PIR传感器唤醒。唤醒后,推送通知被发送到指定的便携式电子设备(智能手机、平板电脑等等),提醒用户应查看直播(或静态图像)。

7.  VDK可通过一个简单的基于web的图形用户界面(GUI)或使用专用移动应用进行网络配置、视频配置、录制配置、云配置、用户管理、拍照、录制视频、打开/关闭音频、查看直播流、固件更新等等。

8.  MatrixCam开发套件是开放式影像平台,提供应用程序编程接口(API)测试程序,包含开放源码,可从电脑或安卓系统执行,API及示例代码GitHub资源库如下表所示。

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表1:API及示例代码GitHub资源库

MatrixCam参考设计结合了安森美半导体的图像传感器AR023Z、降压/升压转换器NCP3064、开关NCP6332-D、低压降稳压器(LDO)NCP160-D、电压监控MAX708T、电量计LC709203F、电池充电器NCP1855-D等器件,其中AR023Z 1/2.7英寸CMOS图像传感器是这参考设计的核心。

AR023Z是高性能的1080p高动态范围(HDR)图像传感器,采用DR-pix技术提供领先业界的微光性能,支持高品质1080p 60fps高清视频,灵活的接口选择如并行或HiSPi接口兼容于所有流行的图像信号处理器(ISP),提供片上HDR或支持第三方ISP交错HDR模式的选择,开窗、像素合并、跳行、温度传感器等先进的特性为客户提供更高灵活性。HDR是AR023Z最关键的特性,其多重曝光HDR技术可提供16倍和32倍增益比,自适应局部色调映射可让高动态的功能更易于使用,增加的动态范围超越前代技术,提供更灵敏像素及更优信噪比(SNR),支持交错模式T1/T2 帧输出选择即芯片外HDR处理。客户可根据图形处理器决定具体使用哪一种模式。

此外,MatrixCam还使用了GainSpan 的GS2011 WiFi模块,提供极低待机功耗,符合IEEE 802.11b/g/n标准,支持WEP/WPA/WPA2 安全、Adhoc网络以及 Wi-Fi 保护设置 (WPS),提供SPI、UART、SDIO等I/O接口,其中SDIO可达40 Mbit/s的传输速率,其WiFi和TCP/IP网络堆栈无需使用外部处理器就可直接在模组上运行,通过美国FCC、加拿大IC、欧洲的ETSI及日本的TELEC认证,能在全球畅通无阻地使用。

MatrixCam的关键特性

应用程序处理器

1080p@30fps 视频串流通过以太网及Wi-Fi 为视频和静态图像添加分辨率选择 内置图像信号处理器 从待机唤醒的视频直播和录制 蓝牙低功耗(BLE)和远红外(PIR)从待机唤醒

图像传感器

分辨率: 1920x1080@60fps 像素尺寸: 3 um 色彩滤波阵列(CFA): RGB Bayer 快门类型: 电子卷帘快门(ERS), GRR 输入时钟范围: 6-48 MHz 输出: 串行, 并行 输出时钟最大值: 148.5Mp/s(4通道HiSpi), 74.25 Mp/s(并行) 帧率: 60fps 响应: 4.0 V/lux-sec 信噪比(SNR)最大值: 41 dB 电源电压: I/O: 1.8 或 2.8 V 数字: 1.8V 模拟: 2.8V HiSpi: 0.3V-0.6V(SLVS), 1.7V-1.9V(HiVcm)

PIR传感器

能检测10-15英尺处的人 检测角度至少应为140度

无线连接

1) Wi-Fi

单频带(2.4 Ghz) Wi-Fi 模块能力802.11b/g/n Wi-Fi 在客户端模式下运行 待机模式低功耗

2) BLE

能连接摄像机到房间内其它BLE 4.0设备 能从待机唤醒

以太网:IEEE 802.3u 10/100mbps

音频

麦克风: 全方位麦克风 音频译码: 16khz, 32/64kbps AAC-LC 扬声器: NXP (手机扬声器) 0.5 瓦

存储器:微型SD卡插槽

USB 连接器 (微型 USB)

用于调试 用于固件升级 录制图片和视频到SD卡和从SD卡播放 将有一个滑动开关来打开/关断

电源

微型USB 单节锂离子电池充电器

镜头规格

HFOV(水平视野) : 105° VFOV(垂直视野): 80°

LED:多色LED以显示状态

实时时钟:  将使用实时时钟(RTC)GS2011MIES

总结

摄像机在IoT应用中不可或缺,图像传感器发挥着至关重要的作用。安森美半导体具有从分立半导体到专用标准产品(ASSP)和定制专用集成电路(ASIC)的宽广产品阵容,基于强大卓越的运营和大量应用的悠久历史,能为快速增长的IoT市场提供完整的IoT方案。为促进IoT产品采用更多的视频而开发,并加快相关产品上市,安森美半导体推出开放的成像平台MatrixCam,提供通过WiFi、BLE或以太网连接的低功耗视频流和静态图像捕获,具备领先业界的微光性能,支持双向音频和云整合,易于定制,使产品能快速上市。

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责任编辑:常慧思