MatrixCam开发套件促进物联网产品添加全高清视频流

 

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。

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。

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。

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。