文/本刊記者 何遙

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是由攝像、傳輸、控制、顯示、記錄登記等五大部分組成。視頻通過攝像機進行前端采集，然后將高清視頻圖像數(shù)據傳輸?shù)娇刂浦鳈C，控制主機再將視頻信號分配到各監(jiān)視器及錄像設備。因此，攝像機采集的數(shù)據是否高清，這一點非常影響視頻監(jiān)控系統(tǒng)的整體運行效果，而監(jiān)控攝像機內的圖像傳感器芯片成為關鍵?？傮w來看，監(jiān)控攝像機的圖像傳感器正逐漸從傳統(tǒng)的CCD向CMOS轉變。而由昆山銳芯首創(chuàng)的MCCD兼容了這兩種傳感器的優(yōu)點，代表了一種全新的發(fā)展方向。

從CMOS傳感器到CCD傳感器

CMOS圖像傳感器低成本、高集成度為其主要特點，圖像質量已不輸于CCD。與基于CCD的探頭相比，CMOS探頭的集成度更高，因為CMOS傳感器集成了許多外圍處理功能，所需器件比CCD探頭少，且CMOS探頭的功耗要低得多。從整個系統(tǒng)來看，CMOS傳感器可將成本大大降低。

CCD（Charge Coupled Device），即“電荷耦合器件”，以百萬像素為單位。數(shù)碼相機規(guī)格中的多少百萬像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一種感光半導體芯片，用于捕捉圖形，廣泛運用于掃描儀、復印機以及無膠片相機等設備。與膠卷的原理相似，光線穿過一個鏡頭，將圖形信息投射到CCD上。但與膠卷不同的是，CCD既沒有能力記錄圖形數(shù)據，也沒有能力永久保存下來，甚至不具備“曝光”能力。所有圖形數(shù)據都會不停留地送入一個“?！獢?shù)”轉換器，一個信號處理器以及一個存儲設備（比如內存芯片或內存卡）。CCD有各式各樣的尺寸和形狀，最大的有2×2平方英寸。1970美國貝爾實驗室發(fā)明了CCD。二十年后，人們利用這一技術制造了數(shù)碼相機，將影像處理行業(yè)推進到一個全新領域。

CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），即“互補金屬氧化物半導體”。它是計算機系統(tǒng)內一種重要的芯片，保存了系統(tǒng)引導所需的大量資料。有人發(fā)現(xiàn)，將CMOS加工也可以作為數(shù)碼相機中的感光傳感器，其便于大規(guī)模生產和成本低廉的特性受到不少廠商的追棒。

從技術的角度比較，CCD與CMOS有如下四個方面的不同：

信息讀取方式：CCD電荷耦合器存儲的電荷信息，需在同步信號控制下一位一位地實施轉移后讀取，電荷信息轉移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個電路較為復雜。CMOS光電傳感器經光電轉換后直接產生電流（或電壓）信號，信號讀取十分簡單。

速度：CCD電荷耦合器需在同步時鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，速度較慢；而CMOS光電傳感器采集光信號的同時就可以取出電信號，還能同時處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多。

電源及耗電量：CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大；CMOS光電傳感器只需使用一個電源，耗電量非常小，僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢。

成像質量：CCD電荷耦合器制作技術起步早，技術成熟，采用PN結或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質量相對CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS光電傳感器集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴重，噪聲對圖像質量影響很大，使CMOS光電傳感器很長一段時間無法進入實用。近年，隨著CMOS電路消噪技術的不斷發(fā)展，為生產高密度優(yōu)質的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。

圖像傳感器助推高清監(jiān)控的發(fā)展

目前，CCD技術主要掌握在索尼、佳能、奧林巴斯等幾大廠商手中。主流的數(shù)碼相機均采用CCD作為光敏傳感器件，像素數(shù)一般為三百萬左右。其制造工藝復雜，功耗大，成本較高。未來，采用CCD傳感器的數(shù)碼相機將繼續(xù)朝著提高像素數(shù)，增加拍攝功能，提高照片質量的方向發(fā)展，力爭在各項指標上早日達到傳統(tǒng)相機的標準。

采用CMOS傳感器的數(shù)碼相機一般低于130萬像素，主要面向以家庭、個人用戶為主的消費級市場。其時尚化、多功能、價格低的優(yōu)勢受到了普通消費者的歡迎。國內的數(shù)碼相機廠商對CMOS數(shù)碼相機傾注了極高的熱情，包括海鷗、先科、喜馬拉雅等先后推出了相應產品。CMOS可塑性較高，未來除了數(shù)碼相機之外，將在傳真機、掃描儀、數(shù)字攝像機、安全偵測系統(tǒng)等方面得到廣泛應用。2014年7月，歐洲的獨立半導體研究機構IMEC公布了兩個有關CMOS的研發(fā)項目，其目標是確立國際半導體技術規(guī)劃（ITRS）的最新版本，并提出面向60nm-30nm的技術。

單百萬高清前端攝像機來講，TI、Hisilicon、Ambarella三家的方案都有各自的優(yōu)劣，沒有一家是所有維度都占優(yōu)的。TI曾經在監(jiān)控芯片占有率居第一位，技術底蘊豐厚。海思在占據了DVR市場后，近兩年比較重視IPC市場，在IPC領域推出的產品頻率較高。性能都算是優(yōu)秀的，集成了自己的ISP以后，圖像質 量也還不錯，而且作為國內方案廠商，技術支持比較到位。 開發(fā)相對容易一些，價格相對便宜。目前以其高性價比、良好的技術支持獲得市場的廣泛接受。安霸作為傳統(tǒng)的DV方案商，更致力于高端客戶的需求。安霸體系的廠家還提出了“同樣碼流看效果，同樣效果比碼流”的概念。它最大的優(yōu)勢是圖像質量方面，特別是編碼算法做得好，在低碼率的情況下是三個方案中圖像質量最好的，價格偏貴，市場份額不算高。

特別值得一提的，由昆山銳芯首創(chuàng)的MCCD，是中國完全自主知識產權的一種全新的圖像傳感設計，兼容CCD設計工藝和CMOS設計工藝的優(yōu)點，現(xiàn)對市場正式發(fā)布1/2英寸BG0601C/D、BG0605C/D，正式推出海思3518C、TI365、Nextchip 2190、2040/E、HT801/802、南億S3000/S3100、富翰FH8520方案。

近兩年來，隨著支持4K編碼的低成本SoC芯片以及支持800萬像素的CMOS傳感器的推出，4K攝像機也逐漸開始普及，尤其是巴西世界杯和索契冬奧會等體育盛會采用4K分辨率視頻圖像輸出，把4K技術再次被推到輿論的制高點。在圖像傳感技術的助推下，不久的將來4K分辨率會成為主流應用產品。