【导读】物联网是互联网的潮流趋势，而图像传感器是实现多种物联网(IoT)硬件功能的核心部件，其重要性不言而喻。高清视频如何合理、高效地实现图像传输和物联网信息的链接是方案设计的难点。如何解决，看安森美的“网红”级别方案——全高清视频流是怎么诠释的！
物联网(IoT)是互联网趋势
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。
安森美半导体图像传输方案优势
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。安森美半导体丰富的芯片资源和强大的运用能力给市场做了一个有力的示范，为快速增长的IoT市场提供完整的IoT方案。
