【行车记录仪的秘密三】图像处理器.doc

【行车记录仪的秘密三】图像处理器行车记录仪的DSP我们通常叫它主控。它的主要作用是将图像传感器送过来的数据进行压缩，然后存到SD卡上，同时还要将录像的内容显示在显示屏上，此外，还要负责处理按键等内容。它是一个集成度比较高的芯片。别小看这个芯片，这个芯片对图像压缩的能力远超一般的家用电脑。DSP是数字信号处理器的简称，这种芯片可以有很强的计算能力，一般的DSP功能是通过编写的程序实现的，这种DSP功能程序决定，这种DSP的造价较高，灵活性高。而另一种，也就是我们这些记录仪里常用的，因为它的功能已经确定了将图像压缩，因此这种芯片直接就把程序固化在芯片里边，无法修改，芯片设计的时候也就可以量体裁衣，去掉不相关的东西，芯片的设计规模和难度都会比通用的DSP要简单，因此它的成本会有很明显的优势，由于这种芯片功能固定，因此也称为专用芯片。记录仪里的DSP都是这种专用芯片。目前生产这种记录仪芯片的厂家也不多，目前市场上常见的有安霸，卓然，联咏，全志，太欣，凌阳，后来又出了一个AIT。这些厂家的水平都各不相同，产品各有特色，后面我们大概地了解一下这些厂家。声明一下：为了避免不必要的口水战，我对这些厂家的看法仅代表我对这些厂家的认识，并不一定就是厂家实力的绝对排名。现在先讲一下DSP在行车记录仪里的功能。图像传感器中送出来的数据量是非常大的，就以目前主流的1080P来说，1080P的图像有1920*10802073600个点组成，每个点有24位色，也就是3个字节，那么每一帧图像就需要2073600*36M个字节，通常帧率是30帧，也就是一秒有30*6M180M的数据量。如果这个数据不压缩，就算你32G的卡，也录不到3分钟，每秒180M数据量更是没有哪个卡能吃得消，所以视频图像必须压缩后保存。因此DSP第一个重要的功能就是压缩数据。图像数据的压缩，原理和bmp压成jpg类似，只不过它要求实时压缩，如果每秒30帧，那每秒就要压30张图片，这个运算量是非常巨大的，所以不同的DSP的性能在这里有会分出高下，一般要求每秒能达到30帧以上，比如VGA分辨率的记录仪，它的DSP一秒至少能完成30张VGA图像的压缩，一个720P的，则可以至少可以完成30张720P的压缩，如果你让它压1080P的，它不是不会压，而是一秒内来不及完成30张，有可能只能完成15帧或20帧，有些商家就会把这种也称为1080P，虽说它的画面也是1080P，但还是有点不厚道的。有些DSP可以将720P或者VGA的图像放大并保存，这也就是所谓的插值，这种干脆就是一种欺骗了。图像的压缩标准通常有两种，一种称为mjpeg，另一种称为H.264。前者就是将每一帧图片单独进行压缩，然后将这些jpg图片连续保存，播放器只要按顺序将图片一张一张显示出来，就是视频了。而H.264压缩比家先进了不少，我们知道，录像的前一帧和后一帧变化往往得不大的，H.264算法能考虑前一帧与这一帧的关系，它能“借用”前一帧的大部分数据，因此它的文件大小平均下来只有同画质mjpeg文件的1/4或更小。但是H.264标准是收费的，如果想使用这个压缩标准，则需要支付费用，使用了H.264压缩的芯片要比不支持H.264的芯片要贵。说到这里，我要提一个参数，那就是码率，也有人称之为码流。这个往简单说就是一秒视频要多少空间。它是按bit为单位的，比如码率为8Mbps意味着这个文件中的1M字节的数据（8Mbit）只存了一秒数的视频。码率跟视频分辨率有关，分辨大的其码率也越大；它也和清晰度有关，同样大小的分辨率，画质越高则码率也就越高，另外就是压缩算法，用mjpeg的就在画质相同的情况下需要数倍于H.264的码率，就算都是使用了H.264压缩的图像，在画质相同的条件下，不同的算法出来的码率也有差别。所以码率大小与画质没有绝对关系。如果画质相同，码率越低越好。如果其他条件一样，码率越高则画质应该越好。DSP除了压缩图像数据外，还有一个重要的事，那就是处理视频，让你看到的图像更接近于真实图像。而图像传感器是一种器件，它对光的认识与人眼并不一致。比如，我们我们一般认为可见光波长是390780nm。大于780的叫做“红外线”，也说是说，这种光线我们看不到了，但实际上图像传感器仍然可以看到这种光线，这部分光线会让拍到的图像和你见到的图像不一致，于是人们搞出来一种滤光片叫红外截止片，把人眼看不到的滤掉。除了这个问题还有颜色，当外界光线不一样时，大脑会自动地把图像进行调整，而图像传感器则不会调整，如果你戴红蓝眼睛看3D，刚戴上时发现景物变色了，但很快你就感觉不到了，因为大脑已经把这个额外的偏色给抹消了，但是图像传感器则没办法把这个偏色给消掉，于是就出现了偏色，怎么来消除这种偏色，这套算法称为“自动白平衡”，在这个算法上，各家的算法都不一样，最后效果也会有点差异。不过谁家都没有能完美解决问题。自动白平衡算法只解决了偏色的问题,但还有一个问题，这也比较头大，这就是曝光。由于图像传感器技术水平的限制，要想得到一幅比较满意图片，必须严格控制它进光量，进光量少了，图像发黑，稍暗一点的地方就是黑乎乎的一团，进光多了，整个画面都是白茫茫的一片，因此必须要有一个算法来控制这个进光量，它主要方式是控制快门时间。由于人眼睛的动态范围比较大，图像感传器必须选择一个合适的曝光值，让人感兴趣的部分曝光合适，但人感兴趣的是什么呢？这个问题太难回答了。还是举例说明吧。白天，天空是很明亮的，路上的汽车什么的比起天空就暗一些了，树荫下面的小花小草就更暗了。人眼睛可以同时看清这些内容，但图像传感器没办法同时容纳这么大的对比度，明亮的天空，中等亮度的汽车路面，还有不明亮的小花小草，到底让哪个能清楚显示比较好呢？如果让天空能清晰显示，这时你能看到天上蓝天白云的很漂亮，汽车就有点暗，树荫下就是黑乎乎的一片。如果你让汽车和路面正确显示，那么天空就是白花花的一片，车和路面的亮度正常，路边的小花小草也能看得见。如果你想让树荫下的小草亮度正好，那么天空和车都是白花花的一片。很显然，让汽车和路面正确显示是最好的。关键问题是它不是人，连图像中的东西是什么都不知道，它怎么能知道你更关心的是路面上的东西而不是天空？所以这个和前一个问题一样，目前没有一个完全的答案，只能是看各家的算法，谁更接近人的想法。图像压缩，自动白平衡，自动曝光控制，这是这些DSP必备功能。为让自己更胜一筹，很多DSP还有一些附加的功能，比如有的DSP可能会做降噪，这个功能可以在晚上光线不足时对图像进行分析，消除一些噪点，这样它的晚上效果看上去就会好不少。这里只是一个简单的举例，每个厂家在这些方面是各显神通。这也就没办法一一列举了。总之，大家都在朝着更