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1、尽管数码相机问世已有很多年了，但直到最近技术进步才将其成本压缩到大多数消费者能够接受的程度，并开始带动这一市场的飞速发展。目前很多市场分析家都认为，未来几年数码相机市场将呈现爆炸性增长态势。他们预测，2007年数码相机市场需求量将超过7千万台，与此同时，传统胶片式相机的销售将不可避免地呈现下滑态势。台湾凌阳科技公司数码相机产品规划部李长龙博士也认为：“数码相机的发展正在进入其成熟期。 ”2004年中国数码相机市场也开始呈现强劲的增长势头，并且市场主流需求开始集中到320万像素以上数码相机。如根据 CCID 的市场调查报告，2004年第二季度中国市场上300400万像素级别的数码相机产品仍然占据
2、市场主流位置，市场份额达到43.32%，但较2004年第一季度已经开始出现下滑，而400万像素以上产品的比重有所上升。预计2004年全年中国数码相机市场销量将达到264.7万台，销售额将达到49.52亿元，同比增长95.49%和69.0%(见表1)。HSPACE=12 ALT=“表1：中国数码相机市场及预测。“数码相机市场巨大的增长潜力也正在吸引全球越来越多的消费电子制造商加入这一竞争行列，与此同时，用户对数码相机的消费需求也正变得越来越高。例如，尽管像素数越来越高，但消费者仍然希望显示拍摄图像的速度不低于以前，甚至更快；对图像处理的要求更高，如要求消红眼、减噪声、去马赛克、防抖动和最佳白平衡
3、；希望不借助 PC 平台即能对图像进行音视频编辑处理、图片背注、图片上载、图片打印；希望能直接借助本地热点接入互联网，以实现即拍即送；等等。“我们的研究表明，平均50%以上的数码相机用户希望直接在相机上编辑和管理数字图片，就像他们今天在家用 PC 上做的一样。 ”TI 数码相机解决方案部门全球行销经理 John Daniels 表示。市场研究公司 IDC 数码摄像部资深研究员 Chris Chute 也指出：“嵌入在数码相机内的图片编辑功能是2004年下半年出现在数码相机市场上的最重要技术趋势，新涌现出的技术全都指向将 PC 上的图像校正和编辑功能移植到数码相机上。而像 TI 的可编程数字媒体
4、处理器平台这样的技术可加快这一技术趋势，因为它们允许数码相机制造商在相机上集成上述一些图片编辑功能和其它一些特殊效果功能。 ”除了上述功能方面的新需求，用户还普遍希望数码相机能更轻便小巧，以易于携带和操作(如现在非常受欢迎的卡片式外形设计)，同时还希望电池的工作时间更久，这就给数码相机的设计者提出了更高的技术挑战，即如何在保持功耗不变或更少的前提下，为数码相机增添更多的功能和提高反应速度。瑞萨科技公司图像处理定制 LSI 设计部门经理Yoshinobu Sato 就深有同感，他说：“短期内数码相机设计所面临的最主要技术挑战将是，如何在低功耗与多功能之间做出最佳折衷；其次便是尽可能地满足客户对多
5、功能的需求，并尽可能地提高信号处理速度以得到更高的图片质量；此外，还要支持更多类型的CCD/CMOS 传感器和 LCD 显示屏。 ”用户市场对更多功能和个性化产品永无休止的追求，以及用户需求市场的不可预测性，正继续推动着基于 DSP 的可编程数字媒体处理器平台成为主流的解决方案，因为与 ASIC解决方案相比，可编程解决方案允许 OEM 制造商非常快速地增加新的功能。Sato 也强调指出，面对这些挑战，最重要的是要努力加强与数码相机制造商合作，以明白用户市场的真正需求；另外，在架构方面，可考虑采用专用的硬件引擎与 SIMD 型可编程 DSP。在关键的摄像头部分，由于 CCD 的成像质量仍然远清晰
6、于 CMOS 传感器，因此在可见的未来 CMOS 摄像头仍难以撼动 CCD 摄像头在中高端数码相机市场上的主导地位，但随着佳能和赛普拉斯开发出1,000万左右像素的 CMOS 传感器，假以时日 CMOS 摄像头肯定会在中高端数码相机市场占据一定的市场份额。在接口方面，由于未来的数码相机要求在不借助 PC 的情况下与数码打印机、数字 TV 和数字机顶盒连接并交换数据，因此新兴的USB-OTG 接口标准将取代目前主流的 USB1.1/2.0成为未来的标准接口。另外，在显示领域，2/2.5英寸 TFT-LCD 显示屏已毫无疑问成为目前的主流，未来随着 OLED 技术的成熟，OLED 显示屏也将逐步取
7、得一定的市场。DSP+MCU 仍将是主流图像处理引擎架构仍将是主流图像处理引擎架构目前数码相机图像处理引擎主要采用 DSP+MCU 双内核架构，MCU 用于完成整个数码相机的控制功能，而 DSP 则用完成图像信号处理及一些附加功能的实现。图像处理引擎对最终数码相机输出的图片质量及其它各方面的性能表现起着至关重要的作用。由于未来数码相机系统所支持的像素数越来越高，以及类似 MPEG-4视频编/解码、MP3播放、录音等多种功能将逐步融入数码相机，这必然给数码相机系统设计带来巨大的挑战。而且，数码相机达到一定级别的像素之后，就会更注重相片本身的图像品质，例如对图像的防噪处理、色彩的还原性、亮度，数码
8、相机的曝光和对焦，这些都要求采用处理能力更强大的专用 DSP(如 TI 的 TMS320DSC/TMS320DM)，并需要采用更好的图像处理算法。瑞萨目前为数码相机的图像处理应用提供标准的集成了 DSP 和 MCU 双内核的 SoC 平台。据 Sato 介绍，该平台支持多种 CPU 内核，并包含高性能管道化的 DSP、多个内部总线及独特的 MPEG4视频及音频引擎。而且，瑞萨还能将 ASSP、存储器及其它器件封装进SiP，以实现小体积和低噪声。他说：“多年来，我们一直在满足日本数码相机制造商的各种需求，因此我们的方案可在很容易实现客户定制性能的同时，还提供很高的性能。 ”凌阳科技的李长龙博士表
9、示，下一代数码相机设计所面临的挑战将是如何以更低的功耗提供更高的图像处理速度，以支持更高的像素。信号处理管道方面更好的架构设计与可编程DSP 相比能够提供更高的处理速度及更低的功耗。此外，未来的数码相机控制任务也将越来越复杂，不仅要控制内部的信号捕获、图片显示、充电和音频输入，而且还要控制与外部打印机、PC、机顶盒、TV 和本地热点的连接和数据交换。凌阳科技目前可提供高度集成的数码相机主控制芯片，它包括 CCD/CMOS 传感器接口、色彩处理管道、硬件 JPEG/MPEG-4引擎、DRAM 接口、闪存卡接口、USB2.0接口、LCD显示接口以及镜头和快门控制用 GPIO 引脚。凌阳科技以硬件加
10、速方法为主要方向，其芯片内没有可编程 DSP，而是采用了可编程的 RISC 引擎来完成整个芯片的控制任务，这种基于硬件的方法具有更高性能和速度的优势，但灵活性要差一些。可编程 DSP 引擎的优势为其灵活性，但其计算方面的开销更多一些，而且性能也稍低。李长龙表示，凌阳采用优化管道设计的硬件加速方法来获得信号处理及功耗方面优异的性能，同时给开发者留有足够的自由度，他们可以通过编程来定制自己的方案，不过，这种解决方案不如 DSP 方案那样完全可编程。李长龙介绍说，凌阳科技的图像处理方案最高可支持1,600万像素的应用，虽然目前市场占有率还不是很高，但一直主宰着数码相机市场的日本厂商均已开始采用凌阳的
11、方案。他还提到，凌阳科技为客户提供数码相机控制器芯片，同时也提供项目技术支持，包括参考设计电路、参考软件及固件、调试工具及项目调试支持等。根据客户实际的研发能力，还会通过广泛的讨论和交流来为他们提供最适当的技术支持。另外，ADI 公司高速转换器部副总裁 John Hussey 认为，电池寿命、显示屏及打印机输出的图像质量等方面性能的改进以及简单易用性，将给信号处理和人机接口技术带来挑战。不断增加的功能性和更低电源电压的需求促使设计者将采用更先进的工艺，不过，这些又会带来更大的开发成本，并给传统的验证和产品测试手段带来挑战。另外，数码相机要避免被可拍照相机所取代，图像处理算法将变得越来越复杂，而
12、且还将支持高性能运动图像压缩，以实现视频会议及聊天功能。针对这些挑战，他认为，尽可能地基于模块化和平台的设计有肋于加速公司内部多款产品的设计，不过这会带来多个处理单元之间如何合理地进行处理能力的分配的问题。他表示，传统的研发主要采用逐步升级的方式，未来则有可能会转向分布式和更灵活的系统架构，这可促使子系统间采用集成和增强的通信手段。有些情况下甚至也许应重新考虑系统架构，以发挥可编程处理引擎和硬布线 ASIC 的优势。日本数码相机厂商目前基本上均采用自行研发的图像处理方案，例如佳能采用的 DiGiC 是一种集成多种功能的专用处理器，它集成了 CCD 控制器、自动曝光/自动对焦/自动白平衡、信号处
13、理、图形压缩、存储卡控制和液晶屏显示控制等六大功能。由于专门为数码相机设计，而且大量以往需要在芯片间传输的数据变成了单个芯片内部的数据流，DiGiC 在最终图像效果、处理速度、耗电量等方面有很大的进步。CCD/CMOS 传感器各有千秋传感器各有千秋目前，在一般消费级数码相机领域，300万像素以上相机基本上均采用 CCD 传感器，而300万像素以下则以 CMOS 传感器为主。CCD 传感器技术主要由索尼、夏普、松下等几家日本数码相机厂商拥有，技术已经相当成熟。如今，面对消费级数码相机应用的 CCD 传感器正朝小尺寸化方向发展，以满足消费者对数码相机小型化的需求；而针对单反数码相机市场，各 CCD
14、 供应商正已开发出2000万像素以上的超级蜂窝 CCD 器件。例如，日本富士胶卷今年初已上市配备2,068万有效像素“超级蜂窝 CCD”的单反相机专用数码相机组件，摄影间隔约为1.5秒/张，最多可连拍7张，并具有大动态范围等特点。另外，为得到色彩丰富饱满的图片，在 CCD 传感器的色彩分辩率方面也有进展，Sony 的四色滤光镜 CCD 相比传统三色(R/G/B)滤光镜增加了祖母绿色(Emerald)，可减少色彩还原错误，使拍摄的自然色彩更接近于人眼所看到的颜色，对蓝绿色和红色的还原显著增强。相比 CCD 传感器，CMOS 具有很多优势。CMOS 传感器采用的是标准制造工艺，可利用现有的半导体制
15、造设备，同时全球晶圆厂的 CMOS 生产线较多，大批量生产也有利于成本的降低。另外，CMOS 传感器的最大优势是它具有高度系统集成的条件，理论上，所有数码相机的功能都可集成在同一个芯片上，降低数码相机的生产成本。CMOS 传感器还具有低功耗特点，耗电量远远低于 CCD 传感器。据市场调研公司 iSuppli 公布的2004年二季度报告：在2003年到2008年间，CMOS 图像传感器的市场规模预计将以40%以上的年增长率从2003年的7,800万片一路飚升。CMOS 传感器供应商主要为佳能、美光、Ominivision 等公司，台湾也有几家厂商能提供300万像素以下 CMOS 传感器。另外，据
16、 Cypress 的子公司 FillFactory 的营销总裁 Lou Hermans 透露，专长于 CMOS 传感器技术的 FillFactory 公司正在采用标准的0.13um CMOS技术生产用于高端及低端数码相机的 CMOS 传感器，与该公司所积累的设计经验相结合，将可以得到高性能低成本的 CIS(Contact Image Sensor)器件，并且首先将用于单反数码相机。Hermans 说：“事实上，在降低 SLR 机身成本上 CMOS 传感器已扮演了重要的角色。由于SLR 相机中允许采用高像素但尺寸较大的传感器， CMOS 传感器便可以成功地与 CCD 相匹敌，从而发挥出 CMOS 传感器所具有的传统优势：低功耗、单电源电压及先进工艺所带来的高成品率及具有竞争力的价格。 ”目前 CMOS 传感器已经在高端单反相机中得到越来越多的应用，像素数已达到了800万至1,600万像素(如图1)。不过，虽然 CMOS 具有上述种种优势，但 CMOS 传感器却因感光度及信噪比不足等致命弱点，导致其图像质量一直无法与 CCD 传感器相媲美，而且生产成品率也是个问题。Cypress 的
