MatrixCam套件促进物联网产品添加全高清视频流

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30fps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40Mbit/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：3um

·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：6-48MHz

·输出：串行，并行

·输出时钟最大值：148.5Mp/s（4通道HiSpi），74.25Mp/s（并行）

·帧率：60fps

·响应：4.0V/lux-sec

·信噪比（SNR）最大值：41dB

·电源电压：I/O：1.8或2.8V

·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（2.4Ghz）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BLE4.0设备

·能从待机唤醒

以太网：IEEE802.3u 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。