КМОП-сенсор 1024 × 1024
Микросхема 1205XB014 – это КМОП- система на кристалле (СнК), состоящая из матрицы 1024 × 1024 высокочувствительных пикселей, цифроаналоговых схем управления накоплением и считыванием, развёртки, подавления шумов, а также схемы оцифровки видеосигнала в 12-разрядный код.
Для управления сенсором используется четырёхпроводный SPI-интерфейс. Кадровая частота достигает 100 кадр/с. Диапазон экспозиций при Fclk = 50 МГц составляет от 20 мкс до 330 мс. Видеосигнал выводится через четыре параллельных 12-разрядных порта.
Основные параметры 1205XB014 приведены в таблице 1. Архитектура сенсора показана на рисунке 1, а внешний вид микросхемы – на рисунке 2.
Кодер видеоинформации 5022ВХ014
Однокристальный радиационно-стойкий кодер 5022ВХ014 предназначен для кодирования телевизионных сигналов формата до 4K.
По сравнению с кодерами семейства MPEG, он имеет большую эффективность кодирования при существенно меньшей вычислительной сложности [5, 6]. СБИС 5022ВХ014 использует адаптивное трёхмерное дискретное косинусное преобразование (ДКП-3D), которое позволяет на несколько порядков сократить сложность реализации кодера по сравнению с кодером MPEG-4.
Разработанная АО «НИИ телевидения» технология видеокодирования получила условное обозначение EVC (Efficient Video Coding). Состав, основные атрибуты и порядок инкапсуляции элементарного видеопотока, формируемого EVC-кодером в транспортный поток MPEG-TS, регламентированы ГОСТ Р 54998–2012.
Микросхема 5022ВХ014 представляет собой однокристальное ядро EVC-кодера. Она выполнена по КМОП-технологии 0,18 мкм и содержит около 6 млн транзисторов. Фото ИМС приведено на рисунке 3.
Перспективные разработки
В настоящее время АО «НИИ телевидения» и ООО «Юник Ай Сиз» разрабатывают следующие радиационно-стойкие СБИС:
- матричный КМОП-фотоприёмник высокого разрешения (2048 × 2048) для перспективных телевизионных комплексов бортового и наземного базирования (см. табл. 2);
- унифицированный контроллер бортовых телевизионных камер;
- многофункциональный однокристальный цифровой модем.
Основные характеристики разрабатываемого КМОП-фотоприёмника приведены в таблице 2.
Матрица разрабатывается в двух конструктивных вариантах:
1) стандартном (выводы на четыре стороны);
2) для формирования КМОП-мозаик из четырёх матриц (выводы на две стороны).
Унифицированный контроллер будет выполнять следующие функции:
- управление инициализацией и сменой режимов работы используемых КМОП-фотоприёмников;
- приём параллельных потоков видеоданных от КМОП-фотоприёмников;
- устранение мультипликативной составляющей геометрического шума по строке;
- коррекцию неравномерности характеристик выходных узлов КМОП-фотоприёмников;
- автоматическое управление временем накопления и аналоговым усилением;
- гамма-коррекцию;
- обмен данными с внешней оперативной памятью SDRAM;
- программирование реализуемых функций, режимов и изменяемых параметров путём загрузки служебных данных в управляющие регистры контроллера по интерфейсу SPI.
Модем обеспечивает передачу и приём данных с применением квадратурной модуляции/демодуляции QPSK и модуляции/демодуляции OFDM. В состав модема входят следующие функциональные блоки:
- модулятор QPSK;
- демодулятор QPSK;
- модулятор OFDM;
- демодулятор OFDM;
- интерфейсный блок I2C.
Существующее решение предполагает работу с разрешением до 1 млн пикселов, хотя возможности микросхемы кодера видеопотока уже сейчас позволяют осуществлять сжатие сигналов от фотоприёмников формата 4 млн пикселов.
Выпуск нового набора радиационно-стойких СБИС позволит быстро создавать надёжные телевизионные системы космического базирования различной архитектуры и назначения (ДЗЗ – системы дистанционного зондирования Земли, метеорология, обнаружение опасных космических объектов и т.д.). Предлагаемый набор микросхем нацелен на создание адаптивных видеосистем, в которых динамически перестраиваются чёткость, кадровая частота и число фрагментов кодирования ДКП, что позволяет выравнивать ошибки передачи изображения нестационарных сюжетов по всем аргументам (пространство и время).
Литература
- Люхин А.В., Умбиталиев А.А. Обеспечение полного жизненного цикла вооружений и боевой техники предприятиями ОПК: проблемы и решения. Вопросы радиоэлектроники. Серия Техника телевидения. 2013. Вып. 2. С. 15.
- Бакланов А.И. Фотоприёмники ПЗС космических систем наблюдения высокого разрешения. Вопросы радиоэлектроники. Серия «Техника телевидения». 2012. Вып. 2. С. 3–19.
- Умбиталиев А.А., Цыцулин А.К., Левко Г.В. Перспективные системы ДЗЗ. Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования земли. Тезисы конференции «ДЗЗ-2013». Геленджик. 2013.
- Левко Г.В. Крупноформатные ПЗС и ПЗС мозаики (обзор). Вопросы радиоэлектроники. Серия «Техника телевидения». 2013. Вып. 1. С. 34–48.
- Умбиталиев А.А., Шипилов Н.Н., Ибатуллин С.М. и др. Способ кодирования и декодирования видеоинформации на основе трёхмерного дискретного косинусного преобразования. Патент РФ №2375838. Опубл. 10.12.2009. БИ №34.
- Umbitaliev A.A., Shipilov N.N., Ibatullin S.M. at al. A Versatile Real Time Video Codec Based on Three-Dimensional Discrete Cosine Transform. IBC 2008. RAI International Congress and Exhibition Centre Amsterdam. The Netherlands. Conference 11–15 September 2008. PP. 386–391.
