新的发展机遇:蜂窝电话嵌入CMOS成像功能

上网时间: 2001年01月01日? 作者:Junko Yoshida? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:蜂窝电话? CMOS? 摄像机模块?

众多CMOS成像器件制造商正在针对蜂窝电话开发方糖大小的摄像机模块。这种微型摄像机将集透镜、传感器和处理器于一身,一旦开发成功,将为CMOS成像器件带来前所未有的市场容量。CMOS传感器提供商Photobit公司首席技术官Eric Fossum称:“便携蜂窝电话市场已经成为大家竞相追逐的对象,它也为CMOS传感器创造了绝好的市场机遇。”据业界各大公司预测,具备摄像功能的手机将占2004年全球移动电话市场中20~50%的份额。手机制造商和传感器公司正在为这一美好前景作准备,开始开展各种联合设计和开发项目,其中有些项目已经接近完成,有些则尚处于产品定义阶段。在新的一年内,各大OEM将会相继推出具备图像捕捉功能的蜂窝电话。

新的发展机遇:蜂窝电话嵌入CMOS成像功能_ESMCOL_1

图像质量对移动电话+摄像机产品能否取得成功将发挥关键作用。


手机用CMOS模块问世

意法半导体公司已经向日本各主要消费电子和移动手机OEM提供第一代CMOS摄像机模块,产品代号为“马蒂斯”(Matisse)。安捷伦科技作为全球最大的CMOS图像传感器制造商之一,也声称已经完成CMOS摄像机设计,并已与数家客户合作设计板级产品。有意进入摄像移动电话市场的其它CMOS供应商还包括现代公司、东芝公司和夏普公司以及柯达-摩托罗拉工作小组。

安捷伦成像电子部业务经理Jason Hartlove称,手机公司现在将成像视作通信革命的关键组成部分,手机和传感器公司都将目标瞄准成像电话市场,并对这一市场机遇抱很高期望。意法半导体公司消费者和微控制器产品集团副总裁兼成像和显示部总经理Jean Pierre Lusinchi说,由于手机对功耗和产品体积有特殊要求,这是一个CCD传感器无法涉足的市场。


开发和设计困难

当然,对CMOS成像器来说,这个市场并非唾手可得,工程师们仍在不断克服各种技术困难和挑战,这些挑战已经超越了他们在数字照相机和便携式摄像机等成熟成像领域中所遭遇的各种困难。

尽管各家OEM的设计目标不尽相同,但通过与多家主要CMOS传感器制造商的访谈,反映出大家已经对移动电话摄像机模块形成了一套共同的基本要求。该器件应能够在2.7伏或以下电压条件下工作,耗电量应低于100毫瓦,同时支持静止和视频成像,分辩率要求达到CIF或VGA标准,其整体封装大小应小于一个立方厘米,能够集成传感器、光学器件、透镜、机械外壳和图像处理专用集成电路,且成本低于10美元。

科胜讯系统公司CMOS成像解决方案营销主任Prasan Pai评论说:“一年以前,OEM的需求还仅仅停留在开发计划上,现在则终于汇拢在一起,集中提出了要求。”

大多数CMOS传感器制造商都将外形因素作为最重要的设计要求。意法半导体公司消费电子和微控制器集团副总裁兼总经理Philippe Geyres称:“我从来没有见到哪个产品的外形和大小因素如此重要。”

意法半导体公司的“马蒂斯”模块采用CIF分辩率,大小为1x1x0.75厘米,工作电压为2.8伏,耗电量小于50毫瓦。

科胜讯的Pai指出,由于移动手机外形必须小巧纤细,有些手机公司还规定了相机厚度,即被称为“Z-容许极限”的设计要求。

Photobit公司Fossum说:“CMOS传感器的灵敏度是另一个重大设计课题。”一般而言,CCD的灵敏度高于CMOS传感器。但Fossum称,这种差距正在缩小。就相同像素大小而言,上述两种传感器的灵敏度都大致达到1V/勒秒。


争论的焦点

另一系问题是摄相机模块要承受电磁干扰。“考虑到集成摄像机的首选区域在手机天线附近,因此可能出现极其强烈的电磁干扰。这是我们以前从未遇到过的挑战和困难,但我们认为通过妥善封装,这个问题可以得到控制和解决。”

各大OEM的争论焦点集中在相机和手机的图像处理功能的分工以及模块和话机间输入/输出接口上。所谓“英特尔方法”主张由相机模块提供原始数据,CPU则负责图像处理,而另有一些人提出由相机完成必要的处理工作,并通过USB提供24位彩色图像。

Photobit公司Fossum说:“有关PC相机的争论仍在继续,这个争论同样可能在手机制造商中继续进行。”业界各公司所持立场来源于大家对手机CPU处理能力的预测。安捷伦?司的Hartlove说:“如果利用手机内基本架构,比如ARM内核,采用软件对图像稍作处理,这是可能的。”

但科胜讯的Pai警告说,开发商必须对这种配置采取小心谨慎的态度,因为“手机制造商最不希望看到的是,当手机的主基带处理器忙于捕获图像时,网络连接却断开了。”

安捷伦的Hartlove称,模块和手机间输入/输出设计应将手机可用总线带宽考虑在内。他解释说,一般情况下,总线速度低于100kbits/s,因此,在手机内传送大量未经处理成像数据可能需要耗费大量时间。在这种条件下,先由相机模块完成包括压缩在内的所有图像处理工作,然后再让成像数据进入手机,可能更加明智一些。

图像质量对移动电话+摄像机产品能否取得成功将发挥关键作用,这一点并不令人惊讶。Fossum评论说,大多数手机提供商都要求CIF或VGA分辩率,市场对四分之一CIF分辩率没有多少需求。

CMOS传感器新兴公司Y Media的首席执行官兼总裁Ian Olsen对上述观点表示赞同,他说:“蜂窝电话的分辩率目前是10万像素或更低,但我们认为成像特性不能仅仅局限或满足于人们对新产品猎奇的水平,你必须针对静止图像提供VGA质量。”Y Media公司最近针对数字照相机新推出一种300万像素CMOS传感器。

Olsen说:“消费类产品不可能走回头路,移动电话用摄像机最终必须保持与数字照相机相似或更好的图像质量。”手机提供商并不希望蜂窝电话图像只能驻留在手机显示屏上,图像可能从网络移到手机上,再移到另一台手机或PC显示器、电视或打印机上。

Fossum说,“消费行为存在大量不明确或含糊的因素,没有人清楚消费者如何使用具备摄像功能的电话。”

网络内带宽限制确实存在,且问题相当严重。安捷伦的Hartlove指出,就第三代网络基础设施而言,如果大量用户共用一个蜂窝,那么指望利用1.4Mbits/s带宽传送CIF分辩率、30帧/秒MPEG-4压缩视频也可能不太现实。替代方案则是采用1/4CIF视频图像,按照250至300Kbits/s压缩率将其压缩,这种数据量是可以控制的,也可以在网络中顺利传送。

尽管实时视频聊天和视频会议应用是日本NTT Docomo公司等业务提供商的最终目标,但科胜讯公司嵌入式成像产品线经理Steve Hsu预测说,首先实现的应用可能是“静止图像,也可能是视频片段”。

Hartlove称,网络业务提供商也在寻求解决带宽问题的创造性途径,它们希望通过最大限度提高网络全天使用量来谋求利润。有人提出设计一种相机电话,使其在网络带宽不敷使用时能够抓取并保持图片,直至出现可用网络带宽时再利用非峰值带宽将图片送达网络服务器。

通过短信息服务发送主叫人图片或许也是可行的。Hartlove说,在你打电话时,手机中弹出的可能就不是一连串朋友的名字,而会显示他们的照片。


谁是目标用户?

这种应用现实可行吗?也许吧。正如Fossum所指出的那样,就新兴的移动电话/相机市场而言,业界许多人都认为日本的14岁左右女孩将是目标受众和潮流追随者。

分析人士预测,消费者的偏好程度将因地域界限而有所不同。市场咨询Future Image公司总裁Alexis Gerard引证该公司最近进行的一次调查称,此次调查对美国1,000名互联网用户进行了调查,其中80%称其拥有数字相机。当被问及他们如何看待蜂窝电话无线接收和显示图像的能力的重要意义时,只有3.5%的用户称这种能力“极其重要”,30%用户称“有点重要”,而绝大多数用户则声称“根本不重要”。

但这些结构并不一定表示消费者不需要这种产品,Gerard说:“在他们确实看到一种产品之前,人们其实并不知道他们需要什么。”

In-Stat市场调研公司对其摄像功能移动电话的发展预测持审慎态度。该公司高级分析师Brian O'Rourke称,蜂窝电话的年发货量到2003年有望达到1亿部,估计其中1,780万部话机将具备摄像功能。根据他的预测,这个数字将在2004年达到5,950万。

O'Rourke称,该市场的增长和发展势头部分取决于3G基础设施到位的程度以及蜂窝电话低成本高质量彩色显示LCD或有机LED投入大量应用的时间。尽管In-Stat公司的成长预测偏于保守,但该公司认为蜂窝电话是CMOS传感器制造商的重要市场。

标签 传感器/MEMS??

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