2004的1月份，手機龍頭Nokia與半導體大廠STMicroelectronics(後文簡稱ST)宣佈將共同推廣手機用相機模組標準SMIA...
2004的1月份，手機龍頭Nokia與半導體大廠STMicroelectronics(後文簡稱ST)宣佈將共同推廣手機用相機模組標準SMIA，接著並在7月推出了SMIA標準的1.0版本，掀起檯面下醞釀已久的模組共用標準建立之相關議題。究竟SMIA所定義的主要方向與範圍為何？該標準對於相機模組供應鍊的上下游又有哪些可能的影響，本文將做一整理介紹。
SMIA的全名為Standard Mobile Imaging Architec-ture(標準行動設備攝像架構)，是由Nokia與ST根據兩年多來在手機相機模組上的配合經驗，所共同制定的標準，兩家公司並為此設立了SMIA論壇(SMIA Forum)，以利SMIA標準的推廣。SMIA標準的主要訴求為：
‧為因應微型相機模組的高像素數化，需要有更大的介面頻寬
‧接腳數縮減以利於模組體積縮小化
‧藉由規格的標準化來增加手機廠尋求相機模組2nd Source的機會
‧建立共同的量測規範，以便於產品間比較時能得到客觀的依據
‧加速模組開發與手機整合模組的速度
為了推廣SMIA標準，Nokia與ST除了採取No Royalty的開放措施外，也積極爭取讓SMIA成為MIPI規範中的一部份；同時，根據SMIA論壇的說明，為避免SMIA標準成為兩家公司閉門造車下的產物，SMIA的Draft早在2003年底就已提供給2家手機領域之業者進行協助評估。
從照相手機的攝像整體架構角度來看，SMIA試圖涵蓋的定義範圍如圖1所示。針對此範圍，SMIA所定義的內容可分為6大主題，分別為：
‧Interface(介面規格)
‧Functionality(功能規格)
‧Mechanic(機構規格)
‧Characterization(特性分析規格)
‧Reliability(可靠性規格)
‧Software(軟體規格)
以下分別針對其規範的重點方向與特殊之處做一簡單整理。
SMIA針對相機模組與手機核心系統間之介面制定所謂的CCP2(Compact Camera Port 2)規格，並分別規範了影像資料傳輸埠與控制信號埠2大部份。其中，影像資料傳輸埠與目前的數位相機模組之間的一個重大差異為其影像輸出信號方式。市面上現有的數位相機模組，無論是Bayer Raw Data或YcbCr422(或YUV422)輸出格式，原則上均是採用一般數位邏輯位準的平行埠(Parallel Port)做為輸出的通道，以對應後方的ISP(Image Signal Processor影像信號處理器)/DSP或手機核心系統之邏輯位準介面；SMIA中所定義的輸出，卻是採用完全不同的差動式串列埠 (Differential Serial Port)--SubLVDS。SubLVDS是以1.8v或1.5v驅動之差動信號規格，可提供高達416MHz的短距離傳輸速度。SMIA採用 SubLVDS的主要訴求是為因應越來越高的像素需求，必須選擇一高速穩定而可降低EMI問題的解決方案。對於有意加入SMIA陣營的廠商來說，此一重大改變意味著額外的硬體修改或增加，包括影像感測器端的SubLVDS發送器電路，以及ISP/DSP或手機核心系統端的SubLVDS接收器電路。
此外，CCP2將相機模組的輸出資料格式制定為單純的Bayer Raw Data，也與目前市場上採YUV(或YcbCr)的主流作法大異其趣，SMIA的目的是希望藉由採用單純的Bayer Raw Data來降低影像資料的傳送速率(相對於經色彩還原後的YUV或RGB信號資料須要2Byte/Pixel，Bayer Raw Data基本上僅須1Byte/Pixel)，並讓色彩插補還原(Interpolation)等後續影像處理的工作能夠交由ISP/DSP或手機核心系統，一方面影像感測器廠商能更專注於影像感測器的成本降低與效能提高；另一方面也讓影像處理的工作能充份利用到ISP或手機核心系統的現成資源。
至於在影像資料的傳輸同步技術上，除了一般影像感測器最常採用到的Data Clock方式外，CCP2也要求提供Data Strobe方式的同步選項，也就是利用Data Strobe信號取代Data Clock信號的作法。採用Data Strobe信號時，發送端不須像Data Clock信號般必須連續性的輸出，而接收端則可藉由XOR的邏輯處理來還原同步，其最大的優點是可將其同步信號的頻寬降低至一半，在快速攀升的高像素數化趨勢下具有減小高頻化困擾的效果。但同樣地，影像感測器與後端的晶片都須要在設計上有所對應。
SMIA針對相機模組所定義的功能規格，主要是希望將SMIA相機模組的電子、控制和影像資料的介面予以標準化，以使得任何SMIA相容影像感測器能夠輕易地接上任何SMIA相容手機系統，並得到一定水準以上之效果表現。
在此規格中，SMIA定義了所謂的Baseline Profile，這是所有SMIA相容相機模組都必須符合的基本功能規範，其內容詳細地規範了如模組的接腳定義，以及影像感測器所支援的動作模式、資料格式、影像時序、曝光時間與增益控制、暫存器。除了Baseline Profile之外，SMIA還定義了2項延伸性的Profile，分別是影像縮放(Scaling)與影像壓縮(10/8 bit DPCM/PCM)。
SMIA的功能規格中大部份項目均需要影像感測器設計上的配合，由於有相當多的細節規範，因此也是影像感測器供應商須特別著墨的部份。
SMIA的機構規格所訴求的目標，是希望定義出的規格能夠確保SMIA相機模組、SMIA Socket、PCB，以及手機外殼的相容性，以利於相機模組的生產與裝配到手機中。
就相機模組的大小尺寸來說，SMIA針對從VGA到3M Pixel以上的需要，設定了3種長寬標準，分別為SMIA95(9.5mm x 95mm)、SMIA85(8.5mm x 8.5mm)與SMIA65( 6.5mm x 6.5mm)，但此3種標準長寬尺寸並無個別對應於特定像素數的影像感測器，因此，無論相機模組廠商所開發的產品為VGA或是2M Pixel，均可從這3組尺寸中任意選擇1組來做為其尺寸規格，此定義方式與目前市場上部份廠商所推動的1對1對應方式(1種尺寸對應1種像素數)有所不同。
另外，SMIA也針對SMIA95、SMIA85與SMIA65三個規格分別制定出2種模組高度以供業者視需要做選擇。不過，部份的SMIA65細節目前尚在進行中，會在日後的SMIA版本中追加。
在相機模組的外觀機構設計上，SMIA特別導入了4個主要設計特點以確保安裝時的正確性、精確度與EMC的效果，此4項設計特點包括了模組與Socket間的固定卡榫，具有防呆作用的方位凸塊，能於作業階段保護鏡片表面的內縮導角式鏡頭以及接地。
至於相機模組與手機主體電路板的連接，目前業界基於可靠性與組裝作業性的考量，以採用FPC搭配Board-to-Board Connector的方式居多，但SMIA的機構設計基本上是以Socket方式為其優先考量(類似LGA或LCC IC Socket的作法)，搭接FPC則列為可另行考慮的選項。
接腳的規劃也是SMIA很特殊的部份，由於SMIA採用了串列式的影像資料輸出方式，大幅減少了目前常用的8位元平行埠所須的輸出腳數，因此SMIA所定義的總接腳數遠小於目前業界普遍採用的24～20腳，包括最少的12pin(SMIA65)、14pin(SMIA85)，到最多的16pin (SMIA95)。另外，在光學的考量上，SMIA目前的機構規劃雖是著眼於Fixed Focus鏡頭，但對於Macro、Auto Focus、Zoom等更複雜的鏡頭也保留其發展空間。整體來說，SMIA的機構規格主要是針對相機模組組裝製造廠商與Socket供應商的產品規劃考量，配合上的門檻相對也較低。
SMIA的相機模組特性分析標準中，不但定義出測試環境，如光源條件、溫濕度、供應電源等，對於設備架設方式、影像感測器的暫存器設定狀態等也有其說明。在分析的內容上，SMIA非常強調影像感測器本身的特性，其內容如動態範圍、SNR、各類型的雜訊分析、暗電流、DSNU與PRNU等，都是目前一般相機模組組裝製造廠商著墨較少，而是由影像感測器廠商來主導的分析項目。當然該標準中仍有定義了一些相機模組組裝製造廠商較常進行的分析項目，諸如週邊光亮、TV Distortion等，但為數較少，SMIA也解釋，會在後續的SMIA版本中陸續增加與光學特性有關的分析項目。
為了保留彈性，根據SMIA的定義，測試的抽樣數與任何異於SMIA規範中的測試方法條件均可在(測試計劃書Test Plan)中另外定義。
有關手機用相機模組之可靠性測試(或俗稱的環測)，到目前為止似乎尚未有任何國際性的大型標準組織為其制定出專屬標準，因此經常是由相機模組廠商依手機廠所提出之條件來進行，也因此其條件過嚴或過鬆、哪些項目該做，哪些項目不須做等，都是容易引起爭議的地方。就此部份，SMIA所訂定的相機模組專屬可靠性測試標準是以IEC及JEDEC兩大系列的相關標準為主要參考依據。SMIA強調該標準僅是作為相機模組驗證其可靠性的最基本條件，廠商可依各別需要自行增加項目，但SMIA所規定的部份不可刪減或被取代。
針對可靠性的驗證，SMIA將重點放在光學、電子與機構三大方向，並將驗證的等級區分為四個類別。在此四大類別中，三大類別提供給相機模組廠商做為出貨時的抽樣認證、中長期品質監控，以及研發單位之設計可靠度分析；另外的一大類別則是提供Connector/Socket/FPC廠商或系統(手機)廠商來檢驗產品組合後的可靠性。
軟體規格以Camera Server為主軸
除了硬體部份的定義外，SMIA也為手機在整合SMIA相機模組時所需的軟體架構制定出一套規範，該架構基本上是以手機核心系統上所執行的Camera Server做為主軸，再搭配上CCI Driver與CCP2 Driver，以及相關的應用軟體。此外SMIA也對於手機核心系統與相機模組有關的動作流程提出一些建議模式。
著眼於SMIA標準化的推動，ST已於2004年11月推出了第1顆符合SMIA規格的1M Pixel相機模組VS6650，以及部份符合SMIA標準的480K Pixel過渡用產品VS6590。其中，VS6650採用SMIA95標準外觀尺寸(9.5mm x 9.5mm x 7.6mm)，並成為第1顆使用CCP2的相機模組。
為了支援自家的SMIA相機模組，ST同時也推出了能夠搭配該模組之SMIA影像信號處理器STV0976，這顆能夠支援VS6650(up to 15fps)與VS6590(up to 30fps)的影像信號處理器同時內建有色彩插補還原(Interpolation)、AE、AWB、各類影像處理，以至於JPEG壓縮引擎，相當於市面上ISP與DSP的整合體。ST並預告，其緊接下來的SMIA相容相機模組與影像處理器將會支援到3.2M Pixel的像素數等級。
另外，日本的Socket大廠SMK也在2004年的10月推出了符合SMIA規格的相機模組專用Socket。此顆編號為CLE9016-0101F的 Socket相容於SMIA95的規格，剛好搭配上ST所推出的VS6650。SMK表示該公司也將陸續推出符合SMIA85與SMIA65規格的產品。
雖然SMIA標準的推出對於整個相機模組產業的發展方向影響會有多大，目前尚待觀察，但該標準是由手機業龍頭Nokia所主導的事實，也讓相關業者不得不審慎以對。
可預見的是，由於該標準與市面上現有影像感測器與相機模組在規格上有著不小的差異性，相關業者如要跨入此標準勢必要有所準備。對於相機模組組裝製造業者而言，對應的工作較為單純，最主要是在於機構設計規格上以及各種測試方式上的配合；但對於影像感測器及ISP/DSP，以至於手機核心處理器等晶片供應商而言，相對地，工程就較為浩大，因此相關晶片廠商的支援態度將是SMIA能否普及化的關鍵之一。
此外，擁有超過60席成員的國際主要標準組織--行動設備處理器介面MIPI，其眾多成員的共識也將影響到SMIA被MIPI納入成為其正式規範的機會， MIPI的主席Tom Vial就表示，雖然500Mbits/sec的相機模組介面頻寬足以應付短期內的需要，但此頻寬需求在未來數年內就會達到GigaBit-per- Second之譜，而MIPI目前所接到的相關解決提案就有將近6種不同版本。不過話雖如此，由於MIPI對於標準的評估與定案之作業相當耗時，而 MIPI的立場也不限制會員制定自己的標準，因此SMIA的發展空間是否會受MIPI的影響也是值得後續觀察的。