面對百萬畫素相機手機的出現，高畫質影像處理技術之突破已是未來的發展趨勢，取得這塊後端影像處理晶片的市場，將是台灣廠商領先競爭的指標...
面對百萬畫素相機手機的出現，高畫質影像處理技術之突破已是未來的發展趨勢，取得這塊後端影像處理晶片的市場，將是台灣廠商領先競爭的指標。
隨著相機手機對於高畫素影像處理高品質的要求，技術上也從原先的低階CMOS機種轉向採用高階CMOS機種，因此ASP、ADC、Pre-ISP、Post-ISP各階段性的發展皆是影響相機手機贏得市場先機的條件，本文將就相機手機後端晶片的發展及未來展望做深入解析。
相機手機模組自日本市場推廣兩年後，2003年其影響力開始擴及歐美；雖然四大手機廠商百萬畫素機種上市時間較原先預估落後一季，但相機手機朝高畫素發展、甚至取代數位相機已有跡可尋。有鑑於相機高畫質絕對所需之後端處理晶片，以及台灣廠商向來在晶片技術(設計與製程)之投入者眾與領先群雄，本文特整理相機手機後端晶片之發展，供業界參考。
無論是數位相機(DSC)、數位攝錄影機(DV)或相機手機(Camera Phone)，其影像資料自前端鏡頭與感測器偵測後，經過ASP(類比處理)、類比與數位轉換(ADC)、前期影像處理(Pre-ISP)與後端影像處理(Post-ISP)四個階段後，讓影像呈現於終端設備上(圖1)。
而由於使用感測器與畫素高低之不同，以及相機手機尺寸輕薄大小不同於其他商品，因此廠商在系統設計時，常會將各階段與功能區塊依商品市場特性做分散配置或整合處理。
ASP(Analog Signal Processing)，主要是針對影像擷取後之初始類比訊號做處理，工作項目包含訊號補強與修改、自動曝光調整、時序控制與影像存取等。由於與初始訊號之絕對相關性，因此一般感測器廠商皆會將此項功能直接與感測器加以整合。
ADC(Analog-Digital Converter)，主要即是對類比訊號做數位化轉換，以方便後續複雜之影像處理；在CMOS感測器中因為及感測器能夠以同樣製程一起完成，因此多被包裹在與感測器與ASP的同一晶片中；但在CCD感測器，因為其製程互異，必需單獨存在，頂多只與CCD感測器、ASP構裝於同一封裝中。
Pre-ISP(Image Signal Processor)，為前段影像處理器，主要即針對ADC傳送出之數位原始資料(RAW data)進行影像壞點修補、白平衡、珈瑪校正、邊緣強化、彩色配置、調整與位元組置換等。
而Pre-ISP做的工作都與影像本體有絕對關係，在低階CMOS機種，由於影像畫素較低，不需大規模的複雜處理，因此將Pre-ISP與感測器、ASP、ADC等做在同一顆或構裝於同一封裝內；但在高階CMOS機種，由於需要處理的畫素愈來愈多，雖然Pre-ISP與感測器綑綁在一起，在技術上不為難事，但為了避免與感測器的採樣與ASP效能相衝突，因此系統商多半會在手機設計時，將內嵌於感測器之Pre-ISP功能off掉，並維持由感測器ADC輸出之原始資料，交由後續專屬的Pre-ISP負責。
而由Pre-ISP處理完後之資料類型又可簡單分為RGB或是YUV，RGB為三原色系，資料容量較大，但因資料量大，因此可以方便後續處理單元(Post-ISP)做更為多元或取捨之變化；YUV為RGB三原色經由內插法所得之簡易資料型態，其資料容量較小，方便後續處理單元，但因供應之後的變化與取捨範圍不多，較不受台系業者青睞(但卻流行於韓系業者)。
Post-ISP雖然也稱為後端影像處理，但其實與成像相關的工作不多，主要負責資料壓縮與後端週邊或設備的介面管理以及資料傳送、仲裁、協調等工作；其中包含LCD影像預覽、鏡頭對焦控制、使用者界面等。
第一階段因畫素不高(CIF等級)，因此其結構與一般手機相差無異，而相機部分之Pre-ISP功能區塊可與感測器等整合，Post-ISP則仰賴手機基頻負責，顯示螢幕則經由系統匯流排提供，此時之區塊結構如(圖2)所示。
而隨著畫素略為增加(由CIF到VGA)，為了維持後端手機基頻晶片的通訊負擔，廠商開始將原有專司JPEG壓縮與掌管匯流排協調、管理等工作的Post-ISP項目獨立成單一晶片完成，而屬影像處理的Pre-ISP則交由系統廠商自行決定，看是要將其內嵌於感測器內或是與獨立的Post-ISP整合(圖3)。顯示螢幕之架構仍如同第一階段。
此時畫素已由VGA轉進至百萬畫素，高畫素之前置影像處理Pre-ISP，因為所需記憶體與電源資源龐大，因此感測器那端已無法全然支配，因此業者將其單獨切割出來與Post-ISP整合成獨立完整的ISP。另一方面，面對顯示螢幕之要求標準更高，例如由CSTN 120x160進步到CSTN或TFT 120x160、240x320，此階段廠商也企圖將顯示器控制器一併整合，以加速成像時間與減少系統匯流排負擔，相關圖示請見(圖4)。
此階段為廠商目前正在設計開發之步驟，除了納入上一階段所整合之顯示螢幕控制器外，廠商也將原本流行於PC產業之2D加速、Java虛擬機器整合加入，期待相機手機能因增添視訊會議與動態遊戲而擴大買氣；另一方面，因應複雜的多媒體資料所需以及CMOS製程改良，靜態記憶體SRAM也是廠商整合入內的考量目標。此階段整合設立的ISP，其功能早已超脫「影像處理」階段，因此業界多半以多媒體處理器(MultiMedia Processor)稱呼(圖5)。
由於手機多媒體功能要求日益加重，因此過往PC範圍內的其他多媒體處理技術也將一同併入手機發展；雖然影像處理只是多媒體的一環，但由於影像算是目前多媒體手機發展過程中最為成功的傳播媒介，因此可想像的，包含MPEG4、H.263、H.264…etc；MP3、AMR、AAC…etc；2D、3D graphic engine…etc與VA遊戲加速器等屬PC大堆頭的多媒體效果當然也都急欲搶搭這班順風車，或許不是為了市場獲利，但技術練兵與市場卡位，應該才是技術背後相關廠商的真正動機。
相機手機無疑是快速推升市場至5億、6億支的重要推手，四大手機廠商百萬畫素相機手機的出現，讓手機愈加展現其承接PC多媒體的架勢；而2004年二月於3GSM所展現之4M畫素相機手機，雖然目前看似頗為不可思議，但廠商能夠在相機手機流行不過兩年後迅速實作出來，即代表產業往高畫質替代之趨勢將不無可能。
面對愈往高畫質所需越加更為重要之後端影像處理晶片，台灣廠商無疑擁有更多機會，主因為多媒體不再是規格標準不一與大多掌握在歐系業者的語音通訊技術，相反的是越加靠近IT資料媒體，台灣業者流傳「進入RGB，就是台灣業者天下」，即是最佳明證。
話雖如此，台灣後端晶片設計業者仍需緊盯國際晶片大廠近來流行「One-Stop-Shopping」之切入模式(即射頻、基頻、多媒體處理器互綁販售)，並持續經營共榮或潛心開發目前台灣仍然不足之基頻、甚至射頻發展，以便為好不容易從手機晶片外商城牆間敲開的一扇窗戶，能夠持續開啟。