百万像素照相手机面临诸多设计挑战和网络带宽瓶颈

全球元器件和手机制造商正在加紧供应大量的照相手机,并希望借此刺激移动成像这个新兴市场的发展。他们表示有能力解决与200万像素以上的高分辨率图像以及实时视频相关的设计困难。

尚不清楚的是他们能否使移动运营商和终端用户认同他们的愿景并关注即将面市的产品。

在主要由诺基亚和惠普公司发起的第一届照相手机峰会上,诺基亚移动电话公司移动多媒体与成像部高级副总裁Juha Putkiranta预测,到2007年业界将付运8亿部照相手机,而消费者每年将拍摄大约1,000亿张数码图片。“这些数字将非常庞大,”他表示。

来自手机制造商的强大推动力引发了新的设计挑战,但也将为整个电子产业链开辟新的机遇,受益者包括元器件供应商以及软件和服务提供商。一大批公司正试图以照相手机为基础来壮大自己。

三星电子有限公司即是其中之一。这家韩国公司移动电话部的首席工程师Dong Hoon Jang宣称:“三星希望推动业界迅速迈向500万像素的照相手机,并使数字静态照相机变成只供专业人士使用的产品。这是我们的理想。”三星美国手机业务部产品管理与工程副总裁Muzibul Khan估计,今年三星出货的蜂窝电话中60%以上将带有嵌入式照相机。

IBM公司的与会代表展示了其Infoscope软件。这款尚未发布的产品套件将成像和GPS功能整合到高级的蜂窝电话上,以提供创新的定位、安全和生产服务。来自Wells Fargo银行的一位技术经理简要描述了照相手机可用来增强工作效率的多种方式。Mattel公司将推出一种25美元的儿童用照相手机,而波音公司希望将照相手机置于飞机坐椅靠背上,从而允许用户创建空中飞行视频网络。

潜伏在所有这些开发工作背后的问题是用户是否将在意他们的努力。Infotrends研究公司最近的一次用户调查发现,在接入互联网的北美家庭中,47%也拥有数码相机,但43%的家庭不打印照片,25%的家庭从未在PC上打开过照片。“这是十分可怕的,”Infotrends公司总监Kristy Holch表示。

此外,主要无线运营商的资金预算可能太紧,从而无法立刻创建照相手机所需的基础设施。“在今天的网络中,从最新的VGA级照相机上载一幅图片可能需要15到30分钟,成本介于6至60美元之间。对于漫游用户,成本可能更高。”诺基亚的Putkiranta表示。网络可能无法跟上手机制造商的产品路线图,因为他们计划在明年初交付200万像素的手机,并随后在不到一年的时间里推出300万到400万像素的手机。“单凭软件和压缩技术是不能解决问题的。用户需要更好的基础设施来上载数据,”Putkiranta强调道。

CMOS传感器制造商IC Media公司总裁Richard Char最近与日本第一家大规模推广照相手机的运营商J-Phone公司的客户部主管进行了一次谈话。“不光彩的小秘密是这没有显著增加他们的网络通信量,”Char透露道,“就个人而言,我认为OEM厂商已经决定推行照相手机,而不考虑用户的需求。”

没有结论的研究

作为参加照相手机研讨会的唯一一家运营商,日本Docomo公司提供了一份没有结论的研究结果,这项研究了解到在其配备照相手机的现有4,100万用户中60%的人如何使用他们的设备。据Docomo公司i-mode业务执行总监Carl Atsushi Hirano透露,80%的Docomo照相手机用户每个月至少使用设备拍照一次,三分之一的用户每月拍照2到3次,30%的用户每周拍照1或2次。Hirano承认,该公司没有发现,任何收入或网络流量的增长与使用照相手机直接相关,因为他们看到全部的通信量都是电子邮件或Web数据包。尽管如此,Docomo正在率先发展移动视频电话业务,除了已部署300万部具备视频功能的手机外,它还计划在今年内出货1,000万部这样的手机。

当制造商的高层经理们致力于为照相手机创造市场的同时,工程师们正设法解决将200万像素以上的成像器和实时视频功能集成到手机中的设计难题。

今天的VGA级照相手机只能在较短的距离范围内以及最佳的光照条件下产生聚焦图像。元器件制造商正着手解决成像处理环节面临的各类问题。在将闪光模块和更好的镜头集成到照相手机时,机械和功耗问题是最大的挑战。

尽管功能不断增加,手机仍须受到目前140cc的体积限制,并须承受从150cm的高度摔下多达10次。不过,诺基亚和三星都表示,他们有信心将LED、闪光模块和光聚焦机械装置集成到从明年开始上市的200万像素照相手机中。

“制约因素是镜头和光学部件,”NuCore技术公司的高级行销副总裁Gary Baum表示。该公司是一家为数码相机生产高端图像处理器的新兴企业。“就像只有GHz级的频率不能造就更好的计算机一样,百万像素并不会产生更好的图像。你还需要低信噪比、良好的色彩平衡和卓越的图像处理性能。”他说。VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="图1:通过对接入互联网的北美家庭进行调查,Infotrends公司发现一些令人意外的结果。">

镜头制造商面临几方面的挑战。他们必须生成更好的图像,同时缩小器件的尺寸或至少维持器件尺寸不变。这将导致更小的像素尺寸,从而使每个像素的亮度变小。目前,VGA照相模块的尺寸大约是10×10×7.5 mm,并使用4.9微米的像素。IC Media公司的Char指出,百万像素模块正在朝9×9×6.5 mm的尺寸和3.2微米的像素发展。

下一代模块预计将把传感器的像素缩小到2.8微米。为补偿像素亮度的下降,一些模块制造商正在CMOS传感器的每个像素上构建基于薄膜的显微镜头。显微镜头有助于把光引到每个光电探测器上,Char说。

在100万像素以上的产品中,一些镜头制造商正在由使用三个塑料元件转向混合采用塑料与玻璃元件,这将使成本上升。据悉,飞利浦电子和至少一家新兴公司正在为300到500百万像素的产品开发基于液体的镜头。

下一代镜头还将集成更好的自动聚焦、数字变焦和更高分辨率的视频捕获功能。由于更昂贵的镜头和制造成本,这些增强措施已经使CMOS传感器模块的BOM成本翻番,由VGA级产品的5.50美元变成百万像素单元的10.10美元。三星希望在年底以不到20美元的成本生产出一种带MPEG4视频功能的200万像素CMOS模块。

所有这些变化正在使本已复杂的相机模块市场出现短期的断层。在这个市场,镜头、传感器和图像处理器制造商们与一大批专业装配厂商合作创建模块。“今天,只有Omnivision、Hynix、IC Media和美光(Micron)等四家公司供应采用CMOS传感器的百万像素模块,而供应低复杂性VGA模块的厂商多达15到20家。”Char表示。

“照相手机供应短缺缘于全球性的镜头短缺,”他指出,“当我们从VGA迈向100万像素时,由于镜头、模块和CMOS传感器的竞争厂商大为减少,供应链发生了重大变故。”

随着镜头制造商和CMOS传感器供应商扩大生产,短缺状态应该会在今年结束。三菱、三洋和夏普已经供应基于电荷耦合器件(CCD)的200万像素传感器,但照相手机制造商偏爱较低成本的CMOS传感器模块。

在芯片方面,传感器制造商表示,他们不得不放弃从200万像素产品开始处理RGB信号的计划,尽管这可以改善色彩平衡和其它性能。今天的VGA CMOS传感器可以对RGB信号进行前端处理,然后将它交给DSP或基带处理器。但在200万像素水平,CMOS传感器将把RGB信号交给媒体处理器或DSP进行前端处理,并输出YUV信号。

“在爱普生,我们正在面向2005年研究500万像素的图像引擎。”爱普生研发部温哥华设计中心的George Lyons表示。凭借在嵌入式与低功率图像方面的经验,爱普生已经在早期的照相手机中赢得重大的设计中标,并希望这能为它带来增长机会。

“我们相信,当200-500万像素的照相手机成为主流时,它们将取代相当大份额的数码相机,”Lyons说,“在2005到2006年,我们将看到200万像素手机走向主流。”

作者:麦利