AE/AWB Engine 窗口参数 WINHC / WINVC 技术说明文档

目录1 概述2 寄存器定义3 硬件工作机制4 WINHC / WINVC 参数对系统性能的影响4.1 统计空间分辨率算法侧4.2 片上 SRAM 资源约束4.3 软件与总线开销4.4 对传感器像素读出与帧率的影响5 边界约束与工程注意事项6 选型参考7 总结1 概述本文档基于 ISP 硬件手册 AE/AWB Engine 章节对WINHC、WINVC窗口参数原理、硬件行为、系统影响进行规范描述用于算法调试、固件开发参考。模块简述AE/AWB 引擎作为像素旁路硬件统计单元在像素流水并行完成图像分区统计输出色彩、亮度、饱和相关统计信息供给 AE 自动曝光、AWB 自动白平衡算法使用。引擎采用两级采样架构图像先划分为网格统计窗口每个窗口内部再稀疏抽取 2×2 像素块做统计运算。2 寄存器定义寄存器定义WINSH窗口阵列水平起始坐标WINSV窗口阵列垂直起始坐标WINW单个统计窗口像素宽度WINH单个统计窗口像素高度WINHC水平方向窗口总数统计网格在水平方向包含的窗口数量WINVC垂直方向窗口总数统计网格在垂直方向包含的窗口数量AEWINCH单个窗口内部2×2 采样块之间的水平步距AEWINCV单个窗口内部2×2 采样块之间的垂直步距窗口阵列特性阵列内所有网格窗口尺寸统一为WINW × WINH不支持对阵列内某一个窗口单独设置不同宽高。窗口阵列整体的位置与尺寸可通过 WINSH/WINSV/WINW/WINH 统一配置。阵列左上角起点由WINSH/WINSV统一配置。窗口总数量 WINHC × WINVC。3 硬件工作机制像素流进入 AE/AWB 引擎后首先根据WINSH/WINSV/WINW/WINH/WINHC/WINVC划分网格窗口。在每个窗口内部按照AEWINCH/AEWINCV步距稀疏选取 2×2 像素块。对每一组 2×2 像素块执行饱和判断块内任意像素大于等于 limit 阈值时超限像素值钳位至 limit钳位后像素继续参与 RGB 累加该 2×2 块不计入本窗口的非饱和块计数器。硬件对每个窗口独立累加 R/G1/G2/B 像素和可选同步计算像素平方和、窗口内像素最大值 / 最小值、非饱和块计数。硬件架构流水线加法器、比较器为固定实例化的时分复用运算单元窗口数量不会改变运算单元规模。片上 SRAM 用于缓存所有窗口的累加中间结果窗口越多所需 SRAM 深度越大。4 WINHC / WINVC 参数对系统性能的影响4.1 统计空间分辨率算法侧WINHC与WINVC决定统计网格的疏密程度WINHC/WINVC增大统计网格更密AWB/AE 算法可获取画面空间分布信息。可识别局部高光、大面积单色区域支持区域加权、色温聚类、异常区域过滤提升逆光、多色温复杂场景下 AE/AWB 鲁棒性。WINHC/WINVC减小统计网格稀疏仅能获得粗粒度亮度与色彩信息WINHC1且WINVC1即为全局单窗口统计模式仅输出整统计区域合并后的一组统计结果丢失空间位置信息对局部异常场景抗干扰能力弱。⚠️ 区分两组独立参数WINHC/WINVC空间分区数量决定画面切分成多少个统计窗口AEWINCH/AEWINCV窗口内部采样稀疏度决定单个窗口内隔多少像素取一组 2×2 块。 总有效采样 2×2 块数量由两套参数共同决定。多窗口搭配窗口内大步距稀疏采样可以保留空间分区能力同时控制单窗口内采样点数避免单窗口统计信噪比劣化。注意像素流水线的硬件处理开销不受总采样块数量影响采样属于旁路并行操作。4.2 片上 SRAM 资源约束片上 SRAM 用于存储每个窗口的统计结果。单窗口占用存储位宽由使能的统计项决定使能全部统计项R/G1/G2/B 累加和 平方和 min/max 非饱和块计数 → 单窗口占用 bit 多硬件可支持的最大WINHC变小。仅使能累加和输出减少每个窗口存储的数据项单窗口占用 bit 减少手册说明该条件下水平窗口 WINHC 上限可达 56垂直方向 WINVC 上限由硬件单独约束不等于 56。窗口数量不会增加流水线加法器、比较器等运算硬件资源仅增加用于保存窗口统计结果的 SRAM 深度。4.3 软件与总线开销帧结束中断触发后CPU 需要通过寄存器读取每一个窗口的统计结果WINHC × WINVC越大寄存器读取次数越多AXI 总线访问量增大中断服务子程序耗时增加。WINHC1WINVC1全局模式仅读取一组寄存器CPU 和总线开销最低。4.4 对传感器像素读出与帧率的影响AE/AWB 统计为像素旁路并行流水处理WINHC/WINVC 不会改变传感器 MIPI 带宽、像素时钟以及图像输出帧率。 窗口数量带来的开销仅存在于帧尾 CPU 读取统计寄存器阶段不影响像素流读出链路。5 边界约束与工程注意事项网格窗口为统一尺寸的矩形阵列阵列内所有窗口宽高一致不支持自由 ROI 不规则窗口不能单独修改阵列内单个窗口的尺寸。饱和处理发生在 2×2 采样块粒度像素超过阈值执行钳位钳位像素继续参与 RGB 累加硬件不会丢弃像素也不会自动丢弃窗口统计结果。软件依靠每个窗口的不饱和块占比自行评估窗口可信度并做加权 / 剔除。参数上限依赖统计项配置开启 min/max、平方和会占用更多存储降低最大支持窗口数量仅传输累加值可将水平窗口上限提升至 56。56 仅为水平方向窗口上限不是总窗口上限。单窗口统计噪声由窗口内部有效 2×2 采样块数量决定由 WINW/WINH/AEWINCH/AEWINCV 决定和窗口总数 WINHC×WINVC 无直接关系。同一个窗口尺寸下AEWINCH/AEWINCV 步距越大窗口内采样块越少RGB 累加噪声越高。6 选型参考配置模式适用场景特点全局单窗口WINHC1,WINVC1低功耗扫码相机、简易门禁相机场景色彩均匀、无明显局部强光 / 大面积单色SRAM、CPU 开销最低丢失空间信息复杂光照下 AWB/AE 易受局部区域干扰多网格窗口WINHC1,WINVC1手机、车载、安防摄像机逆光、多色温、存在人脸 / 主体优先需求具备空间色彩分布信息可过滤高光、单色干扰SRAM 与帧尾 CPU 读取开销更高算法逻辑更复杂7 总结WINHC与WINVC用于配置 AE/AWB 硬件统计网格行列数阵列内所有窗口尺寸统一。硬件采用固定流水线运算单元搭配片上 SRAM 存储各窗口统计结果。 增大WINHC、WINVC可以提升 AE/AWB 空间分区能力增强复杂光照场景算法稳定性但会消耗更多片上 SRAM增加帧尾 CPU 读取寄存器的开销当关闭 min/max、平方和等可选统计项减少每个窗口存储的数据量水平窗口WINHC最大可支持到 56。窗口数量不会增加硬件流水线运算资源也不会影响传感器像素读出帧率与 MIPI 带宽。