高清视频监控FPGA应用迎来小高峰

 　　我们知道，通信领域历来是FPGA应用的传统主流市场，也是业界领先FPGA厂商倾力争夺的大市场。但是从2009年开始，随着百万像素高清标准(720p及1080p)在视频监控领域从小众走向主流，FPGA应用迎来了又一个广阔的市场空间。
 

 

　　FPGA视频监控应用迅速打开
 

　　以全国“平安城市”项目为代表的大量高清视频监控需求的高速增长，以及当时高清摄像机所必须的ISP芯片ASIC/ASSP还不成熟，给FPGA留出了施展其可编程优势的空间和舞台。

　　在2009年之前，视频监控还处于标清(D1分辨率，40万像素)时代，摄像机使用的图像信号处理(Image Signal Processing，简称ISP)芯片，基本被索尼公司推出的一代又一代ASIC芯片组所垄断。高清监控需求的崛起，改变了这种局面，也给FPGA打造了宽阔的施展平台。所以说，FPGA在视频监控领域的应用，是随着高清视频监控系统的兴起而打开的。具有代表性的是，由于2010年上海世博会的召开，上海浦东世博会高清监控项目，需安装的高清CCD IP摄像机达到1万多台。在每台摄像机中，都需使用FPGA芯片。

　　FPGA在视频监控领域的应用空间就此被迅速打开，其主要原因是以全国“平安城市”项目为代表的大量高清视频监控需求的高速增长，以及当时高清摄像机所必须的ISP芯片ASIC/ASSP还不成熟，给FPGA留出了施展其可编程优势的空间和舞台。这是FPGA蚕食ASIC市场的一个典型事例。

　　总体来说，FPGA在视频监控系统中的主流应用包括：

　　一是用于高清摄像机的大运算量图像处理。这包括与常用摄像机SoC ASIC所集成的图像处理硬核相比，在功能和性能方面进行了差异化增强(例如去雾、防抖、图像非一致性校正等)的ISP设计、视频智能分析算法等。

　　二是CCD时序驱动信号生成。使用不同厂家的CCD图像传感器，需要设计不同的CCD驱动时序信号。

　　三是用于视频监控中心的高清数字视频矩阵切换和光纤视频通道接入。

　　灵活性与高密度运算是强项

　　FPGA可大规模并行的高密度运算、逻辑可编程的灵活性、超高带宽数据互连和可为内部提供高达4GBps以上的数据传输带宽使其具备无可替代的优势。

　　随着高清IP摄像机的不断成熟和快速普及，大量功能全面、性能优秀，同时嵌入了ISP、H.264视频编码、高性能ARM处理器和以太网接口的摄像机单芯片SoC ASIC方案，在监控市场上大量涌现。这些SoC供应商包括TI、海思、NXP等等。这些单芯片SoC ASIC凭借低成本、低功耗的明显优势，使FPGA在ISP领域的应用范围大幅缩小。这种情况一直持续到2012年下半年，在高清CMOS IP摄像机产品中尤为明显。

　　与这种趋势相抗衡的是，第一，对于高清CCD摄像机，FPGA的地位仍然不可动摇。由于驱动CCD图像传感器的时序信号具有自定义和灵活性的要求，FPGA不可缺少。

　　第二，视频监控领域的智能化趋势将大力推进FPGA在此领域的深入应用。高清视频监控应用，其数字化和网络化已逐渐成熟，现在正在向智能化快速迈进。高清IP摄像机的智能化，提出了包括各种人、物体和文字的检测、识别和提取，目标行为分析和统计等等需求，都需要巨大的运算量。由于安防系统对关键事件的快速发现和响应的高要求，这些运算都必须在短时间内完成。单位时间内的高密度运算，正是FPGA的强项所在。

　　在视频监控领域，FPGA用来战胜ASIC或者SoC所依靠的优势主要有：

　　第一，可大规模并行的高密度运算;

　　第二，逻辑可编程的灵活性;

　　第三，大量3.125Gbps或以上高速SERDES的超高带宽数据互连;

　　第四，嵌入了ARM A9处理器的FPGA，可以为其内部CPU和FPGA逻辑之间提供高达4GBps或以上的数据传输带宽。