基于FPGA的視頻監(jiān)控時(shí)代

視頻監(jiān)控市場(chǎng)及發(fā)展趨勢(shì)

不斷升級(jí)的安全問題迫使各國政府和機(jī)構(gòu)在監(jiān)控和安全設(shè)備上投入巨資。此外，在圖像及視頻處理領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新徹底改變了視頻監(jiān)控行業(yè)，這不限于安防，還包括銀行、交通、教育、零售、醫(yī)療保健，游戲和其他領(lǐng)域。根據(jù)ABI Research的預(yù)測(cè)，整個(gè)視頻監(jiān)控市場(chǎng)的收入將從2008年的16億美元增加到2015年的29億美元，有9%的復(fù)合年增長(zhǎng)率。

視頻監(jiān)控已經(jīng)從模擬標(biāo)準(zhǔn)清晰度攝像機(jī)和VCR轉(zhuǎn)變到兆像素的高清攝像機(jī)，以及DVR到通過以太網(wǎng)的IP網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的視頻流，到基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)(NVR)。取代了現(xiàn)場(chǎng)觀看，連續(xù)記錄和通過記錄材料的可視化搜索，智能攝像機(jī)和錄像機(jī)目前已能夠?qū)嵤┗谑录匿浵窈蛨?bào)警觸發(fā)，并通過記錄材料自動(dòng)搜索。

這些先進(jìn)的安防和監(jiān)控設(shè)備與先進(jìn)的圖像傳感器技術(shù)和半導(dǎo)體的圖像信號(hào)處理功能緊密結(jié)合。這些包括攝像機(jī)的架構(gòu)，傳感器接口/傳感器橋接、圖像信號(hào)處理、高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)處理和視頻分析。

攝相機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

一個(gè)典型的攝相機(jī)由圖像傳感器，圖像信號(hào)處理器和一些輸出接口所組成。除了這些功能塊之外，攝相機(jī)還可以包括視頻壓縮或視頻分析功能。圖1示展示了LatticeECP3 FPGA器件上實(shí)現(xiàn)兆像素網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的一個(gè)實(shí)例。

圖1 用FPGA實(shí)現(xiàn)的攝相機(jī)架構(gòu)

傳感器接口/傳感器橋接

通常圖像信號(hào)處理器(ISP)有一個(gè)或多個(gè)圖像傳感器接口。最常見的圖像傳感器是CMOS傳感器。較低的分辨率和較低的幀速率傳感器可以通過并行接口連接到ISP。更高分辨率和更高幀速率的圖像傳感器需要高速的接口，包括MIPI、Aptina HiSPi或sub-LVDS接口。低成本的ISP通常只支持一個(gè)并行接口。因此，傳感器橋接功能必須能夠轉(zhuǎn)換MIPI、HiSPi sub-LVDS信號(hào)至并行接口。低成本的FPGA可用于轉(zhuǎn)換MIPI、HiSPi或sub-LVDS接口至并行接口。在圖2中，萊迪思的MachXO2 FPGA用于轉(zhuǎn)換來自兩個(gè)Aptina圖像傳感器(MT9034)的HiSPi傳感器信號(hào)到一個(gè)并行格式，然后用TI DSP器件(DM8127)進(jìn)行處理。

圖2 使用FPGA的傳感器接口橋接應(yīng)用