FPGA攻城拔寨，引領(lǐng)視頻監(jiān)控應(yīng)用潮流

通信領(lǐng)域歷來是FPGA應(yīng)用的傳統(tǒng)主流市場(chǎng)，也是業(yè)界領(lǐng)先FPGA廠商傾力爭(zhēng)奪的大市場(chǎng)。FPGA產(chǎn)業(yè)發(fā)展方興未艾，已經(jīng)由當(dāng)初的與或陣列發(fā)展到多系統(tǒng)集成的SoC。從2009年開始，隨著百萬像素高清標(biāo)準(zhǔn)（720p及1080p）在視頻監(jiān)控領(lǐng)域從小眾走向主流，F(xiàn)PGA應(yīng)用迎來了又一個(gè)廣闊的市場(chǎng)空間。

　　FPGA產(chǎn)業(yè)方興未艾

　　在當(dāng)前的半導(dǎo)體工業(yè)中，摩爾定律仍然表現(xiàn)出其特有的規(guī)律，廠商不斷推出高制程的器件，為客戶帶來較高性能和成本利益。

　　解決與子系統(tǒng)銜接問題：廠商要解決FPGA與各個(gè)子系統(tǒng)的銜接問題。在滿足了客戶大規(guī)模應(yīng)用FPGA的需求之后，國內(nèi)廠商要考慮如何降低成本、實(shí)現(xiàn)差異化應(yīng)用等問題。我們?yōu)榭蛻籼峁┝藵M足其需求的器件。眾所周知，國外供應(yīng)商僅視中國市場(chǎng)為其市場(chǎng)機(jī)會(huì)的一部分，國內(nèi)廠商則不同。因此，我們每次推出新器件時(shí)都會(huì)考慮為客戶群可持續(xù)供貨的能力?；蛟S其他廠商在推出新器件后往往會(huì)要求客戶轉(zhuǎn)到新制程上，但新器件的使用是否合適值得商榷。

　　在集成方面實(shí)現(xiàn)質(zhì)變：結(jié)合客戶需求與工藝特點(diǎn)，優(yōu)化接口與單芯片集成。傳統(tǒng)應(yīng)用與新興應(yīng)用不同，如何滿足通信與工業(yè)應(yīng)用的大容量和多接口協(xié)議需求，以及消費(fèi)類產(chǎn)品低成本和特殊技術(shù)的需求？我們將客戶需求與工藝特點(diǎn)相結(jié)合，在接口與單芯片集成方面做出優(yōu)化。在我們規(guī)劃的產(chǎn)品中，高速接口與處理器性能得到加強(qiáng)，芯片也實(shí)現(xiàn)了多系統(tǒng)集成。同時(shí)，我們特別注重對(duì)成本的控制，這也是我們?cè)诠に囍瞥躺咸貏e謹(jǐn)慎的原因。

　　FPGA視頻監(jiān)控應(yīng)用迎高峰

　　1、FPGA視頻監(jiān)控應(yīng)用迅速打開

　　以全國“平安城市”項(xiàng)目為代表的大量高清視頻監(jiān)控需求的高速增長(zhǎng)，以及當(dāng)時(shí)高清攝像機(jī)所必須的ISP芯片ASIC/ASSP還不成熟，給FPGA留出了施展其可編程優(yōu)勢(shì)的空間和舞臺(tái)。

　　在2009年之前，視頻監(jiān)控還處于標(biāo)清（D1分辨率，40萬像素）時(shí)代，攝像機(jī)使用的圖像信號(hào)處理（ImageSignalProcessing，簡(jiǎn)稱ISP）芯片，基本被索尼公司推出的一代又一代ASIC芯片組所壟斷。高清監(jiān)控需求的崛起，改變了這種局面，也給FPGA打造了寬闊的施展平臺(tái)。所以說，F(xiàn)PGA在視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用，是隨著高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的興起而打開的。具有代表性的是，由于2010年上海世博會(huì)的召開，上海浦東世博會(huì)高清監(jiān)控項(xiàng)目，需安裝的高清CCDIP攝像機(jī)達(dá)到1萬多臺(tái)。在每臺(tái)攝像機(jī)中，都需使用FPGA芯片。

　　FPGA在視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用空間就此被迅速打開，其主要原因是以全國“平安城市”項(xiàng)目為代表的大量高清視頻監(jiān)控需求的高速增長(zhǎng)，以及當(dāng)時(shí)高清攝像機(jī)所必須的ISP芯片ASIC/ASSP還不成熟，給FPGA留出了施展其可編程優(yōu)勢(shì)的空間和舞臺(tái)。這是FPGA蠶食ASIC市場(chǎng)的一個(gè)典型事例。

　　總體來說，F(xiàn)PGA在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的主流應(yīng)用包括：

　　一是用于高清攝像機(jī)的大運(yùn)算量圖像處理。這包括與常用攝像機(jī)SoCASIC所集成的圖像處理硬核相比，在功能和性能方面進(jìn)行了差異化增強(qiáng)（例如去霧、防抖、圖像非一致性校正等）的ISP設(shè)計(jì)、視頻智能分析算法等。

　　二是CCD時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成。使用不同廠家的CCD圖像傳感器，需要設(shè)計(jì)不同的CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)。

　　三是用于視頻監(jiān)控中心的高清數(shù)字視頻矩陣切換和光纖視頻通道接入。

　　2、靈活性與高密度運(yùn)算是強(qiáng)項(xiàng)

　　FPGA可大規(guī)模并行的高密度運(yùn)算、邏輯可編程的靈活性、超高帶寬數(shù)據(jù)互連和可為內(nèi)部提供高達(dá)4GBps以上的數(shù)據(jù)傳輸帶寬使其具備無可替代的優(yōu)勢(shì)。

　　隨著高清IP攝像機(jī)的不斷成熟和快速普及，大量功能全面、性能優(yōu)秀，同時(shí)嵌入了ISP、H.264視頻編碼、高性能ARM處理器和以太網(wǎng)接口的攝像機(jī)單芯片SoCASIC方案，在監(jiān)控市場(chǎng)上大量涌現(xiàn)。這些SoC供應(yīng)商包括TI、海思、NXP等等。這些單芯片SoCASIC憑借低成本、低功耗的明顯優(yōu)勢(shì)，使FPGA在ISP領(lǐng)域的應(yīng)用范圍大幅縮小。這種情況一直持續(xù)到2012年下半年，在高清CMOSIP攝像機(jī)產(chǎn)品中尤為明顯。

　　與這種趨勢(shì)相抗衡的是，第一，對(duì)于高清CCD攝像機(jī)，F(xiàn)PGA的地位仍然不可動(dòng)搖。由于驅(qū)動(dòng)CCD圖像傳感器的時(shí)序信號(hào)具有自定義和靈活性的要求，F(xiàn)PGA不可缺少。

　　第二，視頻監(jiān)控領(lǐng)域的智能化趨勢(shì)將大力推進(jìn)FPGA在此領(lǐng)域的深入應(yīng)用。高清視頻監(jiān)控應(yīng)用，其數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化已逐漸成熟，現(xiàn)在正在向智能化快速邁進(jìn)。高清IP攝像機(jī)的智能化，提出了包括各種人、物體和文字的檢測(cè)、識(shí)別和提取，目標(biāo)行為分析和統(tǒng)計(jì)等等需求，都需要巨大的運(yùn)算量。由于安防系統(tǒng)對(duì)關(guān)鍵事件的快速發(fā)現(xiàn)和響應(yīng)的高要求，這些運(yùn)算都必須在短時(shí)間內(nèi)完成。單位時(shí)間內(nèi)的高密度運(yùn)算，正是FPGA的強(qiáng)項(xiàng)所在。

　　關(guān)于FPGA

　　FPGA（Field－ProgrammableGateArray），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。