基于FPGA的視頻監(jiān)控時代

視頻監(jiān)控市場及發(fā)展趨勢

不斷升級的安全問題迫使各國政府和機構(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，整個視頻監(jiān)控市場的收入將從2008年的16億美元增加到2015年的29億美元，有9%的復合年增長率。

視頻監(jiān)控已經(jīng)從模擬標準清晰度攝像機和VCR轉(zhuǎn)變到兆像素的高清攝像機，以及DVR到通過以太網(wǎng)的IP網(wǎng)絡(luò)攝像機的視頻流，到基于云計算的網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(NVR)。取代了現(xiàn)場觀看，連續(xù)記錄和通過記錄材料的可視化搜索，智能攝像機和錄像機目前已能夠?qū)嵤┗谑录匿浵窈蛨缶|發(fā)，并通過記錄材料自動搜索。

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

攝相機的體系結(jié)構(gòu)

一個典型的攝相機由圖像傳感器，圖像信號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器件上實現(xiàn)兆像素網(wǎng)絡(luò)攝像機的一個實例。

圖1 用FPGA實現(xiàn)的攝相機架構(gòu)

傳感器接口/傳感器橋接

通常圖像信號處理器(ISP)有一個或多個圖像傳感器接口。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Aptina圖像傳感器(MT9034)的HiSPi傳感器信號到一個并行格式，然后用TI DSP器件(DM8127)進行處理。

圖2 使用FPGA的傳感器接口橋接應(yīng)用