基于賽靈思Spartan-3A DSP的安全視頻分析

視頻分析對性能處理的要求可充分發(fā)揮賽靈思FPGA的并行架構、嵌入式和DSP處理能力所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。

　　范圍廣泛的安全分析應用對處理帶寬的要求迫使企業(yè)重新考慮系統硬件的設計方法。單個(gè)視頻和圖像DSP處理器已經(jīng)不能以可接受的數據速率完成某些計算密集的分析運算了。此外，也沒(méi)有強大可靠的解決方案能夠在全視頻幀速率下處理高分辨率（HD）。這也迫使系統工程師考慮多芯片或其它單芯片系統。兩種解決方案各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

　　由多片DSP組成的多芯片系統一般可為設計人員提供更為熟悉的設計流程，但卻增加了PCB成本、占用板級/系統級空間，同時(shí)還可能帶來(lái)系統性能問(wèn)題。另一方面，單芯片解決方案看起來(lái)在成本、封裝和功耗方面具有優(yōu)勢，但可能會(huì )在無(wú)形中增加設計人員的學(xué)習難度，提高設計項目的復雜性和工程成本，并且有可能拖延產(chǎn)品發(fā)布的時(shí)間。

　　這也是位于加州伯克利的視頻分析公司Eutecus在開(kāi)發(fā)下一代安全分析產(chǎn)品—多核視頻分析引擎（MVE™）時(shí)遇到的難題。

　　我們的第一代產(chǎn)品基于德州儀器（TI）的達芬奇（DaVinci）數字媒體片上系統（SoC）平臺。 但在第二代產(chǎn)品中，我們需要更強大的處理能力和系統集成度。我們很快發(fā)現多個(gè)DSP器件的解決方案無(wú)論在成本上還是在系統一級效益都不高。我們需要一個(gè)能夠方便地將上一代產(chǎn)品移植過(guò)來(lái)，并且能夠為我們的第二代MVE提供更多特性的單芯片解決方案。

　　經(jīng)過(guò)一番調研，我們找到了賽靈思公司的Spartan®-3A DSP 3400A。該器件提供了126 個(gè)專(zhuān)用 XtremeDSP®DSP48A邏輯片，可以提供足夠的性能來(lái)滿(mǎn)足我們的系統要求，并且價(jià)格也很有吸引力。

　　當進(jìn)一步了解到賽靈思嵌入式開(kāi)發(fā)套件（EDK）支持Spartan-3A DSP之后，我們對設計移植方面的擔心也很快消失了。賽靈思公司的EDK嵌入式開(kāi)發(fā)套件可以實(shí)現基于賽靈思MicroBlaze®嵌入式處理器的雙處理器硬件架構，與TI公司DaVinci平臺雙處理器硬件架構類(lèi)似。

　　選定器件之后，開(kāi)始將現有的基于DaVinci的代碼移植到賽靈思雙處理器嵌入式系統，以創(chuàng )造一個(gè)單芯片視頻安全分析設計。然后，在FPGA構造中創(chuàng )建了適量的加速器模塊來(lái)滿(mǎn)足性能要求，其中包括在全幀速率下處理高分辨率視頻。這就是第二代MVE系統，現在已經(jīng)成功地銷(xiāo)售到航空航天/國防、機器視覺(jué)和監控市場(chǎng)。

　　視頻分析產(chǎn)品簡(jiǎn)介

　　多核視頻分析引擎（MVE）基于InstantVision Embedded® 軟件和能夠提供許多高級功能的專(zhuān)用C-MVA®協(xié)處理器。

　　MVE/C-MVA最新版本能夠以全幀速率處理高分辨率視頻。其功耗還不到1瓦，能夠以全并行方式執行多種事件檢測和分類(lèi)算法。圖1給出的是一個(gè)交通監控應用中視頻分析輸出的例子，針對不同類(lèi)型的車(chē)輛、車(chē)流方向、車(chē)道變化以及違規變道等情況進(jìn)行了分類(lèi)，所有這些都是并發(fā)進(jìn)行的并且利用不同的顏色進(jìn)行了標記。

圖 1. 多內核視頻分析引擎 (MVE)及示例應用的發(fā)展路線(xiàn)圖

　　設計C-MVA協(xié)處理器的目標是能夠擴展其運算的復雜度以支持密集物體空間的分析功能，此時(shí)需要重疊分析和處理不完整的對象/事件，因此特別具有挑戰性。專(zhuān)用DSP在這方面的支持性很差，而且計算可擴展能力也不好。而FPGA在這兩個(gè)方面則具有更大的靈活性。

　　Spartan-3A DSP 3400A FPGA中的126個(gè)XtremeDSP DSP48A邏輯片能夠提供高達30 GMAC的DSP性能，因此完全能夠滿(mǎn)足視頻分析應用苛刻的成本和性能要求。賽靈思FPGA還允許我們根據客戶(hù)需求增加更多視頻分析功能以及相關(guān)的事件檢測事例。我們在表1中做了小結。