基于FPGA的視頻監控時(shí)代

視頻監控市場(chǎng)及發(fā)展趨勢

不斷升級的安全問(wèn)題迫使各國政府和機構在監控和安全設備上投入巨資。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控行業(yè)，這不限于安防，還包括銀行、交通、教育、零售、醫療保健，游戲和其他領(lǐng)域。根據ABI Research的預測，整個(gè)視頻監控市場(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%的復合年增長(cháng)率。

視頻監控已經(jīng)從模擬標準清晰度攝像機和VCR轉變到兆像素的高清攝像機，以及DVR到通過(guò)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)。取代了現場(chǎng)觀(guān)看，連續記錄和通過(guò)記錄材料的可視化搜索，智能攝像機和錄像機目前已能夠實(shí)施基于事件的錄像和報警觸發(fā)，并通過(guò)記錄材料自動(dòng)搜索。

這些先進(jìn)的安防和監控設備與先進(jìn)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合。這些包括攝像機的架構，傳感器接口/傳感器橋接、圖像信號處理、高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)處理和視頻分析。

攝相機的體系結構

一個(gè)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(shí)現兆像素網(wǎng)絡(luò )攝像機的一個(gè)實(shí)例。

圖1 用FPGA實(shí)現的攝相機架構

傳感器接口/傳感器橋接

通常圖像信號處理器(ISP)有一個(gè)或多個(gè)圖像傳感器接口。最常見(jiàn)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(guò)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換MIPI、HiSPi sub-LVDS信號至并行接口。低成本的FPGA可用于轉換MIPI、HiSPi或sub-LVDS接口至并行接口。在圖2中，萊迪思的MachXO2 FPGA用于轉換來(lái)自?xún)蓚€(gè)Aptina圖像傳感器(MT9034)的HiSPi傳感器信號到一個(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用