基于FPGA的高等級視頻監控系統搭建

全視頻幀速率下的高分辨率(HD)安全監控處理系統對處理器件的要求越來(lái)越高，單芯片DSP處理已經(jīng)無(wú)法適應，多芯片、多核或者CPU+DSP的方式雖然在某些情況下能夠滿(mǎn)足需求，但其在PCB成本、系統資源占用以及系統穩定性等方面還存在一些問(wèn)題。利用FPGA的靈活特性加載視頻處理引擎的新型系統架構正在引起人們的關(guān)注。

利用FPGA搭建高等級視頻監控系統(附圖)

成本和性能的挑戰

Xilinx亞洲區資深系統架構師江允貴表示，監控視頻智能分析系統的市場(chǎng)規模在2012年將達到8億美元。對于攝像機和DVR等視頻監控網(wǎng)絡(luò )設備的設計商和提供商而言，受制于處理性能、成本和電源等方面的限制，單芯片解決方案商業(yè)或技術(shù)上是不可行的。而利用他們的Spartan-3ADSPFPGA的可編程和性?xún)r(jià)比優(yōu)勢，可以滿(mǎn)足攝像機、虛擬障礙、對象滯后和人數統計等多樣監測功能，并以單芯片的方式集成到攝像機中。

FPGA要做到這一點(diǎn)需要強大的視頻處理引擎來(lái)支持，位于美國加州伯克利的Eutecus公司開(kāi)發(fā)了一種蜂窩視覺(jué)技術(shù)(CVT)，這是下一代極高速影像流捕獲和處理技術(shù)，整合了獨立的大量平行處理架構和算法。Eutecus公司總裁兼CEOStephenD.Hester表示，CVT技術(shù)受到人類(lèi)的肉眼的處理結構的啟發(fā)，利用該項技術(shù)他們可以針對智能視頻監控和安全市場(chǎng)，為FPGA和其它器件提供影像處理IP。“我們在開(kāi)發(fā)多核視頻分析引擎(MVE)時(shí)遇到了難題，”Hester說(shuō)，“我們的第一代產(chǎn)品基于TI的達芬奇SoC。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。多個(gè)DSP器件方案無(wú)論在成本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。”

基于Spartan-3A的處理架構

經(jīng)過(guò)一番調研，Eutecus找到了Xilinx公司的Spartan-3ADSP3400A。該器件中的126個(gè)XtremeDSPDSP48A邏輯片能夠提供高達30GMAC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。MVE能夠實(shí)現在視頻幀速下處理高清分辨率，且功率小于1W。它是易配置、緊湊型的處理架構，在一塊可配置建構模塊中整合了固有的平行多核處理架構、嵌入式復雜視頻分析算法，因此簡(jiǎn)化了硬件設計和編程。MVE可同時(shí)全面地執行多個(gè)事件檢測和并行分類(lèi)算法。

從一個(gè)平臺轉向另一個(gè)平臺架構，可移植性是需要考慮的重要因素。Xilinx的EDK嵌入式開(kāi)發(fā)套件可以實(shí)現基于XilinxMicroBlaze嵌入式處理器的雙處理器硬件架構，該架構與TI公司達芬奇平臺雙處理器硬件架構類(lèi)似。這樣一來(lái)，Eutecus在設計移植方面沒(méi)有任何顧慮。

“MVE嵌入在賽靈思Spartan-3ADSPFPGA中，能夠使智能相機或其它網(wǎng)絡(luò )裝置如DVR中的單芯片實(shí)現復雜的視頻分析功能。”江允貴表示，“利用FPGA可以根據客戶(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?？梢岳猛挥布脚_創(chuàng )建多種不同的衍生產(chǎn)品。Eutecus使用VHDL設計了多種分析加速器引擎，并將這些專(zhuān)用內核集成到C-MVA協(xié)處理器中。這種方法允許工程師重新利用雙MicroBlaze嵌入式系統來(lái)創(chuàng )建不同的FPGA編程文件，這樣就構成了高度可擴展的解決方案，可以輕松調節適應范圍廣泛的視頻分析應用。”