基于FPGA的視頻監控時代

視頻監控市場及發展趨勢

不斷升級的安全問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域的技術創新徹底改變了視頻監控行業，這不限于安防，還包括銀行、交通、教育、零售、醫療保健，游戲和其他領域。根據ABI Research的預測，整個視頻監控市場的收入將從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。

視頻監控已經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到通過以太網的IP網絡攝像機的視頻流，到基于云計算的網絡視頻錄像機(NVR)。取代了現場觀看，連續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實施基于事件的錄像和報警觸發，并通過記錄材料自動搜索。

這些先進的安防和監控設備與先進的圖像傳感器技術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、高動態范圍(HDR)處理和視頻分析。

攝相機的體系結構

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器件上實現兆像素網絡攝像機的一個實例。

圖1 用FPGA實現的攝相機架構

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用