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越高，單芯片DSP處理已經無法適應，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等視頻監控網絡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或技術上是不可行的。而利用他們的Spartan-3ADSPFPGA的可編程和性價比優勢，可以滿足攝像機、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要做到這一點需要強大的視頻處理引擎來支持，位于美國加州伯克利的Eutecus公司開發了一種蜂窩視覺技術(CVT)，這是下一代極高速影像流捕獲和處理技術，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技術受到人類的肉眼的處理結構的啟發，利用該項技術他們可以針對智能視頻監控和安全市場，為FPGA和其它器件提供影像處理IP。“我們在開發多核視頻分析引擎(MVE)時遇到了難題，”Hester說，“我們的第一代產品基于TI的達芬奇SoC。但在第二代產品中，我們需要更強大的處理能力和系統集成度。多個DSP器件方案無論在成本還是在系統一級效益都不高。我們需要一個能夠方便地將上一代產品移植過來，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

經過一番調研，Eutecus找到了Xilinx公司的Spartan-3ADSP3400A。該器件中的126個XtremeDSPDSP48A邏輯片能夠提供高達30GMAC的DSP性能，因此完全能夠滿足視頻分析應用苛刻的成本和性能要求。MVE能夠實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，因此簡化了硬件設計和編程。MVE可同時全面地執行多個事件檢測和并行分類算法。

從一個平臺轉向另一個平臺架構，可移植性是需要考慮的重要因素。Xilinx的EDK嵌入式開發套件可以實現基于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似。這樣一來，Eutecus在設計移植方面沒有任何顧慮。

“MVE嵌入在賽靈思Spartan-3ADSPFPGA中，能夠使智能相機或其它網絡裝置如DVR中的單芯片實現復雜的視頻分析功能。”江允貴表示，“利用FPGA可以根據客戶需求增加更多視頻分析功能以及相關的事件檢測事例。可以利用同一硬件平臺創建多種不同的衍生產品。Eutecus使用VHDL設計了多種分析加速器引擎，并將這些專用內核集成到C-MVA協處理器中。這種方法允許工程師重新利用雙MicroBlaze嵌入式系統來創建不同的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。”