主頁（http://www.130131.com）：高清監(jiān)控走向主流 FPGA迎來廣闊市場空間 FPGA視頻監(jiān)控應(yīng)用迅速打開 以全國“平安城市”項目為代表的大量高清視頻監(jiān)控需求的高速增長，以及當(dāng)時高清攝像機(jī)所必須的ISP芯片ASIC/ASSP還不成熟，給FPGA留出了施展其可編程優(yōu)勢的空間和舞臺。 在2009年之前，視頻監(jiān)控還處于標(biāo)清（D1分辨率，40萬像素）時代，攝像機(jī)使用的圖像信號處理（ImageSignalProcessing，簡稱ISP）芯片，基本被索尼公司推出的一代又一代ASIC芯片組所壟斷。高清監(jiān)控需求的崛起，改變了這種局面，也給FPGA打造了寬闊的施展平臺。所以說，F(xiàn)PGA在視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用，是隨著高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的興起而打開的。具有代表性的是，由于2010年上海世博會的召開，上海浦東世博會高清監(jiān)控項目，需安裝的高清CCDIP攝像機(jī)達(dá)到1萬多臺。在每臺攝像機(jī)中，都需使用FPGA芯片。 FPGA在視頻監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用空間就此被迅速打開，其主要原因是以全國“平安城市”項目為代表的大量高清視頻監(jiān)控需求的高速增長，以及當(dāng)時高清攝像機(jī)所必須的ISP芯片ASIC/ASSP還不成熟，給FPGA留出了施展其可編程優(yōu)勢的空間和舞臺。這是FPGA蠶食ASIC市場的一個典型事例。 總體來說，F(xiàn)PGA在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的主流應(yīng)用包括： 一是用于高清攝像機(jī)的大運算量圖像處理。這包括與常用攝像機(jī)SoCASIC所集成的圖像處理硬核相比，在功能和性能方面進(jìn)行了差異化增強(qiáng)（例如去霧、防抖、圖像非一致性校正等）的ISP設(shè)計、視頻智能分析算法等。 二是CCD時序驅(qū)動信號生成。使用不同廠家的CCD圖像傳感器，需要設(shè)計不同的CCD驅(qū)動時序信號。 三是用于視頻監(jiān)控中心的高清數(shù)字視頻矩陣切換和光纖視頻通道接入。 靈活性與高密度運算是強(qiáng)項 FPGA可大規(guī)模并行的高密度運算、邏輯可編程的靈活性、超高帶寬數(shù)據(jù)互連和可為內(nèi)部提供高達(dá)4GBps以上的數(shù)據(jù)傳輸帶寬使其具備無可替代的優(yōu)勢。 隨著高清IP攝像機(jī)的不斷成熟和快速普及，大量功能全面、性能優(yōu)秀，同時嵌入了ISP、H.264視頻編碼、高性能ARM處理器和以太網(wǎng)接口的攝像機(jī)單芯片SoCASIC方案，在監(jiān)控市場上大量涌現(xiàn)。這些SoC供應(yīng)商包括TI、海思、NXP等等。這些單芯片SoCASIC憑借低成本、低功耗的明顯優(yōu)勢，使FPGA在ISP領(lǐng)域的應(yīng)用范圍大幅縮小。這種情況一直持續(xù)到2012年下半年，在高清CMOSIP攝像機(jī)產(chǎn)品中尤為明顯。 與這種趨勢相抗衡的是，第一，對于高清CCD攝像機(jī)，F(xiàn)PGA的地位仍然不可動搖。由于驅(qū)動CCD圖像傳感器的時序信號具有自定義和靈活性的要求，F(xiàn)PGA不可缺少。 第二，視頻監(jiān)控領(lǐng)域的智能化趨勢將大力推進(jìn)FPGA在此領(lǐng)域的深入應(yīng)用。高清視頻監(jiān)控應(yīng)用，其數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化已逐漸成熟，現(xiàn)在正在向智能化快速邁進(jìn)。高清IP攝像機(jī)的智能化，提出了包括各種人、物體和文字的檢測、識別和提取，目標(biāo)行為分析和統(tǒng)計等等需求，都需要巨大的運算量。由于安防系統(tǒng)對關(guān)鍵事件的快速發(fā)現(xiàn)和響應(yīng)的高要求，這些運算都必須在短時間內(nèi)完成。單位時間內(nèi)的高密度運算，正是FPGA的強(qiáng)項所在。 在視頻監(jiān)控領(lǐng)域，F(xiàn)PGA用來戰(zhàn)勝ASIC或者SoC所依靠的優(yōu) 勢主要有： 第一，可大規(guī)模并行的高密度運算; 第二，邏輯可編程的靈活性; 第三，大量3.125Gbps或以上高速SERDES的超高帶寬數(shù)據(jù)互連; 第四，嵌入了ARMA9處理器的FPGA，可以為其內(nèi)部CPU和FPGA邏輯之間提供高達(dá)4GBps或以上的數(shù)據(jù)傳輸帶寬。 在視頻監(jiān)控這個FPGA的新興市場，F(xiàn)PGA和ASIC/ASSP兩種方案，依然是共存的，且競爭依舊激烈。從本質(zhì)上看，兩種方案都是憑借自己有別于對方的技術(shù)特色，取得競爭優(yōu)勢。 與ASIC相比，F(xiàn)PGA的功耗偏大、成本偏高的短板也是明顯的。只是，隨著半導(dǎo)體工藝的不斷推陳出新，這些短板也在持續(xù)改進(jìn)之中，我們需要以發(fā)展、變化的眼光去看待。 從宏觀上看，隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，與ASIC方案相比，F(xiàn)PGA的發(fā)展優(yōu)勢將越來越明顯，成長空間也廣闊。因為FPGA保持著兩個根本優(yōu)勢： 第一，F(xiàn)PGA總是可以基于最新的半導(dǎo)體工藝進(jìn)步，實現(xiàn)跨入下一代的升級。這是許多ASIC方案無法實現(xiàn)的。因為不斷使用最新半導(dǎo)體工藝開發(fā)芯片，意味著開發(fā)階段的投片成本以幾何級數(shù)增加，這要求每一個以新工藝開發(fā)的ASIC項目，其市場銷量也需要比上一代成倍增加，如此一來，能夠持續(xù)與FPGA競爭、持續(xù)使用新工藝開發(fā)的ASIC項目只會越來越少。觀察FPGA我們看到，由于FPGA是通用的可編程芯片，每次開發(fā)出新一代的FPGA，其投片費用其實是由全世界的FPGA用戶分擔(dān)的，所以在持續(xù)使用半導(dǎo)體新工藝方面沒有障礙。 第二，由于FPGA的升級換代可以與半導(dǎo)體新工藝的發(fā)展同步，這給予了FPGA在性能、功耗等方面持續(xù)提升的空間，也給FPGA在性價比方面超越ASIC提供了可能。誠然，在不斷演進(jìn)的過程中，F(xiàn)PGA的成本下降趨勢可能會逐步放緩或進(jìn)入平臺區(qū)。 基于FPGA的以上優(yōu)勢，我們有理由對FPGA的未來發(fā)展空間充滿信心。 未來需更低功耗與成本 未來視頻監(jiān)控系統(tǒng)必將變得越來越復(fù)雜，對FPGA提出的要求基本方向沒有改變，即更強(qiáng)的運算性能和IO帶寬、更低的功耗、更低的成本。 當(dāng)前的視頻監(jiān)控應(yīng)用，對FPGA器件性能提出了更高的要求，包括： 一是更高的系統(tǒng)時鐘頻率。對于處理1080p分辨率、幀率為50fps/60fps的視頻，F(xiàn)PGA硬件流水線的系統(tǒng)時鐘至少需運行在148.5MHz或以上。還需要FPGA提供160MHz或以上的系統(tǒng)最高主頻。 二是FPGA需經(jīng)常承擔(dān)單位時間內(nèi)基于視頻幀的高密度數(shù)據(jù)運算。不同的算法所需要讀取的參考幀數(shù)量不同。這些高清視頻幀數(shù)據(jù)的快速訪問，需要FPGA提供足夠大的DDRSDRAM讀寫有效帶寬。每增加1幀1080p/50的YUV422數(shù)據(jù)讀取，需DDRSDRAM控制器增加210MBps的有效帶寬。
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