1、FPGA在智能視頻監(jiān)控中的應(yīng)用：FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。由于平安城市建設(shè)的需要，更加推動(dòng)了視頻監(jiān)控的發(fā)展，從而也推動(dòng)了FPGA在這一領(lǐng)域的應(yīng)用。尤其現(xiàn)在要求多通道、高清晰、網(wǎng)絡(luò)化、通信接口高速化、智能化，都促進(jìn)了FPGA在這一領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。反之，F(xiàn)PGA的芯片技術(shù)、IP核、參考設(shè)計(jì)的進(jìn)步和更新，又推動(dòng)了視頻監(jiān)控的發(fā)展?，F(xiàn)在，單純采用DSP處理器或現(xiàn)成芯片（ASSP）的方法已難以滿足高性能系統(tǒng)的需求。但由于目前可編程器件具有很高的集成度和靈活性，以及低功耗和寬泛的工作范圍，其價(jià)格又不斷在下降，因此利用可編程邏輯門陣列（FPGA）*的高性能和靈活性，使其可構(gòu)建許多視頻監(jiān)控產(chǎn)品。

　　目前，IP攝像機(jī)的分辨率正在由標(biāo)清D1逐步進(jìn)化到高清（1280×1024），并且必須進(jìn)行本地實(shí)時(shí)壓縮，因而只能采用硬壓縮方式。如果采用多片DSP處理器，則將使系統(tǒng)成本、集成度和功耗增加，而讓用戶無(wú)法接受;如果采用單片低成本的FPGA器件，則性能又無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。但若采用單片高性能的Stratix系列FPGA器件，則可達(dá)到要求。因?yàn)檫@種器件是具有相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)化ASIC-Hard-Copy系列器件，還可進(jìn)一步將成本降低到1/10，并降低50%的功耗。因此，可采用這種FPGA器件作單路高清IP攝像機(jī)，欲知詳情可參閱本人撰寫在AS《安防工程商》中“用于平安城市的智能網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案”一文，其1路1280×1024/25幀/s+1路CIF/25幀/s與H.264視頻壓縮均將在FPGA硬件中實(shí)現(xiàn)。

　　軟壓縮DVR所實(shí)現(xiàn)的功能大多邏輯復(fù)雜度不高，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)通路性能有一定的要求，需要具有高速接口通信能力，因而也適合用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)。其縮放部分以及視頻濾波等預(yù)處理工作、DMA控制器、音頻FIFO和PCI-E部分可全部放入FPGA中。這里采用FPGA的好處是，可以靈活地實(shí)現(xiàn)任意多路的視頻輸入，并且視頻預(yù)處理的功能可以根據(jù)不同攝像機(jī)的特性靈活定制，從而達(dá)到*效果。

　　硬壓縮，是指采用硬件（如DSP處理器、媒體處理器和FPGA器件）來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻壓縮，然后直接存貯或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送等。而從成本和易實(shí)現(xiàn)性等方面考慮，Stratix系列FPGA更適合H.264高清分辨率壓縮。多路硬壓縮DVR的通道數(shù)包含4、8、16通道，有的甚至超過(guò)24通道。系統(tǒng)的核心是多通道壓縮，用FPGA實(shí)現(xiàn)方案與傳統(tǒng)的ASSP或DSP處理器實(shí)現(xiàn)方法不同，它是一種更靈活、可擴(kuò)展性更強(qiáng)、單路視頻成本和功耗更低的解決方案。的65nm低成本FPGA CycloneⅢ在功耗方面擁有很大優(yōu)勢(shì)，這種單芯片可以支持zui大到16通道的H.264編碼。欲了解用FPGA實(shí)現(xiàn)硬壓縮與軟壓縮DVR的，可參閱本人撰寫在AS《安防工程商》中“智能網(wǎng)絡(luò)DVR的實(shí)現(xiàn)方案”一文。

　　為了能在本地監(jiān)視多通道的畫面，通常需要復(fù)用多通道視頻數(shù)據(jù)和對(duì)畫面進(jìn)行分割與縮放，因此，必須將標(biāo)準(zhǔn)的CCIR656格式數(shù)據(jù)送入視頻復(fù)用縮放分割部分處理。FPGA CycloneⅢ器件中豐富的M9K內(nèi)存資源較適合用作視頻復(fù)用縮放算法時(shí)必需的行緩存，從而這部分能快速實(shí)現(xiàn)畫面復(fù)用縮放及分割功能。然后送入多通道H.264 D1+CIF編碼部分，而FPGA內(nèi)在的強(qiáng)大并行處理能力可以滿足H.264算法對(duì)處理速度的要求。這與多個(gè)ASSP或DSP處理器實(shí)現(xiàn)方案相比，單芯片F(xiàn)PGA提供了更穩(wěn)定的系統(tǒng)性能、更低的成本以及*的性價(jià)比。

         2、用FPGA實(shí)現(xiàn)DSP實(shí)時(shí)視頻處理功能

　　與ASSP和芯片組解決方案相比，F(xiàn)PGA可根據(jù)設(shè)計(jì)工程師的實(shí)際需求提供不同層次的靈活性，并保持明顯優(yōu)于傳統(tǒng)DSP的性能。實(shí)時(shí)視頻處理對(duì)系統(tǒng)性能的要求*，因此幾乎所有只具zui簡(jiǎn)單功能的通用DSP都不具備這項(xiàng)功能。而可編程邏輯器件允許設(shè)計(jì)人員利用并行處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)處理算法，并且只需單個(gè)器件就能實(shí)現(xiàn)所期望的性能?；贒SP的解決方案通常需要在單板上嵌入許多DSP，以得到必需的處理能力，這無(wú)疑將增加程序資源和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器資源開銷。由于在極窄的傳輸信道（如無(wú)線信道）上發(fā)送高帶寬視頻數(shù)據(jù)并保持適當(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）極其困難，因此設(shè)計(jì)人員建立在FPGA實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上致力于改進(jìn)糾錯(cuò)、壓縮和圖像處理技術(shù)。MPEG-4算法的核心是一種稱為離散余弦變換（DCT）的操作，其DCT部分已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化并能在FPGA中有效實(shí)現(xiàn)，許多MPEG解碼器在這些部分（如運(yùn)動(dòng)估計(jì)模塊）也使用了FPGA。因?yàn)镕PGA可重新配置，因此器件能方便地進(jìn)行刷新，并在整個(gè)開發(fā)階段（包括配置之后）集成新算法。

　　視頻系統(tǒng)另一重要部分是色彩空間轉(zhuǎn)換，采用FPGA的系統(tǒng)架構(gòu)就能調(diào)整應(yīng)用系統(tǒng)的算法，由此實(shí)現(xiàn)*的性能和效率。FPGA可以通過(guò)定制調(diào)整提供實(shí)用價(jià)值的高性能率產(chǎn)品，設(shè)計(jì)人員可在適用范圍和速率之間進(jìn)行折衷考慮，從而以比DSP時(shí)鐘低得多的速率實(shí)現(xiàn)功能。如在中值濾波器應(yīng)用中，DSP處理器需要67個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行算法，而FPGA只需工作在25MHz頻率下，因?yàn)镕PGA能并行實(shí)現(xiàn)該功能。但實(shí)現(xiàn)上述功能的DSP必須工作在1.5GHz頻率下，可見在此特定應(yīng)用中，F(xiàn)PGA解決方案的處理能力可以達(dá)到100MHz DSP處理器的17倍。

　　許多實(shí)時(shí)圖像和視頻處理功能均適合于用FPGA器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括有：圖像旋轉(zhuǎn)、圖像縮放色彩校正和色度校正、陰影增強(qiáng)、邊緣檢測(cè)、直方圖功能、銳化、中值濾波器和斑點(diǎn)分析等。許多功能都針對(duì)特定的應(yīng)用和系統(tǒng)，并構(gòu)建在核心架構(gòu)（如2D-FIR濾波器）之上。我們可以利用HDL設(shè)計(jì)語(yǔ)言或內(nèi)核設(shè)計(jì)工具（如Xilinx CoreGen軟件）中的DSP程序塊迅速實(shí)現(xiàn)這些功能。此外，還能通過(guò)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)方法，利用Matlabs Simulink和Xilinx System Generator工具進(jìn)一步減少設(shè)計(jì)和仿真時(shí)間。

　　3、利用FPGA構(gòu)建嵌入式系統(tǒng)的圖像和視頻控制器

　　采用FPGA器件構(gòu)建視頻和圖像控制器，正在使圖像顯示技術(shù)進(jìn)入越來(lái)越多的嵌入式應(yīng)用。由于在性能和靈活性方面的組合，F(xiàn)PGA在DSP領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越普遍。

　　Ac公司宣布推出全新的低功耗現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）系列IGLOO PLUS，進(jìn)一步擴(kuò)展其面向具有功耗意識(shí)設(shè)計(jì)的廣泛的低功耗可編程解決方案資源。全新的FPGA器件提供可編程邏輯器件中每I/O*的功耗、面積、邏輯和功能比率。IGLOO PLUS系列的靜態(tài)功耗僅5μW，并經(jīng)過(guò)I/O優(yōu)化，比較Ac屢獲殊榮的IGLOO系列提供多出64%的I/O，并支持獨(dú)立的施密特觸發(fā)器輸入、熱插拔和Flash Freeze總線保持。由于IGLOO PLUS系列器件具有低功耗和經(jīng)I/O優(yōu)化，這使其成為消費(fèi)電子、工業(yè)、通信、醫(yī)療和測(cè)試應(yīng)用領(lǐng)域中便攜式電子設(shè)備的理想選擇，尤其是那些需要I/O密集內(nèi)存總線操作、通用I/O擴(kuò)展、排序、接口轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)，以及人機(jī)界面觸摸屏和鍵盤技術(shù)的應(yīng)用。