高清視頻監(jiān)控走向主流 FPGA迎來廣闊市場(chǎng)空間

我們知道，通信領(lǐng)域歷來是FPGA應(yīng)用的傳統(tǒng)主流市場(chǎng)，也是業(yè)界領(lǐng)先FPGA廠商傾力爭(zhēng)奪的大市場(chǎng)。但是從2009年開始，隨著百萬像素高清標(biāo)準(zhǔn)（720p及1080p）在視頻監(jiān)控領(lǐng)域從小眾走向主流，FPGA應(yīng)用迎來了又一個(gè)廣闊的市場(chǎng)空間。

　　FPGA視頻監(jiān)控應(yīng)用迅速打開

　　以全國(guó)“平安城市”項(xiàng)目為代表的大量高清視頻監(jiān)控需求的高速增長(zhǎng)，以及當(dāng)時(shí)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(shì)的空間和舞臺(tái)。

　　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(shí)代，攝像機(jī)使用的圖像信號(hào)處理（Image Signal Processing，簡(jiǎn)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(tái)。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(huì)的召開，上海浦東世博會(huì)高清監(jiān)控項(xiàng)目，需安裝的高清CCD IP攝像機(jī)達(dá)到1萬多臺(tái)。在每臺(tái)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(guó)“平安城市”項(xiàng)目為代表的大量高清視頻監(jiān)控需求的高速增長(zhǎng)，以及當(dāng)時(shí)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(shì)的空間和舞臺(tái)。這是FPGA蠶食ASIC市場(chǎng)的一個(gè)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(yùn)算量圖像處理。這包括與常用攝像機(jī)SoC ASIC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(jì)、視頻智能分析算法等。

　　二是CCD時(shí)序驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成。使用不同廠家的CCD圖像傳感器，需要設(shè)計(jì)不同的CCD驅(qū)動(dòng)時(shí)序信號(hào)。

　　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(yùn)算是強(qiáng)項(xiàng)

　　FPGA可大規(guī)模并行的高密度運(yùn)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(shì)。

　　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(shí)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SoC ASIC方案，在監(jiān)控市場(chǎng)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SoC ASIC憑借低成本、低功耗的明顯優(yōu)勢(shì)，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CMOS IP攝像機(jī)產(chǎn)品中尤為明顯。

　　與這種趨勢(shì)相抗衡的是，第一，對(duì)于高清CCD攝像機(jī)，F(xiàn)PGA的地位仍然不可動(dòng)搖。由于驅(qū)動(dòng)CCD圖像傳感器的時(shí)序信號(hào)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(shì)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(cè)、識(shí)別和提取，目標(biāo)行為分析和統(tǒng)計(jì)等等需求，都需要巨大的運(yùn)算量。由于安防系統(tǒng)對(duì)關(guān)鍵事件的快速發(fā)現(xiàn)和響應(yīng)的高要求，這些運(yùn)算都必須在短時(shí)間內(nèi)完成。單位時(shí)間內(nèi)的高密度運(yùn)算，正是FPGA的強(qiáng)項(xiàng)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)