基于FPGA的视频监控/安全系统实现解决方案

系统集成组合了不同器件的优势：DSP处理器有时集成了ASSP IP模块，ASSP/ASIC有时集成了处理器，FPGA有时集成了硬处理器和硬IP核。

对于视频监控系统(图1)，由于这些任务的时序性质，用DSP处理器可以有效实施视频分析功能和处理器块。然而在有些情况下，FPGA的加速功能有助于进行一些视频分析功能，如运动检测、面部识别等。

如图1所示的H.264编码器是一个要求高吞吐量、硬件灵活性低、大且复杂的功能块，通常是用ASSP或ASIC来实现，以获得小尺寸的解决方案。

但是ASIC和ASSP带来了高昂的非重复性工程费用成本，除非批量非常大。如果只有一小部分用户使用特殊的功能模块，那么FPGA解决方案可提供更好的回报。对于ASIC和ASSP，这些器件有限的功能和固有的不灵活性，不允许在设计完成后根据市场的要求改进或添加新的功能。FPGA却能提供广泛的功能和高度的灵活性。

具有下列要求的视频监控系统模块将受益于FPGA的灵活性:(1)这视频和音频接口以及多路复用器需要硬件的灵活性，以支持不同的摄像机和不同数目的摄像机。(2)DDR接口必须支持不同的存储器总线宽度和不同的DDR标准。(3)支持各种图像信号处理算法(二维FIR滤波器、二维中值滤波器、缩放、边缘检测、伽玛校正、alpha混合、白平衡、镜头阴影校正、缺陷像素校正、去马赛克、逐行扫描，彩色空间校正等)，在一个特定的视频监控摄像机实施方案中可能需要各种算法的子集。这些算法结构的有效实现取决于吞吐量的要求，而吞吐量的要求又取决于系统中摄像机的数量和视频标准采样率。(4)在视频监控摄像系统中并非总是需要硬盘驱动器接口和以太网接口，但可作为选择方案。(5)并非总是需要显示器接口，当需要它时，有很多不同的可以实现的显示器接口可供选择。(6)只在某些系统中需要加密和认证。根据不同视频格式的不同的吞吐量要求，以及在一个特定的监控系统中不同的摄像机数量，最佳加密和认证系统可能需要不同的尺寸最优的实现架构。

许多网络IP摄像机受到了非常紧凑的外形、功耗和成本的制约，特别是嵌入式摄像机/DVR系统。采用非易失FPGA作为一种解决方案能解决这些问题，并获得FPGA的传统优势。

利用FPGA实现产品差异化

采用FPGA实现视频监控系统具有许多优点，包括FPGA加速DSP处理的功能。非易失性FPGA可以使FPGA在视频监控摄像系统实现中更具吸引力，特别是对移动/交通运输系统中使用的嵌入式摄像机/DVR系统来说。这些系统对便携性、功耗和电路板面积有严格的要求。

这些应用对灵活性和可扩展性也有很高的要求，但前提是不能降低对功耗、电路板面积和便携性的要求。例如，一些网络IP摄像系统有多个摄像机和传感器，即使电路板面积非常有限，也必须提供多个视频流的通道。其它网络IP摄像机往往采用非常小的外壳，电路板接近MicroSD卡的大小，这种系统的原始设备制造商所面临的挑战是用尽可能少的芯片实现多个系统，同时还能满足功能、外形和低功耗的要求。

非易失性FPGA解决方案，如LatticeXP2器件系列把基于SRAM FPGA的性能和灵活性，与非易失Flash技术固有的优点结合在一起。LatticeXP2系列在安全和监控应用方面有许多特点，包括该芯片支持DDR/DDR2、针对低成本显示器的7:1 LVDS接口以及18×18位乘法的DSP模块，这些对在视频监控应用中经常需要的图像信号处理功能特别有用。当LatticeXP2-5和LatticeXP2-8器件与低成本芯片级封装在一起时， LatticeXP2非易失FPGA器件系列为原始设备制造商提供很多价值，特别当设计紧凑的网络IP摄像机时。

图3：LatticeXP2非易失器件系列具有低成本的封装。

本文小结

对于大量的各种视频监控摄像机和DVR的应用，FPGA所具有硬件灵活性、并行处理能力以及零非重复性工程费优势。采用非易失FPGA不再需要外部引导芯片PROM，可以构建一个提供瞬时启动功能的单芯片解决方案。带有片上密钥存储并支持内置的AES 128位加密技术的特性为保护FPGA编程位流、防止外部篡改提供了安全保障。许多安全摄像系统解决方案，包括嵌入式摄像机/DVR系统，都能从传统的基于SRAM的FPGA中受益，但当功耗、电路板面积、成本和集成度特性非常重要时，非易失FPGA是一个更具吸引力的替代方案。