利用FPGA搭建高等级视频监控系统

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全视频帧速率下的高分辨率(HD)安全监控处理系统对处理器件的要求越来越高,单芯片DSP处理已经无法适应,多芯片、多核或者CPU+DSP的方式虽然在某些情况下能够满足需求,但其在PCB成本、系统资源占用以及系统稳定性等方面还存在一些问题。利用FPGA的灵活特性加载视频处理引擎的新型系统架构正在引起人们的关注。

利用FPGA搭建高等级视频监控系统(附图)

成本和性能的挑战

Xilinx亚洲区资深系统架构师江允贵表示,监控视频智能分析系统的市场规模在2012年将达到8亿美元。对于摄像机和DVR等视频监控网络设备的设计商和提供商而言,受制于处理性能、成本和电源等方面的限制,单芯片解决方案商业或技术上是不可行的。而利用他们的Spartan-3ADSPFPGA的可编程和性价比优势,可以满足摄像机、虚拟障碍、对象滞后和人数统计等多样监测功能,并以单芯片的方式集成到摄像机中。

FPGA要做到这一点需要强大的视频处理引擎来支持,位于美国加州伯克利的Eutecus公司开发了一种蜂窝视觉技术(CVT),这是下一代极高速影像流捕获和处理技术,整合了独立的大量平行处理架构和算法。Eutecus公司总裁兼CEOStephenD.Hester表示,CVT技术受到人类的肉眼的处理结构的启发,利用该项技术他们可以针对智能视频监控和安全市场,为FPGA和其它器件提供影像处理IP。“我们在开发多核视频分析引擎(MVE)时遇到了难题,”Hester说,“我们的第一代产品基于TI的达芬奇SoC。但在第二代产品中,我们需要更强大的处理能力和系统集成度。多个DSP器件方案无论在成本还是在系统一级效益都不高。我们需要一个能够方便地将上一代产品移植过来,并且能够为我们的第二代MVE提供更多特性的单芯片解决方案。”

基于Spartan-3A的处理架构

经过一番调研,Eutecus找到了Xilinx公司的Spartan-3ADSP3400A。该器件中的126个XtremeDSPDSP48A逻辑片能够提供高达30GMAC的DSP性能,因此完全能够满足视频分析应用苛刻的成本和性能要求。MVE能够实现在视频帧速下处理高清分辨率,且功率小于1W。它是易配置、紧凑型的处理架构,在一块可配置建构模块中整合了固有的平行多核处理架构、嵌入式复杂视频分析算法,因此简化了硬件设计和编程。MVE可同时全面地执行多个事件检测和并行分类算法。

从一个平台转向另一个平台架构,可移植性是需要考虑的重要因素。Xilinx的EDK嵌入式开发套件可以实现基于XilinxMicroBlaze嵌入式处理器的双处理器硬件架构,该架构与TI公司达芬奇平台双处理器硬件架构类似。这样一来,Eutecus在设计移植方面没有任何顾虑。

“MVE嵌入在赛灵思Spartan-3ADSPFPGA中,能够使智能相机或其它网络装置如DVR中的单芯片实现复杂的视频分析功能。”江允贵表示,“利用FPGA可以根据客户需求增加更多视频分析功能以及相关的事件检测事例。可以利用同一硬件平台创建多种不同的衍生产品。Eutecus使用VHDL设计了多种分析加速器引擎,并将这些专用内核集成到C-MVA协处理器中。这种方法允许工程师重新利用双MicroBlaze嵌入式系统来创建不同的FPGA编程文件,这样就构成了高度可扩展的解决方案,可以轻松调节适应范围广泛的视频分析应用。”
 

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