FPGA在视频分析领域由“配角”变“主角”

对安全需求的提升引发对视频监控性能需求的提升，图像质量要从标清转向高清、数据从单通道转到多通道、从非实时转为实时等，这使得视频分析的运算越来越复杂。相比传统的DSP处理器，FPGA是一个天生的并行处理结构，非常适合这类多通道、高清、实时、及复杂的运算。“例如，在视频分析应用中，使用DSP的方案要花很多时间做乘和累加，而我们的Spantan内有很多乘加器，非常适合这类算法。”赛灵思公司亚太区垂直市场系统架构师江允贵表示。 “在监控和视频应用方面，以前大多数客户不论是采用TI DSP、还是飞思卡尔的PowerPC方案，大多都会搭配FPGA使用，而现在FPGA则做了主角(如图1所示)，承担编码器的工作。”江先生表示。此外，FPGA本身的灵活性，还能给客户带来一些额外的价值，比如在单片上实现多接口，以通过FPGA的灵活性应对标准的变化等。 “目前市场上主要有两大类视频分析方案，即通用性和特定型。通用型即针对一些通用市场，算法比较简单，现在大部分的方案都集中在这里；特定型方案则是针对一些细分市场，需要目标识别等先进特性，算法比较复杂，目前方案还比较少。但后一种需求对性能处理的要求可充分发挥赛灵思FPGA的并行架构和DSP处理能力所带来的优点，为基于FPGA的方案创造更多机会。”江先生表示。 此外，他还认为基于FPGA视频监控方案的优势除了灵活性，还包括全球顶先的第三方合作厂商帮助客户定制的优秀解决方案，比如交通、停车场、商场等不同应用无法使用同一套方案，而多种针对性的定制方案则帮客户大大解决了这一难题。 成功案例 视频分析处理器主要针对视频监控摄像机和视频编码器等应用，通常驻留在网络边缘，帮助降低对数据网络带宽的要求。从数据处理的角度来看，它能够在视频流压缩之前更高效地分析视频数据。 Eutecus的第一代多核视频分析引擎(MVE)基于TI的达芬奇平台。“在第二代产品中，由于需要更强大的处理能力和系统集成度，多个DSP器件的解决方案无论在成本上、还是在系统级，其效益都不够高。我们需要一个能够方便地将上一代产品移植过来，从而为第二代MVE提供更多特性的单芯片解决方案。”Euterus公司总裁兼CEO Stephen D. Hester表示说。 充分比较目前市场上的现有方案之后，Eutecus决定基于Spartan-3A开发自己的第二代系统。“之所以选择赛灵思的FPGA，首先第一个原因就是他们的工具比较好，因为我们作为初创公司，需要非常快速的上市、所以要选择相对易用的工具。赛灵思公司EDK嵌入式开发套件可实现基于 MicroBlaze嵌入式处理器的双处理器硬件架构，与TI公司达芬奇平台双处理器硬件架构类似，这为我们的二代产品开发提供了便利性。”Eutecus首席技术官兼副总裁Csaba Rekeczky博士表示。 “当然，我们也还综合考虑了性能和成本等其它方面的因素，比如Spartan-3A DSP 3400A FPGA中的126个XtremeDSP DSP48A逻辑片能够提供高达30 GMAC的DSP性能，能以全帧速率处理高清视频，而在价格上也处于合理地位。”他补充道。第二代MVE系统现在已经成功地销售到航空航天/国防、机器视觉和监控市场。 实事证明，赛灵思Spartan-3A DSP的并行处理能力非常适合监控视频智能分析解决方案的市场。在以低于视频帧速处理QVGA/VGA视频分辨率时，传统的方案只能同时运行一到两个算法。结合Spartan-3A DSP的Eutecus解决方案能够在处理高清分辨率的情况下同时运行所有算法。集成的DSP和嵌入式处理能力实现了能处理高清视频速率的单芯片解决方案，为产品演进提供了灵活的平台。 “目前我们在第二代产品中选用的是Spantan 3A产品，但随着算法复杂化对性能要求的提升，未来也计划采用Spantan 6A产品。”Hester表示。据悉，Spartan-6 FPGA比前一代解决方案成本可降低多达33%，采用先进的功率管理和以太网供电技术，功耗也可降低多达50%，相关的软件支持、测试IP和参考设计，以及开发板和开发套件，预计将于2009年下半年提供。 图1：FPGA在视频监控领域荣升主角，承担编码器的工作。 图2：MVE可以非常容易的被集成进OEM的安全摄像头设计中， OEM开发者只需关注整体设计及元器件集成。