Aufgrund der Notwendigkeit eines sicheren Stadtbaus wurde die Entwicklung der Videoüberwachung weiter vorangetrieben und somit auch die Anwendung von FPGA in diesem Bereich gefördert.
Gerade jetzt, da die Anforderungen an Multi-Channel, High Definition, Networking, Highspeed-Kommunikationsschnittstelle und Intelligenz die Weiterentwicklung des Bereichs der FPGA-basierte Videowand-Controller.
Im Gegenteil, die Weiterentwicklung und Erneuerung der FPGA-Chiptechnologie, des IP-Cores und des Referenzdesigns hat die Entwicklung der Videoüberwachung gefördert.
Heutzutage ist es schwierig, die Anforderungen von Hochleistungssystemen zu erfüllen, indem einfach DSP-Prozessoren oder Standardchips (ASSP) verwendet werden.
Aufgrund der hohen Integration und Flexibilität aktueller programmierbarer Geräte sowie des geringen Stromverbrauchs und des großen Betriebsbereichs sinken deren Preise jedoch weiter. Daher wird die einzigartige hohe Leistung und Flexibilität von programmierbaren Logikgatter-Arrays (FPGAs) genutzt. , Damit es viele Videoüberwachungsprodukte konstruieren kann.
1.Was macht FPGAs bemerkenswert?
FPGAs sind wie GPUs oder CPUs programmierbar, zielen jedoch auf parallele Probleme mit geringer Latenz und hohem Durchsatz wie Inferenz und Deep Neural Networks ab.
FPGAs haben eine Reihe von Vorteilen, von denen die Geschwindigkeit am bemerkenswertesten ist.
Während FPGAs im Vergleich zu modernen CPUs mit einer langsamen Taktrate laufen, sind sie im Grunde genommen gleichzeitig und keine sequenziellen Befehlsströme, wobei die Daten zwischen diesen gleichzeitigen Operationen optimal fließen, was zu einer dramatischen Nettoleistungssteigerung führt.
Es besteht die Möglichkeit, dass Anwendungen mit demselben Code, der auf herkömmlichen CPUs ausgeführt wird, bis zu 100-mal schneller ausgeführt werden.
FPGAs enthalten Millionen von umprogrammierbaren Logikblöcken, die zur gleichzeitigen Ausführung vieler Aktionen verwendet werden können und die Vorteile von Parallelität und Parallelität bieten.
Beim Schreiben von Code können Ingenieure diese parallele Architektur nutzen, indem sie Probleme in gut strukturierte, in sich geschlossene Prozesse aufteilen, die gleichzeitig ausgeführt werden können.
Wenn beispielsweise ein Bild nicht gleichzeitig verarbeitet wird, würde ein einzelner Arbeiter das gesamte Bild Pixel für Pixel verarbeiten. Wenn jedoch dasselbe Bild gleichzeitig verarbeitet wird, wird es in Teile zerlegt, die von verschiedenen Arbeitern gleichzeitig verarbeitet und dann wieder zusammengesetzt werden.
Das macht den Prozess komplexer, aber deutlich schneller – die eingehenden Daten müssen optimal aufgeteilt, effizient an die Mitarbeiter verteilt, dann die verarbeiteten Daten gesammelt und wieder zusammengesetzt werden, idealerweise ohne die Arbeitspipeline zu blockieren.
In einer normalen CPU beinhaltet dies das Pushen und Ziehen von Daten aus dem Speicher und kostspielige Protokolle für Prozesse, um sich über den aktuellen Speicherzustand zu einigen. Selbst die größten Intel-CPUs haben nur 18
Kerne. Im Vergleich dazu kann in einem FPGA der Datenfluss so gestaltet werden, dass er den Chip nie verlässt.
Es können Zehntausende von gleichzeitigen Prozessen auftreten, und das Timing der Verarbeitung optimiert so den Durchsatz
ist immer maximal.
2. Die Anwendung von FPGA in der intelligenten Videoüberwachung
Gegenwärtig entwickelt sich die Auflösung von IP-Kameras allmählich von Standardauflösung D1 zu High Definition (1920 × 1080), und es muss eine lokale Echtzeitkomprimierung durchgeführt werden, sodass nur eine harte Komprimierung verwendet werden kann. Wenn mehrere DSP-Prozessoren verwendet werden, erhöhen sich die Systemkosten, die Integration und der Stromverbrauch, was für Benutzer nicht akzeptabel ist; Wenn ein kostengünstiges Single-Chip-FPGA-Gerät verwendet wird, kann die Leistung die Designanforderungen nicht erfüllen.
Wenn jedoch ein Single-Chip-Hochleistungs-FPGA-Baustein der Stratix-Serie verwendet wird, kann die Anforderung erfüllt werden. Da dieses Gerät über ein entsprechend strukturiertes Gerät der ASIC-Hard-Copy-Serie verfügt, kann es die Kosten weiter auf 1/10 reduzieren und den Stromverbrauch um 50% reduzieren. Daher kann dieses FPGA-Gerät als Einkanal-High-Definition-IP-Kamera verwendet werden
Um das Mehrkanalbild lokal zu überwachen, ist es normalerweise erforderlich, die Mehrkanal-Videodaten zu multiplexen und das Bild zu teilen und zu skalieren. Daher müssen die Daten im Standard-CCIR656-Format zur Verarbeitung an den Videomultiplex-Skalierungsteilungsteil gesendet werden.
Die reichlich vorhandenen Speicherressourcen in FPGA-Geräten eignen sich eher zur Verwendung als Zeilenpuffer, der für den Video-Multiplex- und Skalierungsalgorithmus erforderlich ist, sodass dieser Teil die Bildschirm-Multiplex- und Skalierungs- und Segmentierungsfunktionen schnell realisieren kann.
Dann wird es an den Mehrkanal-H.264 D1+CIF-Kodierungsteil gesendet, und die leistungsstarken parallelen Verarbeitungsfunktionen von FPGA können die Verarbeitungsgeschwindigkeitsanforderungen des H.264-Algorithmus erfüllen. Im Vergleich zu Implementierungsschemata mit mehreren ASSP- oder DSP-Prozessoren bietet ein Single-Chip-FPGA eine stabilere Systemleistung, niedrigere Kosten und das beste Preis-Leistungs-Verhältnis.
3. Verwenden Sie FPGA, um die DSP-Echtzeit-Videoverarbeitungsfunktion zu realisieren
Im Vergleich zu ASSP- und Chipsatz-Lösungen können FPGAs je nach den tatsächlichen Anforderungen von Designingenieuren unterschiedliche Flexibilitätsgrade bieten und eine deutlich bessere Leistung als herkömmliche DSPs beibehalten.
Die Echtzeit-Videoverarbeitung erfordert eine extrem hohe Systemleistung, daher verfügen fast alle Allzweck-DSPs mit den einfachsten Funktionen nicht über diese Funktion.
Die programmierbare Logikvorrichtung ermöglicht es Designern, parallele Verarbeitungstechnologie zu verwenden, um Videosignalverarbeitungsalgorithmen zu implementieren, und nur eine einzige Vorrichtung kann die gewünschte Leistung erzielen.
DSP-basierte Lösungen müssen normalerweise viele DSPs auf einer einzigen Platine einbetten, um die erforderlichen Verarbeitungsfunktionen zu erhalten, was zweifellos den Overhead an Programmressourcen und Datenspeicherressourcen erhöht.
Da es extrem schwierig ist, Videodaten mit hoher Bandbreite zu senden und eine angemessene Dienstgüte (QoS) auf extrem schmalen Übertragungskanälen (wie drahtlosen Kanälen) aufrechtzuerhalten, sind Entwickler bestrebt, Fehlerkorrektur, Komprimierung und Bildverarbeitung basierend auf der FPGA-Implementierung zu verbessern . Technologie.
Der Kern des MPEG-4-Algorithmus ist eine Operation namens Discrete Cosinus Transform (DCT). Der DCT-Teil wurde standardisiert und kann effektiv in FPGA implementiert werden. Viele dedizierte MPEG-Decoder verwenden auch diese Teile (wie etwa Bewegungsschätzungsmodule). FPGA.
Da der FPGA rekonfiguriert werden kann, kann das Gerät während der gesamten Entwicklungsphase (auch nach der Konfiguration) leicht aktualisiert und neue Algorithmen integriert werden.
Ein weiterer wichtiger Teil des Videosystems ist die Farbraumkonvertierung. Die FPGA-Systemarchitektur kann den Algorithmus des Anwendungssystems anpassen, um die beste Leistung und Effizienz zu erzielen.
FPGA kann durch kundenspezifische Anpassungen die praktischsten und wertvollsten hocheffizienten und hocheffizienten Produkte bereitstellen. Konstrukteure können zwischen Anwendungsbereich und Geschwindigkeit Kompromisse eingehen, um die spezifizierte Funktion deutlich niedriger als der DSP-Takt zu realisieren.
Bei der Medianfilteranwendung benötigt der DSP-Prozessor beispielsweise 67 Taktzyklen, um den Algorithmus auszuführen, während der FPGA nur mit einer Frequenz von 25 MHz arbeiten muss, da der FPGA diese Funktion parallel implementieren kann.
Der DSP, der die oben genannte Funktion realisiert, muss jedoch unter einer Frequenz von 1.5 GHz arbeiten. Es ist ersichtlich, dass in dieser speziellen Anwendung die Verarbeitungskapazität der FPGA-Lösung das 17-fache des 100-MHz-DSP-Prozessors erreichen kann.
Viele Echtzeit-Bild- und Videoverarbeitungsfunktionen sind für die Implementierung mit FPGA-Geräten geeignet, darunter: Bilddrehung, Bildskalierung, Farbkorrektur und Chromakorrektur, Schattenverbesserung, Kantenerkennung, Histogrammfunktion, Schärfung, Medianfilter und Speckle-Analyse usw. Viele Funktionen sind auf spezifische Anwendungen und Systeme ausgerichtet und bauen auf der Kernarchitektur (wie 2D-FIR-Filter) auf.
4. Verwenden Sie FPGA, um Bild- und Videowand-Controller für eingebettete Systeme zu erstellen
Die Verwendung von FPGA-Geräten zum Bau von Video- und Bildcontrollern führt dazu, dass die Bildanzeigetechnologie in immer mehr eingebettete Anwendungen Einzug hält. Aufgrund der perfekten Kombination aus Leistung und Flexibilität werden FPGA-Anwendungen im DSP-Bereich immer häufiger.
iSEMC hat eine neue Low-Power-Field Programmable Gate Array (FPGA)-Serie von Videowand-Controllern auf den Markt gebracht und damit seine Ressourcen für eine breite Palette von programmierbaren Low-Power-Lösungen für stromsparende Designs weiter ausgebaut.
Die neuen FPGA-Bausteine bieten die besten Leistungsaufnahme-, Flächen-, Logik- und Funktionsverhältnisse pro E/A in programmierbaren Logikbausteinen. Dies macht es zur idealen Wahl für tragbare elektronische Geräte in der Unterhaltungselektronik, Industrie, Kommunikation, Medizin und Testanwendungen, insbesondere für solche, die E/A-intensive Speicherbusvorgänge, universelle E/A-Erweiterung, Sequenzierung, Schnittstellenkonvertierung, Speicherung und die Anwendung von Mensch-Maschine-Schnittstellen-Touchscreen- und Tastaturtechnologie.
