Dahil sa pangangailangan ng ligtas na pagtatayo ng lungsod, ang pag-unlad ng video surveillance ay karagdagang na-promosyon, at sa gayon ang pag-apply ng FPGA sa larangang ito ay na-promote din.
Lalo na ngayon na ang mga kinakailangan para sa multi-channel, high-kahulugan, networking, interface ng komunikasyon na may mataas na bilis, ay isinulong ang karagdagang pag-unlad ng larangan ng Mga taga-control ng video wall na nakabatay sa FPGA.
Sa kabaligtaran, ang pagsulong at pag-update ng teknolohiya ng chip ng FPGA, core ng IP, at disenyo ng sanggunian ay nagpalaganap ng pagbuo ng pagsubaybay sa video.
Ngayon, mahirap matugunan ang mga pangangailangan ng mga system na may mataas na pagganap sa pamamagitan lamang ng paggamit ng mga prosesor ng DSP o mga off-the-shelf chip (ASSP).
Gayunpaman, dahil sa mataas na pagsasama at kakayahang umangkop ng kasalukuyang mga nai-program na aparato, pati na rin ang mababang paggamit ng kuryente at malawak na saklaw ng pagpapatakbo, ang kanilang mga presyo ay patuloy na bumababa. Samakatuwid, ang natatanging mataas na pagganap at kakayahang umangkop ng programmable logic gate arrays (FPGAs) ay ginagamit. , Upang makapagtayo ito ng maraming mga produktong surveillance ng video.
1. Ano ang kapansin-pansin sa mga FPGA?
Ang mga FPGA ay maaaring maiprogram tulad ng GPUs o CPU ngunit nakatuon sa parallel, low-latency, high-throughput na mga problema tulad ng paghihinuha at Deep Neural Networks.
Ang mga FPGA ay may isang bilang ng mga benepisyo, ang pinaka kapansin-pansin na ang bilis.
Habang ang mga FPGA ay tumatakbo sa isang mabagal na bilis ng orasan na may kaugnayan sa mga modernong CPU, sa panimula ay magkakasabay, sa halip na magpatakbo ng mga daloy ng sunud-sunod na tagubilin, na may data na umaagos nang mahusay sa pagitan ng mga kasabay na pagpapatakbo na ito, na nagreresulta sa isang dramatikong pagtaas ng net sa pagganap.
Mayroong potensyal para sa mga application na magpatakbo ng hanggang sa 100 beses na mas mabilis sa parehong code na tumatakbo sa mga tradisyunal na CPU.
Naglalaman ang FPGA ng milyon-milyong mga reprogrammable na mga bloke ng lohika na maaaring magamit upang maisagawa ang maraming mga aksyon nang sabay, na naghahatid ng mga benepisyo ng parallelism at concurrency.
Kapag nagsusulat ng code, maaaring samantalahin ng mga inhinyero ang parallel na arkitekturang ito sa pamamagitan ng pagwawasak ng mga problema sa maayos na pagkakabalangkas, self -osed na mga proseso na maaaring tumakbo kasabay.
Halimbawa, kapag ang isang imahe ay naproseso nang hindi nagaganap, iproseso ng isang solong manggagawa ang buong pixel ng imahe ayon sa pixel. Ngunit kapag ang parehong imahe ay naproseso nang sabay-sabay, ito ay pinaghiwa-hiwalay sa mga piraso na pinoproseso nang sabay-sabay ng iba't ibang mga manggagawa, at pagkatapos ay pinagsama-sama muli.
Ginagawa nitong mas kumplikado ang proseso ngunit mas mabilis - ang papasok na data ay dapat na pinaghiwalay sa isang pinakamainam na paraan, naipamahagi nang mahusay sa mga manggagawa, pagkatapos ay ang naprosesong data na nakolekta at muling pinagtagpo, perpekto nang hindi hinaharangan ang pipeline ng trabaho.
Sa isang normal na CPU, nagsasangkot ito ng data na itinutulak at hinugot mula sa memorya, at mga mamahaling protokol para sa mga proseso upang sumang-ayon sa kung ano ang kasalukuyang estado ng memorya. Kahit na ang pinakamalaking Intel CPU ay mayroon lamang 18
mga core Sa paghahambing, sa isang FPGA, ang daloy ng data ay maaaring ma-inhinyero kaya't hindi ito umalis sa maliit na tilad.
Libu-libong mga kasabay na proseso ang maaaring mangyari, at ang oras ng pagproseso na-optimize kaya throughput
laging maksimal.
2. Ang aplikasyon ng FPGA sa matalinong video surveillance
Sa kasalukuyan, ang resolusyon ng mga IP camera ay unti-unting nagbabago mula sa pamantayang kahulugan D1 hanggang sa mataas na kahulugan (1920 × 1080), at dapat isagawa ang lokal na real-time compression, kaya maaari lamang magamit ang matitigas na compression. Kung ginagamit ang maramihang mga processor ng DSP, tataas ang gastos ng system, pagsasama, at pagkonsumo ng kuryente, na hindi katanggap-tanggap sa mga gumagamit; kung ang isang solong-maliit na maliit na gastos na aparato FPGA ay ginamit, ang pagganap ay hindi maaaring matugunan ang mga kinakailangan sa disenyo.
Gayunpaman, kung ang isang solong-maliit na pagganap ng serye ng Stratix na serye ng FPGA ay ginamit, maaaring matugunan ang kinakailangan. Dahil ang aparatong ito ay may kaukulang nakaayos na ASIC-Hard-Copy series na aparato, maaari pa nitong bawasan ang gastos sa 1/10 at mabawasan ang pagkonsumo ng kuryente ng 50%. Samakatuwid, ang aparatong FPGA na ito ay maaaring magamit bilang isang solong-channel na high-kahulugan IP camera
Upang masubaybayan nang lokal ang larawan ng multi-channel, karaniwang kinakailangan na i-multiplex ang data ng video na multi-channel at hatiin at sukatin ang larawan. Samakatuwid, ang karaniwang data ng format na CCIR656 ay dapat maipadala sa bahagi ng multiplexing scaling na bahagi ng video para sa pagproseso.
Ang masaganang mapagkukunan ng memorya sa mga aparatong FPGA ay mas angkop para magamit bilang buffer ng linya na kinakailangan para sa multiplexing at pag-scale ng algorithm ng video, kaya't ang bahagi na ito ay maaaring mabilis na mapagtanto ang pag-andar ng multiplexing at pag-scale at pag-segment ng screen.
Pagkatapos ay ipinadala ito sa bahagi ng pag-encode ng multi-channel H.264 D1 + CIF, at ang malakas na parallel na mga kakayahan sa pagproseso na likas sa FPGA ay maaaring matugunan ang mga kinakailangan sa bilis ng pagproseso ng H.264 algorithm. Kung ikukumpara sa maraming mga iskema ng pagpapatupad ng ASSP o DSP processor, ang isang solong-chip FPGA ay nagbibigay ng mas matatag na pagganap ng system, mas mababang gastos at ang pinakamahusay na ratio ng presyo / pagganap.
3. Gumamit ng FPGA upang mapagtanto ang pag-andar ng pagproseso ng video ng real-time na DSP
Kung ihahambing sa mga solusyon sa ASSP at chipset, ang mga FPGA ay maaaring magbigay ng iba't ibang mga antas ng kakayahang umangkop ayon sa aktwal na pangangailangan ng mga inhinyero ng disenyo at mapanatili ang makabuluhang mas mahusay na pagganap kaysa sa mga tradisyunal na DSP.
Ang pagproseso ng real-time na video ay nangangailangan ng labis na pagganap ng system, kaya halos lahat ng mga pangkalahatang layunin na DSP na may pinakasimpleng pagpapaandar ay walang pagpapaandar na ito.
Pinapayagan ng programmable na aparato ng lohika ang mga tagadisenyo na gumamit ng parallel na teknolohiya sa pagproseso upang magpatupad ng mga algorithm ng pagpoproseso ng signal ng video, at isang solong aparato lamang ang makakamit ng nais na pagganap.
Karaniwang kailangan ng mga solusyon na nakabatay sa DSP upang mai-embed ang maraming DSP sa isang solong board upang makuha ang kinakailangang mga kakayahan sa pagproseso, na walang alinlangan na taasan ang overhead ng mga mapagkukunan ng programa at mga mapagkukunan ng memorya ng data.
Dahil napakahirap magpadala ng data ng high-bandwidth na video at mapanatili ang naaangkop na kalidad ng serbisyo (QoS) sa sobrang makitid na mga channel ng paghahatid (tulad ng mga wireless channel), nakatuon ang mga taga-disenyo na pagbutihin ang pagwawasto ng error, pagsisiksik, at pagproseso ng imahe batay sa pagpapatupad ng FPGA . teknolohiya.
Ang core ng MPEG-4 algorithm ay isang operasyon na tinatawag na Discrete Cosine Transform (DCT). Ang bahagi ng DCT ay na-standardize at maaaring mabisang ipatupad sa FPGA. Maraming mga nakatuon na MPEG decoder ay gumagamit din ng mga bahaging ito (tulad ng mga module ng pagtatantya ng paggalaw). FPGA.
Dahil ang FPGA ay maaaring mai-configure muli, ang aparato ay maaaring madaling ma-refresh at ang mga bagong algorithm ay maaaring isama sa buong yugto ng pag-unlad (kabilang ang pagkatapos ng pagsasaayos).
Ang isa pang mahalagang bahagi ng system ng video ay ang pagbabago ng puwang ng kulay. Maaaring ayusin ng arkitektura ng FPGA system ang algorithm ng system ng aplikasyon upang makamit ang pinakamahusay na pagganap at kahusayan.
Maaaring magbigay ang FPGA ng pinaka praktikal at mahalagang produktong mataas ang kahusayan at mataas na kahusayan sa pamamagitan ng mga pasadyang pagsasaayos. Maaaring ikompromiso ng mga taga-disenyo ang pagitan ng saklaw ng aplikasyon at bilis, upang mapagtanto ang tinukoy na pagpapaandar sa isang mas mababang rate kaysa sa orasan ng DSP.
Halimbawa
Ngunit ang DSP na napagtanto ang nabanggit na pag-andar ay dapat na gumana sa ilalim ng dalas ng 1.5GHz, makikita na sa partikular na application na ito, ang kapasidad sa pagproseso ng solusyon ng FPGA ay maaaring umabot ng 17 beses ng 100MHz DSP processor.
Maraming mga pag-andar sa pagproseso ng imahe ng real-time at video na angkop para sa pagpapatupad sa mga aparatong FPGA, kabilang ang: pag-ikot ng imahe, pag-scale ng imahe, pagwawasto ng kulay at pagwawasto ng chroma, pagpapahusay ng anino, pagtuklas ng gilid, pag-andar ng histogram, paghuhugas, median na filter at maliit na butil ng Pagsusuri atbp Marami ang mga pagpapaandar ay nakatuon sa mga tukoy na application at system, at itinayo sa tuktok ng pangunahing arkitektura (tulad ng mga filter na 2D-FIR).
4. Gumamit ng FPGA upang makabuo ng mga kontrol sa pader ng imahe at video para sa mga naka-embed na system
Ang paggamit ng mga aparato ng FPGA upang bumuo ng mga video at Controllers ng imahe ay gumagawa ng teknolohiya ng pagpapakita ng imahe na magpasok ng higit pa at higit pang mga naka-embed na application. Dahil sa perpektong kumbinasyon ng pagganap at kakayahang umangkop, ang mga aplikasyon ng FPGA sa patlang ng DSP ay nagiging mas karaniwan.
ang iSEMC ay naglunsad ng isang bagong low-power field programmable gate array (FPGA) na serye ng mga video wall Controllers, na lumalawak pa sa mga mapagkukunan nito para sa isang malawak na hanay ng mga low-power programmable na solusyon para sa mga disenyo na may kinalaman sa lakas.
Ang mga bagong aparato ng FPGA ay nagbibigay ng pinakamahusay na pagkonsumo ng kuryente, lugar, lohika, at mga ratios ng pag-andar sa bawat I / O sa maaaring mai-program na mga aparatong lohika. Ginagawa itong isang mainam na pagpipilian para sa mga portable na elektronikong aparato sa mga elektroniks ng consumer, pang-industriya, komunikasyon, medikal, at mga aplikasyon ng pagsubok, lalo na ang mga nangangailangan ng mga operasyon ng memory bus na I / O, pagpapalawak ng I / O na pangkalahatang layunin, pagsunud-sunod, pag-convert ng interface, imbakan, at Ang aplikasyon ng touch screen ng man-machine interface at teknolohiya ng keyboard.