視頻監(jiān)控系統(tǒng)中基于FPGA方案的視頻處理

    視頻監(jiān)控系統(tǒng)是火車站、機場、銀行、娛樂場所、購物中心甚至家庭保安的重要組件。隨著安全風險增加，對視覺監(jiān)視和記錄事件的需求以多種使用模式激增。因此，新架構(gòu)必須為橫跨一整套日漸繁雜的視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求的成本效益方案提供可擴展性。 

    上市時間的壓力、新CODEC標準、日益廣泛的要求(包括先進的目標探測、運動探測、目標跟蹤和目標跟蹤特性)，這些不過是新型視頻監(jiān)控架構(gòu)所面臨挑戰(zhàn)中的幾項。伴隨挑戰(zhàn)而來的是對可擴展為不同性能范圍的實現(xiàn)的需求。 

    對于從低端到高端以及從單機到PC擴展卡的任何視頻監(jiān)控系統(tǒng)，XilinxFPGA都是理想的解決方案。 

    視頻監(jiān)控和DVR系統(tǒng) 

    數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)字視頻錄像機(DVR)正在迅速采用先進的數(shù)字視頻壓縮。大多數(shù)DVR制造商從MPEG4向H.264高清晰度(HD)CODEC轉(zhuǎn)移，對更高分辨率和壓縮速度的需求也隨之增加。專用芯片(ASSP)對大批量應用很有用，但缺少靈活性，開發(fā)成本高，而且開發(fā)時間較長；大多數(shù)高級數(shù)字媒體處理器則只能執(zhí)行H.264HD解碼(而H.264HD編碼比解碼還要復雜得多)。滿足H.264HD性能要求的最佳解決方案是使用一個FPGA加上一個外部DSP或數(shù)字媒體處理器。 

    使用低成本的XilinxFPGA，可以更進一步提供運動探測、視頻縮放、顏色空間轉(zhuǎn)換、硬盤接口和DDR2存儲器接口，還可以將兩個27-MHzITU-RBT656數(shù)據(jù)流時分多路傳輸?shù)揭粋�54MHz數(shù)據(jù)流中，同時為DSP處理器提供視頻加速。要將兩個ITU-RBT656數(shù)據(jù)流多路傳輸?shù)揭粋�ITU-RBT656數(shù)據(jù)流中，僅需要一個通道視頻端口來獨立地傳輸完整的二通道視頻數(shù)據(jù)。要為只有一個ITU-RBT656視頻輸入端口的數(shù)字媒體處理器提供接口，這種實現(xiàn)方法非常有用。圖1所示就是這樣一種建議架構(gòu)的框圖。 

    對于使用德州儀器公司DaVinci處理器(僅有一個ITU-RBT656視頻輸入端口)的DVR設計，需要一種更有效的實現(xiàn)方法將兩個或更多ITU-RBT656數(shù)據(jù)流時分多路傳輸?shù)揭粋�VLYNQ數(shù)據(jù)流中，然后才能將其輸送到DaVinci處理器。使用上述實現(xiàn)方法，您用少得多的I/O引腳就能傳輸視頻流，而且可以降低系統(tǒng)成本，因為器件的封裝可以變得更小。 

    PC擴展卡DVR系統(tǒng) 

    過去十年來，PCI總線為PC提供了很好的服務。然而，當今的PC擴展卡DVR系統(tǒng)所要求的帶寬，已經(jīng)大大超出了PCI總線力所能及的程度。未經(jīng)壓縮的視頻數(shù)據(jù)(剝除空白幀之后)約為165Mbps。如此，在總體PCI帶寬為1Gbps的情況下，您在一條PCI總線上最多只能混用6個未經(jīng)壓縮的視頻采集或視頻重放設備。您可以在擴展卡上使用MPEG4CODEC芯片組來縮小總線上的帶寬，但這會增加成本，并且使您受到現(xiàn)有MPEG4芯片組的限制。

    PCIExpress(PCIe)技術使流量大幅度提升。PCIExpress分解為多個通道。每通道在每個方向上包含一個差分對，該方向每個差分對的數(shù)據(jù)流量為2Gbps。主板上的每個PCIe插槽都有自己的通道，這些通道不與其他任何插槽共享。各插槽的配置為16通道(亦稱x16)、8通道(x8)、4通道(x4)或1通道(x1)。PCIe允許每卡提供的數(shù)據(jù)量從x1通道的2Gbps到x16通道的32Gbps不等。有了PCIe數(shù)據(jù)流量，您就可以擺脫每張PCI卡6個未壓縮視頻通道的限制。 

    通過用PC替換數(shù)字媒體處理器并且經(jīng)PCIe總線將視頻流緩存到PC的方法，輕松快捷地實現(xiàn)PC擴展卡DVR系統(tǒng)。視頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生四條獨立的數(shù)字ITU-RBT656流，然后這些流被送入低成本的Spartan-3器件進行預處理。在FPGA中，視頻數(shù)據(jù)剝除空白幀并同步，為PCIe適當打包，然后饋入XilinxPCIe內(nèi)核。然后，軟件就可以讀取并播放輸入的視頻，對其進行處理，或?qū)⑵鋬Υ娴酱疟P。