視頻監(jiān)控和安全行業(yè)正在經(jīng)歷著一場巨大的變革，正在從傳統(tǒng)的模擬閉路電視攝像機(jī)向基于邏輯的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的方向發(fā)展。更高的視頻分辨率、圖像信號處理、先進(jìn)的視頻分析、多攝像系統(tǒng)和數(shù)字視頻壓縮的發(fā)展趨勢推動了這一轉(zhuǎn)變。其結(jié)果是，在視頻監(jiān)控攝像機(jī)和數(shù)字視頻錄像機(jī)(DVR)設(shè)計中出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)，包括增加使用CMOS傳感器、網(wǎng)絡(luò)IP攝像技術(shù)、增加系統(tǒng)的集成功能、更小尺寸的外形因子、采用先進(jìn)的編解碼器以及增加DSP功能。
　　由于視頻監(jiān)控/安全市場的多樣性和競爭性，制造商往往很難在他們自己的產(chǎn)品中添加差異化的功能，使其產(chǎn)品有別于競爭對手的產(chǎn)品。因此，相似的攝像機(jī)和DVR產(chǎn)品非常普遍。然而，上面提到的趨勢為視頻安全/監(jiān)控原始產(chǎn)品制造商創(chuàng)造了新的機(jī)會，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的差異化。
　　滿足這些應(yīng)用的要求需要額外的處理能力。目前的數(shù)碼攝像機(jī)利用DSP芯片、專門的ASSP或ASIC來提供處理功能，但這些方案存在一些挑戰(zhàn)。采用DSP芯片經(jīng)常會出現(xiàn)性能瓶頸，因為這些芯片通常用串行方式處理圖像信號處理任務(wù)。ASSP可能提供更多的性能，但往往是以設(shè)計的靈活性為代價。ASIC有更多的性能優(yōu)化，但產(chǎn)量不夠大，無法驗證ASIC開發(fā)所需的費(fèi)用和時間。設(shè)計人員需要一種靈活的方法，針對不同的細(xì)分市場提供從低端攝像機(jī)/DVR到高端應(yīng)用所需的計算能力。
　　實現(xiàn)方案的選擇
　　視頻監(jiān)控系統(tǒng)可分為兩大類：攝像系統(tǒng)和DVR系統(tǒng)。攝像系統(tǒng)可整合單個攝像機(jī)或多個攝像機(jī)。有些系統(tǒng)則整合了DVR與單個攝像機(jī)或多個攝像機(jī)。

圖1：多攝像機(jī)的DVR視頻監(jiān)控系統(tǒng)框圖

　　圖1是一種通用的多攝像機(jī)的DVR視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻源來自CMOS視頻傳感器、CCD視頻傳感器或模擬視頻源。專有的視頻接口將輸入視頻流轉(zhuǎn)換成普通的格式，然后對不同的視頻流(以及音頻)進(jìn)行多路復(fù)用,在圖像信號處理單元進(jìn)行預(yù)處理。視頻預(yù)處理的目的是降低噪聲和消除像素缺陷。

DDR接口必須支持不同的存儲器總線寬度和不同的DDR標(biāo)準(zhǔn)。

并非總是需要顯示器接口，當(dāng)需要它時，有很多不同的可以實現(xiàn)的顯示器接口可供選擇。

　　許多網(wǎng)絡(luò)IP攝像機(jī)受到了非常緊湊的外形、功耗和成本的制約，特別是嵌入式攝像機(jī)/DVR系統(tǒng)。采用非易失FPGA作為一種解決方案能解決這些問題，并獲得FPGA的傳統(tǒng)優(yōu)勢。
　　利用FPGA實現(xiàn)產(chǎn)品差異化
　　采用FPGA實現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括FPGA加速DSP處理的功能。非易失性FPGA可以使FPGA在視頻監(jiān)控攝像系統(tǒng)實現(xiàn)中更具吸引力，特別是對移動/交通運(yùn)輸系統(tǒng)中使用的嵌入式攝像機(jī)/DVR系統(tǒng)來說。這些系統(tǒng)對便攜性、功耗和電路板面積有嚴(yán)格的要求。
　　這些應(yīng)用對靈活性和可擴(kuò)展性也有很高的要求，但前提是不能降低對功耗、電路板面積和便攜性的要求。例如，一些網(wǎng)絡(luò)IP攝像系統(tǒng)有多個攝像機(jī)和傳感器，即使電路板面積非常有限，也必須提供多個視頻流的通道。其它網(wǎng)絡(luò)IP攝像機(jī)往往采用非常小的外殼，電路板接近MicroSD卡的大小，這種系統(tǒng)的原始設(shè)備制造商所面臨的挑戰(zhàn)是用盡可能少的芯片實現(xiàn)多個系統(tǒng)，同時還能滿足功能、外形和低功耗的要求。

圖3：LatticeXP2非易失器件系列具有低成本的封裝

　　本文小結(jié)

　　對于大量的各種視頻監(jiān)控攝像機(jī)和DVR的應(yīng)用，F(xiàn)PGA所具有硬件靈活性、并行處理能力以及零非重復(fù)性工程費(fèi)優(yōu)勢。采用非易失FPGA不再需要外部引導(dǎo)芯片PROM，可以構(gòu)建一個提供瞬時啟動功能的單芯片解決方案。帶有片上密鑰存儲并支持內(nèi)置的AES 128位加密技術(shù)的特性為保護(hù)FPGA編程位流、防止外部篡改提供了安全保障。許多安全攝像系統(tǒng)解決方案，包括嵌入式攝像機(jī)/DVR系統(tǒng)，都能從傳統(tǒng)的基于SRAM的FPGA中受益，但當(dāng)功耗、電路板面積、成本和集成度特性非常重要時，非易失FPGA是一個更具吸引力的替代方案。

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