En raison de la nécessité de construire des villes sûres, le développement de la vidéosurveillance a été davantage encouragé, et donc l'application du FPGA dans ce domaine a également été encouragée.
Surtout maintenant que les exigences en matière d'interface de communication multicanal, haute définition, de mise en réseau, à grande vitesse et d'intelligence ont favorisé le développement ultérieur du domaine de Contrôleurs de murs vidéo basés sur FPGA.
Au contraire, l'avancement et le renouvellement de la technologie des puces FPGA, du noyau IP et de la conception de référence ont favorisé le développement de la vidéosurveillance.
Or, il est difficile de répondre aux besoins des systèmes hautes performances en utilisant simplement des processeurs DSP ou des puces standard (ASSP).
Cependant, en raison de la haute intégration et de la flexibilité des dispositifs programmables actuels, ainsi que de la faible consommation d'énergie et de la large plage de fonctionnement, leurs prix continuent de baisser. Par conséquent, les hautes performances et la flexibilité uniques des réseaux de portes logiques programmables (FPGA) sont utilisées. , Pour qu'il puisse construire de nombreux produits de vidéosurveillance.
1. Qu'est-ce qui rend les FPGA remarquables ?
Les FPGA sont programmables comme les GPU ou les CPU, mais sont destinés à des problèmes parallèles, à faible latence et à haut débit comme l'inférence et les réseaux de neurones profonds.
Les FPGA présentent un certain nombre d'avantages, dont le plus notable est la vitesse.
Alors que les FPGA fonctionnent à une vitesse d'horloge lente par rapport aux processeurs modernes, ils sont fondamentalement concurrents, plutôt que d'exécuter des flux d'instructions séquentielles, les données circulant de manière optimale entre ces opérations simultanées, ce qui entraîne une augmentation nette spectaculaire des performances.
Il est possible que les applications s'exécutent jusqu'à 100 fois plus rapidement sur le même code exécuté sur des processeurs traditionnels.
Les FPGA contiennent des millions de blocs logiques reprogrammables qui peuvent être utilisés pour effectuer de nombreuses actions en même temps, offrant les avantages du parallélisme et de la simultanéité.
Lors de l'écriture du code, les ingénieurs peuvent tirer parti de cette architecture parallèle en décomposant les problèmes en processus autonomes bien structurés pouvant s'exécuter simultanément.
Par exemple, lorsqu'une image est traitée de manière non simultanée, un seul travailleur traiterait l'ensemble de l'image pixel par pixel. Mais lorsque la même image est traitée simultanément, elle est décomposée en morceaux qui sont traités simultanément par différents travailleurs, puis reconstitués.
Cela rend le processus plus complexe mais beaucoup plus rapide - les données entrantes doivent être séparées de manière optimale, distribuées efficacement aux travailleurs, puis les données traitées collectées et réassemblées, idéalement sans bloquer le pipeline de travail.
Dans un processeur normal, cela implique des données poussées et extraites de la mémoire, et des protocoles coûteux pour que les processus se mettent d'accord sur l'état actuel de la mémoire. Même les plus gros processeurs Intel n'ont que 18
noyaux. En comparaison, dans un FPGA, le flux de données peut être conçu pour qu'il ne quitte jamais la puce.
Des dizaines de milliers de processus simultanés peuvent se produire, et la synchronisation du traitement optimisée afin que le débit
est toujours maximale.
2. L'application du FPGA dans la vidéosurveillance intelligente
À l'heure actuelle, la résolution des caméras IP évolue progressivement de la définition standard D1 à la haute définition (1920×1080), et une compression locale en temps réel doit être effectuée, de sorte que la compression dure ne peut être utilisée que. Si plusieurs processeurs DSP sont utilisés, le coût du système, l'intégration et la consommation d'énergie augmenteront, ce qui est inacceptable pour les utilisateurs ; si un dispositif FPGA à faible coût à puce unique est utilisé, les performances ne peuvent pas répondre aux exigences de conception.
Cependant, si un dispositif FPGA de la série Stratix hautes performances à puce unique est utilisé, l'exigence peut être satisfaite. Étant donné que cet appareil possède un appareil de la série ASIC-Hard-Copy structuré correspondant, il peut encore réduire le coût à 1/10 et réduire la consommation d'énergie de 50 %. Par conséquent, ce périphérique FPGA peut être utilisé comme une caméra IP haute définition à canal unique
Afin de surveiller l'image multicanal localement, il est généralement nécessaire de multiplexer les données vidéo multicanal et de diviser et mettre à l'échelle l'image. Par conséquent, les données au format CCIR656 standard doivent être envoyées à la partie division de mise à l'échelle du multiplexage vidéo pour traitement.
Les ressources mémoire abondantes des périphériques FPGA sont plus adaptées à une utilisation en tant que tampon de ligne nécessaire à l'algorithme de multiplexage et de mise à l'échelle vidéo, de sorte que cette partie peut rapidement réaliser les fonctions de multiplexage, de mise à l'échelle et de segmentation de l'écran.
Ensuite, il est envoyé à la partie d'encodage multicanal H.264 D1+CIF, et les puissantes capacités de traitement parallèle inhérentes au FPGA peuvent répondre aux exigences de vitesse de traitement de l'algorithme H.264. Comparé à plusieurs schémas de mise en œuvre de processeurs ASSP ou DSP, un FPGA à puce unique offre des performances système plus stables, un coût inférieur et le meilleur rapport prix/performances.
3. Utilisez FPGA pour réaliser la fonction de traitement vidéo en temps réel DSP
Par rapport aux solutions ASSP et chipset, les FPGA peuvent offrir différents niveaux de flexibilité en fonction des besoins réels des ingénieurs de conception et maintenir des performances nettement meilleures que les DSP traditionnels.
Le traitement vidéo en temps réel nécessite des performances système extrêmement élevées, de sorte que presque tous les DSP à usage général avec les fonctions les plus simples n'ont pas cette fonction.
Le dispositif logique programmable permet aux concepteurs d'utiliser la technologie de traitement parallèle pour mettre en œuvre des algorithmes de traitement du signal vidéo, et un seul dispositif peut atteindre les performances souhaitées.
Les solutions basées sur DSP doivent généralement intégrer de nombreux DSP sur une seule carte pour obtenir les capacités de traitement nécessaires, ce qui augmentera sans aucun doute la surcharge des ressources du programme et des ressources de mémoire de données.
Parce qu'il est extrêmement difficile d'envoyer des données vidéo à large bande passante et de maintenir une qualité de service (QoS) appropriée sur des canaux de transmission extrêmement étroits (tels que les canaux sans fil), les concepteurs se sont engagés à améliorer la correction d'erreur, la compression et le traitement d'image basés sur l'implémentation FPGA . La technologie.
Le cœur de l'algorithme MPEG-4 est une opération appelée Discrete Cosine Transform (DCT). La partie DCT a été standardisée et peut être efficacement implémentée en FPGA. De nombreux décodeurs MPEG dédiés utilisent également ces parties (comme les modules d'estimation de mouvement). FPGA.
Le FPGA étant reconfigurable, le dispositif peut être facilement rafraîchi et de nouveaux algorithmes peuvent être intégrés tout au long de la phase de développement (y compris après configuration).
Une autre partie importante du système vidéo est la conversion de l'espace colorimétrique. L'architecture du système FPGA peut ajuster l'algorithme du système d'application pour obtenir les meilleures performances et efficacité.
Le FPGA peut fournir les produits à haute efficacité et haute efficacité les plus pratiques et les plus précieux grâce à des ajustements personnalisés. Les concepteurs peuvent faire des compromis entre le domaine d'application et la vitesse, de manière à réaliser la fonction spécifiée à une fréquence bien inférieure à celle de l'horloge DSP.
Par exemple, dans l'application de filtre médian, le processeur DSP a besoin de 67 cycles d'horloge pour exécuter l'algorithme, tandis que le FPGA n'a besoin de travailler qu'à une fréquence de 25 MHz, car le FPGA peut implémenter cette fonction en parallèle.
Mais le DSP qui réalise la fonction mentionnée ci-dessus doit fonctionner sous une fréquence de 1.5 GHz, on peut voir que dans cette application particulière, la capacité de traitement de la solution FPGA peut atteindre 17 fois celle du processeur DSP 100 MHz.
De nombreuses fonctions de traitement d'images et de vidéos en temps réel peuvent être mises en œuvre avec des périphériques FPGA, notamment : rotation d'image, mise à l'échelle de l'image, correction des couleurs et de la chrominance, amélioration des ombres, détection des contours, fonction d'histogramme, netteté, filtre médian et analyse des taches, etc. les fonctions sont destinées à des applications et des systèmes spécifiques et sont construites au-dessus de l'architecture de base (comme les filtres 2D-FIR).
4. Utilisez FPGA pour construire des contrôleurs de mur d'images et vidéo pour les systèmes embarqués
L'utilisation de dispositifs FPGA pour construire des contrôleurs vidéo et d'image fait entrer la technologie d'affichage d'images dans de plus en plus d'applications embarquées. En raison de la combinaison parfaite de performances et de flexibilité, les applications FPGA dans le domaine DSP deviennent de plus en plus courantes.
iSEMC a lancé une nouvelle série de contrôleurs de mur vidéo (FPGA) à faible consommation d'énergie programmable, élargissant davantage ses ressources pour une large gamme de solutions programmables à faible consommation pour des conceptions écoénergétiques.
Les nouveaux dispositifs FPGA offrent les meilleurs rapports de consommation d'énergie, de surface, de logique et de fonction par E/S dans les dispositifs logiques programmables. Cela en fait un choix idéal pour les appareils électroniques portables dans les applications électroniques grand public, industrielles, de communication, médicales et de test, en particulier celles qui nécessitent des opérations de bus mémoire gourmandes en E/S, une extension d'E/S à usage général, un séquençage, une conversion d'interface, stockage, et L'application de la technologie d'écran tactile et de clavier d'interface homme-machine.
