安全な都市建設の必要性から、ビデオ監視の開発がさらに促進され、この分野でのFPGAの適用も促進されています。
特に今では、マルチチャネル、高解像度、ネットワーキング、高速通信インターフェース、およびインテリジェンスの要件により、 FPGAベースのビデオウォールコントローラー.
それどころか、FPGAチップテクノロジ、IPコア、およびリファレンスデザインの進歩と更新により、ビデオ監視の開発が促進されています。
現在、DSPプロセッサや既製のチップ（ASSP）を使用するだけでは、高性能システムのニーズを満たすことは困難です。
ただし、現在のプログラマブルデバイスの高度な統合と柔軟性、および低消費電力と広い動作範囲により、価格は下がり続けています。 そのため、プログラマブルロジックゲートアレイ（FPGA）独自の高性能と柔軟性が採用されています。 、多くのビデオ監視製品を構築できるように。
1.FPGAが注目に値する理由は何ですか？
FPGAはGPUやCPUのようにプログラム可能ですが、推論やディープニューラルネットワークなどの並列、低遅延、高スループットの問題を対象としています。
FPGAには多くの利点がありますが、その中で最も注目すべきは速度です。
FPGAは最新のCPUに比べて遅いクロック速度で実行されますが、シーケンシャル命令のストリームを実行するのではなく、基本的に同時であり、これらの同時操作間でデータが最適に流れるため、パフォーマンスが劇的に向上します。
従来のCPUで実行されている同じコードよりも、アプリケーションが最大100倍高速に実行される可能性があります。
FPGAには、多数のアクションを同時に実行するために使用できる数百万の再プログラム可能なロジックブロックが含まれており、並列処理と同時実行の利点を提供します。
コードを作成する場合、エンジニアは、問題を、同時に実行できる適切に構造化された自己完結型のプロセスに分解することで、この並列アーキテクチャを利用できます。
たとえば、画像が同時に処理されない場合、XNUMX人のワーカーが画像全体をピクセルごとに処理します。 ただし、同じ画像が同時に処理されると、画像は分割され、異なるワーカーによって同時に処理されてから、元に戻されます。
これにより、プロセスはより複雑になりますが、はるかに高速になります。受信データを最適な方法で分割し、ワーカーに効率的に配布してから、処理されたデータを収集して再構築する必要があります。理想的には、作業のパイプラインをブロックすることはありません。
通常のCPUでは、これには、メモリからのデータのプッシュとプル、およびメモリの現在の状態についてプロセスが合意するためのコストのかかるプロトコルが含まれます。 最大のIntelCPUでさえ18個しかありません
コア。 それに比べて、FPGAでは、データフローを設計できるため、チップから離れることはありません。
数万の同時プロセスが発生する可能性があり、処理のタイミングが最適化されてスループットが向上します
常に最大です。
2.インテリジェントビデオ監視におけるFPGAのアプリケーション
現在、IPカメラの解像度は標準画質D1から高解像度（1920×1080）へと徐々に進化しており、ローカルリアルタイム圧縮を実行する必要があるため、ハード圧縮しか使用できません。 複数のDSPプロセッサを使用すると、システムコスト、統合、および消費電力が増加し、ユーザーには受け入れられません。 シングルチップの低コストFPGAデバイスを使用する場合、パフォーマンスは設計要件を満たすことができません。
ただし、シングルチップの高性能StratixシリーズFPGAデバイスを使用する場合は、要件を満たすことができます。 このデバイスは、対応する構造化されたASIC-Hard-Copyシリーズデバイスを備えているため、コストをさらに1/10に削減し、消費電力を50％削減できます。 したがって、このFPGAデバイスはシングルチャネルの高解像度IPカメラとして使用できます。
マルチチャンネル画像をローカルで監視するには、通常、マルチチャンネルビデオデータを多重化し、画像を分割およびスケーリングする必要があります。 したがって、標準のCCIR656形式のデータは、処理のためにビデオ多重化スケーリング分割部分に送信する必要があります。
FPGAデバイスの豊富なメモリリソースは、ビデオの多重化およびスケーリングアルゴリズムに必要なラインバッファとしての使用に適しているため、この部分では、画面の多重化およびスケーリングとセグメンテーション機能をすばやく実現できます。
次に、マルチチャネルH.264 D1 + CIFエンコーディング部分に送信され、FPGAに固有の強力な並列処理機能がH.264アルゴリズムの処理速度要件を満たすことができます。 複数のASSPまたはDSPプロセッサ実装スキームと比較して、シングルチップFPGAは、より安定したシステムパフォーマンス、低コスト、および最高の価格/パフォーマンス比を提供します。
3. FPGAを使用して、DSPリアルタイムビデオ処理機能を実現します
ASPSPおよびチップセットソリューションと比較して、FPGAは、設計エンジニアの実際のニーズに応じてさまざまなレベルの柔軟性を提供し、従来のDSPよりも大幅に優れたパフォーマンスを維持できます。
リアルタイムビデオ処理には非常に高いシステムパフォーマンスが必要であるため、最も単純な機能を備えたほとんどすべての汎用DSPにはこの機能がありません。
プログラマブルロジックデバイスを使用すると、設計者は並列処理テクノロジを使用してビデオ信号処理アルゴリズムを実装でき、XNUMXつのデバイスだけで目的のパフォーマンスを実現できます。
DSPベースのソリューションは通常、必要な処理機能を取得するためにXNUMXつのボードに多くのDSPを埋め込む必要があります。これにより、プログラムリソースとデータメモリリソースのオーバーヘッドが確実に増加します。
非常に狭い伝送チャネル（ワイヤレスチャネルなど）で高帯域幅のビデオデータを送信し、適切なサービス品質（QoS）を維持することは非常に難しいため、設計者はFPGAの実装に基づいてエラー訂正、圧縮、および画像処理の改善に取り組んでいます。 。 テクノロジー。
MPEG-4アルゴリズムの中核は、離散コサイン変換（DCT）と呼ばれる操作です。 DCT部分は標準化されており、FPGAに効果的に実装できます。 多くの専用MPEGデコーダーもこれらのパーツ（モーション推定モジュールなど）を使用します。 FPGA。
FPGAは再構成できるため、デバイスを簡単に更新でき、開発フェーズ全体（構成後を含む）で新しいアルゴリズムを統合できます。
ビデオシステムのもうXNUMXつの重要な部分は、色空間変換です。 FPGAシステムアーキテクチャは、アプリケーションシステムのアルゴリズムを調整して、最高のパフォーマンスと効率を実現できます。
FPGAは、カスタム調整を通じて、最も実用的で価値のある高効率および高効率の製品を提供できます。 設計者は、DSPクロックよりもはるかに低いレートで指定された機能を実現するために、アプリケーションの範囲と速度の間で妥協することができます。
たとえば、メディアンフィルタアプリケーションでは、DSPプロセッサはアルゴリズムを実行するために67クロックサイクルを必要としますが、FPGAはこの機能を並列に実装できるため、FPGAは25MHzの周波数でのみ動作する必要があります。
しかし、上記の機能を実現するDSPは、1.5GHzの周波数で動作する必要があります。この特定のアプリケーションでは、FPGAソリューションの処理能力が17MHzDSPプロセッサの100倍に達する可能性があることがわかります。
画像回転、画像スケーリング、色補正と彩度補正、シャドウエンハンスメント、エッジ検出、ヒストグラム機能、シャープニング、メディアンフィルター、スペックル分析など、多くのリアルタイム画像およびビデオ処理機能がFPGAデバイスでの実装に適しています。機能は特定のアプリケーションとシステムを対象としており、コアアーキテクチャ（2D-FIRフィルターなど）の上に構築されています。
4. FPGAを使用して、組み込みシステム用のイメージおよびビデオウォールコントローラーを構築します
FPGAデバイスを使用してビデオおよびイメージコントローラーを構築することにより、イメージディスプレイテクノロジーがますます多くの組み込みアプリケーションに参入するようになっています。 パフォーマンスと柔軟性の完璧な組み合わせにより、DSP分野のFPGAアプリケーションはますます一般的になっています。
iSEMC は、新しい低電力フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）シリーズのビデオウォールコントローラーを発売し、電力を意識した設計向けの幅広い低電力プログラマブルソリューションのリソースをさらに拡大しました。
新しいFPGAデバイスは、プログラマブルロジックデバイスのI / Oあたりの消費電力、面積、ロジック、および機能の比率が最高です。 これにより、家庭用電化製品、産業、通信、医療、およびテストアプリケーション、特にI / Oを多用するメモリバス操作、汎用I / O拡張、シーケンス、インターフェイス変換を必要とするポータブル電子デバイスに最適です。ストレージ、およびマンマシンインターフェイスのタッチスクリーンとキーボード技術のアプリケーション。
