FPGA在视频监控领域的应用--爱达讯安防工程师浅谈

　　从1984年全球第一颗FPGA诞生到现在，FPGA的应用日益广泛，那么何为FPGA？FPGA是英文Field Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

　　FPGA采用了逻辑单元阵列LCA（Logic Cell Array）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块CLB（Configurable Logic Block）、输出输入模块IOB（Input Output Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA的基本特点主要有：

1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
　　3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。
　　4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
　　5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
　　可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
　　目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。

　　FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。 加电时，FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失，因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程无须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA，不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。

　　FPGA有多种配置模式：并行主模式为一片FPGA加一片EPROM的方式；主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA；串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。

　　爱达讯安防工程师认为，基于FPGA所具有的优势，FPGA在各个领域被广泛的加以应用。

　　视频监控领域在需求的不断提升和激烈的竞争中，新技术和新产品不断涌现，总体发展趋势逐步从模拟视频向网络化的数字视频转变，更进一步就是图像质量从标清转向高清、数据从单通道转向多通道、从非实时转为实时等，这使得视频分析的运算越来越复杂。传统的DSP处理器在应对如此众多需要同时处理的工作，显得有些力不从心，而FPGA则是一个天生的并行处理结构，非常适合这类多通道、高清、实时、及复杂的运算。这就为FPGA在视频监控领域的发展打下契机。爱达讯安防工程师认为： 在不久的将来, 借助FPGA技术开发的一系列视频监控产品将全面地替代并淘汰现有的视频监控设备技术和模式。

　　1. 高清信号的传输都是以高速串行数据的形式进行的(1.5Gbps和3Gbps)，现在能接受,处理和发送该信号的技术除了专用芯片外, FPGA技术的能够适用大容量串行数据的处理和传输，并且相对专用芯片，价格更低廉，应用更灵活方便。

　　2. 对于大量的数据, 通用CPU难以处理, 而且工作模式也不合适，而DSP方式处理起来也是有些力不从心, 而FPGA, 由于其工作模式的可更改性和多种芯片的集成性，不但接收发送没有问题，其内部可以实现的数以千计的乘法器及内部处理逻辑和存储功能能很好地在芯片内实现各种信号的处理。

　　3. 各种新标准新技术不断更新和出现, 专用芯片在适应性及经济批量要求方面,都不是很理想, 而FPGA的可重复编程、可升级上载的优势却可以充分发挥。

　　4. FPGA成本的下降和开发平台功能的提高, 使FPGA产品的开发成本和多样性，将远远大于优于其他技术实现的产品。

　　5. 光明的发展前景，Xilinx的CTO Ivo Bolsens 对于FPGA的发展：“到2011年，半导体制造工艺将采用32nm节点，芯片制造商可以制造包含数十亿个晶体管的单芯片产品，而采用这种工艺的FPGA会包含一亿个可编程逻辑门，而且FPGA平台会采用创新的封装技术将存储器、模拟混合信号电路、通用接口、传感器、各种I/O集成到一起，这样的FPGA会成为许多电子产品的核心。”

　　FPGA所具有的这些优势，已经让很多视频监控厂商在推出基于FPGA的产品，相信在不久的将来，FPGA将会成为视频监控领域的新主力。