基于FPGA的视频监控时代

视频监控市场及发展趋势

不断升级的安全问题迫使各国政府和机构在监控和安全设备上投入巨资。此外，在图像及视频处理领域的技术创新彻底改变了视频监控行业，这不限于安防，还包括银行、交通、教育、零售、医疗保健，游戏和其他领域。根据ABI Research的预测，整个视频监控市场的收入将从2008年的16亿美元增加到2015年的29亿美元，有9%的复合年增长率。

视频监控已经从模拟标准清晰度摄像机和VCR转变到兆像素的高清摄像机，以及DVR到通过以太网的IP网络摄像机的视频流，到基于云计算的网络视频录像机(NVR)。取代了现场观看，连续记录和通过记录材料的可视化搜索，智能摄像机和录像机目前已能够实施基于事件的录像和报警触发，并通过记录材料自动搜索。

这些先进的安防和监控设备与先进的图像传感器技术和半导体的图像信号处理功能紧密结合。这些包括摄像机的架构，传感器接口/传感器桥接、图像信号处理、高动态范围(HDR)处理和视频分析。

摄相机的体系结构

一个典型的摄相机由图像传感器，图像信号处理器和一些输出接口所组成。除了这些功能块之外，摄相机还可以包括视频压缩或视频分析功能。图1示展示了LatticeECP3 FPGA器件上实现兆像素网络摄像机的一个实例。

图1 用FPGA实现的摄相机架构

传感器接口/传感器桥接

通常图像信号处理器(ISP)有一个或多个图像传感器接口。最常见的图像传感器是CMOS传感器。较低的分辨率和较低的帧速率传感器可以通过并行接口连接到ISP。更高分辨率和更高帧速率的图像传感器需要高速的接口，包括MIPI、Aptina HiSPi或sub-LVDS接口。低成本的ISP通常只支持一个并行接口。因此，传感器桥接功能必须能够转换MIPI、HiSPi sub-LVDS信号至并行接口。低成本的FPGA可用于转换MIPI、HiSPi或sub-LVDS接口至并行接口。在图2中，莱迪思的MachXO2 FPGA用于转换来自两个Aptina图像传感器(MT9034)的HiSPi传感器信号到一个并行格式，然后用TI DSP器件(DM8127)进行处理。

图2 使用FPGA的传感器接口桥接应用