利用FPGA協(xié)處理器 優(yōu)化數(shù)字錄像監(jiān)控系統(tǒng)
數(shù)字錄像監(jiān)督體系如今具有更多的才能,，對(duì)傳統(tǒng)模仿監(jiān)控體系發(fā)生直接性的代替效應(yīng),。除了供給領(lǐng)先的緊縮技能,，如MPEG-4和H.264,，數(shù)字錄像監(jiān)督體系如今裝備了如圖畫(huà)安穩(wěn)，全景錄像和視頻運(yùn)動(dòng)檢測(cè)等算法,。本文將評(píng)論這些新技能的長(zhǎng)處,，和它們?cè)谟脭?shù)字信號(hào)處置器(DSP)和FPGA協(xié)處置器平臺(tái)上的優(yōu)化完結(jié)，論述現(xiàn)代監(jiān)督體系的需求,。
商用錄像監(jiān)督體系的通常需求，是撐持1～8個(gè)監(jiān)督器,，領(lǐng)先的視頻緊縮如MPEG-4,，Windows Media 9 H.264，低推遲編碼(1～3幅)和不一樣幅速率下的同步檢查和記載,。編碼分辨率從CIF(大概是VCR分辨率)到D1(大概是DVD分辨率),。視訊速率從每秒2幅(家用安全)到賭場(chǎng)和其它高檔體系中高達(dá)每秒30幅。
增強(qiáng)錄像監(jiān)督的質(zhì)量
在固定頻寬情況下，可以選用不一樣的方法如Codec以界說(shuō)方針區(qū)域,、圖畫(huà)安穩(wěn)和全景拍攝來(lái)改善視訊質(zhì)量,。最常用的視訊緊縮技能是MPEG-4?？墒?，描繪者正在檢測(cè)H.264的根本功用，經(jīng)比擬它可以將視訊質(zhì)量進(jìn)步33%(圖1),，大大地晉升錄像監(jiān)督體系的檢測(cè)才能,。
因而，視訊質(zhì)量和檢測(cè)才能可以透過(guò)界說(shuō)高度安全警戒的區(qū)域來(lái)增強(qiáng),。在非核心區(qū)域如天空,、天花板和風(fēng)中搖晃的樹(shù)冠等，體系可以添加視訊緊縮等級(jí),，然后削減那些區(qū)域的頻寬和處置負(fù)荷,，由于這些當(dāng)?shù)爻尸F(xiàn)安全漏洞的危險(xiǎn)性是很低的。反之,，體系更關(guān)需加強(qiáng)安全的區(qū)域,，包羅外門(mén)、窗戶(hù),、高安全區(qū)域的內(nèi)部已有挪動(dòng)印象的區(qū)域,，則透過(guò)界說(shuō)愛(ài)好區(qū)域，愈加重視這些當(dāng)?shù)?，以削減虛警數(shù)量,、添加檢測(cè)到真實(shí)安全漏洞的機(jī)率。
監(jiān)督器的挪動(dòng)和顫動(dòng)也會(huì)下降錄像監(jiān)督的質(zhì)量,，挪動(dòng)監(jiān)督器以保證掩蓋整個(gè)監(jiān)督區(qū)域,，而顫動(dòng)可以是環(huán)境要素如風(fēng)或過(guò)往車(chē)輛形成。這兩種要素會(huì)下降緊縮質(zhì)量,，可以會(huì)形成丟幅,、下降錄像監(jiān)督體系的質(zhì)量。在最蹩腳的情況下,，這些要素會(huì)形成體系處置超負(fù)荷,。當(dāng)前可透過(guò)算法來(lái)處置監(jiān)督器的物理顫動(dòng)，以強(qiáng)化數(shù)字錄像監(jiān)督體系安穩(wěn)技能,，將圖畫(huà)的某些局部和曾經(jīng)的圖畫(huà)比對(duì),，運(yùn)用圖片不一樣的向量偏移，尋覓圖畫(huà)間關(guān)聯(lián)性最大的點(diǎn),。然后把偏移向量使用在整個(gè)圖畫(huà)上,，邊際上進(jìn)行一些取舍,，可是大局部的圖畫(huà)仍然是安穩(wěn)的。
FPGA可以作為查找和關(guān)聯(lián)的評(píng)價(jià),。30fps D1分辨率單信道的通常需求是大約3,000～5,000個(gè)FPGA邏輯單元—等效于大容量器材如Altera Stratix II FPGA大約4～7%的邏輯面積,。供給全景圖也是聯(lián)系了旋轉(zhuǎn)監(jiān)督器的錄像監(jiān)督體系的重要功用，能使得掩蓋特定場(chǎng)所所需的監(jiān)督器數(shù)目最少,，讓安全局部監(jiān)督體系很快地檢查更大的區(qū)域,，或重視曾經(jīng)檢查到潛在安全問(wèn)題的特定區(qū)域。當(dāng)全景算法聯(lián)系挑選監(jiān)督器(PTZF),，體系可以盯梢視訊圖畫(huà)的挪動(dòng),，不是將圖畫(huà)移回中間，而是圖畫(huà)放大為更大分辨率的圖片,。新的圖畫(huà)「縫在」舊圖畫(huà)上,，掩蓋局部被更新。將FPGA機(jī)制用于全景拍攝,，具有添加最小核算量的縫合功用,。
視訊挪動(dòng)檢測(cè)在室內(nèi)和室外，無(wú)論白天黑夜都很有用,，可以大大地增強(qiáng)錄像監(jiān)督體系的才能,。這個(gè)特性運(yùn)用盯梢算法，接納來(lái)自監(jiān)督監(jiān)督器的噪聲檢測(cè),，提取出由圖畫(huà)噪聲,、如風(fēng)、樹(shù)枝等環(huán)境要素形成監(jiān)督器挪動(dòng),，或環(huán)境要素形成的過(guò)錯(cuò)圖畫(huà),。它簡(jiǎn)化了盯梢入侵者的算法，可以和傳統(tǒng)的挪動(dòng)檢測(cè)相聯(lián)系,，讓過(guò)錯(cuò)辨認(rèn)降至最低,。挪動(dòng)檢測(cè)算法從用幾百個(gè)邏輯單元中，運(yùn)用簡(jiǎn)略的邊際檢測(cè)濾波器,，可以戰(zhàn)勝雨,、風(fēng)攪擾及人、小動(dòng)物和車(chē)輛等的差異,。領(lǐng)先的算法通常選用挪動(dòng)追尋,，和 MPEG緊縮中的運(yùn)轉(zhuǎn)估量模塊相似。追尋圖畫(huà)不一樣局部的挪動(dòng),，答應(yīng)體系疏忽雨,、塵埃和燈火的改變，此挪動(dòng)檢測(cè)算法需求只需求1,000～3,000 FPGA邏輯單元,。
視訊存盤(pán)
錄像監(jiān)督體系中的視訊存盤(pán)是有必要的功用,，讓安全局部保管可以的侵入和保護(hù)用于辨認(rèn)入侵者的視訊。有在創(chuàng)立圖畫(huà)的本地端完結(jié),，或許在更安全的長(zhǎng)途地址完結(jié),。 IP監(jiān)督器或視訊服務(wù)器把一切的緊縮視訊發(fā)送給后臺(tái)局部，在那里中心記載單元搜集一切的視訊流并進(jìn)行歸檔,。這種裝備不需求貴重的終端單元,，簡(jiǎn)單進(jìn)行視訊辦理，可是需求十分牢靠的具有頻寬的網(wǎng)絡(luò),，一次撐持一切監(jiān)督器的傳送,。另一種裝備運(yùn)用本地硬盤(pán)記載，讓后臺(tái)局部一次只能檢查一臺(tái)監(jiān)督器,，或拜訪(fǎng)任何單元的恣意存盤(pán)視訊,。
DSP和FPGA強(qiáng)化信號(hào)處置才能
DSP處置器和FPGA協(xié)處置器的組合，具有數(shù)字錄像監(jiān)督體系所需的十分高的功用和高度靈敏的信號(hào)處置才能,。DSP處置器優(yōu)勢(shì)包羅高頻率速率(高度 1GHz),，依據(jù)C/C++的開(kāi)發(fā)，內(nèi)建的內(nèi)存辦理和內(nèi)建的I/O界面,。一起,，DSP處置器具有指令/時(shí)鐘和乘法器，以及固定的字長(zhǎng)和I/O接口,。別的,，大局部DSP答應(yīng)十分有限的處置器間通訊，選用低速總線(xiàn)如PCI和其它DSP相連,。
另一方面,，FPGA包羅很多的指令/周期，比DSP多一至兩個(gè)數(shù)量級(jí)的乘法器,。例如,，Stratix II FPGA每個(gè)器材有多達(dá)384個(gè)18×18乘法器/累加器，每個(gè)可以運(yùn)轉(zhuǎn)在370MHz,，及將近180K個(gè)規(guī)范邏輯單元,。FPGA撐持領(lǐng)先的內(nèi)存件如 DDR、DDR II,、RLDRAM和QDR,。別的還可以透過(guò)高速LVDS和數(shù)千兆SERDES總線(xiàn)和其它FPGA或其它器材相連，如DSP,。它們的驅(qū)動(dòng)包羅更長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)工夫,，更大的器材功率(固然不是依據(jù)核算量)和1/3 DSP峰值處置速率的時(shí)鐘速率。
這兩類(lèi)組件明顯極能互補(bǔ),，固然DSP可以疾速地開(kāi)發(fā)新的和雜亂的算法,，可是它們一次只能完結(jié)兩至四個(gè)核算,。另一方面，FPGA可以一次對(duì)整個(gè)向量乃至矩陣進(jìn)行算術(shù)操作,。并且,，FPGA在銜接多個(gè)處置點(diǎn)上十分拔尖，在DSP間分配數(shù)據(jù),，把搜集并把分支核算組合成單個(gè)輸出流,。
尤其在錄像監(jiān)督使用中，FPGA可以用來(lái)預(yù)處置視訊,、完結(jié)視訊安穩(wěn),、濾波和挪動(dòng)檢測(cè)。然后將安穩(wěn)的視訊及挪動(dòng)檢測(cè)信息送給DSP進(jìn)行視訊緊縮和協(xié)議棧處置,。
FPGA強(qiáng)化監(jiān)督體系彈性
錄像監(jiān)督僅僅一些視訊印象體系的一種,，需求十分高的信號(hào)處置和貯存頻寬以及多處置單元間通訊的才能，以完結(jié)所需分辨率和實(shí)時(shí)視訊觀看需求,。其它使用包羅醫(yī)療印象,、光學(xué)檢測(cè)、視訊播送,、科學(xué)核算和軍事使用,。描繪這些體系的工程師，將不斷地運(yùn)用DSP處置器和高功用FPGA的組合來(lái)完結(jié)所需的印象質(zhì)量,。
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