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以界說方針區(qū)域、圖畫安穩(wěn)和全景拍攝來改善視訊質(zhì)量,。最常用的視訊緊縮技能是MPEG-4,。可是,，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)才能可以透過界說高度安全警戒的區(qū)域來增強(qiáng)。在非核心區(qū)域如天空,、天花板和風(fēng)中搖晃的樹冠等,，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,、窗戶、高安全區(qū)域的內(nèi)部已有挪動(dòng)印象的區(qū)域,，則透過界說愛好區(qū)域,，愈加重視這些當(dāng)?shù)兀韵鳒p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)或過往車輛形成,。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)前可透過算法來處置監(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,，將圖畫的某些局部和曾經(jīng)的圖畫比對(duì)，運(yùn)用圖片不一樣的向量偏移,，尋覓圖畫間關(guān)聯(lián)性最大的點(diǎn),。然后把偏移向量使用在整個(gè)圖畫上，邊際上進(jìn)行一些取舍,，可是大局部的圖畫仍然是安穩(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的挪動(dòng),，不是將圖畫移回中間,，而是圖畫放大為更大分辨率的圖片。新的圖畫「縫在」舊圖畫上,，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,，接納來自監(jiān)督監(jiān)督器的噪聲檢測(cè)，提取出由圖畫噪聲,、如風(fēng),、樹枝等環(huán)境要素形成監(jiān)督器挪動(dòng)，或環(huán)境要素形成的過錯(cuò)圖畫,。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
錄像監(jiān)督體系中的視訊存盤是有必要的功用,，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)用本地硬盤記載,，讓后臺(tái)局部一次只能檢查一臺(tái)監(jiān)督器，或拜訪任何單元的恣意存盤視訊,。
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。別的還可以透過高速LVDS和數(shù)千兆SERDES總線和其它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,。
這兩類組件明顯極能互補(bǔ),，固然DSP可以疾速地開發(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的組合來完結(jié)所需的印象質(zhì)量。
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