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靈活“穿梭”在攝像機中,Lattice秀FPGA安防應用成果

2012-12-07
作者:電子技術應用記者:陳穎瑩

    FPGA自誕生以來,就憑借其靈活性在眾多領域發光發熱。隨著安防監控應用對各種性能要求的提高,FPGA在該領域也越來越多的被采用。近日,在北京舉辦的中國國際社會公共安全產品博覽會(安博會)上,萊迪思(Lattice)就展示了采用其低密度和超低密度FPGA的新型攝像機設計解決方案和HDR-60開發套件,此外,Lattice市場營銷解決方案總監Ted Marena,Lattice工業和汽車市場戰略營銷經理Kambiz Khalilian以及Lattice北中國區域技術經理宋鐵臣還向記者介紹了Lattice在安防領域的相關技術。

圖1 Lattice市場營銷解決方案總監Ted Marena(中),Lattice工業和汽車市場戰略營銷經理Kambiz Khalilian(左)以及Lattice北中國區域技術經理宋鐵臣(右) 

“前中后”通吃

    基于Lattice FPGA的攝像機解決方案橫跨了常用的攝像機架構:圖像傳感器接口、圖像信號處理(ISP)和視頻輸出接口,如圖2所示。宋經理介紹到:“很多傳感器有自己的接口,Lattice FPGA支持多種圖像傳感器接口,如Aptina的HiSPi、Panasonic的Sub-LVDS、Sony的串/并行Sub-LVDS以及MIPI的CSI-2。此外,雙/多圖像傳感器橋接(允許單個ISP連接至一個以上的圖像傳感器)也可以用Lattice FPGA實現。Lattice還推出了SensorExtender(傳感器擴展器)IP,允許圖像傳感器遠離ISP,通過低成本的CAT5電纜將圖像傳感器距離延伸至10 m,并實現高達1 080 p的分辨率。”

圖2 常用的攝像機架構

    在圖像信號處理方面,Lattice的第三方Helion公司推出了基于Lattice FPGA的90多個獨立的圖像信號處理方面的IP,可實現高動態范圍成像(HDR)、H.264編碼器、自動對焦和視頻分析(人數統計、入侵檢測、目標檢測以及攝像機篡改檢測)等,客戶可根據需求定制IP,而且這些IP是可以免費試用的。宋經理還特別演示了HDR,可以看到它提高了圖像最亮和最暗區域之間的動態范圍,簡單地說就是以前圖像中不清楚的暗處和亮出都可以看清楚了,如圖3所示。

圖3 高動態范圍(HDR)示例

    在攝像機的最后一個環節,即視頻輸出上,由于現在輸出標準非常多而且復雜,如LVDS、SDI、HDMI、以太網MAC,還沒有哪個芯片廠商能把所有接口集成進去,這就給FPGA留下了很多機會。使用FPGA可以利用不同的IP實現不同的接口,可以節省廠商的硬件開發成本。Lattice現有的方案有HD-SDI IP和攝像機、HDMI以及USB 3.0解決方案。

合作共贏

    宋經理特別強調到:“在傳感器接口部分,TI、Hisilicon 以及NXP都使用了基于Lattice MachXO2的傳感器橋接,CSR使用了Lattice iCE40,TI還使用了基于Lattice MachXO2的雙傳感器橋接。而在視頻輸出部分,基于TI DM368的SDI攝像機也用了LatticeECP3-17 FPGA。”

    雖然一些芯片廠商在談到自己的時候總想與FPGA撇清界限,強調不需要FPGA,但是上面的例子也恰恰可以印證一點:不管視頻處理器如何強大,還是有FPGA的用武之地的,也打消了視頻處理器與FPGA之間“有你沒我”那種完全競爭的概念。Ted他們也坦言:“總體上說,與DSP相比,FPGA成本相對較高,而且隨著DSP性能越來越強大,用FPGA實現復雜算法的需求其實在降低。但是當接口非常豐富的時候,包括前端的傳感器接口和后端的顯示接口,只用視頻處理器就會很吃力,需要做很多不同的芯片來滿足要求,FPGA憑借其靈活性能夠應付自如,而且增加的成本也不多。”

    其實只要找準自己的定位,互補不足,合作共贏應該是最好的選擇。

圖4 Lattice雙傳感器案例

圖5 Lattice HDR-60攝像機開發版

圖6 在HDR-60上實現Varioptic的液體鏡頭技術并配備Helion IP

圖7 圖像傳感器接口、圖像信號處理(ISP)和視頻輸出接口全部基于Lattice FPGA實現的攝像機

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