Λόγω της ανάγκης ασφαλούς κατασκευής πόλης, προωθήθηκε περαιτέρω η ανάπτυξη της βιντεοεπιτήρησης και έτσι προωθήθηκε η εφαρμογή του FPGA σε αυτόν τον τομέα.
Ειδικά τώρα που οι απαιτήσεις για πολυκάναλα, υψηλής ευκρίνειας, δικτύωση, διεπαφή επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας και ευφυΐα έχουν προωθήσει την περαιτέρω ανάπτυξη του τομέα Ελεγκτές τοίχου βίντεο με βάση FPGA.
Αντίθετα, η πρόοδος και η ανανέωση της τεχνολογίας τσιπ FPGA, του πυρήνα IP και του σχεδιασμού αναφοράς έχει προωθήσει την ανάπτυξη της παρακολούθησης βίντεο.
Τώρα, είναι δύσκολο να καλυφθούν οι ανάγκες των συστημάτων υψηλής απόδοσης χρησιμοποιώντας απλώς επεξεργαστές DSP ή τσιπ εκτός του ράφι (ASSP).
Ωστόσο, λόγω της υψηλής ενσωμάτωσης και της ευελιξίας των σημερινών προγραμματιζόμενων συσκευών, καθώς και της χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας και του μεγάλου εύρους λειτουργίας, οι τιμές τους συνεχίζουν να μειώνονται. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται η μοναδική υψηλή απόδοση και ευελιξία των προγραμματιζόμενων συστοιχιών λογικής πύλης (FPGA). , Για να μπορεί να κατασκευάσει πολλά προϊόντα παρακολούθησης βίντεο.
1. Τι κάνει τα FPGA αξιοσημείωτα;
Τα FPGAs μπορούν να προγραμματιστούν όπως GPU ή CPU αλλά στοχεύουν σε παράλληλα, χαμηλού λανθάνοντος χρόνου, προβλήματα υψηλής απόδοσης όπως συμπεράσματα και Deep Neural Networks.
Τα FPGA έχουν πολλά οφέλη, το πιο αξιοσημείωτο από τα οποία είναι η ταχύτητα.
Ενώ οι FPGA λειτουργούν με αργή ταχύτητα ρολογιού σε σχέση με τους σύγχρονους επεξεργαστές, είναι βασικά ταυτόχρονες και όχι τρέχουσες ροές διαδοχικών οδηγιών, με τα δεδομένα να ρέουν βέλτιστα μεταξύ αυτών των ταυτόχρονων λειτουργιών, με αποτέλεσμα μια δραματική καθαρή αύξηση της απόδοσης.
Υπάρχει η δυνατότητα για εφαρμογές να εκτελούνται έως και 100 φορές γρηγορότερα σε σχέση με τον ίδιο κώδικα που εκτελείται σε παραδοσιακές CPU.
Τα FPGA περιέχουν εκατομμύρια επαναπρογραμματιζόμενα λογικά μπλοκ που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτέλεση πολλών ενεργειών ταυτόχρονα, αποδίδοντας τα οφέλη του παραλληλισμού και της ταυτόχρονης λειτουργίας.
Κατά τη συγγραφή κώδικα, οι μηχανικοί μπορούν να επωφεληθούν από αυτήν την παράλληλη αρχιτεκτονική διασπώντας τα προβλήματα σε καλά δομημένες, αυτόνομες διαδικασίες που μπορούν να εκτελούνται ταυτόχρονα.
Για παράδειγμα, όταν μια εικόνα επεξεργάζεται μη ταυτόχρονα, ένας εργαζόμενος επεξεργάζεται ολόκληρη την εικόνα pixel ανά pixel. Αλλά όταν η ίδια εικόνα υποβάλλεται σε επεξεργασία ταυτόχρονα, διασπάται σε κομμάτια που επεξεργάζονται ταυτόχρονα από διαφορετικούς εργάτες και στη συνέχεια τεμαχίζονται ξανά.
Αυτό καθιστά τη διαδικασία πιο περίπλοκη αλλά πολύ γρηγορότερη - τα εισερχόμενα δεδομένα πρέπει να χωρίζονται με τον βέλτιστο τρόπο, να διανέμονται αποτελεσματικά στους εργαζόμενους, στη συνέχεια τα επεξεργασμένα δεδομένα να συλλέγονται και να συναρμολογούνται, ιδανικά χωρίς να μπλοκάρει τον αγωγό εργασίας.
Σε μια κανονική CPU, αυτό περιλαμβάνει την ώθηση και την εξαγωγή δεδομένων από τη μνήμη και δαπανηρά πρωτόκολλα για να συμφωνήσουν οι διαδικασίες σχετικά με την τρέχουσα κατάσταση της μνήμης. Ακόμα και οι μεγαλύτεροι επεξεργαστές Intel έχουν μόνο 18
πυρήνες. Σε σύγκριση, σε ένα FPGA, η ροή δεδομένων μπορεί να κατασκευαστεί έτσι ώστε να μην αφήνει ποτέ το τσιπ.
Μπορούν να συμβούν δεκάδες χιλιάδες ταυτόχρονες διαδικασίες και ο χρόνος της επεξεργασίας να βελτιστοποιηθεί έτσι ώστε να έχει απόδοση
είναι πάντα το μέγιστο.
2. Η εφαρμογή του FPGA στην ευφυή παρακολούθηση βίντεο
Προς το παρόν, η ανάλυση των IP καμερών εξελίσσεται σταδιακά από την τυπική ευκρίνεια D1 σε υψηλή ευκρίνεια (1920 × 1080) και πρέπει να πραγματοποιηθεί τοπική συμπίεση σε πραγματικό χρόνο, οπότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σκληρή συμπίεση. Εάν χρησιμοποιούνται πολλαπλοί επεξεργαστές DSP, το κόστος του συστήματος, η ενσωμάτωση και η κατανάλωση ενέργειας θα αυξηθούν, κάτι που είναι απαράδεκτο για τους χρήστες. εάν χρησιμοποιείται μια συσκευή FPGA χαμηλού κόστους με ένα τσιπ, η απόδοση δεν μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις σχεδιασμού.
Ωστόσο, εάν χρησιμοποιείται μια συσκευή FPGA σειράς Stratix υψηλής απόδοσης μίας μάρκας, η απαίτηση μπορεί να ικανοποιηθεί. Επειδή αυτή η συσκευή διαθέτει αντίστοιχη δομημένη συσκευή σειράς ASIC-Hard-Copy, μπορεί να μειώσει περαιτέρω το κόστος στο 1/10 και να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας κατά 50%. Επομένως, αυτή η συσκευή FPGA μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως κάμερα υψηλής ευκρίνειας IP ενός καναλιού
Για να παρακολουθείτε τοπικά την εικόνα πολλαπλών καναλιών, είναι συνήθως απαραίτητο να κάνετε πολυπλεξία των δεδομένων βίντεο πολλαπλών καναλιών και να διαιρέσετε και να κλιμακώσετε την εικόνα. Επομένως, τα τυπικά δεδομένα μορφής CCIR656 πρέπει να σταλούν στο τμήμα κλιμάκωσης κλιμάκωσης πολυπλεξίας βίντεο για επεξεργασία.
Οι άφθονοι πόροι μνήμης σε συσκευές FPGA είναι πιο κατάλληλοι για χρήση ως buffer γραμμής απαραίτητος για τον αλγόριθμο πολυπλεξίας και κλιμάκωσης βίντεο, έτσι ώστε αυτό το μέρος να μπορεί να πραγματοποιήσει γρήγορα τις λειτουργίες πολυπλεξίας και κλιμάκωσης και κατάτμησης της οθόνης.
Στη συνέχεια, αποστέλλεται στο τμήμα κωδικοποίησης H.264 D1+CIF πολλαπλών καναλιών και οι ισχυρές δυνατότητες παράλληλης επεξεργασίας που είναι εγγενείς στο FPGA μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις ταχύτητας επεξεργασίας του αλγορίθμου H.264. Σε σύγκριση με πολλαπλά σχήματα υλοποίησης επεξεργαστή ASSP ή DSP, το FPGA ενός τσιπ παρέχει πιο σταθερή απόδοση συστήματος, χαμηλότερο κόστος και την καλύτερη σχέση τιμής/απόδοσης.
3. Χρησιμοποιήστε το FPGA για να πραγματοποιήσετε τη λειτουργία επεξεργασίας βίντεο σε πραγματικό χρόνο DSP
Σε σύγκριση με τις λύσεις ASSP και chipset, τα FPGA μπορούν να παρέχουν διαφορετικά επίπεδα ευελιξίας σύμφωνα με τις πραγματικές ανάγκες των μηχανικών σχεδιασμού και να διατηρούν σημαντικά καλύτερη απόδοση από τα παραδοσιακά DSP.
Η επεξεργασία βίντεο σε πραγματικό χρόνο απαιτεί εξαιρετικά υψηλή απόδοση συστήματος, οπότε σχεδόν όλα τα DSP γενικής χρήσης με τις απλούστερες λειτουργίες δεν διαθέτουν αυτήν τη λειτουργία.
Η προγραμματιζόμενη λογική συσκευή επιτρέπει στους σχεδιαστές να χρησιμοποιούν παράλληλη τεχνολογία επεξεργασίας για την εφαρμογή αλγορίθμων επεξεργασίας σήματος βίντεο και μόνο μία συσκευή μπορεί να επιτύχει την επιθυμητή απόδοση.
Οι λύσεις που βασίζονται σε DSP πρέπει συνήθως να ενσωματώσουν πολλά DSP σε έναν πίνακα για να αποκτήσουν τις απαραίτητες δυνατότητες επεξεργασίας, οι οποίες αναμφίβολα θα αυξήσουν το γενικό κόστος των πόρων του προγράμματος και των πόρων μνήμης δεδομένων.
Επειδή είναι εξαιρετικά δύσκολο να στείλετε δεδομένα βίντεο υψηλής ευρυζωνικότητας και να διατηρήσετε την κατάλληλη ποιότητα υπηρεσιών (QoS) σε εξαιρετικά στενά κανάλια μετάδοσης (όπως ασύρματα κανάλια), οι σχεδιαστές δεσμεύονται να βελτιώσουν τη διόρθωση σφαλμάτων, τη συμπίεση και την επεξεργασία εικόνας με βάση την εφαρμογή FPGA Το τεχνολογία.
Ο πυρήνας του αλγορίθμου MPEG-4 είναι μια λειτουργία που ονομάζεται Discrete Cosine Transform (DCT). Το τμήμα DCT έχει τυποποιηθεί και μπορεί να εφαρμοστεί αποτελεσματικά στο FPGA. Πολλοί αποκλειστικοί αποκωδικοποιητές MPEG χρησιμοποιούν επίσης αυτά τα μέρη (όπως μονάδες εκτίμησης κίνησης). FPGA.
Επειδή το FPGA μπορεί να αναδιαμορφωθεί, η συσκευή μπορεί να ανανεωθεί εύκολα και να ενσωματωθούν νέοι αλγόριθμοι καθ 'όλη τη φάση ανάπτυξης (συμπεριλαμβανομένης μετά τη διαμόρφωση).
Ένα άλλο σημαντικό μέρος του συστήματος βίντεο είναι η μετατροπή του χρώματος. Η αρχιτεκτονική του συστήματος FPGA μπορεί να προσαρμόσει τον αλγόριθμο του συστήματος εφαρμογής για να επιτύχει την καλύτερη απόδοση και απόδοση.
Το FPGA μπορεί να παρέχει τα πιο πρακτικά και πολύτιμα προϊόντα υψηλής απόδοσης και υψηλής απόδοσης μέσω προσαρμοσμένων προσαρμογών. Οι σχεδιαστές μπορούν να συμβιβαστούν μεταξύ του πεδίου εφαρμογής και της ταχύτητας, έτσι ώστε να πραγματοποιήσουν την καθορισμένη λειτουργία σε πολύ χαμηλότερο ρυθμό από το ρολόι DSP.
Για παράδειγμα, στη διάμεση εφαρμογή φίλτρου, ο επεξεργαστής DSP χρειάζεται 67 κύκλους ρολογιού για να εκτελέσει τον αλγόριθμο, ενώ ο FPGA χρειάζεται μόνο να λειτουργεί σε συχνότητα 25MHz, επειδή ο FPGA μπορεί να εφαρμόσει αυτή τη λειτουργία παράλληλα.
Αλλά ο DSP που πραγματοποιεί την προαναφερθείσα λειτουργία πρέπει να λειτουργεί κάτω από συχνότητα 1.5GHz, φαίνεται ότι στη συγκεκριμένη εφαρμογή, η ικανότητα επεξεργασίας της λύσης FPGA μπορεί να φτάσει τις 17 φορές του επεξεργαστή DSP των 100MHz.
Πολλές λειτουργίες επεξεργασίας εικόνας και βίντεο σε πραγματικό χρόνο είναι κατάλληλες για εφαρμογή με συσκευές FPGA, όπως: περιστροφή εικόνας, κλιμάκωση εικόνας, διόρθωση χρώματος και διόρθωση χρώματος, βελτίωση σκιάς, ανίχνευση άκρων, λειτουργία ιστογράμματος, ακόνισμα, διάμεσο φίλτρο και ανάλυση στίγματος κ.λπ. Οι λειτουργίες απευθύνονται σε συγκεκριμένες εφαρμογές και συστήματα και είναι χτισμένες πάνω από την αρχική αρχιτεκτονική (όπως τα φίλτρα 2D-FIR).
4. Χρησιμοποιήστε το FPGA για να δημιουργήσετε ελεγκτές τοίχου εικόνας και βίντεο για ενσωματωμένα συστήματα
Η χρήση συσκευών FPGA για τη δημιουργία ελεγκτών βίντεο και εικόνας κάνει την τεχνολογία εμφάνισης εικόνας να εισέρχεται σε ολοένα και περισσότερες ενσωματωμένες εφαρμογές. Λόγω του τέλειου συνδυασμού απόδοσης και ευελιξίας, οι εφαρμογές FPGA στον τομέα DSP γίνονται όλο και πιο συχνές.
iSEMC λάνσαρε μια νέα σειρά προγραμματιζόμενων συστοιχιών πύλης χαμηλής ισχύος (FPGA) τηλεοπτικών ελεγκτών, διευρύνοντας περαιτέρω τους πόρους της για ένα ευρύ φάσμα προγραμματιζόμενων λύσεων χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας για σχέδια με εξοικονόμηση ενέργειας.
Οι νέες συσκευές FPGA παρέχουν τις καλύτερες αναλογίες κατανάλωσης ενέργειας, εμβαδού, λογικής και λειτουργίας ανά I/O σε προγραμματιζόμενες λογικές συσκευές. Αυτό το καθιστά ιδανική επιλογή για φορητές ηλεκτρονικές συσκευές σε ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, βιομηχανικές, επικοινωνιακές, ιατρικές και δοκιμαστικές εφαρμογές, ειδικά εκείνες που απαιτούν λειτουργίες διαύλου εντατικής εισόδου/εξόδου, επέκταση εισόδου/εξόδου γενικής χρήσης, προσδιορισμό αλληλουχίας, μετατροπή διεπαφής, αποθήκευση, και Η εφαρμογή της οθόνης αφής διεπαφής ανθρώπου-μηχανής και της τεχνολογίας πληκτρολογίου.
