视频监控系统中基于FPGA方案的视频处理

2009/04/09

视频监控系统是火车站、机场、银行、娱乐场所、购物中心甚至家庭保安的重要组件。随着安全风险增加，对视觉监视和记录事件的需求以多种使用模式激增。因此，新架构必须为横跨一整套日渐繁杂的视频监控系统要求的成本效益方案提供可扩展性。上市时间的压力、新CODEC标准、日益广泛的要求(包括先进的目标探测、运动探测、目标跟踪和目标跟踪特性)，这些不过是新型视频监控架构所面临挑战中的几项。伴随挑战而来的是对可扩展为不同性能范围的实现的需求。 对于从低端到高端以及从单机到PC扩展卡的任何视频监控系统，XilinxFPGA都是理想的解决方案。 视频监控和DVR系统 数字监控系统中的数字视频录像机(DVR)正在迅速采用先进的数字视频压缩。大多数DVR制造商从MPEG4向H.264高清晰度(HD)CODEC转移，对更高分辨率和压缩速度的需求也随之增加。专用芯片(ASSP)对大批量应用很有用，但缺少灵活性，开发成本高，而且开发时间较长；大多数高级数字媒体处理器则只能执行H.264HD解码(而H.264HD编码比解码还要复杂得多)。满足H.264HD性能要求的最佳解决方案是使用一个FPGA加上一个外部DSP或数字媒体处理器。 使用低成本的XilinxFPGA，可以更进一步提供运动探测、视频缩放、颜色空间转换、硬盘接口和DDR2存储器接口，还可以将两个27-MHzITU-RBT656数据流时分多路传输到一个54MHz数据流中，同时为DSP处理器提供视频加速。要将两个ITU-RBT656数据流多路传输到一个ITU-RBT656数据流中，仅需要一个通道视频端口来独立地传输完整的二通道视频数据。要为只有一个ITU-RBT656视频输入端口的数字媒体处理器提供接口，这种实现方法非常有用。图1所示就是这样一种建议架构的框图。 对于使用德州仪器公司DaVinci处理器(仅有一个ITU-RBT656视频输入端口)的DVR设计，需要一种更有效的实现方法将两个或更多ITU-RBT656数据流时分多路传输到一个VLYNQ数据流中，然后才能将其输送到DaVinci处理器。使用上述实现方法，您用少得多的I/O引脚就能传输视频流，而且可以降低系统成本，因为器件的封装可以变得更小。 PC扩展卡DVR系统 过去十年来，PCI总线为PC提供了很好的服务。然而，当今的PC扩展卡DVR系统所要求的带宽，已经大大超出了PCI总线力所能及的程度。未经压缩的视频数据(剥除空白帧之后)约为165Mbps。如此，在总体PCI带宽为1Gbps的情况下，您在一条PCI总线上最多只能混用6个未经压缩的视频采集或视频重放设备。您可以在扩展卡上使用MPEG4CODEC芯片组来缩小总线上的带宽，但这会增加成本，并且使您受到现有MPEG4芯片组的限制。 PCIExpress(PCIe)技术使流量大幅度提升。PCIExpress分解为多个通道。每通道在每个方向上包含一个差分对，该方向每个差分对的数据流量为2Gbps。主板上的每个PCIe插槽都有自己的通道，这些通道不与其他任何插槽共享。各插槽的配置为16通道(亦称x16)、8通道(x8)、4通道(x4)或1通道(x1)。PCIe允许每卡提供的数据量从x1通道的2Gbps到x16通道的32Gbps不等。有了PCIe数据流量，您就可以摆脱每张PCI卡6个未压缩视频通道的限制。 通过用PC替换数字媒体处理器并且经PCIe总线将视频流缓存到PC的方法，轻松快捷地实现PC扩展卡DVR系统。视频模数转换器产生四条独立的数字ITU-RBT656流，然后这些流被送入低成本的Spartan-3器件进行预处理。在FPGA中，视频数据剥除空白帧并同步，为PCIe适当打包，然后馈入XilinxPCIe内核。然后，软件就可以读取并播放输入的视频，对其进行处理，或将其储存到磁盘。 电子系统设计

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