FPGA自誕生以來(lái)，就憑借其靈活性在眾多領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱。隨著安防與監(jiān)控應(yīng)用對(duì)各種性能要求的提高，F(xiàn)PGA在該領(lǐng)域也越來(lái)越多的被采用。近日，在北京舉辦的中國(guó)國(guó)際社會(huì)公共安全產(chǎn)品博覽會(huì)（安博會(huì)）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(jī)設(shè)計(jì)解決方案和HDR-60開(kāi)發(fā)套件，此外，Lattice市場(chǎng)營(yíng)銷解決方案總監(jiān)Ted Marena，Lattice工業(yè)和汽車市場(chǎng)戰(zhàn)略營(yíng)銷經(jīng)理Kambiz Khalilian以及Lattice北中國(guó)區(qū)域技術(shù)經(jīng)理宋鐵臣還向記者介紹了Lattice在安防領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)。
圖1 Lattice市場(chǎng)營(yíng)銷解決方案總監(jiān)Ted Marena（中），Lattice工業(yè)和汽車市場(chǎng)戰(zhàn)略營(yíng)銷經(jīng)理Kambiz Khalilian（左）以及Lattice北中國(guó)區(qū)域技術(shù)經(jīng)理宋鐵臣（右）
“前中后”通吃
基于Lattice FPGA的攝像機(jī)解決方案橫跨了常用的攝像機(jī)架構(gòu)：圖像傳感器接口、圖像信號(hào)處理（ISP）和視頻輸出接口，如圖2所示。宋經(jīng)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(gè)ISP連接至一個(gè)以上的圖像傳感器）也可以用Lattice FPGA實(shí)現(xiàn)。Lattice還推出了SensorExtender（傳感器擴(kuò)展器）IP，允許圖像傳感器遠(yuǎn)離ISP，通過(guò)低成本的CAT5電纜將圖像傳感器距離延伸至10 m，并實(shí)現(xiàn)高達(dá)1 080 p的分辨率。”
圖2 常用的攝像機(jī)架構(gòu)
在圖像信號(hào)處理方面，Lattice的第三方Helion公司推出了基于Lattice FPGA的90多個(gè)獨(dú)立的圖像信號(hào)處理方面的IP，可實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍成像（HDR）、H.264編碼器、自動(dòng)對(duì)焦和視頻分析（人數(shù)統(tǒng)計(jì)、入侵檢測(cè)、目標(biāo)檢測(cè)以及攝像機(jī)篡改檢測(cè)）等，客戶可根據(jù)需求定制IP，而且這些IP是可以免費(fèi)試用的。宋經(jīng)理還特別演示了HDR，可以看到它提高了圖像最亮和最暗區(qū)域之間的動(dòng)態(tài)范圍，簡(jiǎn)單地說(shuō)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(dòng)態(tài)范圍(HDR)示例
在攝像機(jī)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，即視頻輸出上，由于現(xiàn)在輸出標(biāo)準(zhǔn)非常多而且復(fù)雜，如LVDS、SDI、HDMI、以太網(wǎng)MAC，還沒(méi)有哪個(gè)芯片廠商能把所有接口集成進(jìn)去，這就給FPGA留下了很多機(jī)會(huì)。使用FPGA可以利用不同的IP實(shí)現(xiàn)不同的接口，可以節(jié)省廠商的硬件開(kāi)發(fā)成本。Lattice現(xiàn)有的方案有HD-SDI IP和攝像機(jī)、HDMI以及USB 3.0解決方案。
合作共贏
宋經(jīng)理特別強(qiáng)調(diào)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(jī)也用了LatticeECP3-17 FPGA。”
雖然一些芯片廠商在談到自己的時(shí)候總想與FPGA撇清界限，強(qiáng)調(diào)不需要FPGA，但是上面的例子也恰恰可以印證一點(diǎn)：不管視頻處理器如何強(qiáng)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(méi)我”那種完全競(jìng)爭(zhēng)的概念。Ted他們也坦言：“總體上說(shuō)，與DSP相比，F(xiàn)PGA成本相對(duì)較高，而且隨著DSP性能越來(lái)越強(qiáng)大，用FPGA實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法的需求其實(shí)在降低。但是當(dāng)接口非常豐富的時(shí)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(huì)很吃力，需要做很多不同的芯片來(lái)滿足要求，F(xiàn)PGA憑借其靈活性能夠應(yīng)付自如，而且增加的成本也不多。”
其實(shí)只要找準(zhǔn)自己的定位，互補(bǔ)不足，合作共贏應(yīng)該是最好的選擇。
圖4 Lattice雙傳感器案例
圖5 Lattice HDR-60攝像機(jī)開(kāi)發(fā)版
圖6 在HDR-60上實(shí)現(xiàn)Varioptic的液體鏡頭技術(shù)并配備Helion IP
圖7 圖像傳感器接口、圖像信號(hào)處理（ISP）和視頻輸出接口全部基于Lattice FPGA實(shí)現(xiàn)的攝像機(jī)