原创 基于FPGA的视频监控系统的实现

最新的65nm低成本FPGA Cyclone III在功耗方面拥有很大优势，实现PCI-E接口时需要外接2.5Gbps收发器芯片。采用低成本带有内嵌收发器的Arria GX FPGA则在集成度方面更具优势，用户可以灵活选择实现器件。

2. 硬压缩DVR

多路硬压缩DVR也是视频监控系统中的重要组成部分，典型的通道数包括4、8及16通道，有的产品甚至超过24通道。系统的核心是多通道的视频压缩，与传统的ASSP或DSP实现方法不同，FPGA提供了一种更灵活、可扩展性更强、单路视频成本和功耗更低的解决方案，Cyclone III单芯片可支持最大到16通道的H.264编码。表1列出了用Cyclone III实现基线(Baseline)H.264 D1分辨率编码压缩时的测试基准。

表1：用Cyclone III FPGA实现H.264 D1编码。

在一个典型的多通道DVR系统中，多通道模拟视频首先经模数转换后变成标准的CCIR656格式数据。为了能在本地监视多通道的画面，通常需要复用多通道视频数据和对画面进行分割，因此需用到视频缩放功能，Cyclone III器件中丰富的M9K内存资源非常适合用做视频缩放算法时必需的行缓存，如图2所示。Altera视频图像处理套件中的缩放、行缓存可帮助用户快速实现画面复用及分割功能。

多通道“H.264 D1+CIF”编码是整个系统的核心，FPGA内在的强大并行处理能力可满足H.264算法对处理速度的要求，是唯一有可能实现的单芯片解决方案。与多个ASSP或DSP处理器实现方案相比，单芯片FPGA提供了更稳定的系统性能、更低的成本以及最佳的性价比。目前Altera公司已与第三方公司联合推出了多路“H.264 D1+CIF”解决方案。

此外，也可以在有的系统中加上一颗DSP芯片来实现码流分析、视频流生成或音频压缩等对实时性和平行处理要求不高的功能，以充分发挥FPGA和DSP各自的优势。

IP摄像头

IP摄像头是视频监控领域增长速度最快的产品。IP摄像头可将摄像头获取的视频源在本地进行预处理、压缩，然后通过IP网络进行远端传送或远端存储，它的重要组成部分包括视频预处理、视频压缩模块，以及IP网络视频(Video-Over-IP)功能。

目前业界比较主流的IP摄像头的输入数据格式是：1路D1/25帧每秒+1路CIF/25帧每秒。通常可以用一片Cyclone II EP2C35和一片低成本处理器实现，功能示意如图3所示。

图3：标清D1分辨率IP摄像头。