FPGA、DSP大廠快速擴展安全監(jiān)控市場

摘要：  FPGA大廠動作積極針對性以安全監(jiān)控方案為目標市場開發(fā)專屬FPGA產(chǎn)品，藉此快速擴展安全監(jiān)控新應(yīng)用。

關(guān)鍵字：  FPGA，  安全監(jiān)控，  DSP

為加速擴充FPGA應(yīng)用市場，現(xiàn)場可編程門陣列產(chǎn)品已開始積極透入各種市場應(yīng)用，其中，以必須積極縮小產(chǎn)品尺寸、提供高穩(wěn)定度、高效能、低功耗應(yīng)用條件的安全監(jiān)控設(shè)備，成為FPGA大廠積極投入的應(yīng)用市場，藉此快速擴展新應(yīng)用。

現(xiàn)場可編程門陣列FPGA(Field Programmable Gate Array)產(chǎn)品，以此為基礎(chǔ)的視訊分析解決方案已有FPGA提出應(yīng)用方案，其中以Altera、Analog Devices等FPGA大廠動作積極，而其余FPGA業(yè)者雖未針對性以安全監(jiān)控方案為目標市場開發(fā)專屬FPGA產(chǎn)品對應(yīng)，但相關(guān)FPGA也可經(jīng)功能調(diào)校達到相對應(yīng)的應(yīng)用條件。

FPGA可以快速因應(yīng)產(chǎn)品進行功能架構(gòu)，避免開發(fā)過程的成本浪費。NAVMAN

FPGA具便于規(guī)劃、架構(gòu)相關(guān)應(yīng)用，加上整合ARM趨勢漸起，應(yīng)用規(guī)劃將更具彈性。ST

DSP架構(gòu)具高效能處理能力，尤其用在視訊分析，更能將高效視訊分析所需的即時特性充分發(fā)揮。Microsemi

DSP應(yīng)用多半為針對巨量資料快速分析目的。XILINX

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FPGA 本身即具備相當多應(yīng)用優(yōu)勢，尤其在嵌入式應(yīng)用方面，優(yōu)異的使用彈性更是一般單芯片產(chǎn)品所無法相比，由于FPGA為在PAL、GAL與EPLD等可編程化元件基礎(chǔ)上進一步發(fā)展的應(yīng)用產(chǎn)品，F(xiàn)PGA可作為ASIC應(yīng)用類型的一種半定制化應(yīng)用電路，基本上可改善定制型ASIC無法彈性變更的缺點，同時又能解決定制型電路架構(gòu)應(yīng)用上的不足之處，在加上FPGA所可使用的可編程邏輯器件數(shù)量又較其他同等可進行定制的器件數(shù)量更多，可以說是一種應(yīng)用彈性相當大的開發(fā)平臺。

早期FPGA多用于開發(fā)ASIC前之技術(shù)評估

基本上，早期FPGA是用以在ASIC大量投產(chǎn)前，進行電路驗證、試做的低成本開發(fā)方案，在產(chǎn)品驗證確認完程度為可認可狀態(tài)，再將FPGA狀態(tài)的開發(fā)成果轉(zhuǎn)換至ASIC平臺用途。而FPGA本身具備豐富之觸發(fā)器、I/O引腳，可以針對開發(fā)需求進行調(diào)配，而同時FPGA的電路開發(fā)、設(shè)計周期相當短，因此其開發(fā)成本相對ASIC更低，同時也是開發(fā)風(fēng)險較小的應(yīng)用器件。

至于在芯片本身制程方面，F(xiàn)PGA為應(yīng)用高速CHMOS制程制作的產(chǎn)品，具備低功耗優(yōu)點，同時可以與CMOS、TTL整合產(chǎn)品輕松達到電氣規(guī)格相容的設(shè)計方案，這對于運用FPGA來進行部分電路的功能擴充快速設(shè)計方案，在ASIC應(yīng)用方案尚待量產(chǎn)驗證前，可先用FPGA進行小量試做與大規(guī)模測試驗證，具體得到之開發(fā)反饋再以ASIC來進行重新設(shè)計。

加上FPGA采用邏輯陣列(Logic Cell Array)架構(gòu)概念，在元件內(nèi)部包含CLB(Configurable Logic Block)、IOB(Input Output Block)與Interconnect三大重點構(gòu)成。由于FPGA本身即為利用內(nèi)部RAM來進行工作狀態(tài)運行內(nèi)容，在開始工作前需先進行器件之初始化，一般為利用EPROM預(yù)存執(zhí)行內(nèi)容，開機時由EPROM將工作程序?qū)隦AM中為FPGA載入工作內(nèi)容，經(jīng)由內(nèi)容配置進而使FPGA具執(zhí)行能力，而當 FPGA斷電后原有RAM的程序即消失，因此FPGA可具備重復(fù)使用的優(yōu)點，等于是一塊FPGA可以任意針對預(yù)載內(nèi)容差異，隨時變更芯片效用。

FPGA可編程化優(yōu)勢 可輕松開發(fā)具市場區(qū)隔之安全監(jiān)控產(chǎn)品

而在Altera采用的FPGA監(jiān)控方案中，即相準FPGA本身具高度可編程的優(yōu)勢，與具備高速處理的效能優(yōu)勢!Altera為整合視訊演算軟體技術(shù)商 Eutecus所開發(fā)的四通道D1畫質(zhì)、單通道HD解析能力之FPGA視訊監(jiān)控方案。若對比DSP設(shè)計方案，這在FPGA現(xiàn)有的應(yīng)用方案中，已具備支應(yīng) 1，080p高復(fù)雜演算的應(yīng)用需求。

尤其現(xiàn)有安全監(jiān)控市場對于居家與環(huán)境安全觀念日漸提高，傳統(tǒng)基本款安全監(jiān)控方案已無法滿足客戶所需，新的設(shè)計方案必須能具備自動分析、處理與簡易系統(tǒng)反饋之應(yīng)用機制，而FPGA的眾多技術(shù)優(yōu)勢，正可因應(yīng)安控應(yīng)用的進階用需求，透過FPGA高度客制化的應(yīng)用平臺，以此基礎(chǔ)開發(fā)出具實務(wù)應(yīng)用價值的視訊分析、監(jiān)控解決方案。

觀察現(xiàn)有全球監(jiān)控系統(tǒng)市場，在監(jiān)控方案導(dǎo)入視訊分析的應(yīng)用功能，大多是以DSP架構(gòu)因應(yīng)監(jiān)控視訊分析的應(yīng)用需求，尤其是交通路況分析之監(jiān)控前端系統(tǒng)，等于對更高效能的FPGA視訊分析需求漸增，尤其是監(jiān)視與視訊分析系統(tǒng)為求在市場具差異化的功能表現(xiàn)，導(dǎo)入FPGA平臺設(shè)計方案，將有助于開發(fā)進階視訊分析、監(jiān)控應(yīng)用設(shè)計方案。

交通監(jiān)控應(yīng)用之車流分析 可用FPGA快速架構(gòu)應(yīng)用需求

而在交通監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用上，主要會有道路車流視訊分析、車輛分類、電子違規(guī)監(jiān)控舉報，而為了讓監(jiān)控效益增加，等于必須在訊息擷取端即進行前端之視訊分析處理，搭配高解析度之攝像設(shè)備，才能建構(gòu)可因應(yīng)同時10~30個監(jiān)控目標高效率視訊分析處理能力。

而現(xiàn)有解決方案雖可運用DSP設(shè)計來進行視訊分析，但畢竟DSP訊息處理為串列方式進行，與FPGA平行結(jié)構(gòu)的處理方式不同，因為串列處理會在多目標、大量信息的處理能量受到限制，而平行處理架構(gòu)可以視性能要求的變化彈性擴增處理程序，尤其在多工處理視訊分析、搭配視頻強化辨識演算法擷取重點車牌資訊，在整合分析規(guī)則、目標物動作分析應(yīng)用上，F(xiàn)PGA獨特的硬體架構(gòu)更適合此類巨量資料分析處理應(yīng)用需求。[!--empirenews.page--]

以Altera的技術(shù)方案為例，目前為運用與Eutecus之高復(fù)雜視訊演算法軟體技術(shù)搭配Altera低功耗Cyclone IV FPGA，針對安全監(jiān)控視訊分析應(yīng)用方案開發(fā)整合支援四通道D1視訊分析監(jiān)視、與單通道HD解析度視訊分析能力之FPGA視訊分析解決方案。

不讓FPGA搶食安全監(jiān)控市場 DSP亦發(fā)展多核應(yīng)用改善處理效能

為不讓Altera之針對視訊分析FPGA產(chǎn)品專美于前，Analog Devices同樣也看準FPGA發(fā)展視訊分析產(chǎn)品的優(yōu)勢，開發(fā)具安全監(jiān)控、先進駕駛輔助系統(tǒng)ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)系統(tǒng)，將原本工業(yè)應(yīng)用相當頻繁的機器視覺應(yīng)用技術(shù)，以FPGA應(yīng)用方案讓相關(guān)開發(fā)業(yè)者可以利用現(xiàn)成開發(fā)平臺，快速架構(gòu)特殊具視訊分析之應(yīng)用產(chǎn)品。

一樣關(guān)注視覺分析應(yīng)用市場需求，在機器視覺應(yīng)用架構(gòu)上，多數(shù)解決方案大多會采取使用DSP來提升視覺分析的應(yīng)用效能，雖持續(xù)為 DSP用量加溫，但因為DSP產(chǎn)品在開發(fā)架構(gòu)不易，Analog Devices則思考以雙核心Blackfin DSP產(chǎn)品，來滿足視訊分析、機器視覺導(dǎo)入應(yīng)用之市場需求。

與FPGA方案不同的是，Analog Devices應(yīng)用雙核設(shè)計方案來改善DSP串流運行的應(yīng)用限制，利用雙核心架構(gòu)大幅提高整體產(chǎn)品的運算能力，搭配管線視覺處理器(PVP)。運用PVP 輔助DSP影像處理效能，PVP等于是一組硬體演算加速器，而利用PVP之影像處理核心，可運行每秒251次高頻率數(shù)學(xué)分析演算，輕鬆在設(shè)計達到智慧影像分析、比對與目標追蹤、目標識別等應(yīng)用功能需求。

而在Analog Devices使用的PVP硬體輔助加速運算方案中，因為PVP本身即采用內(nèi)建存儲器來加速協(xié)同資料處理效能，這可使新款Blackfin DSP在效能表現(xiàn)可較前代產(chǎn)品有2~3倍之效能提升，像是用于汽車防碰撞之ADAS應(yīng)用設(shè)計時，可利用新款DSP同時對車體周邊的行人、車距、動態(tài)相對速度等視訊內(nèi)容同步進行分析、演算，并即時將分析結(jié)果與信息反饋給車主參考。

由于視覺分析、機器視覺應(yīng)用市場龐大，不只是FPGA類型產(chǎn)品虎視眈眈，DSP產(chǎn)品憑藉本身之高效能影像分析優(yōu)勢，在產(chǎn)品方面的持續(xù)升級、持續(xù)瓜分應(yīng)用市場，而在FPGA逐步整合ARM Cortex-A8、A9應(yīng)用核心，透過ARM方案建構(gòu)可編程邏輯應(yīng)用設(shè)計，隨時可能大舉搶進應(yīng)用市場。至于DSP的應(yīng)用特色尤其在大量影像之壓縮、解壓縮處理，與快速影像分析應(yīng)用，均仍為DSP應(yīng)用強項。