FPGA自誕生以來，就憑借其靈活性在眾多領域發光發熱。隨著安防與監控應用對各種性能要求的提高，FPGA在該領域也越來越多的被采用。近日，在北京舉辦的中國國際社會公共安全產品博覽會（安博會）上，萊迪思（Lattice）就展示了采用其低密度和超低密度FPGA的新型攝像機設計解決方案和HDR-60開發套件，此外，Lattice市場營銷解決方案總監Ted Marena，Lattice工業和汽車市場戰略營銷經理Kambiz Khalilian以及Lattice北中國區域技術經理宋鐵臣還向記者介紹了Lattice在安防領域的相關技術。

圖1 Lattice市場營銷解決方案總監Ted Marena（中），Lattice工業和汽車市場戰略營銷經理Kambiz Khalilian（左）以及Lattice北中國區域技術經理宋鐵臣（右） 

“前中后”通吃

    基于Lattice FPGA的攝像機解決方案橫跨了常用的攝像機架構：圖像傳感器接口、圖像信號處理（ISP）和視頻輸出接口，如圖2所示。宋經理介紹到：“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ISP連接至一個以上的圖像傳感器）也可以用Lattice FPGA實現。Lattice還推出了SensorExtender（傳感器擴展器）IP，允許圖像傳感器遠離ISP，通過低成本的CAT5電纜將圖像傳感器距離延伸至10 m，并實現高達1 080 p的分辨率。”

圖2 常用的攝像機架構

    在圖像信號處理方面，Lattice的第三方Helion公司推出了基于Lattice FPGA的90多個獨立的圖像信號處理方面的IP，可實現高動態范圍成像（HDR）、H.264編碼器、自動對焦和視頻分析（人數統計、入侵檢測、目標檢測以及攝像機篡改檢測）等，客戶可根據需求定制IP，而且這些IP是可以免費試用的。宋經理還特別演示了HDR，可以看到它提高了圖像最亮和最暗區域之間的動態范圍，簡單地說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 高動態范圍(HDR)示例

    在攝像機的最后一個環節，即視頻輸出上，由于現在輸出標準非常多而且復雜，如LVDS、SDI、HDMI、以太網MAC，還沒有哪個芯片廠商能把所有接口集成進去，這就給FPGA留下了很多機會。使用FPGA可以利用不同的IP實現不同的接口，可以節省廠商的硬件開發成本。Lattice現有的方案有HD-SDI IP和攝像機、HDMI以及USB 3.0解決方案。

合作共贏

    宋經理特別強調到：“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攝像機也用了LatticeECP3-17 FPGA。”

    雖然一些芯片廠商在談到自己的時候總想與FPGA撇清界限，強調不需要FPGA，但是上面的例子也恰恰可以印證一點：不管視頻處理器如何強大，還是有FPGA的用武之地的，也打消了視頻處理器與FPGA之間“有你沒我”那種完全競爭的概念。Ted他們也坦言：“總體上說，與DSP相比，FPGA成本相對較高，而且隨著DSP性能越來越強大，用FPGA實現復雜算法的需求其實在降低。但是當接口非常豐富的時候，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很吃力，需要做很多不同的芯片來滿足要求，FPGA憑借其靈活性能夠應付自如，而且增加的成本也不多。”

    其實只要找準自己的定位，互補不足，合作共贏應該是最好的選擇。

圖4 Lattice雙傳感器案例

圖5 Lattice HDR-60攝像機開發版

圖6 在HDR-60上實現Varioptic的液體鏡頭技術并配備Helion IP

圖7 圖像傳感器接口、圖像信號處理（ISP）和視頻輸出接口全部基于Lattice FPGA實現的攝像機