智能和高清监控带动FPGA放量

赛灵思亚太区市场及应用总监张宇清

　　中国视频监控市场是一个充满机会的市场，近年来一直以25%左右的速度逐年增长。随着技术的进步和应用的深入，视频监控系统市场对智能分析和高清的需求走高，FPGA也将挖掘新的成长空间。而赛灵思（Xilinx）新的“Zynq系列”可更将FPGA变身为视频监控处理平台的“主角”。

    智能分析和高清成热点
    智能分析和高清将成为视频监控市场热点。
　
    “今年视频监控市场中智能分析和高清将成为热点。”赛灵思亚太区市场及应用总监张宇清开门见山地表示。他接着解释道，一直以来视频分析都是用人手去监控、分析，但人长时间注视屏幕的话很容易疲劳而导致出错，智能分析则可避免这一问题。此外，中国幅员辽阔，视频监控网络需要依赖智能监控设备的存在才能更加有效。而高清的需求看涨是因为人们不希望画面不清楚，比如希望能看清楚高速公路上汽车的车牌号，由于高速公路的光线会随着天气而变化，摄像头的动态范围有限，亮度与反差会受外界的影响，导致画面不清，就需要宽动态范围等技术。
　　此外，不同的应用领域对智能分析的算法也有不同要求。张宇清指出，比如高速公路要探测高速移动的东西，并且要适应不同的天气变化；如果是办公大楼，则对处理速度要求不高，但对于种类如人、车、物等分辨要求更高，并且视角要更广一些；而在工业领域，机器视觉很重要，比如大米分类机器，要筛选质量好的大米，需要用摄像头捕捉和评估，分析其光泽、大小等。

    市场需求不一
    中国目前还偏重于中低端市场，对成本要求更高。
 
    除了应用市场“求同存异”外，各地对视频监控也呈现出不一样的需求。“中国目前还偏重于中低端市场，对成本要求更高。而在日本市场，对画质、功能的要求比较高，像索尼等日本几家大厂的宽动态范围(HDR)已经有方案出来了，但中国还没有。中国客户还是希望中国厂商提供价格有优势的产品。”张宇清介绍说。
    此外，目前中国视频监控市场达到720P的比较多，达到高清1080P的少，但中国某些厂商也开始关注高清，希望能达到1080P，以与国际接轨。
　　并且，视频监控除在交通、金融、安防、教育、工控等行业领域的应用进一步深入外，在汽车驾驶员辅助系统等新兴市场的应用也开始升级。张宇清表示，目前国外某些高端车型已配备，包括日本与欧洲车型。汽车驾驶员辅助系统有很高的实用性，比如在高速公路上可扫描周围是否有车、是否偏离航道、是否有盲点，有4个摄像头对前后左右的环境进行360度全画面的监控与显示，需要运用智能分析功能，这是一个全新的应用领域。他说，目前中国客户对汽车驾驶员辅助系统比较感兴趣，但还没有普及。

    FPGA满足热点要求
    在智能分析中，FPGA可弥补DSP在运算方面的不足，而越是高清，数据流量就越大，越对FPGA有依赖。

　　传统的视频监控由于对运算的要求不高，DSP芯片即能“胜任”，而随着智能分析和高清成为热点需求，FPGA也开始“大放异彩”。张宇清介绍，智能分析主要涉及算法，需要运用很多矩阵运算以及大量的乘法器，解决方案有两个。一是DSP+FPGA，FPGA作为协处理器，弥补DSP在运算方面的不足。DSP虽然在信号处理、信号监控方面有优势，但它先天的不足就在于处理运算进行智能分析时是串行指令，一个时钟只能执行一个指令，而FPGA是并行指令架构，可在一个时钟内执行几百个指令。比如DSP跑1G以上，而FPGA即便跑700M以上，其几百兆的并行处理比串行的DSP快很多。同时，FPGA带有硬件的乘法器和DSP核，并具有扩展性，有先天的优势，目前很多高端视频监控设备已采用这一架构。二是一些DSP厂商在其DSP中嵌入硬核，用硬核做硬件加速器，但其弹性小，没有扩展性，导致产品差异化低。
　　“越是高清，数据流量就越大，要处理更多的数据以及要求更高的处理能力，并且还要提供自动曝光、高效的自动白平衡和高动态范围等功能，一个DSP很难应付，需要DSP搭配FPGA。数据量越大，越对FPGA有依赖。”张宇清接着指出。
　　此外，中国很多厂商的视频监控产品是面向全球市场的，而市场的需求是不一样的。张宇清表示：“这就需要开发不同的板子和不同的系统，而搭配FPGA的优势就在于DSP可做相应的信号处理工作，FPGA则可针对不同应用提供针对性的功能，满足差异化要求，提高设计灵活性。目前中国已有很多厂商采用FPGA。”
　　而赛灵思除了FPGA外，还可提供软件、IP和开发板，涵盖高中低端需求。赛灵思还构建了广泛的生态系统，一是自己做平台方案，定价从900美元到3000美元不等；二是有关代理商会基于赛灵思方案推出具有价格优势的开发平台，适合中国市场，价格非常有吸引力。目前赛灵思已有300多个合作伙伴。

    Zynq系列可实现不采用DSP
    Zynq系列带了760个DSP引擎，性能超过910GMAC，在视频监控处理平台中可完全不采用DSP。

    而最近赛灵思推出的将FPGA与ARM核集成的可扩展平台“Zynq系列”，则将为视频监控处理平台带来全面的“颠覆”。张宇清介绍，在高端视频监控市场，FPGA一般作为协处理器，而Zynq系列则可完全不采用DSP，因Zynq系列带了760个DSP引擎，性能超过910GMAC。并且FPGA跟ARM的连接架构专门采用处理器与FPGA定制的标准架构，这一架构的优势体现在可实现3000个内部互连，带宽可达到100Gbps。而分立的FPGA和ARM的互连，其管脚非常有限，最多可解决1300个管脚。以前FPGA是硬件可编程，有了Zynq系列，可通过ARM实现软件编程，因而Zynq系列将可广泛应用于智能视频监控、汽车驾驶员辅助系统、工控等2014年市场总值达127亿美元之巨的嵌入式市场。
　　张宇清还指出，FPGA与处理器的集成近十年来没有成功，一是因为一直以来将FPGA为主、处理器为辅，这与传统的系统设计习惯是相反的，因为很多设计是处理器先启动、再启动FPGA，这方面的问题没有解决好；二是软件设计不协调，FPGA设计语言环境与ARM完全不一样，软件不协调的关系使它们不可能集成。但在十年之后，工艺上取得很大进步，可做到高度集成，并且赛灵思的集成是以ARM为主、FPGA为辅，嵌入式工程师完全不用深入了解FPGA，编译环境即可支持软硬件两个流程，这是嵌入式工程师熟悉的流程，也是真正意义上实现了可扩展的处理平台。
　　张宇清最后提到，传统的FPGA市场规模达50亿美元，这一市场不会动摇，而嵌入式市场对FPGA来说是蓝海市场，Zynq系列将拓宽FPGA在嵌入式市场的应用，为FPGA未来的成长发挥很大的推动作用。