視頻監(jiān)控系統(tǒng)新結(jié)構(gòu)必須具備可擴(kuò)展性

視頻監(jiān)控系統(tǒng)在火車站、機(jī)場(chǎng)、銀行、娛場(chǎng)、樂(lè)商場(chǎng)甚至家庭的安保方面都是一種關(guān)鍵設(shè)備。隨著安全風(fēng)險(xiǎn)的日益增大，在各種應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)已發(fā)事件進(jìn)行視頻監(jiān)控和記錄的需求都在逐步上升，這就要求視頻監(jiān)控系統(tǒng)的新結(jié)構(gòu)必須具備可擴(kuò)展性，以便為日益多樣化的視頻監(jiān)控需求提供高性價(jià)比的解決方案。

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所面臨的眾多挑戰(zhàn)中，上市時(shí)間壓力、CODEC新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)和需求范圍的不斷擴(kuò)大(包括高級(jí)目標(biāo)檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、目標(biāo)跟蹤和目標(biāo)跟蹤功能)還只是其中的一小部分。要應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)就必須能根據(jù)不同性能要求而進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

Xilinx的FPGA產(chǎn)品是各種視頻監(jiān)控系統(tǒng)理想的解決方案，不論它是低端系統(tǒng)還是高端系統(tǒng)，是獨(dú)立系統(tǒng)還是PC擴(kuò)展卡系統(tǒng)。

視頻監(jiān)控與DVR系統(tǒng)

高級(jí)數(shù)字視頻壓縮技術(shù)在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)字錄像機(jī)(DVR)中正得到快速普及。隨著大多數(shù)DVR制造商從MPEG4轉(zhuǎn)為采用H.264高清(HD)CODEC，對(duì)提高分辨率和壓縮率的要求也變得更急切。專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)比較適合量大的應(yīng)用，但缺乏靈活性，而且開(kāi)發(fā)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，成本也高。大多數(shù)高級(jí)數(shù)字媒體處理器連實(shí)現(xiàn)H.264HD解碼都比較困難，何況H.264HD編碼比解碼還復(fù)雜得多。因此，要滿足H.264HD的性能要求，最佳方案就是采用一塊FPGA加一塊外部DSP或數(shù)字媒體處理器。

采用低成本的Xilinx FPGA產(chǎn)品還能進(jìn)一步提供運(yùn)動(dòng)檢測(cè)、視頻量化、色域轉(zhuǎn)換(color-spaceconversion)、硬盤接口、DDR2存儲(chǔ)器接口等功能，以及將兩個(gè)27MHz的ITU-RBT656數(shù)據(jù)流通過(guò)時(shí)分復(fù)用合為一路54MHz的數(shù)據(jù)流，同時(shí)為DSP處理器提供視頻加速。將兩個(gè)ITU-RBT656數(shù)據(jù)流復(fù)用為一個(gè)之后，系統(tǒng)只需單通道的視頻端口就能獨(dú)立傳送整個(gè)雙通道的視頻數(shù)據(jù)。這種實(shí)現(xiàn)方式在連接只有一個(gè)ITU-RBT656視頻輸入端口的數(shù)字媒體處理器時(shí)非常實(shí)用。圖1所示就是上述推薦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

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圖1：利用FPGA和數(shù)字媒體處理器搭建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

對(duì)采用只有單個(gè)ITU-RBT656視頻輸入端口的TI達(dá)芬奇處理器的DVR設(shè)計(jì)而言，更高效的實(shí)現(xiàn)方案是在數(shù)據(jù)流送入達(dá)芬奇處理器之前，將兩個(gè)以上的ITU-RBT656數(shù)據(jù)流時(shí)分復(fù)用為單個(gè)VLYNQ數(shù)據(jù)流。這種方案減少了用于視頻數(shù)據(jù)流傳輸?shù)腎/O管腳，因而縮小了器件的封裝，降低了系統(tǒng)成本。圖2所示為該設(shè)計(jì)的框圖。

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圖2：利用FPGA和達(dá)芬奇處理器搭建的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

PC擴(kuò)展卡形式的DVR系統(tǒng)

PCI總線在PC機(jī)上已成功應(yīng)用了10余年。但今天的PC擴(kuò)展卡DVR系統(tǒng)所要求的帶寬已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了PCI總線所能提供的極限。

未壓縮的視頻(在除去空白幀之后)數(shù)據(jù)率約為165Mbps。于是，當(dāng)PCI總帶寬為1Gbps時(shí)，一條PCI總線上最多可同時(shí)連接6個(gè)發(fā)送未壓縮視頻的捕捉或回放設(shè)備。為降低總線帶寬的占用，可以在擴(kuò)展卡上采用一塊MPEG4或CODEC芯片組，但這樣會(huì)提高成本，而且可選器件也局限于現(xiàn)有的MPEG4芯片組。

PCIExpress(PCIe)技術(shù)在流量上有了很大提高。PCIExpress可以細(xì)分為多個(gè)通道，每個(gè)通道在出和入上均包含一對(duì)差分對(duì)，每對(duì)差分對(duì)支持2Gbps的數(shù)據(jù)流量。一塊主板上的每個(gè)PCIe插槽都有自己的通道，這些通道是不與其他插槽共享的。每個(gè)插槽可配置為16通道(即x16)、8通道(x8)、4通道(x4)或1通道(x1)。因此，每塊采用PCIe總線的擴(kuò)展卡可提供的數(shù)據(jù)流量從2Gbps(配置為x1通道時(shí))到32Gbps(配置為x16通道時(shí))。PCIe所支持的高數(shù)據(jù)流量讓我們不再只局限于每卡連接6通道的未壓縮視頻。