FPGA、DSP大厂快速扩展安全监控市场

摘要：  FPGA大厂动作积极针对性以安全监控方案为目标市场开发专属FPGA产品，藉此快速扩展安全监控新应用。

关键字：  FPGA，  安全监控，  DSP

为加速扩充FPGA应用市场，现场可编程门阵列产品已开始积极透入各种市场应用，其中，以必须积极缩小产品尺寸、提供高稳定度、高效能、低功耗应用条件的安全监控设备，成为FPGA大厂积极投入的应用市场，藉此快速扩展新应用。

现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array)产品，以此为基础的视讯分析解决方案已有FPGA提出应用方案，其中以Altera、Analog Devices等FPGA大厂动作积极，而其余FPGA业者虽未针对性以安全监控方案为目标市场开发专属FPGA产品对应，但相关FPGA也可经功能调校达到相对应的应用条件。

FPGA可以快速因应产品进行功能架构，避免开发过程的成本浪费。NAVMAN

FPGA具便于规划、架构相关应用，加上整合ARM趋势渐起，应用规划将更具弹性。ST

DSP架构具高效能处理能力，尤其用在视讯分析，更能将高效视讯分析所需的即时特性充分发挥。Microsemi

DSP应用多半为针对巨量资料快速分析目的。XILINX

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FPGA 本身即具备相当多应用优势，尤其在嵌入式应用方面，优异的使用弹性更是一般单芯片产品所无法相比，由于FPGA为在PAL、GAL与EPLD等可编程化元件基础上进一步发展的应用产品，FPGA可作为ASIC应用类型的一种半定制化应用电路，基本上可改善定制型ASIC无法弹性变更的缺点，同时又能解决定制型电路架构应用上的不足之处，在加上FPGA所可使用的可编程逻辑器件数量又较其他同等可进行定制的器件数量更多，可以说是一种应用弹性相当大的开发平台。

早期FPGA多用于开发ASIC前之技术评估

基本上，早期FPGA是用以在ASIC大量投产前，进行电路验证、试做的低成本开发方案，在产品验证确认完程度为可认可状态，再将FPGA状态的开发成果转换至ASIC平台用途。而FPGA本身具备丰富之触发器、I/O引脚，可以针对开发需求进行调配，而同时FPGA的电路开发、设计周期相当短，因此其开发成本相对ASIC更低，同时也是开发风险较小的应用器件。

至于在芯片本身制程方面，FPGA为应用高速CHMOS制程制作的产品，具备低功耗优点，同时可以与CMOS、TTL整合产品轻松达到电气规格相容的设计方案，这对于运用FPGA来进行部分电路的功能扩充快速设计方案，在ASIC应用方案尚待量产验证前，可先用FPGA进行小量试做与大规模测试验证，具体得到之开发反馈再以ASIC来进行重新设计。

加上FPGA采用逻辑阵列(Logic Cell Array)架构概念，在元件内部包含CLB(Configurable Logic Block)、IOB(Input Output Block)与Interconnect三大重点构成。由于FPGA本身即为利用内部RAM来进行工作状态运行内容，在开始工作前需先进行器件之初始化，一般为利用EPROM预存执行内容，开机时由EPROM将工作程序导入RAM中为FPGA载入工作内容，经由内容配置进而使FPGA具执行能力，而当 FPGA断电后原有RAM的程序即消失，因此FPGA可具备重复使用的优点，等于是一块FPGA可以任意针对预载内容差异，随时变更芯片效用。

FPGA可编程化优势 可轻松开发具市场区隔之安全监控产品

而在Altera采用的FPGA监控方案中，即相准FPGA本身具高度可编程的优势，与具备高速处理的效能优势!Altera为整合视讯演算软体技术商 Eutecus所开发的四通道D1画质、单通道HD解析能力之FPGA视讯监控方案。若对比DSP设计方案，这在FPGA现有的应用方案中，已具备支应 1，080p高复杂演算的应用需求。

尤其现有安全监控市场对于居家与环境安全观念日渐提高，传统基本款安全监控方案已无法满足客户所需，新的设计方案必须能具备自动分析、处理与简易系统反馈之应用机制，而FPGA的众多技术优势，正可因应安控应用的进阶用需求，透过FPGA高度客制化的应用平台，以此基础开发出具实务应用价值的视讯分析、监控解决方案。

观察现有全球监控系统市场，在监控方案导入视讯分析的应用功能，大多是以DSP架构因应监控视讯分析的应用需求，尤其是交通路况分析之监控前端系统，等于对更高效能的FPGA视讯分析需求渐增，尤其是监视与视讯分析系统为求在市场具差异化的功能表现，导入FPGA平台设计方案，将有助于开发进阶视讯分析、监控应用设计方案。

交通监控应用之车流分析 可用FPGA快速架构应用需求

而在交通监控系统应用上，主要会有道路车流视讯分析、车辆分类、电子违规监控举报，而为了让监控效益增加，等于必须在讯息撷取端即进行前端之视讯分析处理，搭配高解析度之摄像设备，才能建构可因应同时10~30个监控目标高效率视讯分析处理能力。

而现有解决方案虽可运用DSP设计来进行视讯分析，但毕竟DSP讯息处理为串列方式进行，与FPGA平行结构的处理方式不同，因为串列处理会在多目标、大量信息的处理能量受到限制，而平行处理架构可以视性能要求的变化弹性扩增处理程序，尤其在多工处理视讯分析、搭配视频强化辨识演算法撷取重点车牌资讯，在整合分析规则、目标物动作分析应用上，FPGA独特的硬体架构更适合此类巨量资料分析处理应用需求。[!--empirenews.page--]

以Altera的技术方案为例，目前为运用与Eutecus之高复杂视讯演算法软体技术搭配Altera低功耗Cyclone IV FPGA，针对安全监控视讯分析应用方案开发整合支援四通道D1视讯分析监视、与单通道HD解析度视讯分析能力之FPGA视讯分析解决方案。

不让FPGA抢食安全监控市场 DSP亦发展多核应用改善处理效能

为不让Altera之针对视讯分析FPGA产品专美于前，Analog Devices同样也看准FPGA发展视讯分析产品的优势，开发具安全监控、先进驾驶辅助系统ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)系统，将原本工业应用相当频繁的机器视觉应用技术，以FPGA应用方案让相关开发业者可以利用现成开发平台，快速架构特殊具视讯分析之应用产品。

一样关注视觉分析应用市场需求，在机器视觉应用架构上，多数解决方案大多会采取使用DSP来提升视觉分析的应用效能，虽持续为 DSP用量加温，但因为DSP产品在开发架构不易，Analog Devices则思考以双核心Blackfin DSP产品，来满足视讯分析、机器视觉导入应用之市场需求。

与FPGA方案不同的是，Analog Devices应用双核设计方案来改善DSP串流运行的应用限制，利用双核心架构大幅提高整体产品的运算能力，搭配管线视觉处理器(PVP)。运用PVP 辅助DSP影像处理效能，PVP等于是一组硬体演算加速器，而利用PVP之影像处理核心，可运行每秒251次高频率数学分析演算，轻鬆在设计达到智慧影像分析、比对与目标追踪、目标识别等应用功能需求。

而在Analog Devices使用的PVP硬体辅助加速运算方案中，因为PVP本身即采用内建存储器来加速协同资料处理效能，这可使新款Blackfin DSP在效能表现可较前代产品有2~3倍之效能提升，像是用于汽车防碰撞之ADAS应用设计时，可利用新款DSP同时对车体周边的行人、车距、动态相对速度等视讯内容同步进行分析、演算，并即时将分析结果与信息反馈给车主参考。

由于视觉分析、机器视觉应用市场庞大，不只是FPGA类型产品虎视眈眈，DSP产品凭藉本身之高效能影像分析优势，在产品方面的持续升级、持续瓜分应用市场，而在FPGA逐步整合ARM Cortex-A8、A9应用核心，透过ARM方案建构可编程逻辑应用设计，随时可能大举抢进应用市场。至于DSP的应用特色尤其在大量影像之压缩、解压缩处理，与快速影像分析应用，均仍为DSP应用强项。