FPGA自诞生以来，就凭借其灵活性在众多领域发光发热。随着安防与监控应用对各种性能要求的提高，FPGA在该领域也越来越多的被采用。近日，在北京举办的中国国际社会公共安全产品博览会（安博会）上，莱迪思（Lattice）就展示了采用其低密度和超低密度FPGA的新型摄像机设计解决方案和HDR-60开发套件，此外，Lattice市场营销解决方案总监Ted Marena，Lattice工业和汽车市场战略营销经理Kambiz Khalilian以及Lattice北中国区域技术经理宋铁臣还向记者介绍了Lattice在安防领域的相关技术。

图1 Lattice市场营销解决方案总监Ted Marena（中），Lattice工业和汽车市场战略营销经理Kambiz Khalilian（左）以及Lattice北中国区域技术经理宋铁臣（右） 

“前中后”通吃

    基于Lattice FPGA的摄像机解决方案横跨了常用的摄像机架构：图像传感器接口、图像信号处理（ISP）和视频输出接口，如图2所示。宋经理介绍到：“很多传感器有自己的接口，Lattice FPGA支持多种图像传感器接口，如Aptina的HiSPi、Panasonic的Sub-LVDS、Sony的串/并行Sub-LVDS以及MIPI的CSI-2。此外，双/多图像传感器桥接（允许单个ISP连接至一个以上的图像传感器）也可以用Lattice FPGA实现。Lattice还推出了SensorExtender（传感器扩展器）IP，允许图像传感器远离ISP，通过低成本的CAT5电缆将图像传感器距离延伸至10 m，并实现高达1 080 p的分辨率。”

图2 常用的摄像机架构

    在图像信号处理方面，Lattice的第三方Helion公司推出了基于Lattice FPGA的90多个独立的图像信号处理方面的IP，可实现高动态范围成像（HDR）、H.264编码器、自动对焦和视频分析（人数统计、入侵检测、目标检测以及摄像机篡改检测）等，客户可根据需求定制IP，而且这些IP是可以免费试用的。宋经理还特别演示了HDR，可以看到它提高了图像最亮和最暗区域之间的动态范围，简单地说就是以前图像中不清楚的暗处和亮出都可以看清楚了，如图3所示。

图3 高动态范围(HDR)示例

    在摄像机的最后一个环节，即视频输出上，由于现在输出标准非常多而且复杂，如LVDS、SDI、HDMI、以太网MAC，还没有哪个芯片厂商能把所有接口集成进去，这就给FPGA留下了很多机会。使用FPGA可以利用不同的IP实现不同的接口，可以节省厂商的硬件开发成本。Lattice现有的方案有HD-SDI IP和摄像机、HDMI以及USB 3.0解决方案。

合作共赢

    宋经理特别强调到：“在传感器接口部分，TI、Hisilicon 以及NXP都使用了基于Lattice MachXO2的传感器桥接，CSR使用了Lattice iCE40，TI还使用了基于Lattice MachXO2的双传感器桥接。而在视频输出部分，基于TI DM368的SDI摄像机也用了LatticeECP3-17 FPGA。”

    虽然一些芯片厂商在谈到自己的时候总想与FPGA撇清界限，强调不需要FPGA，但是上面的例子也恰恰可以印证一点：不管视频处理器如何强大，还是有FPGA的用武之地的，也打消了视频处理器与FPGA之间“有你没我”那种完全竞争的概念。Ted他们也坦言：“总体上说，与DSP相比，FPGA成本相对较高，而且随着DSP性能越来越强大，用FPGA实现复杂算法的需求其实在降低。但是当接口非常丰富的时候，包括前端的传感器接口和后端的显示接口，只用视频处理器就会很吃力，需要做很多不同的芯片来满足要求，FPGA凭借其灵活性能够应付自如，而且增加的成本也不多。”

    其实只要找准自己的定位，互补不足，合作共赢应该是最好的选择。

图4 Lattice双传感器案例

图5 Lattice HDR-60摄像机开发版

图6 在HDR-60上实现Varioptic的液体镜头技术并配备Helion IP

图7 图像传感器接口、图像信号处理（ISP）和视频输出接口全部基于Lattice FPGA实现的摄像机