視頻監控系統是火車站、機場、銀行、娛樂場所、購物中心甚至家庭保安的重要組件。隨著安全風險增加，對視覺監視和記錄事件的需求以多種使用模式激增。因此，新架構必須為橫跨一整套日漸繁雜的視頻監控系統要求的成本效益方案提供可擴展性。

　　上市時間的壓力、新CODEC標準、日益廣泛的要求(包括先進的目標探測、運動探測、目標跟蹤和目標跟蹤特性)，這些不過是新型視頻監控架構所面臨挑戰中的幾項。伴隨挑戰而來的是對可擴展為不同性能范圍的實現的需求。

　　對于從低端到高端以及從單機到PC擴展卡的任何視頻監控系統，XilinxFPGA都是理想的解決方案。

　　視頻監控和DVR系統

　　數字監控系統中的數字視頻錄像機(DVR)正在迅速采用先進的數字視頻壓縮。大多數DVR制造商從MPEG4向H.264高清晰度(HD)CODEC轉移，對更高分辨率和壓縮速度的需求也隨之增加。專用芯片(ASSP)對大批量應用很有用，但缺少靈活性，開發成本高，而且開發時間較長；大多數高級數字媒體處理器則只能執行H.264HD解碼(而H.264HD編碼比解碼還要復雜得多)。滿足H.264HD性能要求的最佳解決方案是使用一個FPGA加上一個外部DSP或數字媒體處理器。

　　使用低成本的XilinxFPGA，可以更進一步提供運動探測、視頻縮放、顏色空間轉換、硬盤接口和DDR2存儲器接口，還可以將兩個27-MHzITU-RBT656數據流時分多路傳輸到一個54MHz數據流中，同時為DSP處理器提供視頻加速。要將兩個ITU-RBT656數據流多路傳輸到一個ITU-RBT656數據流中，僅需要一個通道視頻端口來獨立地傳輸完整的二通道視頻數據。要為只有一個ITU-RBT656視頻輸入端口的數字媒體處理器提供接口，這種實現方法非常有用。

　　對于使用德州儀器公司DaVinci處理器(僅有一個ITU-RBT656視頻輸入端口)的DVR設計，需要一種更有效的實現方法將兩個或更多ITU-RBT656數據流時分多路傳輸到一個VLYNQ數據流中，然后才能將其輸送到DaVinci處理器。使用上述實現方法，您用少得多的I/O引腳就能傳輸視頻流，而且可以降低系統成本，因為器件的封裝可以變得更小。

　　PC擴展卡DVR系統

　　過去十年來，PCI總線為PC提供了很好的服務。然而，當今的PC擴展卡DVR系統所要求的帶寬，已經大大超出了PCI總線力所能及的程度。未經壓縮的視頻數據(剝除空白幀之后)約為165Mbps。如此，在總體PCI帶寬為1Gbps的情況下，您在一條PCI總線上最多只能混用6個未經壓縮的視頻采集或視頻重放設備。您可以在擴展卡上使用MPEG4CODEC芯片組來縮小總線上的帶寬，但這會增加成本，并且使您受到現有MPEG4芯片組的限制。

　　PCIExpress(PCIe)技術使流量大幅度提升。PCIExpress分解為多個通道。每通道在每個方向上包含一個差分對，該方向每個差分對的數據流量為2Gbps。主板上的每個PCIe插槽都有自己的通道，這些通道不與其他任何插槽共享。各插槽的配置為16通道(亦稱x16)、8通道(x8)、4通道(x4)或1通道(x1)。PCIe允許每卡提供的數據量從x1通道的2Gbps到x16通道的32Gbps不等。有了PCIe數據流量，您就可以擺脫每張PCI卡6個未壓縮視頻通道的限制。

　　可通過用PC替換數字媒體處理器并且經PCIe總線將視頻流緩存到PC的方法，輕松快捷地實現PC擴展卡DVR系統。視頻模數轉換器產生四條獨立的數字ITU-RBT656流，然后這些流被送入低成本的Spartan?-3器件進行預處理。在FPGA中，視頻數據剝除空白幀并同步，為PCIe適當打包，然后饋入XilinxPCIe內核。然后，軟件就可以讀取并播放輸入的視頻，對其進行處理，或將其儲存到磁盤。圖3所示為PC擴展卡視頻監控系統設計。

　　Xilinx視頻和圖像處理算法

　　從多相視頻轉換器、二維FIR濾波器和屏幕顯示到覆蓋和阿爾法混合等簡單效果，再到格式和顏色空間轉換，XilinxFPGA都是實時數字視頻、圖像處理和濾波的理想平臺。表1列出了一些常用視頻IP模塊組的應用指南。

　　XilinxFPGA無與倫比的DSP處理能力意味著有可能支持非常高的分辨率(畫質高達1080p)，并且可以縮小大型DSP陣列的尺寸。XilinxFPGA是可重新編程的硬件，有了它，您就能夠輕松地嘗試新穎、高性能、基于硬件的視頻和圖像算法，收到立桿見影之效，使您的最終產品與眾不同。

　　現成的IP

　　Xilinx提供了視頻IP模塊組，以供在視頻監控系統中快速設計、仿真、實現和驗證視頻和圖像處理算法。其中包括設計DVR用的基本基元和高級算法。

　　此外，Xilinx及其合作伙伴提供了一系列壓縮編碼、解碼和編解碼解決方案，從為需要快速實現的人提供現成的內核，一直到為希望通過高質量和低比特率使自己的產品與眾不同的人提供構造模塊參考設計和硬件平臺。

　　將XilinxFPGA用于某些編解碼模塊中的極其繁重的處理任務，意味著您可以支持多通道HD編碼，節約寶貴的系統處理器周期，通過減少或排除DSP處理器陣列大量節約成本，并輕松地將從接口到進一步視頻處理的更多功能和能力集成到系統中。最重要的是，FPGA提供了可擴展的解決方案，從而能在相同的系統中支持不同的配置、額外的通道或新的編解碼方案。

　　XilinxFPGA可通過強化系統邏輯和實現新外設進一步降低DVR系統成本。Xilinx及其合作伙伴還為視頻監控系統的快速發展提供系統接口：先進的存儲器接口、PCIExpress、德州儀器的VLYNQ和EMIF接口、硬盤接口和ITU-RBT656接口。

　　Xilinx工具簡化設計

　　XilinxSystemGeneratorforDSP允許使用Xilinx視頻IP模塊組構建和調試Simulink中的高性能DVR系統。使用SystemGenerator開發并實現視頻處理算法，可以獲得經過徹底驗證和可以輕松執行的設計。

　　Xilinx已開發出各種經過預測試的新型視頻IP模塊組。您可以通過在SystemGenerator內拖放模塊來輕松構建視頻/影像系統，從而省下用HDL語言編寫這些基本構建模塊的寶貴時間。

　　為了處理從開發板到PC的龐大的視頻數據流，SystemGeneratorforDSP引入了另一種新穎的高速硬件協同仿真(通過以太網接口)。這種接口允許低延遲的高流量，事實證明它對于在SystemGenerator環境中構建視頻/影像系統極其有用。

　　另一種基于MATLAB語言的設計工具是Xilinx開發的AccelDSP綜合工具，這是基于高級MATLAB語言的工具，用于為XilinxFPGA設計DSP模塊。此工具可實現浮點到定點的自動轉換，能生成可綜合的VHDL或Verilog語言，并且可以為驗證創建測試平臺。您還可以用MATLAB算法生成定點C++模型或SystemGenerator模塊。AccelDSP是XilinxXtremeDSP?解決方案的一個關鍵組件，它集最先進的FPGA、設計工具、知識產權內核、合作伙伴關系以及設計和教育服務于一體。

　　結論

　　在視頻監控系統中，視頻信號由多個攝像機生成。FPGA從視頻解碼器接收ITU-RBT656格式的數字視頻，然后將經過處理的視頻輸出到監視器進行顯示，同時將其輸出到數字媒體處理器或DSP進行壓縮后存入硬盤。

　　利用XilinxFPGA，您可以使自己的符合標準的系統有別于競爭對手的產品，同時仍然為您的應用獲得最佳平衡。利用Xilinx的視頻IP模塊組，您可以輕松構建具有高度靈活性和可擴展性的DVR系統，從而既滿足低端市場又滿足高端市場。通過將PCIe內核與視頻IP模塊組集成到一起，您可以開發低成本的PC擴展卡視頻監控系統。使用XilinxFPGA中的VLYNQ內核，您可以通過XilinxFPGA將來自多部攝像機的眾多視頻流輕松地連接到TI的DaVinci處理器。

　　AccelChip與XilinxSystemGenerator的集成將算法開發者青睞的基于MATLAB的算法綜合與系統工程師和硬件設計者使用的圖形設計流程結合起來。它使用豐富的MATLAB語言及其附帶的工具箱創建復雜DSP算法的SystemGeneratorIP模塊。通過合并使用這些工具，設計團隊可以為實現而利用硬件建模這一最有效的手段，從而讓算法開發者完全參與FPGA的設計過程，并且更快地完成更優質的設計。