視頻圖像信號處理（ISP）從模擬信號時代發展而來，已經經歷了很長一段時期。今天，數字信號處理實現了可以在位級進行圖像數據處理，為圖像質量提供了前所未有的控制。數字信號處理顯然不等同于數字信號處理器或DSP.雖然DSP已經被廣泛用于視頻圖像信號處理的數字領域，ISP可以由各種處理器件實現，如DSP、ASIC、ASSP和越來越多的現場可編程門陣列，即FPGA.

為什么使用FPGA？

有幾個原因推動了FPGA的日益普及。這些原因中的兩個反映了安防攝像機的最新趨勢，大大增加了需要處理的圖像數據量，第三個是經濟方面原因，即攝像機元器件材料成本（BOM）。

安防攝像機的趨勢：有兩個主要趨勢正在改變安防攝像機的結構設計方法：
　　1. 百萬像素傳感器的問世
　　2. 對高（或寬）動態范圍（工字電感HDR/WDR）的需要

百萬像素傳感器

曾經有一段時間，VGA分辨率傳感器對于安防目的的攝像機來說已經足夠了，當時通常由操作人員來監查或者僅是存檔以備日后查看。然而，隨著安防攝像頭在全球范圍內使用的數量急劇增加，沒有足夠的操作人員來監查，所以安防產業已經開始依靠軟件來分析視頻，用以監控是否在“關注的區域”有任何異常發生，無論是實時的或留作日后分析。復雜的視頻分析（VA）算法已一體成型電感器發展到可以將異常情況從正常情況中分辨出來；然而，為了更加切實有效，這些算法需要比VGA分辨率的攝像機所能提供的更多的細節信息。

攝像機需要更高的分辨率使得VA能夠識別出有限和/或大面積區域內的一般活動，例如：一個停車場。一個攝像機需要約30像素/輸入用于車牌識別，以及約150像素/輸入用于查看更細節的活動，如確定收銀機交易。一百萬像素涵蓋了7英尺X 7英尺范圍內的詳細信息，并且4個VGA攝像頭才能抵得上一個一百萬像素的攝像頭。

圖像傳感器已經開發出來并且已經商業投產，適用于1百萬、2百萬、5百萬甚至1千萬像素的分辨率。顯然，隨著像素數的增加，因此必須處理的數據量也利用了更高的分辨率這一優勢。

高動態范圍（HDR）

HDR也稱為寬動態范圍（WDR），用以測量傳感器和ISP功能是否能夠很好地區分黑暗和明亮區域。我們都對業余拍攝的以太陽為背景的家庭照片非常熟悉。雖然沐浴在陽光下的風景明亮清晰，但是人們的臉上都非常暗。這是因為（通常是自動）相機調整在陽光下的場景的曝光。然而，這個曝光時間太短，以至于無法正確識別較暗的對象。如果手動設定曝光或者使得光圈獲得更多的光線，這樣就能分辨出暗部的細節，但是這樣做的結果是，現在明亮區域的細節已經過度曝光，甚至徹底洗白。這對于操作人員或者VA軟件來說都不是一個好的結果，因為很多關注區域的細節信息都已經丟失。

HDR傳感器使用創造性的方式解決了這個問題，根據不同的曝光時間拍攝多張照片，然后通過ISP流水線組合并融合這些圖像，保存并呈現所關注區域的亮部和暗部區域的細節信息。顯然，當對于同一個圖像進行多次曝光，造成了所需處理的數據量增加。例如，當一臺攝像機可以輸出每秒60幀的全高清1080p圖像，帶有HDR傳感器，每幀3次曝光，在其工作時，攝像機內0603電感的ISP流水線實際處理的是60× 3，即相當于180幀每秒。

FPGA和增加的處理負荷

一個百萬像素的傳感器和HDR相結合大大提高了ISP流水線的處理負荷。DSP器件本質上是“順序處理引擎”，很難負荷巨大的數據處理負載。它可能仍然可以處理我們上述示例中高端DSP中的1080p 60HDR流水線的數據，但成本和功耗高得令人望而卻步，并且在經濟上無法負擔。FPGA由于其固有的并行性，非常適合承擔高清、高動態范圍圖像信號處理所增加的負貼片電感載。

可編程的重要性

除了以極低的功耗和成本提供高性能之外，FPGA定義為可編程的，這提供了超越ASIC和ASSP的顯著優點。ASIC的設計和構造都極其昂貴，一旦完成就不能更改。基于ASSP的攝像頭設計可能會受到已經制成的標準件功能的限制，這也就無法再進行修改。事實上，在視頻圖像處理市場中的一些DSP和其它的ASSP器件，需要一個FPGA來橋接傳感器和標準部件，以適應新的傳感器制造商正在使用的新的串行接口，用于接收其傳感器傳輸的百萬像素數據。隨著基于FPGA的實現方法的出現，攝像機制造商可以利用可編程的優勢，迅速在其設計中采功率電感用新的傳感器和技術，或迅速改變他們的ISP算法。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠