视频图像信号处理（ISP）从模拟信号时代发展而来，已经经历了很长一段时期。今天，数字信号处理实现了可以在位级进行图像数据处理，为图像质量提供了前所未有的控制。数字信号处理显然不等同于数字信号处理器或DSP.虽然DSP已经被广泛用于视频图像信号处理的数字领域，ISP可以由各种处理器件实现，如DSP、ASIC、ASSP和越来越多的现场可编程门阵列，即FPGA.

为什么使用FPGA？

有几个原因推动了FPGA的日益普及。这些原因中的两个反映了安防摄像机的最新趋势，大大增加了需要处理的图像数据量，第三个是经济方面原因，即摄像机元器件材料成本（BOM）。

安防摄像机的趋势：有两个主要趋势正在改变安防摄像机的结构设计方法：
　　1. 百万像素传感器的问世
　　2. 对高（或宽）动态范围（工字电感HDR/WDR）的需要

百万像素传感器

曾经有一段时间，VGA分辨率传感器对于安防目的的摄像机来说已经足够了，当时通常由操作人员来监查或者仅是存档以备日后查看。然而，随着安防摄像头在全球范围内使用的数量急剧增加，没有足够的操作人员来监查，所以安防产业已经开始依靠软件来分析视频，用以监控是否在“关注的区域”有任何异常发生，无论是实时的或留作日后分析。复杂的视频分析（VA）算法已一体成型电感器发展到可以将异常情况从正常情况中分辨出来；然而，为了更加切实有效，这些算法需要比VGA分辨率的摄像机所能提供的更多的细节信息。

摄像机需要更高的分辨率使得VA能够识别出有限和/或大面积区域内的一般活动，例如：一个停车场。一个摄像机需要约30像素/输入用于车牌识别，以及约150像素/输入用于查看更细节的活动，如确定收银机交易。一百万像素涵盖了7英尺X 7英尺范围内的详细信息，并且4个VGA摄像头才能抵得上一个一百万像素的摄像头。

图像传感器已经开发出来并且已经商业投产，适用于1百万、2百万、5百万甚至1千万像素的分辨率。显然，随着像素数的增加，因此必须处理的数据量也利用了更高的分辨率这一优势。

高动态范围（HDR）

HDR也称为宽动态范围（WDR），用以测量传感器和ISP功能是否能够很好地区分黑暗和明亮区域。我们都对业余拍摄的以太阳为背景的家庭照片非常熟悉。虽然沐浴在阳光下的风景明亮清晰，但是人们的脸上都非常暗。这是因为（通常是自动）相机调整在阳光下的场景的曝光。然而，这个曝光时间太短，以至于无法正确识别较暗的对象。如果手动设定曝光或者使得光圈获得更多的光线，这样就能分辨出暗部的细节，但是这样做的结果是，现在明亮区域的细节已经过度曝光，甚至彻底洗白。这对于操作人员或者VA软件来说都不是一个好的结果，因为很多关注区域的细节信息都已经丢失。

HDR传感器使用创造性的方式解决了这个问题，根据不同的曝光时间拍摄多张照片，然后通过ISP流水线组合并融合这些图像，保存并呈现所关注区域的亮部和暗部区域的细节信息。显然，当对于同一个图像进行多次曝光，造成了所需处理的数据量增加。例如，当一台摄像机可以输出每秒60帧的全高清1080p图像，带有HDR传感器，每帧3次曝光，在其工作时，摄像机内0603电感的ISP流水线实际处理的是60× 3，即相当于180帧每秒。

FPGA和增加的处理负荷

一个百万像素的传感器和HDR相结合大大提高了ISP流水线的处理负荷。DSP器件本质上是“顺序处理引擎”，很难负荷巨大的数据处理负载。它可能仍然可以处理我们上述示例中高端DSP中的1080p 60HDR流水线的数据，但成本和功耗高得令人望而却步，并且在经济上无法负担。FPGA由于其固有的并行性，非常适合承担高清、高动态范围图像信号处理所增加的负贴片电感载。

可编程的重要性

除了以极低的功耗和成本提供高性能之外，FPGA定义为可编程的，这提供了超越ASIC和ASSP的显着优点。ASIC的设计和构造都极其昂贵，一旦完成就不能更改。基于ASSP的摄像头设计可能会受到已经制成的标准件功能的限制，这也就无法再进行修改。事实上，在视频图像处理市场中的一些DSP和其它的ASSP器件，需要一个FPGA来桥接传感器和标准部件，以适应新的传感器制造商正在使用的新的串行接口，用于接收其传感器传输的百万像素数据。随着基于FPGA的实现方法的出现，摄像机制造商可以利用可编程的优势，迅速在其设计中采功率电感用新的传感器和技术，或迅速改变他们的ISP算法。 大功率电感厂家 |大电流电感工厂