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Data Respons Echtzeit-Videoverarbeitung besser über FPGA betreiben

| Redakteur: Holger Heller

Data Respons hat sich aus mehreren Entwicklungsprojekten Erfahrung für Videoverarbeitung in Echtzeit bei unterschiedlichen Kundenapplikationen angeeignet. Den Kern dieser Systeme bildet dabei ein leistungsfähiges FPGA.

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( Archiv: Vogel Business Media )

Die Videoverarbeitung in Echtzeit beinhaltet eine Reihe von Herausforderungen. Die heutigen hochauflösenden Videoformate mit hohen Aktualisierungsfrequenzen müssen mit minimaler Verzögerung empfangen, zwischengespeichert und weitergeleitet werden. Der Einsatz mehrerer Aufnahmequellen für Videos und der Verarbeitungsgrad stellen Anforderungen an die Bandbreite, insbesondere wenn die Algorithmen für die Videoverarbeitung von der Art sind, bei denen keine Kompressionstechniken verwendet werden können.

Heutige FPGAs sind für diese Applikationen die richtige Entscheidung. Früher waren dedizierte DSPs eine Alternative, doch selbst mit hohen internen Taktfrequenzen, großer I/O-Kapazität und modernen Grafikbeschleunigern sind sie zu langsam, weil sie auf eine bestimmte Anzahl von Operationen pro Taktzyklus beschränkt sind. Dedizierte Grafikprozessoren haben eine höhere Leistung und sind stärker spezialisiert, leiden jedoch an derselben Einschränkung.

Bei den FPGAs von heute gibt es diese Einschränkungen nicht. Die Kapazität steigt an, alle neueren schnellen Schnittstellen – auch bezüglich Speicherbausteinen – werden unterstützt und die Anzahl an parallelen Operationen ist lediglich durch die Gesamtkapazität des FPGAs begrenzt. Selbst mit niedrigeren internen Taktfrequenzen im Vergleich zu CPUs wird dies durch den hohen erreichbaren Parallelisierungsgrad kompensiert. Moderne FPGAs mit dedizierten DSP-Blocks eignen sich für diese Art von Projekten und dienen als Kern der Applikation.

Integrierte DSP-Blöcke und Streaming-Architektur

Die meisten derzeitigen DSP-Algorithmen für Videoverarbeitung bestehen aus der Basisoperation „Multiply and Accumulate“, die der gewünschten Auflösung entsprechend in beiden Dimensionen ausgeführt werden. Die DSP-Blöcke implementieren die MAC-Einheiten direkt mit den gewünschten Wortbreiten und hoher Taktfrequenz. Für Applikationen mit gleich bleibender Videoverarbeitung werden die separaten Verarbeitungseinheiten in einer Streaming-Architektur zusammengeschlossen, in der die Verarbeitungszeit für alle Einheiten in der Verarbeitungskette gleich ist und die Zwischenresultate intern im FPGA zwischengespeichert werden können.

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