智慧型視訊分析應用由於須即時分析並判斷影像資訊，因此對於DSP的處理效能需求大為增加；另一方面，智慧型視訊分析系統須處理龐大的影像資料以降低誤報率，也開啟FPGA跨入市場的機會。
近期與視覺分析相關的應用，如安全監控，先進駕駛輔助系統(ADAS)等市場發展日益蓬勃，不僅帶動高效能數位訊號處理器(DSP)需求，也開啟具備平行運算能力的現場可編程閘陣列(FPGA)，進入市場契機。
導入雙核與硬體加速器 DSP強化視覺分析應用
安全監控、ADAS與工業機器視覺逐漸導入視覺分析功能，對於DSP運算能力的要求升溫。有鑑於此，亞德諾(ADI)推出新款雙核心Blackfin DSP產品，以滿足市場需求。
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| 圖1 亞德諾資深應用工程師郭兆桁PVP提供十二個高性能、配置靈活的訊號處理器模組，並支援各種常用的演算法。 |
亞德諾資深應用工程師郭兆桁(圖1)表示，智慧視覺分析可提高安全監控、ADAS與工業機器視覺系統的辨識能力，遂逐漸受到歡迎。由於智慧視覺分析牽涉到影像分析、辨識，所須處理的資訊龐大，因此須大幅提升DSP的運算效能。
亞德諾新的雙核心DSP，除了透過雙核心架構提高運算能力外，並內建亞德諾開發的管線視覺處理器(PVP)。郭兆桁指出，PVP實為輔助DSP影像處理的硬體加速器，透過PVP影像處理引擎，可執行每秒二百五十一次的數學運算，可滿足智慧影像分析中的對象檢測、跟蹤與識別等功能的運算要求。
另一方面，PVP內建記憶體，不占用DSP的記憶體空間，可與DSP核心協同處理資訊，使新款DSP效能可較前一代產品高出二至三倍。藉由PVP增添的運算能力，新的DSP產品可同時進行五個視覺演算法。舉例而言，ADAS的行人、車距與速率限制偵測功能皆可同時運算，並將訊息提供駕駛人參考。
郭兆桁強調，新款雙核心DSP已可滿足目前視覺分析應用的處理需求，若要再處理更多的影像資料，可透過ADI專為連結多顆DSP所設計的Link Port介面，再增加DSP的數量，或連接FPGA。
值得注意的是，系統單晶片現場可編程閘陣列(SoC FPGA)在整合安謀國際(ARM)Cortex-A8或A9處理器核心後，亦對視覺運算應用市場虎視眈眈。郭兆桁認為，FPGA與DSP各有優點，若須要進行大量影像資料的壓縮與解壓縮，FPGA的平行運算架構即相當游刃有餘，但在影像分析的部分則仍是DSP的強項。也因此，FPGA業者近期才會發展整合處理器硬體核心的方案，以提高執行複雜演算法的能力。
具備龐大資料運算能力 FPGA搶搭視覺運算順風車
智慧視覺分析功能中，有一大部分是應用於銀行、教育、城市、工業和車流量監控系統，這些應用系統通常須處理龐大的資料量，才能進一步提升偵測率，降低誤報，因此具備平行處理能力、可處理龐大資料量的FPGA，即受到監控系統業者的重視。
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| 圖2 Altera亞太區工業業務部市場開發經理江允貴指出，該公司新的FPGA視訊監控方案可同時分析四路480p、每秒30幀視訊通道。 |
Altera亞太區工業業務部市場開發經理江允貴(圖2)指出，除了龐大資料流處理能力外，智慧分析系統的建置挑戰還包括安裝成本、系統設計複雜度提高、高運算量所衍生的散熱問題，以及須具備低延遲特性，而Altera新推出的視訊監控解決方案FPGA，不僅具備可編程的靈活設計架構，業者還可在現有的標準畫質(SD)監控系統設計中加入此FPGA，毋須搭配具整合分析功能的新攝影機。
Altera視訊解決方案專門為監控系統的數位視訊錄影機(DVR)與網路視訊錄影機(NVR)的四通道標準畫質視訊分析所設計，晶片內建Altera低成本與低功耗的Cyclone IV FPGA，以及Eutecus的多核心視訊分析引擎(MVE)矽智財(IP)核心。江允貴表示，相較於DSP或傳統採用伺服器的架構，FPGA解決方案可利用單顆FPGA替代多顆DSP，進而降低成本，更重要的是，FPGA視訊分析方案功率消耗不到3瓦(W)，種種的特性可協助業者跨越視訊分析系統的布建門檻。
不過，江允貴坦言，目前FPGA並非可完全取代DSP，FPGA以純軟體的方式處理、分析影像，因此無法加快分析速度，對於高畫質影像的處理也較捉襟見肘。為解決此問題，FPGA業者開始在FPGA中增添中央處理器(CPU)核心，未來Altera也將推出內建雙核心處理器的FPGA視訊分析解決方案，預期將可更具市場競爭力，將FPGA從輔助DSP的角度，提升至可完全取代DSP。
MCU牽成 DSP進駐行動裝置添動能
除了視訊分析系統外，DSP也逐步被導入行動裝置中。為降低DSP導入行動裝置的設計難度並兼顧成本與功耗，德州儀器(TI)發布首款透過微控制器駕馭DSP的音訊開發套件Audio Capacitive Touch BoosterPack。
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| 圖3 德州儀器FAE協理暨資深科技委員會委員杜王平福表示，DSP價格已愈來愈親民，因此在行動裝置市場將日益受到重視。 |
德州儀器FAE協理暨資深科技委員會委員杜王平福(圖3)表示，該開發套件採用德州儀器最省電的16位元微控制器MSP430與以低價著稱的DSP C553x系列組成，不僅讓業者開發時擁有低成本與省電的雙重優勢，還可縮短產品開發時間。
行動裝置業者對於降低功耗與提升音訊效能日益重視，杜王平福指出，目前，有許多業者採用高階32位元微控制器，處理包括MP3播放器、錄音筆或手機等行動裝置的聲音訊號，但反而造成32位元微控制器耗電量提高，透過DSP分擔微控制器工作即可延長電池使用壽命。
此外，DSP在導入設計時因設計門檻較高，導致工程師對於採用DSP較為卻步；而藉由微控制器控制DSP，可讓不具DSP應用經驗的工程師，更容易上手。面對複雜的DSP編程工作，也可利用微控制器中通用異步收發器(UART)介面簡單的指令控制DSP Library，便可充分使用複雜的DSP技術，為行動裝置增添音訊或即時訊號處理的功能。
杜王平福指出，由於過去DSP單價較高，因此增加一顆DSP可能會讓物料清單成本(BOM Cost)增加23美元以上的成本支出，但隨著DSP價格逐漸下滑，市面上已出現單顆售價不到2美元的產品，因此行動裝置製造商毋須增加太多成本，即可讓裝置擁有更佳的音訊品質。