智能攝像頭在我們這個(gè)技術(shù)驅(qū)動(dòng)的世界中應(yīng)用十分廣泛。這些獨(dú)立的視覺(jué)系統(tǒng)配備了傳感器、計(jì)算能力和基于人工智能的決策功能，使得它們不僅可以捕獲圖像，還可以提取信息并執(zhí)行操作。試想：2022年智能攝像頭市場(chǎng)規(guī)模高達(dá)34.8億美元，預(yù)計(jì)到2031年將飆升至80億美元。

隨著AI智能攝像頭的大規(guī)模部署，對(duì)低功耗、低延遲、安全性和適應(yīng)性更強(qiáng)的解決方案的需求正急劇上升。這些功能可以確保智能攝像頭在各種應(yīng)用中保持高效、可持續(xù)和廣泛用途，同時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)性能。

現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）是這一技術(shù)發(fā)展的核心。在2024年嵌入式視覺(jué)峰會(huì)上，萊迪思半導(dǎo)體和鈺創(chuàng)科技美國(guó)分公司發(fā)表了題為《使用低功耗FPGA和DRAM產(chǎn)品優(yōu)化終端智能攝像頭》的演講。這篇博客對(duì)演示進(jìn)行了分析，并探討了開發(fā)人員如何通過(guò)FPGA來(lái)滿足網(wǎng)絡(luò)邊緣AI需求并優(yōu)化智能攝像頭。請(qǐng)繼續(xù)閱讀，了解FPGA的關(guān)鍵組件如何使其成為智能攝像頭的理想選擇。

FPGA在網(wǎng)絡(luò)邊緣的作用

FPGA是功能強(qiáng)大且靈活的解決方案，能幫助開發(fā)可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)邊緣AI應(yīng)用，同時(shí)減少延遲、提高能效和帶寬，并改善數(shù)據(jù)隱私問(wèn)題。FPGA有幾種特性尤其適合智能攝像頭：靈活性、超低功耗、可擴(kuò)展性能、可編程性和安全性。

隨著人工智能的不斷進(jìn)步，智能攝像頭正在迅速發(fā)展。當(dāng)出現(xiàn)新的優(yōu)化、算法、安全功能、更新或要求時(shí)，開發(fā)人員必須能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行更改。FPGA是一種適應(yīng)性強(qiáng)的硬件解決方案，可以幫助開發(fā)人員跟上這種不斷變化的環(huán)境。憑借固有的靈活性和可編程性，它們成為邊緣計(jì)算的理想選擇，如果需要更改功能，即使在部署后也可以輕松修改。

低功耗對(duì)于緊湊型智能攝像頭也至關(guān)重要，因?yàn)榈凸目梢詭?lái)卓越的可靠性和質(zhì)量，確保連續(xù)監(jiān)控并擴(kuò)大應(yīng)用范圍。FPGA能夠并行處理，且時(shí)鐘頻率較低，能為AI應(yīng)用帶來(lái)頂尖的每瓦性能。

最后，F(xiàn)PGA具有足夠的嵌入式存儲(chǔ)和邏輯/DSP資源，可以完全在片上實(shí)現(xiàn)許多功能，同時(shí)還能夠靈活地支持高效的外部存儲(chǔ)器，以滿足更大的處理需求。這種靈活性對(duì)于邊緣計(jì)算至關(guān)重要，因?yàn)檫吘売?jì)算需要適應(yīng)各種應(yīng)用。FPGA還提供安全的器件配置，以幫助構(gòu)建邊緣AI環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)彈性，這對(duì)于可靠和安全的運(yùn)營(yíng)至關(guān)重要。

常見的智能攝像頭架構(gòu)

主要的網(wǎng)絡(luò)邊緣AI智能攝像頭架構(gòu)有三種，包括了從自帶大量外部存儲(chǔ)器的復(fù)雜片上系統(tǒng)（SoC）應(yīng)用到具有共享存儲(chǔ)的較小單元。每種架構(gòu)方案都有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)。它們的使用案例取決于當(dāng)前應(yīng)用的性能要求。

Media SoC通常是最大、最復(fù)雜的架構(gòu)，需要8瓦或更高的功耗。它們能滿足開發(fā)人員的所有需求，但在優(yōu)化解決方案實(shí)現(xiàn)低功耗和低成本時(shí)，往往會(huì)顯得力不從心。下一個(gè)常見選擇是小型MCU和通用FPGA的組合，功耗通常約5-10瓦。低功耗邊緣解決方案的最小、高度優(yōu)化的架構(gòu)選項(xiàng)是使用集成了Soft RISC-V CPU和外部RPC DRAM的低功耗 FPGA，總功耗接近1瓦。

對(duì)于使用FPGA的架構(gòu)，開發(fā)人員還可以利用外部存儲(chǔ)器來(lái)完成更大、更復(fù)雜的處理任務(wù)。

避免過(guò)度配置存儲(chǔ)空間

當(dāng)開發(fā)人員在智能攝像頭架構(gòu)中實(shí)施創(chuàng)新解決方案時(shí)，避免過(guò)度配置計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間至關(guān)重要。說(shuō)到智能攝像頭存儲(chǔ)，需要牢記的一點(diǎn)：存儲(chǔ)并非越多越好。未使用的多余空間不會(huì)帶來(lái)額外的收益。

額外的位和多余的存儲(chǔ)帶寬會(huì)對(duì)性能、功耗和成本產(chǎn)生重大影響。大多數(shù)應(yīng)用都能從降低存儲(chǔ)和低功耗運(yùn)行中獲益。開發(fā)人員應(yīng)努力滿足確保應(yīng)用有效運(yùn)行的最低計(jì)算能力要求。這是一種更實(shí)用的方法，可提高效率并降低運(yùn)行成本。

開發(fā)人員還應(yīng)該在不影響組件可用性和系統(tǒng)可靠性的前提下，積極挖掘節(jié)能潛力。例如，與并行端接相比，使用CHIP SCALE封裝的串聯(lián)總線端接可顯著降低功耗。串聯(lián)終端的總線穩(wěn)定時(shí)間更快，功耗為840 mW，而并聯(lián)終端的功耗為3.6 W，因此在保持信號(hào)完整性和可靠性的同時(shí)，還能節(jié)省2.76 W的功耗。

為互聯(lián)未來(lái)鋪平道路

在這個(gè)由技術(shù)定義的時(shí)代，智能攝像頭的廣泛應(yīng)用正在重塑各行各業(yè)，并徹底改變我們對(duì)周圍環(huán)境的感知和互動(dòng)方式。隨著智能攝像頭市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，對(duì)低功耗、低延遲、更強(qiáng)安全性和適應(yīng)性的要求達(dá)到了前所未有的高度。FPGA是一種理想的解決方案，它具有適應(yīng)性和并行處理能力，適合快速發(fā)展的用例。FPGA能夠優(yōu)化和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)邊緣人工智能模型和圖像信號(hào)處理，這也有助于降低復(fù)雜性，同時(shí)還能滿足應(yīng)用需求并降低功耗和成本。

當(dāng)開發(fā)人員利用FPGA的強(qiáng)大功能來(lái)優(yōu)化智能攝像頭性能時(shí)，他們就能為更加互聯(lián)和智能的未來(lái)鋪平道路。了解更多有關(guān)FPGA及其在邊緣人工智能和智能攝像頭中的作用，請(qǐng)聯(lián)系萊迪思團(tuán)隊(duì)。