AI技術(shù)助力視頻監(jiān)控領(lǐng)域智能化發(fā)展

作者 / 任澤坤 上海兆芯集成電路有限公司 項(xiàng)目經(jīng)理（北京 201203）　　

       如果大家參加過(guò)2017年10月底在深圳舉辦的安博會(huì)，肯定會(huì)被如潮的人海以及玲瑯滿(mǎn)目的人工智能案例所震驚。毫無(wú)疑問(wèn)，視頻監(jiān)控行業(yè)將迎來(lái)真正的大爆發(fā)，同時(shí)人工智能也必然會(huì)在視頻監(jiān)控行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。

　　近兩年，得益于深度學(xué)習(xí)算法的進(jìn)步，人工智能得以飛速發(fā)展和應(yīng)用。業(yè)界有個(gè)這樣的簡(jiǎn)單比喻：如果把打造人工智能系統(tǒng)比作造火箭，則算法是引擎，數(shù)據(jù)是燃料，加速靠的是芯片?？梢?jiàn)，海量的數(shù)據(jù)、先進(jìn)的算法、高效的芯片是AI領(lǐng)域三大要素。在這次人工智能大浪潮中，幾乎每個(gè)芯片商都希望搭上順風(fēng)車(chē)火一把。下圖為研究機(jī)構(gòu)對(duì)未來(lái)AI芯片的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)。

　　圖1 2016-2021年人工智能芯片市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)

　　眾所周知，目前AI最主流的算法是深度學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)算法分“訓(xùn)練”和“推斷”兩個(gè)過(guò)程。深度學(xué)習(xí)的“訓(xùn)練”主要在云端進(jìn)行, “推斷”則可在云端和終端進(jìn)行，兩大過(guò)程必須借助芯片才能運(yùn)行，對(duì)芯片的算法處理速度要求極高。所以，較傳統(tǒng)芯片而言，AI芯片承載算法，需要有更強(qiáng)的算法處理能力，尤其是復(fù)雜的并行運(yùn)算能力。目前，能夠適應(yīng)深度學(xué)習(xí)需求的芯片類(lèi)型主要有GPU、FPGA和ASIC三種。表1為三種芯片類(lèi)型的對(duì)比。

　　表1 GPU、FPGA和ASIC三種芯片對(duì)比

　　另外，從芯片的運(yùn)用場(chǎng)景看，則分為面向云計(jì)算的云端芯片(用于云端和中心節(jié)點(diǎn))和面向終端消費(fèi)產(chǎn)品的終端芯片(用于終端和邊緣節(jié)點(diǎn))。云端芯片方案：代表為基于NVIDIA Tesla GPU的DGX超級(jí)計(jì)算機(jī)，Altera 與 Xilinx 兩公司則壟斷 FPGA 市場(chǎng),谷歌 TPU 則為目前自用最強(qiáng) ASIC。終端芯片方案：目前可以說(shuō)是百家爭(zhēng)鳴，從NVIDA價(jià)格昂貴的基于Tegra內(nèi)核的Jetson嵌入式模組，到已經(jīng)被海思麒麟商用的中科院寒武紀(jì)，再到瑞芯微剛剛發(fā)布的RV1108?？紤]到終端芯片支持場(chǎng)景的專(zhuān)業(yè)細(xì)分性，并且對(duì)低延時(shí)、低功耗及高算力的要求，可以預(yù)見(jiàn)專(zhuān)用ASIC會(huì)是未來(lái)的趨勢(shì)。

　　AI芯片的大規(guī)模應(yīng)用領(lǐng)域，無(wú)疑第一個(gè)就是視頻監(jiān)控行業(yè)(領(lǐng)先于汽車(chē)自動(dòng)駕駛，因?yàn)樽詣?dòng)駕駛高度依賴(lài)于5G的建設(shè))。它的實(shí)現(xiàn)有兩種方式——第一種稱(chēng)為前端方案，即AI芯片放置在每一臺(tái)攝像機(jī)里，數(shù)據(jù)即時(shí)處理，然后再輸出到后端服務(wù)器;第二種稱(chēng)為后端方案，AI芯片放置在后端服務(wù)器里，將所有原始數(shù)據(jù)都匯總到這里，集中分析。前者更貴，后者成本更低，而且通常的NVR服務(wù)器，可以同時(shí)對(duì)幾十路非智能攝像機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。所以，目前的環(huán)境下，大部分的應(yīng)用場(chǎng)景還是考慮到成本，選擇了后端方案。但是，成本低自然有成本低的缺陷，那就是延時(shí)問(wèn)題和大數(shù)據(jù)量傳輸可能出現(xiàn)的信息丟失、帶寬壓力等。

　　所以，隨著前端芯片的性能提升及成本降低，各類(lèi)智能分析算法的不斷完善，越來(lái)越多復(fù)雜的智能功能也開(kāi)始嵌入到前端IPC中。AI處理從后端向前端的轉(zhuǎn)移，即智能的前移，是一個(gè)重要的方向。前端IPC(或邊緣節(jié)點(diǎn))即可完成目標(biāo)檢測(cè)、結(jié)構(gòu)化、摳圖、人臉識(shí)別、行為識(shí)別、車(chē)牌識(shí)別等AI操作，并占用極低的帶寬和更安全及時(shí)的將信息傳給云端(或中心節(jié)點(diǎn))。

　　在終端芯片的AI應(yīng)用領(lǐng)域，有這么一家低調(diào)的中國(guó)的芯片公司，GPU和CPU技術(shù)一直都是它的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，不管在廣電和OTT終端領(lǐng)域，還是視頻監(jiān)控與消費(fèi)電子領(lǐng)域，它一直并致力于新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用 ，這就是總部位于上海的——兆芯!

　　上海兆芯集成電路有限公司是成立于2013年的國(guó)資控股企業(yè)，也是國(guó)內(nèi)唯一同時(shí)擁有X86和ARM產(chǎn)品的芯片公司。 另外，專(zhuān)業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)具備20多年的GPU設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并擁有獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的GPU，且具備業(yè)界最高的單位面積performance。這些CPU和GPU方面的技術(shù)積累，讓兆芯在AI領(lǐng)域具有很強(qiáng)的平臺(tái)優(yōu)勢(shì)。

　　以兆芯目前在廣電及OTT領(lǐng)域大規(guī)模商用的ZX-2000芯片為例，CPU方面它采用了高性能的ARM Cortex-A 17核心，其性能領(lǐng)先友商的高端芯片，同時(shí)具有性?xún)r(jià)比的優(yōu)勢(shì)。(如圖2)。

　　圖2 兆芯ZX-2000芯片CPU性能

　　GPU方面，ZX-2000集成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的圖形處理器，采用64位線程(Elite1000+)。設(shè)計(jì)面積更小，功耗更低，成本更有優(yōu)勢(shì)。(如圖3)。

　　圖3兆芯ZX-2000芯片GPU性能

　　Video方面，ZX-2000全面支持4KP60，并具備超強(qiáng)的多路編碼、解碼能力，如圖4所示為友商所測(cè)8路1080P和1路720P同時(shí)解碼的場(chǎng)景，ZX-2000可以輕松應(yīng)對(duì)。

　　圖4 ZX-2000全面支持4KP60

　　強(qiáng)悍的CPU、GPU、Video性能，造就了ZX-2000同級(jí)別競(jìng)品中最強(qiáng)的3D游戲支持能力，同樣滿(mǎn)足VR和AI等當(dāng)前及未來(lái)的應(yīng)用需求。事實(shí)上，兆芯作為一個(gè)研發(fā)型的公司，一直致力于新技術(shù)的預(yù)研和新領(lǐng)域的探索。以廣電行業(yè)為例，兆芯不僅僅是第一個(gè)TVOS大規(guī)模商用落地的芯片廠商，也是第一個(gè)推出整套VR 360 沉浸式視頻體驗(yàn)方案的廠商，還是第一個(gè)支持VR 三維音方案的廠商。

　　兆芯在鞏固當(dāng)前廣電核心業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，憑借著多年的GPU和視頻圖像方面技術(shù)積累，正積極拓展智能監(jiān)控與安防市場(chǎng)。兆芯正與友商合作開(kāi)發(fā)4-8路1080P的IPC-NVR無(wú)線套裝，即將推向消費(fèi)市場(chǎng)。此外，近兩年來(lái)，兆芯一直在開(kāi)發(fā)和優(yōu)化基于AI技術(shù)的人臉識(shí)別、行為手勢(shì)識(shí)別、圖像智能識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等方案，并推廣和應(yīng)用到電視娛樂(lè)和影音控制、視頻監(jiān)控和安防、智能音箱等場(chǎng)景。如圖5及圖6，分別展示的是基于ZX-2000平臺(tái)的人臉識(shí)別方案，手勢(shì)識(shí)別方案，以及智能音箱成品。

　　圖5 ZX-2000平臺(tái)的人臉識(shí)別方案

圖6 手勢(shì)識(shí)別方案及智能音箱成品

　　另外，兆芯的新一代芯片——ZX2000的繼任者即將全面量產(chǎn)，它專(zhuān)門(mén)為人工智能算法優(yōu)化了架構(gòu)并加速了引擎，其GPU將達(dá)到100-200GFLOPS的水平，同時(shí)保持了低功耗和低成本。這款芯片瞄準(zhǔn)智能視頻安防前端及邊緣節(jié)點(diǎn)的市場(chǎng)，將極具競(jìng)爭(zhēng)力。兆芯將持續(xù)保持巨大的研發(fā)投入和支持，立志在監(jiān)控安防的智能化大潮中扮演重要的角色!