AI技術助力視頻監控領域智能化發展

如果大家參加過2017年10月底在深圳舉辦的安博會，肯定會被如潮的人海以及玲琅滿目的人工智慧案例所震驚。毫無疑問，視頻監控行業將迎來真正的大爆發，同時人工智慧也必然會在視頻監控行業大規模應用。

近兩年，得益於深度學習演算法的進步，人工智慧得以飛速發展和應用。業界有個這樣的簡單比喻：如果把打造人工智慧系統比作造火箭，則演算法是引擎，數據是燃料，加速靠的是晶元。可見，海量的數據、先進的演算法、高效的晶元是AI領域三大要素。在這次人工智慧大浪潮中，幾乎每個晶元商都希望搭上順風車火一把。下圖為研究機構對未來AI晶元的市場規模預測。

圖1 2016-2021年人工智慧晶元市場規模及預測

眾所周知，目前AI最主流的演算法是深度學習，深度學習演算法分「訓練」和「推斷」兩個過程。深度學習的「訓練」主要在雲端進行, 「推斷」則可在雲端和終端進行，兩大過程必須藉助晶元才能運行，對晶元的演算法處理速度要求極高。所以，較傳統晶元而言，AI晶元承載演算法，需要有更強的演算法處理能力，尤其是複雜的並行運算能力。目前，能夠適應深度學習需求的晶元類型主要有GPU、FPGA和ASIC三種。表1為三種晶元類型的對比。

表1 GPU、FPGA和ASIC三種晶元對比

另外，從晶元的運用場景看，則分為面向雲計算的雲端晶元(用於雲端和中心節點)和面向終端消費產品的終端晶元(用於終端和邊緣節點)。雲端晶元方案：代表為基於NVIDIA Tesla GPU的DGX超級計算機，Altera 與 Xilinx 兩公司則壟斷 FPGA 市場,谷歌 TPU 則為目前自用最強 ASIC。終端晶元方案：目前可以說是百家爭鳴，從NVIDA價格昂貴的基於Tegra內核的Jetson嵌入式模組，到已經被海思麒麟商用的中科院寒武紀，再到瑞芯微剛剛發布的RV1108。考慮到終端晶元支持場景的專業細分性，並且對低延時、低功耗及高算力的要求，可以預見專用ASIC會是未來的趨勢。

AI晶元的大規模應用領域，無疑第一個就是視頻監控行業(領先於汽車自動駕駛，因為自動駕駛高度依賴於5G的建設)。它的實現有兩種方式——第一種稱為前端方案，即AI晶元放置在每一台攝像機里，數據即時處理，然後再輸出到後端伺服器;第二種稱為後端方案，AI晶元放置在後端伺服器里，將所有原始數據都匯總到這裡，集中分析。前者更貴，後者成本更低，而且通常的NVR伺服器，可以同時對幾十路非智能攝像機的數據進行分析。所以，目前的環境下，大部分的應用場景還是考慮到成本，選擇了後端方案。但是，成本低自然有成本低的缺陷，那就是延時問題和大數據量傳輸可能出現的信息丟失、帶寬壓力等。

所以，隨著前端晶元的性能提升及成本降低，各類智能分析演算法的不斷完善，越來越多複雜的智能功能也開始嵌入到前端IPC中。AI處理從後端向前端的轉移，即智能的前移，是一個重要的方向。前端IPC(或邊緣節點)即可完成目標檢測、結構化、摳圖、人臉識別、行為識別、車牌識別等AI操作，並佔用極低的帶寬和更安全及時的將信息傳給雲端(或中心節點)。

在終端晶元的AI應用領域，有這麼一家低調的中國的晶元公司，GPU和CPU技術一直都是它的傳統優勢，不管在廣電和OTT終端領域，還是視頻監控與消費電子領域，它一直並致力於新技術的研發和應用 ，這就是總部位於上海的——兆芯!

上海兆芯集成電路有限公司是成立於2013年的國資控股企業，也是國內唯一同時擁有X86和ARM產品的晶元公司。 另外，專業研發團隊具備20多年的GPU設計經驗，並擁有獨立自主知識產權的GPU，且具備業界最高的單位面積performance。這些CPU和GPU方面的技術積累，讓兆芯在AI領域具有很強的平台優勢。

以兆芯目前在廣電及OTT領域大規模商用的ZX-2000晶元為例，CPU方面它採用了高性能的ARM Cortex-A 17核心，其性能領先友商的高端晶元，同時具有性價比的優勢。(如圖2)。

圖2 兆芯ZX-2000晶元CPU性能

GPU方面，ZX-2000集成自主知識產權的圖形處理器，採用64位線程(Elite1000+)。設計面積更小，功耗更低，成本更有優勢。(如圖3)。

圖3兆芯ZX-2000晶元GPU性能

Video方面，ZX-2000全面支持4KP60，並具備超強的多路編碼、解碼能力，如圖4所示為友商所測8路1080P和1路720P同時解碼的場景，ZX-2000可以輕鬆應對。

圖4 ZX-2000全面支持4KP60

強悍的CPU、GPU、Video性能，造就了ZX-2000同級別競品中最強的3D遊戲支持能力，同樣滿足VR和AI等當前及未來的應用需求。事實上，兆芯作為一個研髮型的公司，一直致力於新技術的預研和新領域的探索。以廣電行業為例，兆芯不僅僅是第一個TVOS大規模商用落地的晶元廠商，也是第一個推出整套VR 360 沉浸式視頻體驗方案的廠商，還是第一個支持VR 三維音方案的廠商。

兆芯在鞏固當前廣電核心業務的基礎上，憑藉著多年的GPU和視頻圖像方面技術積累，正積極拓展智能監控與安防市場。兆芯正與友商合作開發4-8路1080P的IPC-NVR無線套裝，即將推向消費市場。此外，近兩年來，兆芯一直在開發和優化基於AI技術的人臉識別、行為手勢識別、圖像智能識別、語音識別等方案，並推廣和應用到電視娛樂和影音控制、視頻監控和安防、智能音箱等場景。如圖5及圖6，分別展示的是基於ZX-2000平台的人臉識別方案，手勢識別方案，以及智能音箱成品。

圖5 ZX-2000平台的人臉識別方案

圖6 手勢識別方案及智能音箱成品

另外，兆芯的新一代晶元——ZX2000的繼任者即將全面量產，它專門為人工智慧演算法優化了架構並加速了引擎，其GPU將達到100-200GFLOPS的水平，同時保持了低功耗和低成本。這款晶元瞄準智能視頻安防前端及邊緣節點的市場，將極具競爭力。兆芯將持續保持巨大的研發投入和支持，立志在監控安防的智能化大潮中扮演重要的角色!

作者：任澤坤 上海兆芯集成電路有限公司項目經理

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