AI技術助力視頻監控領域智能化發展

作者 / 任澤坤 上海兆芯集成電路有限公司 項目經理（北京 201203）　　

       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瑯滿目的人工智能案例所震驚。毫無疑問，視頻監控行業將迎來真正的大爆發，同時人工智能也必然會在視頻監控行業大規模應用。

　　近兩年，得益于深度學習算法的進步，人工智能得以飛速發展和應用。業界有個這樣的簡單比喻：如果把打造人工智能系統比作造火箭，則算法是引擎，數據是燃料，加速靠的是芯片。可見，海量的數據、先進的算法、高效的芯片是AI領域三大要素。在這次人工智能大浪潮中，幾乎每個芯片商都希望搭上順風車火一把。下圖為研究機構對未來AI芯片的市場規模預測。

　　圖1 2016-2021年人工智能芯片市場規模及預測

　　眾所周知，目前AI最主流的算法是深度學習，深度學習算法分“訓練”和“推斷”兩個過程。深度學習的“訓練”主要在云端進行, “推斷”則可在云端和終端進行，兩大過程必須借助芯片才能運行，對芯片的算法處理速度要求極高。所以，較傳統芯片而言，AI芯片承載算法，需要有更強的算法處理能力，尤其是復雜的并行運算能力。目前，能夠適應深度學習需求的芯片類型主要有GPU、FPGA和ASIC三種。表1為三種芯片類型的對比。

　　表1 GPU、FPGA和ASIC三種芯片對比

　　另外，從芯片的運用場景看，則分為面向云計算的云端芯片(用于云端和中心節點)和面向終端消費產品的終端芯片(用于終端和邊緣節點)。云端芯片方案：代表為基于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。終端芯片方案：目前可以說是百家爭鳴，從NVIDA價格昂貴的基于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。考慮到終端芯片支持場景的專業細分性，并且對低延時、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芯片的大規模應用領域，無疑第一個就是視頻監控行業(領先于汽車自動駕駛，因為自動駕駛高度依賴于5G的建設)。它的實現有兩種方式——第一種稱為前端方案，即AI芯片放置在每一臺攝像機里，數據即時處理，然后再輸出到后端服務器;第二種稱為后端方案，AI芯片放置在后端服務器里，將所有原始數據都匯總到這里，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，選擇了后端方案。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，隨著前端芯片的性能提升及成本降低，各類智能分析算法的不斷完善，越來越多復雜的智能功能也開始嵌入到前端IPC中。AI處理從后端向前端的轉移，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，并占用極低的帶寬和更安全及時的將信息傳給云端(或中心節點)。

　　在終端芯片的AI應用領域，有這么一家低調的中國的芯片公司，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，它一直并致力于新技術的研發和應用 ，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年的國資控股企業，也是國內唯一同時擁有X86和ARM產品的芯片公司。 另外，專業研發團隊具備20多年的GPU設計經驗，并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領域具有很強的平臺優勢。

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

　　圖2 兆芯ZX-2000芯片CPU性能

　　GPU方面，ZX-2000集成自主知識產權的圖形處理器，采用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芯片GPU性能

　　Video方面，ZX-2000全面支持4KP60，并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可以輕松應對。

　　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游戲支持能力，同樣滿足VR和AI等當前及未來的應用需求。事實上，兆芯作為一個研發型的公司，一直致力于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大規模商用落地的芯片廠商，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，憑借著多年的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于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，并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，分別展示的是基于ZX-2000平臺的人臉識別方案，手勢識別方案，以及智能音箱成品。

　　圖5 ZX-2000平臺的人臉識別方案

圖6 手勢識別方案及智能音箱成品

　　另外，兆芯的新一代芯片——ZX2000的繼任者即將全面量產，它專門為人工智能算法優化了架構并加速了引擎，其GPU將達到100-200GFLOPS的水平，同時保持了低功耗和低成本。這款芯片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!