借助安防智能化提速的良好契机,业内芯片企业加大了AI芯片布局。其中,上海酷芯微电子有限公司(以下简称:酷芯)在2021年推出高算力视觉AI芯片AR9341,该芯片的ISP(图像信号处理)在安防头部客户处测试已经达到国产第一梯队。在今年第二届华南AI安防&商显跨界对接会上,酷芯将再次发布搭载第三代自研NPU(神经网络处理器)的AR9311、ARS31两款智能安防芯片方案,为安防智能化提速赋能。
AI引擎加持,支持超星光级全彩成像
虽然安防AI SoC芯片性能持续增强,但优秀的画质处理能力始终是基本诉求,这也是视频结构化、AI分析的基础,酷芯推出的新一代芯片方案较上一代产品,“AR9311在画质方面进行了很多优化提升,”酷芯联合创始人兼CTO沈泊继续表示,“特别是在宽动态和低照度处理方面,我们针对AI需求做了智能处理。”
众所周知,实际工程中,在直面车灯等强背光、大堂等前后照度差很大的场景下,亮度较低的暗区在视频画面中往往表现为暗影,甚至看不清。AR9311在解决这类场景的应用时,一是通过宽动态(120dB)、强光抑制、背光补偿等技术手段,提升“暗区”亮度;二是叠加AI算法优化,即通过神经网络算法加速器,支持对人脸等抓拍目标进行图像增强,大幅提升后期人脸识别的准确率。
夜视能力也是AR9311提升画质的重要性能之一。因7×24小时的全天候监控特性,安防对成像设备都要求具备星光级、超星光级成像能力。目前市面上也不缺乏星光级摄像机,不过能在全彩模式下仍能保持极低照度,且能保持运动物体无拖尾成像,对部分产品来说仍是一项挑战。
为此,AR9311全新升级的500万级ISP引擎具备色彩增强、阴影校正、2D/3D降噪、数字透雾、图像动态增强、边缘增强、图像翻转/镜像、畸变校正、数字防抖等功能。对输入的低照度图像,通过降噪处理,能很好去除噪声,保持画面的干净整洁;重要的是,超低照度下,运动物体影像无拖尾,沈泊表示,“我们这颗芯片可以做到0.001Lux的超低照度全彩成像能力。”
更高性价比,加速双光应用多场景覆盖
而随着视频技术的持续成熟,以视觉为基础的应用也在不断得到扩展,在部分场景中,可见光并不能很好满足应用需求,如消防检测、巡检等,特别是疫情下,双光谱应用需求激增。
针对这类需求,酷芯基于已有的ARS33技术积累,再次优化并发布了ARS31芯片。据了解,该芯片在可见光部分,与AR9311一致,具备良好的彩色图像成像能力。而热成像部分,独立ISP最大支持640分辨率图像处理,并支持2D/3D降噪、边缘增强、双光融合等图像处理功能,沈泊介绍,“在很多场景,双光谱相机在可见光还未发现烟火的时候,热成像已能通过温度检测实现火灾预警,将事后追溯提前至事前预警,提高了安全防范的能力。”
对这些行业痛点,酷芯在芯片开发时,就与高德红外、艾睿光电等热成像产业链供应商做预研,并在芯片中提供相应的接口对接,可以大幅缩短下游设备商的开发周期,提升了产品研发效率。
同时,高度集成也大幅降低了开发成本。在传统的双光谱方案中,需要在主控芯片平台外挂一颗成本高昂的FPGA,以实现与红外热成像传感器的对接。而酷芯的ARS31方案则是把可见光、热成像双光引擎及接口均集成在同一颗芯片中,大幅减少了设备商的开发工作。沈泊表示,“我们的ARS31芯片省去了FPGA环节,并采用一体化集成设计,大幅降低了成本和功耗,很好解决双光方案普及推广的痛点问题。”
另外,在成像方面,ARS31还在芯片架构中做了优化,通过深度学习神经网络算法,支持把红外灰度热成像图转为RGB彩色图像,让视觉更符合人眼观看需求;如果客户有双光融合需求,该芯片也能轻松提供支持,为客户灵活匹配方案,满足安防、消防、夜视仪、手持测温仪、机芯等场景应用。
算力提升2~3倍,功耗降低30%
目前安防市场推出的各类新设备中,均或多或少搭载有AI智能分析功能,小到断网报警、移动侦测,大至轨迹分析、万亿级数据秒级检索,已经到了“无AI不安防”的地步,其中又以深度学习最具应用价值,正越来越多地在机非人的检测中得到应用,沈泊感慨道,“安防已成为AI最大的存量市场。”
为满足更广泛的场景应用需求,酷芯本次推出的AR9311、ARS31两款芯片均内置有神经网络硬件加速器NPU,支持Caffe、TensorFlow、PyTorch、Onnx、Paddlepaddle等深度学习框架以及int16、int8定点推理。
需注意的是,这是酷芯首次搭载自研第三代NPU,沈泊介绍,“相比上一代产品,我们新一代NPU进行了多方面优化提升,一是支持更多的算子和更多的类型网络,能更好适配持续丰富的人工智能网络架构,除了视频图像,新一代NPU对语音处理上也有更好地提升;二是通过整合优化提升能效比,第三代NPU的功耗比上一代产品降低30%。”据了解,新一代NPU支持3D-conv、Dropout、MatMul、Scale、3D-pool等60种算子,具备更强的平台兼容性和网络适配性。
在AI技术持续发展之时,功耗高也已成为安防设备无可规避的痛点之一,而安防设备特有的无风扇设计以及密闭存放,如果产品散热不良,极容易导致设备宕机等异常情况出现。酷芯在深入了解到行业的这一痛点后,新一代NPU的低功耗表现,能更好满足实际工程的低功耗需求。
而在算力方面,AR9311、ARS31还采用了冗余设计。众所周知,目前安防设备的AI算法越来越多,如人脸检测与识别、车辆检测与识别、绊线入侵/滞留/打架等行为分析、视角偏移/画面遮挡等运维检测,但实际应用中,设备很难同时开启多种算法,其中算力不足是重要制约因素之一;同时,算力不足也极易造成分析不准确的情况出现。
为此,AR9311、ARS31在面向500万像素级应用中,搭载的第三代NPU算力均达2TOPS,相比传统方案的1TOPS算力,沈泊表示,“两款芯片的算力可达到传统方案的2~3倍,让AI设备拥有更多的运算空间,满足安防设备算法越来越复杂、运算精度越来越高的算力需求;同时,算力翻倍,而价格却差不多,也能更好满足安防行业高性价比的选型需求。”