AI技术助力视频监控领域智能化发展

作者 / 任泽坤 上海兆芯集成电路有限公司 项目经理（北京 201203）　　

       如果大家参加过2017年10月底在深圳举办的安博会，肯定会被如潮的人海以及玲琅满目的人工智能案例所震惊。毫无疑问，视频监控行业将迎来真正的大爆发，同时人工智能也必然会在视频监控行业大规模应用。

　　近两年，得益于深度学习算法的进步，人工智能得以飞速发展和应用。业界有个这样的简单比喻：如果把打造人工智能系统比作造火箭，则算法是引擎，数据是燃料，加速靠的是芯片。可见，海量的数据、先进的算法、高效的芯片是AI领域三大要素。在这次人工智能大浪潮中，几乎每个芯片商都希望搭上顺风车火一把。下图为研究机构对未来AI芯片的市场规模预测。

　　图1 2016-2021年人工智能芯片市场规模及预测

　　众所周知，目前AI最主流的算法是深度学习，深度学习算法分“训练”和“推断”两个过程。深度学习的“训练”主要在云端进行, “推断”则可在云端和终端进行，两大过程必须借助芯片才能运行，对芯片的算法处理速度要求极高。所以，较传统芯片而言，AI芯片承载算法，需要有更强的算法处理能力，尤其是复杂的并行运算能力。目前，能够适应深度学习需求的芯片类型主要有GPU、FPGA和ASIC三种。表1为三种芯片类型的对比。

　　表1 GPU、FPGA和ASIC三种芯片对比

　　另外，从芯片的运用场景看，则分为面向云计算的云端芯片(用于云端和中心节点)和面向终端消费产品的终端芯片(用于终端和边缘节点)。云端芯片方案：代表为基于NVIDIA Tesla GPU的DGX超级计算机，Altera 与 Xilinx 两公司则垄断 FPGA 市场,谷歌 TPU 则为目前自用最强 ASIC。终端芯片方案：目前可以说是百家争鸣，从NVIDA价格昂贵的基于Tegra内核的Jetson嵌入式模组，到已经被海思麒麟商用的中科院寒武纪，再到瑞芯微刚刚发布的RV1108。考虑到终端芯片支持场景的专业细分性，并且对低延时、低功耗及高算力的要求，可以预见专用ASIC会是未来的趋势。

　　AI芯片的大规模应用领域，无疑第一个就是视频监控行业(领先于汽车自动驾驶，因为自动驾驶高度依赖于5G的建设)。它的实现有两种方式——第一种称为前端方案，即AI芯片放置在每一台摄像机里，数据即时处理，然后再输出到后端服务器;第二种称为后端方案，AI芯片放置在后端服务器里，将所有原始数据都汇总到这里，集中分析。前者更贵，后者成本更低，而且通常的NVR服务器，可以同时对几十路非智能摄像机的数据进行分析。所以，目前的环境下，大部分的应用场景还是考虑到成本，选择了后端方案。但是，成本低自然有成本低的缺陷，那就是延时问题和大数据量传输可能出现的信息丢失、带宽压力等。

　　所以，随着前端芯片的性能提升及成本降低，各类智能分析算法的不断完善，越来越多复杂的智能功能也开始嵌入到前端IPC中。AI处理从后端向前端的转移，即智能的前移，是一个重要的方向。前端IPC(或边缘节点)即可完成目标检测、结构化、抠图、人脸识别、行为识别、车牌识别等AI操作，并占用极低的带宽和更安全及时的将信息传给云端(或中心节点)。

　　在终端芯片的AI应用领域，有这么一家低调的中国的芯片公司，GPU和CPU技术一直都是它的传统优势，不管在广电和OTT终端领域，还是视频监控与消费电子领域，它一直并致力于新技术的研发和应用 ，这就是总部位于上海的——兆芯!

　　上海兆芯集成电路有限公司是成立于2013年的国资控股企业，也是国内唯一同时拥有X86和ARM产品的芯片公司。 另外，专业研发团队具备20多年的GPU设计经验，并拥有独立自主知识产权的GPU，且具备业界最高的单位面积performance。这些CPU和GPU方面的技术积累，让兆芯在AI领域具有很强的平台优势。

　　以兆芯目前在广电及OTT领域大规模商用的ZX-2000芯片为例，CPU方面它采用了高性能的ARM Cortex-A 17核心，其性能领先友商的高端芯片，同时具有性价比的优势。(如图2)。

　　图2 兆芯ZX-2000芯片CPU性能

　　GPU方面，ZX-2000集成自主知识产权的图形处理器，采用64位线程(Elite1000+)。设计面积更小，功耗更低，成本更有优势。(如图3)。

　　图3兆芯ZX-2000芯片GPU性能

　　Video方面，ZX-2000全面支持4KP60，并具备超强的多路编码、解码能力，如图4所示为友商所测8路1080P和1路720P同时解码的场景，ZX-2000可以轻松应对。

　　图4 ZX-2000全面支持4KP60

　　强悍的CPU、GPU、Video性能，造就了ZX-2000同级别竞品中最强的3D游戏支持能力，同样满足VR和AI等当前及未来的应用需求。事实上，兆芯作为一个研发型的公司，一直致力于新技术的预研和新领域的探索。以广电行业为例，兆芯不仅仅是第一个TVOS大规模商用落地的芯片厂商，也是第一个推出整套VR 360 沉浸式视频体验方案的厂商，还是第一个支持VR 三维音方案的厂商。

　　兆芯在巩固当前广电核心业务的基础上，凭借着多年的GPU和视频图像方面技术积累，正积极拓展智能监控与安防市场。兆芯正与友商合作开发4-8路1080P的IPC-NVR无线套装，即将推向消费市场。此外，近两年来，兆芯一直在开发和优化基于AI技术的人脸识别、行为手势识别、图像智能识别、语音识别等方案，并推广和应用到电视娱乐和影音控制、视频监控和安防、智能音箱等场景。如图5及图6，分别展示的是基于ZX-2000平台的人脸识别方案，手势识别方案，以及智能音箱成品。

　　图5 ZX-2000平台的人脸识别方案

图6 手势识别方案及智能音箱成品

　　另外，兆芯的新一代芯片——ZX2000的继任者即将全面量产，它专门为人工智能算法优化了架构并加速了引擎，其GPU将达到100-200GFLOPS的水平，同时保持了低功耗和低成本。这款芯片瞄准智能视频安防前端及边缘节点的市场，将极具竞争力。兆芯将持续保持巨大的研发投入和支持，立志在监控安防的智能化大潮中扮演重要的角色!