手機(jī)廠商們的真假AI相機(jī)

美國(guó)消費(fèi)電子協(xié)會(huì)首席經(jīng)濟(jì)學(xué)家肖恩?杜布拉瓦茨在他那本《數(shù)字命運(yùn)》中提到了這樣一個(gè)觀點(diǎn)：

數(shù)字技術(shù)和設(shè)備的蓬勃發(fā)展，預(yù)示著一個(gè)人類新時(shí)代的開始。除了數(shù)字硬件的風(fēng)靡，人類未來(lái)十年的生活將以“全數(shù)字化”和“物聯(lián)網(wǎng)”為特色。數(shù)字化所帶來(lái)的數(shù)據(jù)浪潮將以聞所未聞的量級(jí)席卷我們的世界，滲透進(jìn)我們的生活。

可不是，多數(shù)人想不到的我們一張自拍照的背后，都在不斷融入數(shù)字化和AI。

2017年谷歌在Pixel 2代手機(jī)上加入了自研AI單元，首次實(shí)踐“AI計(jì)算拍照”。此后，用AI改善拍照質(zhì)量似乎就成了手機(jī)廠商們的共識(shí)。

谷歌此舉甚至還在“倒逼”華為海思、聯(lián)發(fā)科等廠商在最新的SoC硬件上提供AI組件，方便手機(jī)廠商進(jìn)行AI相關(guān)的功能開發(fā)。

一股芯片級(jí)AI相機(jī)的潮流席卷而來(lái)，不同流派、不同公司在標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)之間相互爭(zhēng)鳴，共同推動(dòng)了技術(shù)的演進(jìn)。

一

AI相機(jī)流派

營(yíng)銷也好，實(shí)打?qū)嵉倪M(jìn)步也好，為了追趕AI這個(gè)概念，手機(jī)廠商、處理器廠商都在打AI牌。以至于芯片甚至在相機(jī)這個(gè)點(diǎn)上都在拼AI。不過(guò)，出于成本考量，AI相機(jī)正在形成不同流派。

1、APP算法加強(qiáng)派。算法加強(qiáng)派只能算是營(yíng)銷噱頭，主要集中在千元機(jī)上。

和美圖秀秀這類應(yīng)用通過(guò)算法修改圖片差不多，可以理解為手機(jī)相機(jī)APP自帶算法調(diào)整功能。紅米Note5、vivo X21這類市面上的“千元雙攝”大多用的是是這種方式。

APP自帶算法調(diào)節(jié)的確可以讓照片增強(qiáng)對(duì)比度或是通過(guò)算法加強(qiáng)景深。問(wèn)題在于，本身硬件有限，芯片和攝像頭里都沒有專門的AI處理單元，一到夜晚就會(huì)導(dǎo)致畫質(zhì)不佳，原圖成像不佳，APP也很難有太大的作為。

2、攝像頭+云計(jì)算派，在攝像頭區(qū)域里有一顆專用圖像處理協(xié)處理器。

即ImageProcessing Unit （IPU），專門用來(lái)結(jié)合云計(jì)算與算法集群處理AI拍照與視頻任務(wù)，谷歌Pixel 2就是最典型的案例，這也是為什么Pixel 2單攝像頭就能搞定其他雙攝像頭背景虛化的主要原因。

這顆IPU是一顆可編程處理器，共有8個(gè)核心，每個(gè)核心有512算術(shù)邏輯單元（ALU）。在移動(dòng)設(shè)備上，ALU每秒能進(jìn)行超過(guò)3萬(wàn)億次運(yùn)算。ALU主要是用Halide來(lái)進(jìn)行圖像處理，用TensorFlow處理機(jī)器學(xué)習(xí)。

從營(yíng)銷的角度來(lái)看，這套技術(shù)基本只有谷歌能用，能實(shí)現(xiàn)的功能及支持的第三方應(yīng)用有限，須要搭載谷歌自研芯片也增加額外成本，基本上只會(huì)被Pixel的極客用戶認(rèn)可。國(guó)產(chǎn)手機(jī)廠商的雙攝、三攝、四攝可以在直接觀感上征服用戶，何必用單攝。

3、芯片處理器派，也就是在芯片處理器中，加入了一顆用于AI計(jì)算的芯片。

華為、蘋果、三星接連在處理器中加入了獨(dú)立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理單元，稱作為NPU——比如華為麒麟980。

聯(lián)發(fā)科其實(shí)比高通、三星都走得更快一些。早在2018年3月，聯(lián)發(fā)科就改進(jìn)加強(qiáng)了AI硬件處理單元，將其稱之為APU。當(dāng)時(shí)發(fā)布的Helio P60直接加入了雙核APU——也就是兩個(gè)獨(dú)立AI處理單元。這樣的處理單元專門用于應(yīng)付拍照、視頻操作。2018年底發(fā)布的Helio P90，其中AI專核已升級(jí)為APU2.0，為手機(jī)提供了強(qiáng)大的邊緣AI算力。

聯(lián)發(fā)科在這幾個(gè)派別的爭(zhēng)論中還提出了真AI相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)的真AI相機(jī)——從圖像傳感器sensor尺寸、AI性能、ISP技術(shù)三個(gè)維度為用戶打造真正的AI相機(jī)。

高通依舊執(zhí)著于CPU/GPU/DSP模式期間，聯(lián)發(fā)科已經(jīng)迭代了三代APU產(chǎn)品，已經(jīng)在芯片中采用了提升AI性能，改善用戶相機(jī)體驗(yàn)的策略。

在APU 2.0 架構(gòu)的支持下，當(dāng)手機(jī)在多核多線程處理AI 任務(wù)時(shí)，手機(jī)反應(yīng)速度能更快、更省電。AI運(yùn)算效率提升了，功耗和所需的帶寬更少了。

二

芯片派的崛起

在2018年年末，APP算法加強(qiáng)派基本已經(jīng)被主流手機(jī)廠商淘汰，至少是在旗艦機(jī)上淘汰。攝像頭+云計(jì)算派太過(guò)小眾，而且不適應(yīng)國(guó)內(nèi)營(yíng)銷環(huán)境，同樣沒能成為主流。芯片處理器派則是躍升為了所有手機(jī)廠商的第一選擇。

原因很簡(jiǎn)單，手機(jī)相機(jī)硬件、用戶應(yīng)用需求以及相機(jī)自身玩法越來(lái)越多樣了，很多問(wèn)題只能靠硬件來(lái)解決。

就像過(guò)去手機(jī)處理器“核戰(zhàn)”的年代，雙核、四核、八核、十核就是帶動(dòng)性能的最佳方式。用AI芯片這種硬件思路面對(duì)所有用戶問(wèn)題，同樣是最簡(jiǎn)單、最直接、最干脆也最有效，但也需要技術(shù)積累的作法。

1、手機(jī)相機(jī)成像的整體升級(jí)

手機(jī)相機(jī)CMOS有個(gè)核心參數(shù)，是CMOS的整體尺寸，俗話說(shuō)“底大一級(jí)壓死”，好的旗艦機(jī)Sensor像素尺寸≥1.55μm，大底往往在暗光環(huán)境中可以捕捉到更多信號(hào)，畫面更純凈，噪點(diǎn)也更少，夜晚表現(xiàn)往往非常突出。目前市場(chǎng)上符合這一標(biāo)準(zhǔn)的傳感器有MIX586，MIX378，MIX380等。

大底當(dāng)然也有壞處——它需要處理的數(shù)據(jù)更多。過(guò)去原本做ISP影像處理的相機(jī)DSP在Sensor像素尺寸≥1.55μm的大底上就會(huì)顯得相對(duì)吃力，容易導(dǎo)致相機(jī)發(fā)熱，功耗增加。除非手機(jī)性能真的足夠強(qiáng)勁，才能帶得動(dòng)≥1.55μm的大底。

（高通驍龍845的圖像處理策略）

未來(lái)≥1.55μm的大底必然是中高端手機(jī)的標(biāo)配，想要施展人工智能的作用，必須要有強(qiáng)大的AI性能支撐。同時(shí)，芯片上的ISP帶來(lái)強(qiáng)勁圖像處理能力可以提升畫質(zhì)表現(xiàn)。聯(lián)發(fā)科提出的“真AI相機(jī)”概念：CMOS Sensor傳感器像素≥1.55μm，AI性能跑分≥21000分，Imagiq 三核ISP技術(shù)，三個(gè)指標(biāo)加持，才是“真AI相機(jī)”，的確是保障手機(jī)AI相機(jī)的功能性和成像表現(xiàn)的基礎(chǔ)。

聯(lián)發(fā)科Helio P90的三核ISP技術(shù)帶來(lái)了強(qiáng)勁的圖像處理能力，可以提升畫質(zhì)表現(xiàn)，能夠輕而易舉帶動(dòng)≥1.55μm的大底。所以你可以看到，2018年年末，高通在驍龍720以及驍龍855上都加入了NPU模塊，目的就是跟上行業(yè)潮流。

2、短視頻、直播創(chuàng)作的風(fēng)潮

短視頻、直播的風(fēng)潮同樣在側(cè)面壯大了AI芯片派。2018年，互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)最熱的概念除了AI，就是短視頻——抖音、快手、微博、微信都在加強(qiáng)短視頻功能。用戶通過(guò)短視頻創(chuàng)作內(nèi)容、分享生活已經(jīng)成了一股潮流。短視頻社交甚至也在成為巨頭們發(fā)力的方向。今日頭條推出了多閃，微信則是在推出即刻視頻。

不過(guò)，我們不得不說(shuō)，現(xiàn)在大部分視頻都是“AV畫質(zhì)”。不僅分辨率不夠高，畫面抖動(dòng)也太厲害。原因就在于大部分手機(jī)的攝像頭沒辦法處理如此大體量的數(shù)據(jù)，而且受到了網(wǎng)絡(luò)帶寬的影響。

隨著2019年5G手機(jī)的發(fā)布，未來(lái)用戶使用短視頻的需求只會(huì)愈加龐大。芯片廠商也不得不跟進(jìn)——加上了專門的攝像頭AI處理單元。

像聯(lián)發(fā)科Helio P90這樣的處理器，因?yàn)榫邆銩I智能ROI區(qū)域偵測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域編碼，提升視頻碼率和壓縮質(zhì)量，直播畫面時(shí)可以更清晰。在多個(gè)直播平臺(tái)都有明顯的畫面質(zhì)量提升。5G時(shí)代即將到來(lái)，視頻必將是內(nèi)容層面的主流趨勢(shì)，這項(xiàng)技術(shù)抓住了視頻平臺(tái)的痛點(diǎn)。

我們可以斷言，2019年-2020年，AI處理單元的視頻處理能力會(huì)成處理器標(biāo)配。

3、相機(jī)的玩法越來(lái)越豐富多樣

事實(shí)上，相機(jī)的玩法也越來(lái)越多樣豐富，比如說(shuō)蘋果的FaceID和Animoji等一系列功能。甚至連百度輸入法之類的第三方軟件也在安卓機(jī)上照搬Animoji。

Animoji的原理是通過(guò)一個(gè)ARKit應(yīng)用來(lái)記錄實(shí)時(shí)更新的面部網(wǎng)格。使用深度映射來(lái)繪制臉部的二維紋理。最終的效果十分逼真，模仿出3A級(jí)游戲中的那種動(dòng)畫效果。玩過(guò)3A級(jí)游戲的用戶都知道，游戲畫面渲染對(duì)處理器要求非常高。挪到手機(jī)上拍攝時(shí)同樣如此——這對(duì)相機(jī)處理的能力要求也極高。

另外，安卓廠商還在探索其他玩法，比如實(shí)時(shí)虛擬化身、實(shí)時(shí)多物識(shí)別、焦點(diǎn)直播、人像留色、人臉偵測(cè)、AI降噪抓拍、AI降噪夜拍——這些都需要芯片級(jí)的AI處理能力來(lái)支撐，聯(lián)發(fā)科 P90這樣的處理器恰恰具備這些功能，能夠過(guò)往旗艦機(jī)上才具備的功能，搬運(yùn)到中高端手機(jī)上，讓大眾都能享受這些玩法。

三

新的超車賽道

過(guò)去芯片處理器市場(chǎng)是個(gè)簡(jiǎn)單的上下游關(guān)系——上游處理器廠商供貨，下游手機(jī)廠商采購(gòu)。在這種關(guān)系之中，處理器廠商往往掌握了話語(yǔ)權(quán)，一款芯片采購(gòu)量、采購(gòu)價(jià)，基本都是由處理器廠商說(shuō)了算。

但是在今天，處理器的CPU+GPU性能已經(jīng)不再是評(píng)價(jià)一款芯片的唯一因素。在處理器甚至還要考慮AI處理器的性能。

像在AI Benchmark上的跑分中：麒麟980為21526分，聯(lián)發(fā)科Helio P90為25645分，剛刷新的高通驍龍855為27356分，位居榜首。

可以說(shuō)，AI芯片正在成為處理器戰(zhàn)場(chǎng)的超車賽道。過(guò)去芯片廠商在和手機(jī)廠商的關(guān)系，在生態(tài)鏈中的地位是絕對(duì)領(lǐng)頭羊，掌握了壟斷式的話語(yǔ)權(quán)。但現(xiàn)在已經(jīng)不是單個(gè)廠商自?shī)首詷?lè)，控制CPU、GPU性能就能左右手機(jī)廠商時(shí)代了。

因?yàn)樾酒瑥S商不僅僅需要根據(jù)手機(jī)廠商的需求去提升AI算法、算力，還需要和互聯(lián)網(wǎng)巨頭以及人工智能公司合作，推進(jìn)AI的生態(tài)發(fā)展。因?yàn)楹芏郃I應(yīng)用也需要處理器廠商和第三方互聯(lián)網(wǎng)廠商共同合作實(shí)現(xiàn)。

比如說(shuō)AI處理器的人體姿態(tài)識(shí)別這樣的技術(shù)，并不是靠處理器廠商一家實(shí)現(xiàn)的，它需要曠視這樣的廠商作支撐。曠視科技就和芯片廠商共同合作開發(fā)出了包含安全人臉識(shí)別解鎖、先進(jìn)影像處理、單鏡頭背景虛化、智能物體以及手勢(shì)識(shí)別、智能相冊(cè)分類等AI 應(yīng)用。

在類似這樣的合作中，產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)莻€(gè)相對(duì)平等互動(dòng)、攜手共進(jìn)的關(guān)系，它更像是一個(gè)開放合作的生態(tài)，而不是過(guò)去壟斷打壓的一言堂。真AI相機(jī)，并不是靠一家廠商自己悶頭開發(fā)而成的，而是更多廠商共同合作、對(duì)接、制定標(biāo)準(zhǔn)形成的。聯(lián)發(fā)科在這方面恰恰比一些壟斷性巨頭姿態(tài)更平，做得更好。

壟斷、霸權(quán)，在AI產(chǎn)業(yè)鏈與手機(jī)芯片日益融合的環(huán)境下，對(duì)用戶、對(duì)自身并沒有太多好處，甚至還在阻礙行業(yè)的進(jìn)步。開放、合作，才是保持行業(yè)進(jìn)步的動(dòng)力。

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