死磕低功耗和啟動(dòng)時(shí)間的五年。
如今百花齊放的消費(fèi)類攝像頭市場，此前只見國外品牌獨(dú)美。
Arlo的前身Vuezone在2012年以“純無線攝像頭”的概念(1基站+N攝像頭)開創(chuàng)了低功耗的產(chǎn)品模式，Ring主打配備攝像頭的智能WiFi門鈴，在2014年被亞馬遜收購，納入其智能家居生態(tài)。
當(dāng)消費(fèi)類攝像頭在歐美市場風(fēng)生水起時(shí)，國內(nèi)市場萌芽未現(xiàn)，技術(shù)氣候未成。
但合肥君正隱約感覺到，中國消費(fèi)類攝像頭，尤其是低功耗的電池類攝像頭將撐起一片天。
確定了電池類方向的合肥君正，逐步開始了從硬件到軟件、從產(chǎn)品到平臺(tái)的全方位的低功耗攻堅(jiān)戰(zhàn)。
2019年北美線上最受消費(fèi)者喜歡的攝像頭類產(chǎn)品中，電池類門鈴及低功耗攝像頭已占四成以上。
技術(shù)逐漸攻克，產(chǎn)品持續(xù)改進(jìn)，加之剛需特性，各類低功耗產(chǎn)品出圈，從線上走進(jìn)一個(gè)個(gè)尋常百姓家。
蟄伏已久的中國隊(duì)也梯度進(jìn)場，之中Anker和Wyze的光芒在2020年格外璀璨。
而他們的幕后英雄合肥君正，不僅市場預(yù)判得到驗(yàn)證，埋首低功耗的上千個(gè)日夜也未曾辜負(fù)。
從新奇物種到尋常可得，轉(zhuǎn)變似乎在不知不覺之間，但推動(dòng)這一切的企業(yè)們，卻將時(shí)間拆分成無數(shù)個(gè)嘔心瀝血的日子，在那些日子里，他們是如何一步步從黑暗走向光明的?
雷鋒網(wǎng)AI掘金志就此與合肥君正消費(fèi)類產(chǎn)品線總監(jiān)李雅崑進(jìn)行了一次談話，以探尋背后的故事。
苦練低功耗攝像頭的內(nèi)力
“預(yù)判容易，投入很難，”李雅崑表示，“盡管這一趨勢現(xiàn)已被印證，但當(dāng)時(shí)而言，投入周期很長、投入量很大，也難以保證產(chǎn)出，況且，我們接觸的客戶似乎興趣不大。”
電池類攝像頭的功耗高低，直接影響了產(chǎn)品的核心：體驗(yàn)。
而這，也是合肥君正一直以來的宗旨，因而盡管前路迷霧一片，他們堅(jiān)定了深耕低功耗的決心。
絕世武功的修煉，通常離不開基本功。
好在君正的低功耗基本功已然十分扎實(shí)。
對產(chǎn)品功耗的影響，主要來自于兩個(gè)方面，一個(gè)是SOC的內(nèi)部功耗，另一個(gè)是SOC之外的周邊器件功耗。
SOC內(nèi)部的功耗與CPU的設(shè)計(jì)相關(guān)，CPU核心技術(shù)算得上君正的殺手锏之一。君正是全球范圍內(nèi)少數(shù)幾個(gè)掌握CPU核心自主設(shè)計(jì)技術(shù)的廠商之一。此外ISP(圖像處理器)、VPU(視頻編碼器)、AIE(AI引擎)這幾個(gè)核心IP模塊也都是由君正自主獨(dú)立設(shè)計(jì)研發(fā)。
正如北京君正副總經(jīng)理黃磊曾對AI掘金志所言，視頻領(lǐng)域的真槍實(shí)彈，要靠核心技術(shù)，自研是必選項(xiàng)。
也正是由于君正自研核心技術(shù)，才能對SOC內(nèi)部細(xì)節(jié)做到精確的功耗優(yōu)化。
如果說電腦是機(jī)器、顯卡、CPU內(nèi)存、南北橋等器件，SoC上，這些器件都存在于芯片內(nèi)部，各個(gè)模塊的配合是非常龐大的工作。
SOC的內(nèi)部通過時(shí)鐘信號(hào)來驅(qū)動(dòng)每一拍工作，好比人的心跳一樣，而芯片內(nèi)部的低功耗優(yōu)化是一項(xiàng)要求極高的設(shè)計(jì)工作，貫穿在每一個(gè)IP模塊的每一拍細(xì)節(jié)之中。
“最簡單的做法，每次心跳的時(shí)候你都干就完了，但是那樣功耗大，我們就精細(xì)到每一次心跳的時(shí)候，誰休息誰干活。”
十幾年的浸潤，君正已經(jīng)將低功耗融入骨血之中，在功耗，性能，成本等方面優(yōu)勢明顯。
在ISP圖像處理上，圖像處理器Tiziano，保證了安防攝像頭級(jí)的成像效果。
君正的自研Radix系列 VPU，針對H.265格式復(fù)雜度的增加和4K實(shí)時(shí)編碼運(yùn)算量的增加，重新設(shè)計(jì)了硬件架構(gòu)，精細(xì)設(shè)計(jì)的開關(guān)控制等降低動(dòng)態(tài)功耗，并通過復(fù)雜度選擇，對編碼關(guān)鍵路徑進(jìn)行算法優(yōu)化和硬件優(yōu)化等途徑，提供低功耗、高性能、高壓縮率的視頻編解碼能力。
在AIE，即AI計(jì)算引擎上，AIE架構(gòu)層面兼顧計(jì)算效能與靈活性，低比特量化技術(shù)則進(jìn)一步強(qiáng)化了君正AIE的低功耗與低帶寬AI計(jì)算能力。
這種孜孜不倦的愚公自研精神，外化效益是，同等工藝下，君正SOC功耗比友商方案低25%-50%
而芯片外部的功耗優(yōu)化，則是一門機(jī)器精細(xì)的工藝，也是多維層面的戰(zhàn)役。
需要軟硬件結(jié)合，涉及到芯片設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)層、軟件架構(gòu)層等;需要針對各種場景對運(yùn)行功耗和待機(jī)功耗等做優(yōu)化，平衡計(jì)算各種場景下CPU的運(yùn)算能力，更好地調(diào)度每個(gè)單元的工作，從而將功耗降到最低。
“比如調(diào)硬件，在PCB板上，電路板密密麻麻的一大片，每一個(gè)器件都有供電，有的還不止一個(gè)供電，要把每一路電的電阻斷開，去接萬用表，去測評(píng)它的能力。”
與軟件調(diào)試不同，硬件調(diào)試是一件枯燥且耗費(fèi)精力、時(shí)間的環(huán)節(jié)。
雖說硬件層面的結(jié)果是一個(gè)待機(jī)時(shí)間，但這一個(gè)環(huán)節(jié)，就是一項(xiàng)大工程。
比如平均功耗，瞬間響應(yīng)的功耗如何降低，降低到一定水平之后，如何保證穩(wěn)定。
這個(gè)過程需要精確地控制每一個(gè)毫安、每一個(gè)部件。
“拿一個(gè)板子，飛線，飛好線，然后到測試的地方，把夾子打開，夾上電流表或電源，跑起來，測技術(shù)數(shù)據(jù)。”李雅崑回憶起測試場景，“每一路挨個(gè)測一遍，這一輪完了，拿下來改一下程序，優(yōu)化完了之后再測，不同的場景，不同的分辨率，每一路的功耗，逐一測試，基本就是排列組合了。”
合肥君正就這樣，一步一個(gè)腳印，從芯片的設(shè)計(jì)到電路板的調(diào)試，把芯片內(nèi)部、外部、PCP在內(nèi)所有的東西都校準(zhǔn)到最精確的位置，最后得到一個(gè)300毫瓦的數(shù)據(jù)。當(dāng)抬起頭來，他們才發(fā)現(xiàn)，不知不覺中他們已經(jīng)站在功耗層面的頭部了。
澤拉圖平臺(tái)：一群80后工程師的情懷
啟動(dòng)時(shí)間，是電池類攝像頭必須邁過的一座大山。
而百毫秒級(jí)的啟動(dòng)速度正是合肥君正引以為傲的功勛章。
這勛章得益于合肥君正的澤拉圖(Zeratul)平臺(tái)——基于Linux生態(tài)的快速啟動(dòng)技術(shù)。
當(dāng)下，極少數(shù)具有簡單處理器的Linux快速啟動(dòng)技術(shù)。澤拉圖平臺(tái)，從啟動(dòng)到拿到第一幀穩(wěn)定圖像用時(shí)不到300ms。
站立于啟動(dòng)時(shí)間高峰的合肥君正，身上的風(fēng)霜也肉眼可見。
“澤拉圖這個(gè)名字是我起的，”李雅崑眉眼帶笑，“他是《星際爭霸》中的一個(gè)角色，你可能會(huì)覺得有點(diǎn)隨意，不過代表了我們80、90后工程師的情懷。”
這群80、90工程師、程序員，也將他們的青春傾注在這個(gè)平臺(tái)上。
澤拉圖的核心宗旨，是在合肥君正搭建好各種底層細(xì)節(jié)的平臺(tái)之上，品牌商的產(chǎn)品能更好研發(fā)并落地。
在那之前，合肥君正面臨兩大主流操作系統(tǒng)RTOS和Linux的抉擇。
RTOS系統(tǒng)小巧，能實(shí)現(xiàn)幾百毫秒的啟動(dòng)，但標(biāo)準(zhǔn)化不高，軟件生態(tài)欠缺。
Linux系統(tǒng)生態(tài)強(qiáng)大，應(yīng)用模式簡單，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，但啟動(dòng)時(shí)間慢。
合肥君正一開始嘗試RTOS，但越到后面路途越發(fā)艱難。
攝像頭本質(zhì)上具備連通性，與云端、手機(jī)端通信，做視頻編解碼，做安全加密，但RTOS的獨(dú)一無二性，讓這些軟件都需重新適配，工作量巨大。
“產(chǎn)品的音視頻業(yè)務(wù)程序?qū)⒂袃杀兜墓ぷ鳎踔廖蚁胫С忠粋€(gè)新的WiFi都很難，驅(qū)動(dòng)要重頭寫。”
權(quán)衡之下，他們選擇了Linux系統(tǒng)。
Linux強(qiáng)大的生態(tài)讓他們在開發(fā)難度、擴(kuò)展性上如虎添翼，為更好的融入AI大潮再添一把火。
這同時(shí)也意味著他們必須要解決系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間的問題。
為什么要死磕啟動(dòng)時(shí)間?
一是信息的完整性。攝像頭待機(jī)時(shí)，主控芯片CPU處于斷電狀態(tài)，人出現(xiàn)后快速啟動(dòng)并識(shí)別，是一個(gè)硬性指標(biāo)。
比如PIR(人體紅外傳感器)觸發(fā)后，如果是百毫秒級(jí)啟動(dòng)，視頻可以顯示人從進(jìn)入畫面到離開畫面的全過程，如果是1秒啟動(dòng)，只能捕捉到人從畫面中間到結(jié)束的過程，如果是2秒，只能捕捉到一個(gè)后腿。
二是用戶體驗(yàn)。如果啟動(dòng)時(shí)間慢，用戶遠(yuǎn)程查看手機(jī)體驗(yàn)不佳。
與市面上的攝像頭十幾秒的啟動(dòng)時(shí)間相比，當(dāng)初Alro、Ring的秒內(nèi)快速啟動(dòng)簡直是對前者的降維打擊，也讓他們一舉成為市場標(biāo)桿。
“雖然都是攝像頭，但不同類別在技術(shù)和產(chǎn)品方面區(qū)別很大，我們開設(shè)了專項(xiàng)方案開發(fā)低功耗產(chǎn)品。”
他們拆解Alro、Ring的產(chǎn)品，把每一個(gè)零件，每一個(gè)流程都一一理解、剖析，待機(jī)時(shí)間、運(yùn)行機(jī)制.....每個(gè)部分反復(fù)測驗(yàn)。
在理解的基礎(chǔ)上，他們給自己設(shè)置了一個(gè)目標(biāo)：秒啟。
先以3秒為目標(biāo)，再以1秒為里程，逐漸往上攀爬。
前期的積累得到回報(bào)，他們很快實(shí)現(xiàn)3秒啟動(dòng)。
如果從十幾秒到3秒的路是枕席過師，那么3秒到1秒的路就是羊腸九曲，1秒再往后便是阡陌縱橫。
在實(shí)現(xiàn)1秒啟動(dòng)后，他們在傳輸、喚醒、觸發(fā)等的每一個(gè)細(xì)節(jié)深究。
1秒之內(nèi)，逐漸攻破了900毫秒，到2017年底，達(dá)到600毫秒。
而后隨著T21、T30、T31芯片的迭代，軟件技術(shù)的成熟，合肥君正又從600毫秒翻過400毫秒的大山，最后達(dá)到200毫秒的山頭。
短短幾句話，概括了他們幾年來從十幾秒到200毫秒的歷程。
200毫秒已實(shí)屬優(yōu)秀，甚至超過不少歐美品牌的水平，他們并未滿足于此，而是提出更高的要求——力圖200毫秒以內(nèi)拿到穩(wěn)定的圖像。
這是個(gè)無限接近極限的目標(biāo)。
在當(dāng)下傳感器初始化標(biāo)準(zhǔn)耗費(fèi)時(shí)間約100毫秒的背景下，要想使得拿到圖像的時(shí)間控制在200毫秒以內(nèi)，需要在以幀為單位的量級(jí)上下功夫。
而“穩(wěn)定的圖像”意味著，在圖像出現(xiàn)后，在100毫秒以內(nèi)對顏色、亮度進(jìn)行校準(zhǔn)、讓每一幀的圖像更好。
“幾毫秒、第一幀的顏色亮暗程度不同，越往后走越細(xì)，有些細(xì)節(jié)不會(huì)體現(xiàn)在參數(shù)和報(bào)告上，但在產(chǎn)品落地的時(shí)候，就有問題，你必須去搞定，有點(diǎn)像磨手機(jī)殼的感覺。”李雅崑如此類比。
對速度的無限追求，對用戶體驗(yàn)的極致提升，或許是他們堅(jiān)持下去的動(dòng)力。
這如螺螄殼內(nèi)的精雕細(xì)琢之路，荊棘載途，他們卻甘之如飴。
啟動(dòng)速度之外的圖像收斂(出圖像時(shí)間)，是另一個(gè)極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
“只有啟動(dòng)時(shí)間快，你的出圖時(shí)間才能快，但是圖像的收斂穩(wěn)定時(shí)間又是另外一件事。”
翻譯下就是，啟動(dòng)速度和出圖時(shí)間，是一個(gè)緯度的兩個(gè)方面：啟動(dòng)時(shí)間快是基礎(chǔ)，圖像收斂是效果。
視頻剛開始錄像時(shí)，前幾幀的圖像并不是一個(gè)恒定的速度，不同產(chǎn)品的圖像可能在最開始的幾幀亮度不一。
與啟動(dòng)時(shí)間快慢類似，圖像收斂如果效果不佳，即啟動(dòng)后畫面太暗或太亮都將難以捕捉到最開始的信息。
如此，不僅用戶體驗(yàn)感下降，也可能丟失某些關(guān)鍵信息。
在啟動(dòng)層面，要將啟動(dòng)階段內(nèi)的諸多工作集中在第一時(shí)間，進(jìn)行操作系統(tǒng)的解壓、系統(tǒng)的引導(dǎo)，驅(qū)動(dòng)的初始化，圖像的初始化，是一項(xiàng)毫秒量級(jí)的工作。
“我們也是每個(gè)細(xì)節(jié)跟客戶摳，比如某個(gè)模塊初始化是20毫秒，某個(gè)30毫秒，同時(shí)還需要加入硬件的加速，軟件、系統(tǒng)的高效調(diào)度。”
在圖像收斂層面，市場大多數(shù)攝像頭幀數(shù)為25幀/秒，一般情況下，攝像頭可以20幀左右(即不到一秒)收斂。
“但如果現(xiàn)在開燈，攝像頭啟動(dòng)時(shí)按照20幀的速度收斂，就太快了，300毫秒到1秒沒的畫面還是黑的，那就沒有意義了。”
圖像亮度調(diào)節(jié)涉及到算法。合肥君正根據(jù)具體場景，以及外置傳感器的參數(shù)，一張一張圖像地打磨，將時(shí)間細(xì)化到600毫秒400毫秒200毫秒，從第一幀摳起，到第二幀，第三幀精確到位，輸出正常的圖像。
“比如一開始從接近20幀收斂，然后逐漸調(diào)節(jié)，15幀、10幀、5幀、3幀，直到達(dá)到極致。”
配置加速啟動(dòng)的硬件，環(huán)節(jié)理解的軟件到位后，并行度達(dá)到極致，而后他們通過一系列精密的調(diào)試和設(shè)計(jì)，最終達(dá)到操作系統(tǒng)的快速啟動(dòng)。
一旦突破了啟動(dòng)時(shí)間的瓶頸，在這條洶涌的河上搭建起一座橋，橋后的路猶如一馬平川。
在操作系統(tǒng)的核心之下，合肥君正同時(shí)提供了可以落地的 Wi-Fi對接技術(shù)、基站對接技術(shù)、PIR基礎(chǔ)、MCU技術(shù)。
得益于Linux方案，君正澤拉圖與常規(guī)類攝像頭可以共用大部分底層技術(shù)及API接口，對于產(chǎn)品方案商相當(dāng)于維護(hù)同一套底層系統(tǒng)，而非兩個(gè)完全不同的產(chǎn)品形態(tài)。
合肥君正之所為，無非一個(gè)目的，降低產(chǎn)品在SOC底層方案的門檻，讓產(chǎn)品商能夠把精力、物力、財(cái)力放在產(chǎn)品特性及用戶體驗(yàn)本身上。
每一次理解、設(shè)計(jì)、調(diào)試，過程繁瑣，但合肥君正走得踏實(shí)，走得堅(jiān)決。
幾輪春夏秋冬中，合肥君正不斷突破瓶頸，打磨鞏固，以至于基于Linux的快速啟動(dòng)技術(shù)，逐漸成為合肥君正澤拉圖的核心技術(shù)。
“我們的核心技術(shù)，就是在單核的、簡單的處理器上，讓Linux在一秒甚至100毫秒以內(nèi)啟動(dòng)，只有這樣這個(gè)產(chǎn)品才是成立的。”
目前，Zeratul Linux的啟動(dòng)速度及出圖效果已經(jīng)達(dá)到甚至超過RTOS——200多ms得到穩(wěn)定圖像，對強(qiáng)光、弱光、夜市等各場景的適應(yīng)性都顯著增強(qiáng)。
在市場的歷練場上
除了快啟和功耗，合肥君正在Wi-Fi方案上頗下了一番功夫。
對于Wi-Fi的隨機(jī)性、網(wǎng)絡(luò)擁擠、路由器兼容等問題，在實(shí)驗(yàn)室反復(fù)測試，而后結(jié)合方案商、品牌商等多方合作，在不同場景、不同條件下測試，力求均達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
如今，他們的Wi-Fi方案適配廣泛，適應(yīng)不同規(guī)格不同追求的產(chǎn)品方案。
“這是必過的一關(guān)，芯片做得很好，功耗很低，啟動(dòng)時(shí)間很快，Wi-Fi方案不成熟，產(chǎn)品照樣不能落地。”
從決定投入Wi-Fi低功耗技術(shù)，一直到現(xiàn)在，合肥君正都在堅(jiān)持對Wi-Fi生態(tài)的優(yōu)化，現(xiàn)已進(jìn)入到穩(wěn)定期。
有人揶揄，如今Wi-Fi市場技術(shù)穩(wěn)定，這些芯片廠商何苦自己如此大費(fèi)周章。
“如果我給客戶一個(gè)主控芯片，一個(gè)Wi-Fi芯片，雖然搭配起來能解決若干問題，但是他不知道怎么做，我們積累的經(jīng)驗(yàn)就發(fā)揮出來，”
李雅崑平靜而坦誠，“如果我把這份工作推給Wi-Fi廠商，Wi-Fi的問題找他們，主控的問題你來找我，那這個(gè)客戶大概率還是做不出來。”
揶揄之話確有其理，只是商場較量并非涇渭分明，核心業(yè)務(wù)高墻要造，底下輸水管道要通，而成敗，可能就在一個(gè)又一個(gè)看似不相關(guān)，可有可無的項(xiàng)目里。
誕生近四年來，澤拉圖經(jīng)歷了從經(jīng)典T20到最新一代T40的幾代SoC迭代，配合多個(gè)產(chǎn)品落地，方案穩(wěn)定成熟。
已有WYZE、360、Eufy、Toucan等多個(gè)國內(nèi)外品牌基于君正澤拉圖平臺(tái)產(chǎn)品的成功出貨。另外一些國內(nèi)外大品牌相關(guān)產(chǎn)品在design in階段。
李雅崑表示，“澤拉圖平臺(tái)下一步的技術(shù)和市場目標(biāo)是融入端級(jí)AI技術(shù)，與低功耗技術(shù)在產(chǎn)品端深入配合，希望可以進(jìn)一步優(yōu)化體驗(yàn)，擴(kuò)大市場，給消費(fèi)者帶來更好的產(chǎn)品。”
君正為此推出了人形、人臉、寵物、哭聲、車型、笑臉、周界等消費(fèi)類攝像頭應(yīng)用較多的檢測和識(shí)別深度學(xué)習(xí)算法，賦能端級(jí)AI。
遇山開山，遇河渡河
在北美市場，House的家庭結(jié)構(gòu)使得家庭攝像頭具備一定的剛需，市場也因此最先爆發(fā)。
近年來Wyze、Eufy等品牌的低功耗產(chǎn)品在海外逐漸打開局面，并迅速取得良好的口碑。
國內(nèi)市場，家門口的安全是家庭安防的第一道關(guān)，在后疫情時(shí)代，低功耗攝像頭將加快進(jìn)入消費(fèi)者視野。
同時(shí)從2017年左右開始，360、鹿客、螢石、小米等領(lǐng)先品牌先后發(fā)布電池門鈴和貓眼，2020年運(yùn)營商正式將門鈴納入集采產(chǎn)品，國內(nèi)的電池低功耗產(chǎn)品市場也正加速發(fā)展。
免去了復(fù)雜的布線，繁瑣的設(shè)置，以及高額的維護(hù)成本，隨著更多品牌的加入，電池類純無線攝像頭越來越受歡迎。
而這，是時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物。
技術(shù)上，低功耗和快速啟動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，低功耗攝像頭在分辨率、待機(jī)時(shí)間、誤報(bào)率等等技術(shù)規(guī)格上都不斷提升。
方案和產(chǎn)品上的各項(xiàng)難題逐漸被攻克，在ID設(shè)計(jì)，品牌市場推廣方面，也在逐步提高。
這些都使得在體驗(yàn)、易用至上的C端市場，消費(fèi)類攝像頭的規(guī)模將越加壯大。
Strategy Analytics相關(guān)研究報(bào)告預(yù)測，到2023年，全球消費(fèi)級(jí)攝像頭銷量將激增至超過1.11億臺(tái)，在消費(fèi)類攝像頭的支出將達(dá)130億美元。
在未來，品牌消費(fèi)類攝像頭，有線版攝像頭和純無線電池類攝像頭將相互補(bǔ)充，各有應(yīng)用。
高端攝像頭市場，電池類攝像頭和AI攝像頭可能成為新趨勢。
而合肥君正搭載澤拉圖的T40芯片，將在高端消費(fèi)類攝像頭中展露頭角。使用了雙核Xburst2及增強(qiáng)RISCV協(xié)處理器的T40，啟動(dòng)速度、性能、功耗、首幀效果上進(jìn)一步提升。
專業(yè)級(jí)硬件NPU加持下，T40可提供更智能的誤報(bào)過濾方案，減少待機(jī)時(shí)間影響。
高端電池類產(chǎn)品的衍生需求4K和雙攝，也是T40的看家本領(lǐng)，它還支持高中低多種規(guī)格的LCD屏幕接口。
眼下，在電池類攝像頭，合肥君正已經(jīng)拿下了市場50%以上的份額，未來將繼續(xù)向前進(jìn)發(fā)。
無論是從無到有，還是從有到優(yōu)，合肥君正從來慎重抉擇，而后便全力以赴，遇山開山，遇河渡河，不急不躁。
而技術(shù)日精月進(jìn)、落地穩(wěn)扎穩(wěn)打的合肥君正，也一直在路上。
