集微网消息，CPS中安网数据显示，2021年国内安防市场总产值同比增长6%至9020亿元，在整体产值即将迈进万亿大关之际，行业龙头海康威视也有望在今年晋升千亿级体量规模；同时，商汤科技、格灵深瞳、云从科技等聚焦安防的AI视觉公司也陆续登陆资本市场。
这一系列变化无不昭示着安防智能化进程正在加速。
根据S型曲线理论，当一种新产品的渗透率达到5%以后，后续其渗透率将会进入高速增长阶段。经过近10年的发展，目前部署深度学习算法的高阶智能安防摄像机新机出货占比已提升至10%，预测至2025年将提升至50%。
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。”
双光方案的优势已为行业所洞悉，不过高昂的成本、较高的开发门槛，往往让很多下游设备商望而却步，只在部分高端领域才会选用双光谱方案。
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。”
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