Es war im Spätherbst 1999, als Produkte mit unserem allerersten ARTPEC-Chip auf den Markt kamen. Heute, zwanzig Jahre später, sind wir bei der achten Generation des Chips angekommen. Er ist ein Produkt unserer jahrelangen Erfahrung, Know-how und Leidenschaft für hochwertige Technik sowie ein wichtiger Teil der Geschichte unserer Gesellschaft. Gemeinsam mit Stefan Lundberg, Senior Expert Engineer im Bereich Technologies bei Axis, haben wir auf unsere ARTPEC-Reise der letzten zwanzig Jahre zurückgeblickt und über wichtige Erkenntnisse und Entwicklungen gesprochen.
Das Geheimnis von Axis Kameras
Der ARTPEC SoC (System-on-Chip) ist eine entscheidende Komponente unserer Produkte, da er die Basis für grundlegende Funktionen wie Bildqualität, Analysefunktionen und Codierleistung bildet. Er ist das „Geheimnis“ hinter unseren hoch entwickelten Netzwerk-Kameras. Während der Entwicklung jeder Folgegeneration von ARTPEC mussten wir immer wieder eine grundlegende Herausforderung meistern: den Kompromiss zwischen Leistung und Funktionen einerseits und Kosten und Stromverbrauch andererseits. Jede ARTPEC-Generation verfügte nicht nur über eine höhere Pixeldichte, sondern auch über verbesserte oder neue kritische Funktionen. Die Anzahl der Transistoren hatte sich mit jedem neuen ARTPEC SoC fast verdoppelt, doch die Größe, der Stromverbrauch und die Kosten sind fast gleich geblieben.
Ein revolutionärer SoC
„Unsere ARTPEC-SoCs waren eine kleine Revolution – für uns und unsere Branche. Wir mochten zwar nicht das Rad erfunden haben, aber wir revolutionierten das Verfahren der Videoübertragung, indem wir viel Flexibilität und Möglichkeiten für neue Anwendungen hinzufügten. Dank der Erfindung von ARTPEC konnten wir völlig neue Technologien entwickeln, wie Axis Forensic Wide Dynamic Range (WDR, großer Dynamikbereich), die Axis Datenkomprimierungstechnologie Zipstream sowie leistungsfähige Analysefunktionen, die ,on the edge‘ ausgeführt werden und auf Deep Learning basieren“, sagt Stefan.
„Mit der Erfindung von ARTPEC konnten wir völlig neue Technologien entwickeln.“
Diese Technologien wären ohne den SoC nicht möglich gewesen, aber die Entwicklung geschah nicht über Nacht. Es war das Ergebnis vieler Erfolge im Laufe der Zeit - Meilensteine unserer ARTPEC-Reise und kleine Wendepunkte, die die Branche langsam veränderten. So ermöglichte ARTPEC-1 die Entwicklung des ersten preiswerten Netzwerk-Kameraprodukts mit voller Videoleistung. Mit ARTPEC-3 waren wir in der Lage, qualitativ hochwertige Videos mit höherer Auflösung als die damaligen analogen Videokameras zu liefern. Mit ARTPEC-5 konnten wir unsere WDR-Lösung verbessern und Forensic Capture entwickeln. Forensic Capture stach unter den Konkurrenzlösungen heraus, da es guter Sicht und Detailschärfe Vorrang vor der reinen Ästhetik gab.
Zum ersten Mal konnte man Videokameras effektiv auch bei schwierigen Lichtbedingungen wie Ladenfronten mit großen Glasfassaden und direkter Sonneneinstrahlung einsetzen. Das Verfahren ist inzwischen Branchenstandard. Eine weitere, ebenso revolutionäre Innovation, die ARTPEC-5 ermöglichte, war unsere Zipstream-Komprimierungstechnologie, die forensische Details in voller Auflösung bewahrt, aber den Bandbreiten- und Speicherbedarf drastisch reduziert.
Der erste ARTPEC-SoC und seine Innovationen
Die erste Netzwerkkamera der Welt, unsere Neteye 200, enthielt zwar kein ARTPEC-SoC, aber wir erkannten bald, dass die verfügbaren handelsüblichen SoCs nicht die Leistung brachten, die wir uns wünschten. Diese Erkenntnis führte zur Entwicklung unseres ersten ARTPEC-SoC. Wir begannen im Spätherbst 1996 mit der Arbeit daran und stellten im November 1999 auf der Comdex unser erstes auf ARTPEC basierende Produkt AXIS 2100 vor.
„Damals wussten wir es noch nicht, aber ARTPEC sollte zum Schlüsselelement werden, mit dem wir unser Angebot mit geringen Mitteln von wenigen Produkten zu einem kompletten Portfolio ausbauen konnten, das später die Überwachungsindustrie revolutionieren sollte", erklärt Stefan.
Revolutionen geschehen natürlich nicht über Nacht. Es war ein Prozess. Jede SoC-Generation verfolgte ein neues Ziel, und mit zunehmender Komplexität mussten wir unsere Arbeitsweise ständig neu erfinden.
„Ein hauptsächlicher Faktor, der uns half, den heutigen Stand zu erreichen, ist unser Ansatz beim Innovationsprozess. Die mit den Kerntechnologien befasste Abteilung ist in selbständige Gruppen unterteilt, die sich allesamt auf Problemstellungen und Verbesserungen in mehreren Bereichen konzentrieren. Wir gaben ihnen die Freiheit, diejenigen Bereiche zu untersuchen und in den Fokus zu stellen, in denen sie das größte Zukunftspotenzial sahen. Die Teams hatten die Aufgabe, einen Beitrag für die nächste ARTPEC-Generation zu liefern. Inspiration aus anderen Märkten zu beziehen und bestimmte Aspekte gemeinsam anzugehen, hat in unserer Branche viele Probleme gelöst", erklärt Stefan weiter.
Unsere ARTPEC-Grundpfeiler
Dank der spezifischen Bildleistung und Komprimierungshardware von ARTPEC-1 konnten wir Videomaterial über das Internet direkt von der Kamera zu einem entfernen Standort übertragen, ohne dass dazu eine enorme Ausrüstung erforderlich war. Bei uns musste der Benutzer einfach im Webbrowser den eingebetteten Webserver in der Kamera aufrufen, und wir übertrugen das Video über IT-Standardprotokolle. Das war revolutionär, weil das Internet noch jung war und andere Lösungen zur Videoübertragung spezielle Videokabel benötigten.
AXIS 2100, die erste Netzwerk-Kamera mit ARTPEC-1, war ebenfalls revolutionär. Sie hatte eine integrierte Firmware, die auf einem völlig neuen eingebetteten Betriebssystem basierte, das heute als Embedded Linux bekannt ist. Um schnell und effizient ein Produktportfolio entwickeln zu können, beschlossen wir, das geschützte RTOS (Real-Time Operating System) auszurangieren und μClinux einzusetzen, dass wir für das weitere Wachstum von Axis für geeignet hielten. Die AXIS 2100 war das weltweit erste Massenprodukt mit Embedded Linux. Im Rückblick hätten wir keine bessere Entscheidung treffen können – auch wenn es viel zusätzliche Arbeit erforderte, die diversen Teile zu implementieren, die inzwischen Standard sind und als selbstverständlich vorausgesetzt werden, wie etwa ein Flash-basiertes Dateisystem, das wir mit Linux ausbauen konnten.
Der 2003 eingeführte ARTPEC-2 ermöglichte eine viel höhere Leistung, und wir begannen mit einer effizienteren Videoverschlüsselungstechnologie namens MPEG zu experimentieren.
Vier Jahre später folgte ARTPEC-3, der das Tor für IP-Video mit klassenbestem Durchsatz öffnete. Erstmals kombinierten wir den besten Video-Encoder seiner Zeit (H.264/AVC) mit dem übrigen System zu einem einzigen SoC, der eine hohe Auflösung in HDTV-Qualität liefern konnte.
2011 führten wir ARTPEC-4 ein, der eine Technologie ermöglichte, die zwei verbleibende Probleme löste: die Einschränkungen bei Dynamikbereich und Lichtempfindlichkeit. Wir nannten unsere Lösung Lightfinder und erfanden die erste Kamera mit progressiver Abtastung (nach dem Vollbildverfahren). Diese übertraf in ihrer Leistung alle analogen Kameras, die nach dem Zeilensprungverfahren arbeiteten. ARTPEC-4 unterstützte außerdem eine neue Lösung mit großem Dynamikbereich (WDR), die gut funktionierte und oft angefragt wurde. 2013, mit der Entwicklung von ARTPEC-5, konnten wir unsere WDR-Technologie durch eine Lösung namens Forensic Capture WDR weiter verbessern.
Unsere sechste ARTPEC-Generation kam 2017 auf den Markt. Sie ermöglichte einen neuen Grad von Sicherheit und bereitete den Weg für ARTPEC-7 zwei Jahre später.
ARTPEC-7 ermöglichte erweiterte Sicherheitsfunktionen in Axis Kameras, wie signierte Firmware und sicheres Booten. Er wurde zur Grundlage für Verbesserungen aller Axis Spezialtechnologien für schwierige Lichtverhältnisse wie Axis Lightfinder 2.0 und Forensic WDR und erweiterte das Sortiment an Infrarotlichtprodukten. Außerdem ermöglichte es eine Wahl zwischen den Codecs H.264 und H.265 und enthielt eine Echtzeit-Detection Engine für Analysen zur Objektklassifizierung.
ARTPEC heute
Der ARTPEC SoC ist inzwischen in der achten Generation. Diese ist deutlich ausgefeilter als ihre frühen Vorgängerversionen. Wir haben sie speziell im Hinblick auf die Unterstützung leistungsfähiger Analyseanwendungen auf der Grundlage von Deep Learning „on the edge“ entwickelt. Sie ermöglicht beispielsweise eine sehr feine Objektklassifizierung, die zwischen Fahrrädern, Autos, Bussen, Lkw usw. unterscheiden kann. Dies ist die Grundlage für AXIS Object Analytics und wird das Tor für weitere Analysen auf der Grundlage von Deep Learning öffnen – wie maßgeschneiderte Anwendungen unserer Partner. ARTPEC-8 unterstützt weiterhin die verschiedenen bemerkenswerten Funktionen und Merkmale, die mit der Implementierung von ARTPEC-7 möglich wurden. Dazu zählen eine hervorragende Bildverarbeitung, verbesserte Sicherheit, leistungsfähige Komprimierung und eindrucksvolle Analysefunktionen „on the edge“.
„Die beste Möglichkeit, 20 Jahre Fortschritt anschaulich zu machen, besteht im direkten Vergleich der Entwicklung vom allerersten ARTPEC-SoC bis zu unserem neuesten ARTPEC-8 SoC“, erklärt Lundberg. „Der Hauptpixelstrom zwischen Sensoren und Netzwerk ist bei beiden Typen zwar gleich, aber ARTPEC-1 unterstützte nur die Bildausgabe und war nicht flexibel. Stellt man ihre Unterschiede gegenüber, hat ARTPEC-8 die 100-fache Leistung des ersten SoC, bei fast unveränderter Größe und Preis.“
Die Zukunft von ARTPEC
„Wenn ich mir unsere Entwicklungen ansehe, so kann ich sagen, dass die Bildqualität und die Analysemöglichkeiten die Funktionen sind, die sich im Laufe der Jahre am deutlichsten weiterentwickelt haben, einschließlich Analysen auf der Grundlage von Deep Learning. Beide haben sich als bahnbrechende Neuerungen in der Überwachungsbranche herausgestellt, und dies wird auch in Zukunft so bleiben“, sagt Stefan.
Der ARTPEC SoC – und die Tatsache, dass wir ihn selbst entwickeln und die Kontrolle über seine Produktion haben – ist unsere Grundlage für die Schaffung innovativer Produkte, mit denen wir die Kundenanforderungen jetzt und in Zukunft erfüllen. Es ist schwer vorauszusagen oder auch nur zu erahnen, welche Entwicklungen die nächsten 20 Jahre ARTPEC mit sich bringen werden, aber wir sind schon gespannt, was noch möglich werden wird.
