Późną jesienią 1999 roku wprowadzono na rynek produkty z naszym pierwszym systemem na chipie (SoC) ARTPEC. Obecnie, opierając się na wieloletnim doświadczeniu, wiedzy i pasji do wysokiej jakości technologii, pracujemy nad dziewiątą wersją tych układów SoC. Razem ze Stefanem Lundbergiem, Senior Expert Engineer, Technologies w Axis, spojrzeliśmy wstecz na ponad dwadzieścia lat naszej podróży z ARTPEC i porozmawialiśmy o kluczowych spostrzeżeniach i etapach rozwoju.
Sekret kamer Axis
Układ SoC ARTPEC jest ważnym elementem naszych produktów, ponieważ stanowi podstawę kluczowych funkcji, takich jak jakość obrazu, funkcje analityczne i wydajność kodowania. To „sekret” wielu naszych zaawansowanych urządzeń sieciowych. Podczas procesu projektowania każdej kolejnej generacji ARTPEC musieliśmy sprostać powtarzającemu się kluczowemu wyzwaniu: znalezieniu kompromisu pomiędzy wydajnością i funkcjami a zużyciem i kosztem energetycznym. Każda generacja systemów ARTPEC nie tylko zwiększała przepływowość pikseli, ale także wprowadzała ulepszone lub nowe kluczowe funkcje. Liczba tranzystorów była bliska podwojeniu z każdą nową generacją ARTPEC, ale rozmiar układu, pobór mocy i koszt pozostały prawie takie same.
Rewolucyjny układ SoC
—Nasze układy SoC ARTPEC były małą rewolucją, zarówno dla nas, jak i dla naszej branży. Chociaż nie wynaleźliśmy koła, to jednak zrewolucjonizowaliśmy sposób przesyłania wideo, dodając wiele elastyczności i możliwości dla nowych aplikacji. Opracowanie systemów ARTPEC umożliwiło nam wynalezienie całkowicie nowych technologii, takich jak Axis Forensic Wide Dynamic Range (WDR), technologia kompresji danych Axis Zipstream oraz zaawansowane funkcje analityczne, które działają na krawędzi systemu i jednocześnie są oparte na sztucznej inteligencji — mówi Lundberg.
Opracowanie systemów ARTPEC umożliwiło nam wynalezienie całkowicie nowych technologii
Te technologie nie mogłyby zostać wprowadzone na rynek bez układów SoC, ale nie odbyło się to z dnia na dzień. Było to wynikiem wielu osiągnięć, które z czasem stały się kamieniami węgielnymi naszej podróży z ARTPEC — małych punktów zwrotnych, które powoli zmieniły branżę. Na przykład systemy ARTPEC 1. generacji umożliwiły stworzenie pierwszej ekonomicznej kamery sieciowej o pełnej wydajności wideo. 3. generacja ARTPEC umożliwiła dostarczanie obrazu w najwyższej jakości z wyższą rozdzielczością niż analogowe kamery wideo tamtych czasów. 5. generacja ARTPEC pozwoliła ulepszyć nasze rozwiązanie WDR do technologii, którą obecnie nazywamy Forensic Capture. Wyróżniała się ona na tle konkurencyjnych rozwiązań, stawiając na widoczność i szczegóły, a nie na estetykę. Po raz pierwszy udało się efektywnie wykorzystać kamery wideo w trudnych warunkach oświetleniowych, na przykład w sklepach z dużymi szklanymi elewacjami narażonymi na bezpośrednie działanie promieni słonecznych. Od tego czasu metoda ta stała się standardem branżowym. Kolejną rewolucyjną innowacją, którą umożliwiła 5. generacja ARTPEC, była technologia kompresji Zipstream: zachowanie szczegółów z miejsca śledztwa w pełnej rozdzielczości przyjednoczesnym znacznym zmniejszeniu zapotrzebowania na przepustowość i zasoby pamięci masowej.
Pierwszy układ SoC ARTPEC i nowe podejście innowacji
Chociaż pierwsza na świecie kamera sieciowa AXIS Neteye 200 nie miała układu SoC ARTPEC, wkrótce zdaliśmy sobie sprawę, że dostępne standardowo układy SoC nie mogły zapewnić poziomu wydajności, który chcieliśmy osiągnąć w przyszłości. To spostrzeżenie dało impuls do prac nad naszym pierwszym układem SoC ARTPEC. Pracę nad nim rozpoczęliśmy późną jesienią 1996 roku i w listopadzie 1999 roku wprowadziliśmy podczas targów Comdex na rynek pierwszy produkt oparty na technologii ARTPEC, AXIS 2100.
—Wówczas tego nie wiedzieliśmy, ale ARTPEC stał się kluczowym elementem, który umożliwił nam, przy ograniczonych zasobach, rozszerzenie naszej oferty z kilku produktów do kompletnego portfolio, które następnie zrewolucjonizuje branżę systemów dozoru — mówi Lundberg.
Oczywiście rewolucje nie następują z dnia na dzień. To był proces. Każda generacja układów SoC miała nowy główny cel i musieliśmy ciągle na nowo wymyślać sposób pracy w miarę wzrostu złożoności.
—Jednym z kluczowych czynników, który pomógł nam osiągnąć obecną pozycję, jest sposób podejścia do procesu innowacji. Dział technologii podstawowych jest podzielony na niezależne grupy, które koncentrują się na problemach i ulepszeniach w kilku obszarach. Daliśmy im swobodę odkrywania i koncentrowania się na kwestiach, które według nich mają największy potencjał w przyszłości. Jedynym obowiązkiem zespołów było dostarczenie wkładu dla następnej generacji ARTPEC. Szukanie inspiracji na innych rynkach i wspólne podejście do pewnych kwestii rozwiązało wiele problemów w naszej branży — wyjaśnia Lundberg.
Nasze filary ARTPEC
Dzięki specjalnym komponentom sprzętowym do obrazowania i kompresji w systemach ARTPEC 1. generacji mogliśmy przesyłać strumień wideo bezpośrednio z kamery do odległej lokalizacji za pośrednictwem Internetu bez konieczności stosowania ogromnej ilości sprzętu. Wystarczyło, że użytkownicy wpisali w przeglądarce internetowej adres serwera WWW wbudowanego w kamerze, a my wykorzystaliśmy standardowe protokoły informatyczne do przesyłania wideo. Było to rewolucyjne, ponieważ Internet był wtedy czymś nowym — inne rozwiązania do transmisji wideo wykorzystywały specjalne kable wideo.
AXIS 2100, pierwsza kamera sieciowa wykorzystująca ARTPEC-1, była również rewolucyjna dzięki wewnętrznemu oprogramowaniu opartemu na całkowicie nowym wbudowanym systemie operacyjnym, znanym obecnie jako embedded Linux. Aby umożliwić szybki i wydajny rozwój portfolio produktów, zdecydowaliśmy się zrezygnować z systemu operacyjnego czasu rzeczywistego (RTOS) niezależnej firmy i zastosować system μClinux, który uznaliśmy za odpowiedni dla planów rozwojowych Axis. W rzeczywistości AXIS 2100 był pierwszym na świecie masowym produktem wykorzystującym wbudowany system Linux. Kiedy patrzymy wstecz, wiemy, że nie mogliśmy podjąć lepszej decyzji. Chociaż wdrożenie wszystkich rodzajów obecnie standardowych elementów, takich jak system plików oparty na pamięci flash, wymagało dużo dodatkowej pracy, byliśmy w stanie rozwijać się razem z Linuksem.
2. generacja ARTPEC, wprowadzona na rynek w 2003 roku, znacznie zwiększyła wydajność, a my zaczęliśmy również eksperymentować z bardziej wydajną technologią kodowania wideo o nazwie MPEG.
3. generacja ARTPEC była gotowa cztery lata później i otworzyła drzwi do wideo IP z najlepszą w swojej klasie przepustowością. Po raz pierwszy połączyliśmy najlepszy w swoich czasach enkoder wideo (H.264/AVC) z resztą systemu w jednym układzie SoC, który mógł oferować wysokiej jakości obraz w rozdzielczości HDTV.
W 2011 roku wprowadziliśmy 4. generację ARTPEC, która wykorzystywała technologię, rozwiązującą dwa pozostałe problemy: ograniczony zakres dynamiki i światłoczułość. Bazując na rozwiązaniu, któremu nadaliśmy nazwę Lightfinder, wprowadziliśmy na rynek pierwszą kamerę ze skanowaniem progresywnym. Znacznie przewyższała ona ówczesne kamery analogowe skanujące z przeplotem. 4. generacja ARTPEC stanowiła również podstawę nowego rozwiązania szerokiego zakresu dynamiki (WDR), które dobrze spełniało swą funkcję i było powszechnie pożądane. W 2013 roku, dzięki opracowaniu układów ARTPEC 5. generacji, byliśmy w stanie ulepszyć naszą technologię WDR w ramach rozwiązania o nazwie Forensic Capture WDR.
Nasza szósta generacja ARTPEC została wprowadzona na rynek w 2017 roku. Wprowadziła ona bezpieczeństwo na nowy poziom i utorowała drogę do wprowadzenia układów ARTPEC 7. generacji dwa lata później.
7. generacja ARTPEC oferowała udoskonalone funkcje zabezpieczeń w kamerach Axis, w tym podpisane oprogramowanie sprzętowe i bezpieczne uruchamianie. Stała się podstawą udoskonaleń wszystkich charakterystycznych technologii Axis do pracy w trudnych warunkach oświetleniowych, w tym Axis Lightfinder 2.0 i Forensic WDR, a także zwiększyła zasięg przy podświetleniu IR. Umożliwiała ona również wybór kodeków H.264 i H.265 oraz posiadała silnik detekcji w czasie rzeczywistym do analizy klasyfikacji obiektów.
Układy ARTPEC 8. generacji zaprojektowano przede wszystkim z myślą o obsłudze zaawansowanych aplikacji analitycznych opartych na sztucznej inteligencji. Były one podstawą aplikacji AXIS Object Analytics i otworzyły drzwi do innych analiz opartych na sztucznej inteligencji — w tym do własnych aplikacji naszych partnerów.
ARTPEC-9 — najnowsze zmiany
—Najlepszym sposobem na zilustrowanie postępu od 1999 r. do dziś jest bezpośrednie porównanie pierwszego układu SoC ARTPEC z układem najnowszej generacji — mówi Lundberg. —Pomimo że główny przepływ pikseli między czujnikami a siecią jest taki sam dla obu typów, układ ARTPEC-1 obsługiwał tylko dostarczanie obrazu i nie oferował żadnej elastyczności. Oznacza to, że układy ARTPEC-8 oferują ponad 100-krotnie większą wydajność niż pierwsze układy SoC przy podobnym rozmiarze i cenie, a układy ARTPEC-9 podążają tą samą ścieżką.
W 9. generacji ARTPEC udoskonalono niezwykłe funkcje i możliwości, które charakteryzowały poprzednie generacje naszych projektowanych we własnym zakresie układów SoC: niską przepływowość bitową, analitykę opartą na sztucznej inteligencji, doskonałe obrazowanie i wbudowane cyberbezpieczeństwo. Wprowadzono również AV1, standard kodowania wideo open source opracowany przez Alliance for Open Media. Dzięki obsłudze AV1 i ulepszonemu przetwarzaniu obrazu, układy ARTPEC-9 zapewniają obraz wideo wysokiej jakości, charakteryzujący się niezrównaną szczegółowością i przejrzystością oraz najlepszą w swojej klasie przepływowością bitową. Wraz z technologią Axis Zipstream, AV1 zapewnia również bezproblemowy dozór wideo zarówno na miejscu, jak i w chmurze. Ponadto układy ARTPEC-9 obsługują zaawansowane aplikacje analityczne, które szybciej wykrywają obiekty i dokładniej analizują zdarzenia.
Przyszłość ARTPEC
—Patrząc na poczynione przez nas postępy, mogę powiedzieć, że to, co uległo największym zmianom na przestrzeni lat, to jakość obrazu i możliwości analityczne, w tym analityka oparta na sztucznej inteligencji. Oba te rozwiązania były i nadal będą przełomowe dla branży systemów dozoru — mówi Lundberg.
Układy SoC ARTPEC — które projektujemy we własnym zakresie i których produkcję kontrolujemy — to nasz fundament tworzenia innowacyjnych produktów spełniających potrzeby naszych klientów dziś i w przyszłości. Trudno przewidzieć, a nawet wyobrazić sobie, jaki rozwój przyniosą układy ARTPEC w ciągu najbliższych 20 lat, ale z pewnością jego potencjał nie przestaje nas ekscytować.
