前華為人講述從0到1的血淚史！海思視頻監(jiān)控芯片如何一步步成為行業(yè)霸主

　　作者按：2004年海思半導(dǎo)體成立后，第一顆大規(guī)模銷(xiāo)售的芯片(視頻編解碼芯片3510)，并不是依賴內(nèi)部客戶成功的，而是一出生就不得不直接面對(duì)殘酷的市場(chǎng)!老兵戴輝耗時(shí)數(shù)月，向多位參與這段歷史的人士進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)研，此文實(shí)為嘔心瀝血之作。通篇一萬(wàn)字，長(zhǎng)文慎入。

　　引 子

　　2018年9月28日晚，“張學(xué)友經(jīng)典巡回演唱會(huì)”在河北奧體中心體育場(chǎng)舉行，現(xiàn)場(chǎng)觀眾超過(guò)3萬(wàn)人，當(dāng)?shù)鼐饺ν度氚脖９ぷ?。人臉識(shí)別系統(tǒng)配合高清視頻監(jiān)控部署在場(chǎng)館及周邊重點(diǎn)區(qū)域，秒級(jí)識(shí)別布控系統(tǒng)中的黑名單人員被識(shí)別而觸發(fā)了報(bào)警，協(xié)助警方快速抓獲3名在逃人員，宇視科技稱(chēng)使用的是其智能化方案。這已經(jīng)是第三次在學(xué)友演唱會(huì)上抓到逃犯了，業(yè)界巨頭安防巨頭們都參與了其中。

　　“我聽(tīng)到時(shí)第一反應(yīng)是：這是為什么呢?后來(lái)我查證了一下，才發(fā)現(xiàn)其實(shí)是我們國(guó)家太先進(jìn)了，大數(shù)據(jù)是很先進(jìn)的，所以只要在我們國(guó)家犯了法，無(wú)論是去聽(tīng)我的演唱會(huì)還是去便利店，都是很容易被抓到的，所以還是不要犯法?！碧臃缚诵菑垖W(xué)友回應(yīng)道。

　　走在街頭巷尾，抬頭看到攝像機(jī)，心中就多了一分安全感。深圳的治安比20年前可是好太多了，中國(guó)大建“平安城市”的舉措確實(shí)維護(hù)了社會(huì)穩(wěn)定。

　　“平安城市”推動(dòng)下，巨大的安防市場(chǎng)孕育出了巨大的產(chǎn)業(yè)。全球的攝像機(jī)(或者模組、電路板)大部分是在中國(guó)制造的。眾所周知，?？低?、大華、宇視(千方科技)是數(shù)字安防市場(chǎng)的三強(qiáng)，當(dāng)然除了它們，中國(guó)還有眾多的中小企業(yè)。不僅是安防，直播、通訊、工業(yè)等眾多領(lǐng)域也要用到類(lèi)似的設(shè)備。

　　前段時(shí)間，美國(guó)政府建議以國(guó)家安全為由禁止美國(guó)聯(lián)邦政府采購(gòu)某些中國(guó)制造商供應(yīng)的視頻監(jiān)控設(shè)備。我這才知道，原來(lái)它們已進(jìn)入到美國(guó)的公用事業(yè)了。

　　無(wú)論如何，中國(guó)已具備強(qiáng)大的電子整機(jī)設(shè)計(jì)和制造能力，那么，問(wèn)題來(lái)了：視頻監(jiān)控的核心系統(tǒng)芯片是誰(shuí)家的?

　　攝像頭的芯片主要包括兩大部分：

　　1、用于成像的CMOS傳感器，主要供應(yīng)商有索尼、豪威(被韋爾股份收購(gòu))、格科微(上海)、安森美、思特微、比亞迪等中外企業(yè)。

　　格科微在中國(guó)率先開(kāi)創(chuàng)CMOS傳感器產(chǎn)業(yè)，與中芯國(guó)際有合作。格科微創(chuàng)始人是清華畢業(yè)的趙立新，他的父親是遠(yuǎn)近聞名的工匠，當(dāng)年他暑期回來(lái)在作坊里掙學(xué)雜費(fèi)，我還專(zhuān)門(mén)去觀摩過(guò)。

　　2、系統(tǒng)芯片(SoC，system on chip，也叫片上系統(tǒng))。包括了編解碼單元(用于壓縮視頻流)，CPU(系統(tǒng)控制)，ISP(圖像信號(hào)處理)等幾個(gè)部分。注意，早年上述每個(gè)功能都是分立的芯片，現(xiàn)在可以集成到一顆芯片里了。

　　至于這顆安防芯片，所有的行業(yè)人士都會(huì)異口同聲告訴你，海思是霸主，每年收入達(dá)到十億美元量級(jí)，現(xiàn)在已經(jīng)占據(jù)了該市場(chǎng)百分之八十以上的份額。

　　圖注：2016年的編解碼芯片出貨占比，數(shù)據(jù)來(lái)源IHS

　　海思的份額遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)芯片巨頭德州儀器(TI)和安霸(Ambarella)。最近甚至傳言，TI要退出安防芯片市場(chǎng)了。

　　第一章 關(guān)于視頻編解碼

　　華為手機(jī)之所以成功，最重要的原因是有強(qiáng)大的基帶能力，也就是手機(jī)的通信能力。

　　蘋(píng)果最新款手機(jī)上市以來(lái)，業(yè)界關(guān)于“信號(hào)不夠好、速率不夠快”議的討論，都懷疑是因?yàn)椴捎昧擞⑻貭柕幕鶐?，性能不如高通?qiáng)。

　　高通在基帶上很厲害。順便整合了周邊的資源(如CPU等)，連帶著手機(jī)的系統(tǒng)芯片(SoC)也賣(mài)得很好，所謂“賣(mài)基帶送CPU”戰(zhàn)略!

　　IP數(shù)字?jǐn)z像機(jī)(IPC)的系統(tǒng)芯片，則是以編解碼能力作為核心的。誰(shuí)能做好編解碼，誰(shuí)就能整合周邊資源來(lái)提供一攬子的SoC(系統(tǒng)芯片)方案。

　　這就是海思的“吸星大法“!

　　我們先從分辨率說(shuō)起。視頻畫(huà)面，分辨率越高，就看的越清楚。一般說(shuō)來(lái)，高清=720p，全高清=1080p，超高清4k是4096x2160或者3840x2160。單位都是pixel(像素)。分辨率與鏡頭和圖像傳感器息息相關(guān)。

　　不過(guò)，分辨率越高、清晰度越高，原始圖像數(shù)據(jù)量也越大，就要求越來(lái)越強(qiáng)大的編解碼算法來(lái)壓縮文件的大小，要不根本就存儲(chǔ)不下來(lái)，也傳送不出去。

　　老兵戴輝先啰嗦一下，來(lái)看看編解碼標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)。1994年，我的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)就是在東南大學(xué)羅立民教授領(lǐng)銜的圖像實(shí)驗(yàn)室里，在呂玉琦教授指導(dǎo)下，完成了JPEG的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。這是世界上第一個(gè)靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，是1992年定義的。在這一點(diǎn)上中國(guó)與世界基本同步。

　　我在一臺(tái)386電腦(沒(méi)有協(xié)處理器)上，用十分鐘完成了一張512*512像素的黑白圖片的壓縮或解壓縮，可以將文件大小壓縮到原文件的十分之一。

　　答辯的時(shí)候，我第一個(gè)上臺(tái)，老師們精神很好，問(wèn)：如果改一下里面的某個(gè)算法會(huì)有什么不同的效果? 當(dāng)年的菜鳥(niǎo)“小兵戴輝”老老實(shí)實(shí)地答：我不知道，我是一絲不茍按協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的!

　　圖注：東大圖像實(shí)驗(yàn)室當(dāng)年在《人民的名義》拍攝地大禮堂的副樓

　　我后來(lái)在中山大學(xué)的研究生同學(xué)梁凡的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)也是JPEG編碼的實(shí)現(xiàn)。不過(guò)他算得快，他用的是快速查表的方式，沒(méi)有像戴輝一樣簡(jiǎn)單調(diào)用COS和SIN函數(shù)。當(dāng)年的我，曾頗有些“既生瑜，何生亮”的感覺(jué)，現(xiàn)在卻要沾這位學(xué)術(shù)精英的光了。

　　言歸正傳。手機(jī)里照的照片，通常都是使用JPEG算法來(lái)壓縮，大小在幾M左右。如果選擇采用”RAW“格式，才是真正的“原圖”，未經(jīng)處理和壓縮，大小通常有幾十M。

　　圖像之后，就進(jìn)入到視頻時(shí)代了。九十年代后期，錄像機(jī)迅速被淘汰，VCD、DVD風(fēng)起云涌。這個(gè)時(shí)候，基于視頻的編解碼標(biāo)準(zhǔn)就粉墨登場(chǎng)了!DVD用的是MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

　　在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上。舉個(gè)例子，原始文件的大小如果為88GB，采用MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮后變成3.5GB，壓縮比為25∶1，而采用H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮后變?yōu)?79MB，壓縮比達(dá)到驚人的102∶1。這對(duì)于節(jié)省視頻的硬盤(pán)存儲(chǔ)空間，和降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸捯?，都有巨大的好處?/p>

　　現(xiàn)在，最新的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)是H.265，它的壓縮能力比之前的H.264還要強(qiáng)一倍。

　　不過(guò)，這是要付出代價(jià)的，編解碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮能力提升，也對(duì)CPU的計(jì)算能力要求越來(lái)越高!所以芯片里的晶體管尺寸越來(lái)越小，就是為了在芯片里面容納更多的晶體管，以實(shí)現(xiàn)越來(lái)越大的計(jì)算能力。

　　華為在編解碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)上參與了不少制定工作，是最新的H.265標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)貢獻(xiàn)者。4G網(wǎng)絡(luò)打電話時(shí)用到的VoLTE技術(shù)，就要用H.264的編碼算法。

　　有網(wǎng)友笑談：以后看纖毫畢現(xiàn)的愛(ài)情動(dòng)作片，也可用到華為的技術(shù)了!

　　第二章 決定要做視頻編解碼芯片

　　1996年，華為在研發(fā)上考慮向交換機(jī)以外的領(lǐng)域擴(kuò)張，劉啟武組建團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)會(huì)議電視和視頻監(jiān)控產(chǎn)品，并成立了多媒體業(yè)務(wù)部。

　　會(huì)議電視好理解，就是用來(lái)開(kāi)會(huì)的設(shè)備，后來(lái)華為還推出了“智真”視頻會(huì)議平臺(tái)。

　　圖注：東大校友于京、滬海底撈通過(guò)會(huì)議電視吃火鍋

　　華為視頻監(jiān)控的第一代產(chǎn)品主要用于通信機(jī)房監(jiān)控，后來(lái)公司把這塊業(yè)務(wù)與華為電氣的環(huán)境動(dòng)力監(jiān)控業(yè)務(wù)整合在一起賣(mài)給了艾默生。

　　2006年華為重新進(jìn)入該領(lǐng)域，主要結(jié)合運(yùn)營(yíng)商“全球眼”需要做監(jiān)控軟件平臺(tái)，不過(guò)，華為自己基本不做攝像機(jī)整機(jī)，如果需要，就到外面去找OEM。

　　華為這些業(yè)務(wù)做得也不錯(cuò)，但是市場(chǎng)比較分散，華為只是主要的玩家之一。在規(guī)模上，與公司其他的基站和手機(jī)這些超級(jí)大塊頭相比，更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及了。這些都是后話。

　　2004年10月，華為成立了一個(gè)叫海思的子公司(小海思)，從事外銷(xiāo)芯片業(yè)務(wù)。與此同時(shí)，服務(wù)系統(tǒng)的芯片和公共平臺(tái)歸在2012實(shí)驗(yàn)室，叫大海思。

　　2005年，海思艾偉牽頭，定義了幾顆消費(fèi)電子芯片的規(guī)格，包括SIM卡、機(jī)頂盒芯片、視頻編解碼芯片等。

　　華為搞多媒體業(yè)務(wù)的有兩塊。華為軟件公司數(shù)字娛樂(lè)產(chǎn)品線(IPTV、視頻監(jiān)控軟件平臺(tái))的負(fù)責(zé)人是張國(guó)新和“隔壁老王”，華為終端公司(會(huì)議電視和機(jī)頂盒)負(fù)責(zé)人李云白和王兆祥，都參與了海思多媒體芯片產(chǎn)品規(guī)格的定義。

　　視頻編解碼芯片的開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)人是楊鋒國(guó)(PDT經(jīng)理)、羅琨。

　　會(huì)議電視是華為的老產(chǎn)品，該顆芯片最初的設(shè)想是在在會(huì)議電視上先用，這個(gè)開(kāi)發(fā)思路和華為以前為系統(tǒng)設(shè)備開(kāi)發(fā)配套芯片的思路是一樣的。舉個(gè)例子，1991年徐文偉領(lǐng)銜開(kāi)發(fā)出的華為第一顆ASIC就是用在自家的程控交換機(jī)的接口板上。