當(dāng)今旗艦電視最新畫質(zhì)技術(shù)，馬上就被聯(lián)發(fā)科搬到手機上了
用AI突破計算攝影瓶頸
蕭簫 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI
現(xiàn)在居家看電影，大伙兒還是更愿意用電視。
畢竟在同等條件下，電視的屏顯和畫質(zhì)擺在那里，手機再怎么升級屏幕，沉浸感還是沒有電視好。
BUT，就在最新一期天璣旗艦技術(shù)溝通會上，聯(lián)發(fā)科卻突然宣布，成功把電視上的畫質(zhì)“秘籍”搬到手機上來了——
要知道在智能電視市場，聯(lián)發(fā)科智能電視芯片至今已助力累計超過20億臺電視產(chǎn)品在全球各地上市，是這一領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商，畫質(zhì)增強技術(shù)更是早有積淀。
電視技術(shù)移至到手機上帶來了兩點好處，一方面，畫質(zhì)品質(zhì)更高了；另一方面，用到手機拍照甚至拍視頻上，可以節(jié)省算力進一步提升能效。
要知道，這可是各大頭部電視廠商都在用的畫質(zhì)技術(shù)，有幾家才剛安排到新產(chǎn)品上。
此前手機雖然也get了不少影像處理技能，但和高端電視比起來還是要低調(diào)一些。
這究竟是怎么做到的？
把電視畫質(zhì)技術(shù)搬手機上來了
最新的電視技術(shù)全稱AI景深畫質(zhì)增強技術(shù)（AI Depth PQ），目前這項技術(shù)已經(jīng)被用在不少電視上。
既然如此，聯(lián)發(fā)科腦洞大開：為什么不能將這類AI畫質(zhì)優(yōu)化相關(guān)技術(shù)直接用到手機拍照、視頻實時處理上，直接改善成片效果？
具體來說，通過AI來進行畫質(zhì)增強的技術(shù)又可以被分為幾類技術(shù)，包括AI圖像語義分割技術(shù)、景深估計技術(shù)和智能優(yōu)化技術(shù)等。
其中最重要也是整個技術(shù)的核心，就是AI圖像語義分割技術(shù)。
這項技術(shù)本身并不復(fù)雜，核心思路就是將場景中的不同物體按照“描邊”的方式分割成幾個區(qū)域，每個區(qū)域中的所有像素都可以用相同的標(biāo)簽來標(biāo)記：
△例如像素4標(biāo)簽路人，像素3標(biāo)簽藍(lán)天
但用在手機智能拍照上，又有至少三大考驗：
AI的理解能力，如何合理切分照片的前景和背景；AI的決策能力，如何選擇各區(qū)域的優(yōu)化算法；受限于手機體積，AI算法的功耗不能太大……
例如，上圖中站在背后的路人、和毯子上正在拍照的兩個主角，雖然都屬于“人”這一標(biāo)簽，但需要進行的處理卻截然不同，一個需要摳圖并智能消除、另一個需要智能美顏算法：
又例如，即使是被劃分為“背景”的部分，在進行處理時也有不同的算法需求，像照片中的“普通藍(lán)天”需要被優(yōu)化甚至智能替換成“更討好眼球的藍(lán)天”，而草地色彩則需要被調(diào)整得更明亮一點。
再例如，想將這個技術(shù)擴大到視頻拍攝中，像電視處理電影那樣實時進行，AI圖像語義分割技術(shù)又不能占用太多算力，不然直接掉幀甚至快速掉電……
△4K30幀視頻（約800多萬像素/幀）需要的算力是800萬照片的33倍
針對這幾點，聯(lián)發(fā)科對應(yīng)地研發(fā)了幾種算法，來“配合”語義分割算法打出組合拳。
首先，結(jié)合場景識別優(yōu)化語義分割算法，使得AI不僅能區(qū)分前景（如人像、動物等）和背景，還能進一步識別不同種類的背景，如建筑、天空、綠地、植物和水池等。
然后，就是AI區(qū)域畫質(zhì)增強技術(shù)（AI Region PQ）了。
將照片分割成前景和不同區(qū)域的背景后，AI會針對每個區(qū)域的物體特性，分析并選取最合適的優(yōu)化算法，“拆分式”地優(yōu)化照片不同區(qū)域的效果。
例如針對藍(lán)天的優(yōu)化，基于色彩增強算法讓天色看起來更明亮；針對建筑物的優(yōu)化，則主要在對比度和銳利度上，如結(jié)合超分辨率等算法，讓建筑物的窗戶等細(xì)節(jié)看起來更清晰……
最后，還能基于語義分割算法降低視頻的算力，實現(xiàn)精確對焦。
此前，針對視頻的實時追焦算法往往是進行逐幀追焦，通過計算幀間差異來調(diào)整清晰度，這樣不僅耗費算力，甚至可能降低視頻的流暢度。
相比之下，采用語義分割算法區(qū)分出前景后，只需要針對前景區(qū)域進行偵測和追焦就行，背景則不需要再耗費更多算力去進行優(yōu)化，就省去了不少算力。
這樣一來，不僅照片和視頻都實現(xiàn)了實時算法優(yōu)化，甚至相比原來還節(jié)省了一大波算力，例如4K30幀視頻和8K30幀視頻拍攝所需算力，都降低到了原來的1/4。
同時，聯(lián)發(fā)科也針對AI算法在硬件處理上進行了對應(yīng)的優(yōu)化，包括提升APU的能效等，進一步降低AI景深畫質(zhì)增強技術(shù)在手機上消耗的算力。
事實上，這也并非聯(lián)發(fā)科第一次針對手機AI技術(shù)進行布局了。
用AI突破計算攝影瓶頸
從2018年開始，聯(lián)發(fā)科開始將計算攝影作為手機芯片算法的研發(fā)重點。
當(dāng)年10月份推出的Helio P70處理器，著重提升了多幀降噪?（MFNR）方面的性能，即通過一次性拍攝多張照片，隨后通過計算每個位置對應(yīng)的多層像素均值進行輸出，提升照片的清晰度。
這其中涉及大量算法的優(yōu)化，尤其是拍攝多張照片并進行處理的速度，當(dāng)年Helio P70針對多幀降噪算法進行優(yōu)化后提升了約20%的性能。
然而，在計算攝影研發(fā)過程中，團隊在計算機視覺方面遇到了一些算法優(yōu)化極限。
適逢更多AI算法在手機端優(yōu)化落地，計算攝影團隊的重心也逐漸轉(zhuǎn)到AI技術(shù)研發(fā)上。
一方面是芯片上有關(guān)AI算力的提升。
最早從2018年Helio P90強調(diào)提升AI算力速度、同時推出包含剪枝在內(nèi)一系列優(yōu)化算法的AI計算平臺NeuroPilot v2.0，到2020年的天璣1000+的MiraVision畫質(zhì)引擎和APU3.0；
再到2021年至今強調(diào)的“每瓦有效算力”指標(biāo)，即APU長時間運行的功率大致在1W左右，聯(lián)發(fā)科在這方面強調(diào)的始終是“開源節(jié)流”，優(yōu)化AI的能耗。
也就是說，盡可能在不增加功耗的情況下，提升手機上AI算法運行的效果。
另一方面則是不斷改進AI算法的性能。
而從整體研究范圍來看，聯(lián)發(fā)科這幾年也一直在提升對于AI的重視程度，包括進行貝葉斯優(yōu)化、元學(xué)習(xí)相關(guān)的機器學(xué)習(xí)研究，相關(guān)論文發(fā)表在NeurIPS、ICLR等頂會上。
這其中就有與影像處理相關(guān)的研究，例如提出了一個名為CycleNet的框架，旨在提升AI識別拍攝場景中較深物體（即相對鏡頭的距離較遠(yuǎn)）的能力。
具體來說，CycleNet借鑒了“神經(jīng)元會和處理相同圖像中具有相同特征物體的神經(jīng)元產(chǎn)生聯(lián)系”等一系列生物神經(jīng)元處理信息的特點，來設(shè)計整體的框架邏輯，提升AI在處理較小較模糊的目標(biāo)時整體的識別準(zhǔn)確率。
至于我們多久會在手機上見到這樣的AI技術(shù)？還得看聯(lián)發(fā)科的速度了（doge）
還有哪些手機技能待點亮？
隨著AI落地的技術(shù)越來越多，手機應(yīng)用似乎也在進一步逼近想象力的極限。
甚至有一種觀點認(rèn)為，目前能提升手機性能和創(chuàng)造力的就只有AI技術(shù)了。
然而事實真是如此嗎？
即便這幾年手機功能需求逐漸趨于一致，人們的關(guān)注度也并不止放在手機AI技術(shù)上。
包括GPU、通信乃至導(dǎo)航等，同樣是大伙兒期待在手機上能有進一步提升的硬件設(shè)備“技能點”。
這種情況下，手機究竟還有哪些可待提升的功能空間？
如果仔細(xì)觀察這幾年芯片技術(shù)發(fā)展趨勢的話，會發(fā)現(xiàn)確實還有不少。
從聯(lián)發(fā)科在技術(shù)溝通會上透露的情況來看，芯片廠商針對手機游戲性能提升的側(cè)重點仍然在移動光追上。
只不過相比于去年這一熱點概念的提出，今年移動光追已經(jīng)逐漸成為手機上一個可以預(yù)見的功能性賣點，而且還會隨著技術(shù)的成熟普及到更多手機設(shè)備上。
同理還有移動GPU增效方案，也在與移動光追同步進行，目的是在增加圖像刷新率、分辨率和渲染復(fù)雜度的同時，保持芯片能效的優(yōu)化，以實現(xiàn)軟硬件同步跟進的效果。
至于在通信技術(shù)方面，未來可預(yù)見的功能則包括5G新雙通、以及支持Wi-Fi 7、高保真藍(lán)牙音頻等。
其中，新雙通指在手機雙卡雙待的情況下，讓雙卡的信號徹底不互相影響的能力，即使用流量卡打游戲時，主卡接電話也絲毫不受到影響。
隨著明年Wi-Fi 7標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，WiFi吞吐量、穩(wěn)定性和時延還會有進一步的改善，到那時候手機上即時刷劇打游戲的體驗也會再度提升。
至于高保真藍(lán)牙音頻這一方面，則主要是改進了音頻編解碼器和高帶寬的技術(shù)，讓音頻傳輸效率和音質(zhì)進一步up。
最后則是高精度導(dǎo)航方面的技術(shù)了。
雖說隨著自動駕駛和V2X等技術(shù)發(fā)展火熱，如今車道級導(dǎo)航已經(jīng)是車機標(biāo)配。
但在不用車或是車內(nèi)手機導(dǎo)航時，除了室內(nèi)這種衛(wèi)星信號無法觸達的場所，高樓大廈林立的區(qū)域也同樣需要用到手機高精度導(dǎo)航技術(shù)。
而隨著聯(lián)發(fā)科MPE（MEMS-sensor Positioning Engine）融合技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合傳感器（陀螺儀、加速度計等）+全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航技術(shù)也將應(yīng)用到手機上，極大增加室內(nèi)定位和弱信號區(qū)域的導(dǎo)航精度。
年底下一代天璣旗艦芯片又要發(fā)布了，據(jù)網(wǎng)傳型號是天璣9200，你最期待什么功能出現(xiàn)在上面？
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