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1975年，柯达公司工程师Steve Sasson发明了第一台数字照相机，带给世界一个全新的方式和角度来拍摄照片。没有人能想象到图像清晰度和照相机能发展到何种程度。今天，高清成像已经成为广泛应用的基石，智能手机/手表拍照中的面部侦测、安保系统和交通系统中的面部识别、汽车先进驾驶辅助系统(ADAS)、虚拟现实游戏控制器、无人机控制、安全设备主控……这些应用领域对于高清晰度成像(1080p、4K等)的需求急剧增长。
高清成像无处不在
权威市场研究机构Yole Developpement指出，CMOS成像传感器市场将以10.6%的年复合增长率在2020年增长至162亿美元。智能手机应用将依旧占大部分市场，汽车、医疗、监控市场也展现出了持续增长的市场需求。
当前，摄像模块的高度和像素尺寸都已经接近0.9 μ的极限值，而在成像及视觉处理过程中，对海量数据信息进行分析处理占据大量内存带宽，耗电巨大，导致移动终端、IoT、可穿戴设备等应用迫切需要一种兼具低功耗、高性能特性的成像处理方式，来提取最高的成像保真度。
功耗和性能，不必再舍鱼而取熊掌
Cadence公司近日发布了新一代Tensilica Vision P5数字信号处理器，一款旗舰级的高性能视觉/成像DSP内核。相比上一代IVP-EP成像和视频DSP，新款成像和视觉DSP核在执行视觉任务时可实现高达13倍的性能提升和超过5倍的功耗降低。
“成像算法正在快速演进并且变得越来越复杂，尤其是在目标侦测、追踪和识别应用上。” Cadence公司IP事业部首席技术官Chris Rowen在接受采访时认为，整合多个传感器以便于接收更多数据用于实时处理的整合系统正在大量出现，这“推动着我们不断推出更高性能更低功耗的DSP。”
Tensilica Vision P5 DSP为需要超高内存和并行运行的应用程序全新开发，支持要求高像素和高帧率的复杂视觉处理程序。它可用来卸载主CPU的视觉和成像功能，从而提升数据处理能力并降低功耗。终端用户可以在可增强图像和视频、立体声和3D成像、深度图处理、机器人视觉、脸部侦测与认证、增强现实、目标追踪、目标回避及先进降噪方面获益。
例如，通用CPU占据的硅片面积与Vision P5 DSP相同，但在做人物检测时，P5 DSP的视频帧数可以高出10-20倍。并且，在处理相同任务时，8核大容量CPU的功耗远远高于Vision P5 DSP。
Tensilica Vision P5架构
Tensilica Vision P5 DSP内核包括一个显著扩大并优化的指令集架构(ISA)，面向移动装置、汽车高级驾驶员辅助系统(ADAS，包含行人侦测、交通标志识别、车道追踪、自适应讯号控制以及事故避免)和物联网(IoT)视觉系统应用。其增强功能可以进一步提升软件开发和移植的易用性，为整数、定点和浮点数据类型以及包含验证、自动向量化的C语言编译器的先进工具链提供广泛的支持。该软件环境还可对标准的OpenCV和OpenVX库提供完整的支持，通过超过800种的程序库功能实现既有成像和视觉应用程序的快速高层次迁移。
由于使用了VLIW架构，Vision P5 DSP能够同时处理多个任务，实现多任务并行。相比之下，一个通常的标量处理器一次仅能执行一个任务。Vision P5 DSP的SIMD引擎能够同时在多个数据片上执行相同操作，实现并行数据处理。作为一款超宽矢量DSP， Vision P5 DSP能够在32位数据上执行单一操作，同时执行4-5个并行操作。
算法级的优化处理是P5 DSP 高效节能的要素之一。其另外一个看点是以低功耗为前提来设计应用，如适当的时钟门控类型、最高级别的硬件共享等，目的是为了最小化任务执行区域。 “为确保较高的性能及较低的功耗水平，我们进行了权衡取舍，比如舍弃了一些具有快速执行潜能但是功耗极高的指令，但利用代码分析和EDA工具，对指令集进行更加深入的分析以提高循环计数性能，对物理实现所需的面积和功耗参数也进行了分析，以确保高效的硬件实现。”Rowen说。
本文下一页：在消灭雾霾、无人机和安保等方面的应用
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新一代视觉/成像DSP的发展趋势
目前用户所面对的主要处理类型有两种。一是采用色彩校正、锐化、降噪等技术对成像进行优化的后期处理；二是图像识别和分析—这幅图上是什么？男性还是女性？主要应用领域包括ADAS、无人机、机器人、安保、移动设备。Vision P5 DSP的计算机视觉能够让这些产品更加智能。
● 消灭雾霾
Uurmi Systems 在其移动终端CPU+GPU解决方案中，利用高效能Tensilica 成像/视觉处理DSP系列，为其“移除雾霾应用”中的成像效率达到单位功耗内提升15倍的画面更新率(FPS)。
● 无人机和安保
在无人机领域。例如，孩子参加足球赛时，您可以遥控无人机进行360度全角拍摄，并将数据流实时传送至您的手机。此外，无人机上还装有检测周围环境的摄像头，避免发生碰撞。在工业领域，机器人可以使用视觉技术来检测并识别物体的状态并作出回应。
在安保领域，廉价的摄像头随处可见。早期，这些摄像头的作用仅仅是捕捉和储存信息。而现在，它们还肩负着新的重任，不断收集以太字节为单位的海量信息。因此，增加分析功能应是下一个需要提升的重点。如此一来，摄像头不仅能够进行无间断拍摄，还能捕捉有趣的画面，标记发生的时间点。例如，今天您购买了一个带有摄像和分析功能的门灯，如果有人接近距离您家大门的一定范围内，您的手机将会收到系统发出的警报，但是，内置的分析功能会阻止系统在监测到有汽车经过时发出警报。
● 移动增强型成像
在移动应用领域，手机的摄像头往往带有分析功能。面部识别解锁手机将是下一代手机的标配之一，目前，一些高端手机已经具备这一功能。
就ADAS来讲，汽车内的一切智能功能均是通过电子元器件得以实现。目前的研究侧重于车辆的安全和效率。未来几年，车道偏离警告和防撞等功能将成为汽车标配。
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