Die Geschichte von ARTPEC, dem Grundstein unserer Produktqualität

Artikel
14. November 2019
Es war im Spätherbst 1999, als Produkte mit unserem allerersten ARTPEC-Chip auf den Markt kamen. Heute, zwanzig Jahre später, sind wir bei der siebten 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-Chip ist eine entscheidende Komponente, denn er liefert die Grundlage für wichtige Produktfähigkeiten wie beispielsweise Bildqualität, Analysefunktionen und Codierleistung. Er ist das „Geheimnis“ hinter unseren hoch entwickelten Netzwerk-Kameras. Im Designprozess jeder ARTPEC-Generation musste eine immer wiederkehrende Aufgabe bewältigt werden, denn es besteht ein Zusammenhang zwischen Leistung und Merkmalen gegenüber Kosten und Stromverbrauch. Das ist ein wichtiger Start des Chipdesign-Prozesses, bei dem jede Generation nicht nur einen höheren Pixeldurchsatz, sondern auch verbesserte oder mehr entscheidende Funktionen hat. Mit jedem neuen ARTPEC-Chipsatz wurde die Anzahl der Transistoren fast verdoppelt, aber dank dem Mooreschen Gesetz sind Größe, Stromverbrauch und Kosten annähernd gleich geblieben.

Ein revolutionärer Chip

„Unsere ARTPEC-Chips 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 (Axis Real Time Picture Encoder) konnten wir völlig neue Technologien entwickeln, so etwa Forensic Wide Dynamic Range (WDR), leistungsstarke Edge-Analysen und die Datenkomprimierungstechnologie Zipstream“, sagt Stefan.

 „Mit der Erfindung von ARTPEC konnten wir völlig neue Technologien entwickeln.“

Diese Technologien hätten ohne den Chip nicht auf den Markt gebracht werden können, aber es gelang 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. Beispielsweise konnte mit ARTPEC-1 das erste preiswerte Netzwerk-Kameraprodukt mit voller Videoleistung entwickelt werden. Mit ARTPEC-3 gelang es uns, hochwertiges Video mit einer höheren Auflösung zu liefern als die vorhandenen analogen Videokameras. Mit ARTPEC-5 verbesserten wir unsere WDR-Lösung mit mehreren Belichtungswerten, und das Ergebnis wurde Forensic Capture genannt. Eine völlig andere Lösung als die unserer Wettbewerber, denn die Prioritäten des gelieferten Bildes lagen stärker auf Details und Sichtbarkeit als auf einem schön anzusehenden Video.

Dieses Verfahren ist in der Branche inzwischen zum Standard geworden, und erstmals ist es möglich, Kameras auch bei schwierigen Lichtverhältnissen wie beispielsweise Geschäftsfronten mit großen Glasflächen, die direkt von der Sonne angestrahlt werden, beliebig zu platzieren. Der wesentliche Unterschied gegenüber ARTPEC-5 lag jedoch in der Erfindung des smarten Video-Encoders namens Zipstream, der die Speicherkosten im System reduzierte.

Der erste Chip und seine Innovation

AXIS 200
Die weltweit erste Netzwerk-Kamera, Neteye 200.

ARTPEC kam in der weltweit ersten Netzwerk-Kamera, Neteye 200, nicht zum Einsatz; als diese jedoch fertig gestellt war, erkannten wir, dass uns die erhältlichen Standardchips nicht das Leistungsniveau bieten konnten, das unsere Kameras benötigten. Das war der Startschuss für die Entwicklung unseres ersten ARTPEC-Chips. Wir begannen im Spätherbst 1996 mit der Arbeit daran und stellten das erste Produkt, AXIS 2100, im November 1999 bei der Comdex vor.

„Wir wussten es damals noch nicht, aber ARTPEC war das Schlüsselelement, mit dem wir unser Angebot mit geringen Mitteln von wenigen Produkten zu einem kompletten Portfolio ausbauen konnten, das später die Überwachungsindustrie revolutionieren würde", erklärt Stefan.

Natürlich passieren Revolutionen nicht über Nacht. Es war ein Prozess. Jede Chipgeneration hatte ihr eigenes Hauptziel, das bei der Entwicklung im Vordergrund stand, und wir mussten unsere Vorgehensweise ständig neu erfinden, denn mit jeder Generation wuchs die Komplexität.

„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. Die Anwender brauchten lediglich ihren Webbrowser dem in der Kamera eingebetteten Webserver zuzuweisen, und für die Übertragung des Videos wurden die im IT-Bereich üblichen Standardprotokolle genutzt. Das war revolutionär, denn das Internet war neu, und bei anderen Videoübertragungslösungen wurden stattdessen spezielle Videokabel eingesetzt.

ARTPEC 1
ARTPEC-1, der Chip der ersten Generation.

AXIS 2100, die ersten Netzwerk-Kameras mit ARTPEC-1, waren ebenfalls revolutionär - mit der integrierten Firmware basierend auf einem völlig neuen, eingebetteten Betriebssystem, 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, das wir im Hinblick auf 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, all die Teile zu implementieren, die inzwischen Standard sind und erwartet werden, wie etwa ein Flash-basiertes Dateisystem, das wir mit Linux ausbauen konnten.

ARTPEC-2 wurde 2003 auf den Markt gebracht und bot viel mehr Leistung. Außerdem begannen wir mit effizienterer Video-Encodierung namens MPEG zu experimentieren.

ARTPEC-3 wurde vier Jahre später erfunden. Das war der Chip, der mit hervorragendem Durchsatz und minimalem Platzbedarf die Branche endgültig dazu veranlasste, zu IP-Video überzugehen. Erstmals gelang es uns nun, den seinerzeit besten Video-Encoder (H.264/AVC) zusammen mit dem restlichen System zu einem SoC (System-on-Chip) zu kombinieren, das hochwertiges HDTV liefern konnte.

2011 konnten wir ARTPEC-4 auf den Markt bringen, bei dem wir uns auf die Lösung von zwei verbleibenden Problemen mit den damaligen Digitalkameras konzentrierten: begrenzter Dynamikbereich und Lichtempfindlichkeit. Wir nannten die Lösung Lightfinder und brachten die erste Kamera mit progressiver Abtastung auf den Markt, deren Leistung die der damals üblichen analogen vernetzten Überwachungskameras übertraf. Mit ARTPEC-4 gelang es uns außerdem, eine neue Lösung mit großem Dynamikumfang, Wide Dynamic Range (WDR) zu entwickeln, die gut funktionierte und sehr gefragt war. Mit ARTPEC-5 verbesserten wir 2013 diese spezielle Funktion weiter in Form von Forensic Capture. Unsere sechste ARTPEC-Generation kam 2017 auf den Markt. Sie bot ein neues Sicherheitsniveau und bereitete außerdem unserem neuesten Mitglied der ARTPEC-Familie den Weg, das nur zwei Jahre später entwickelt wurde: ARTPEC-7.

ARTPEC heute

ARTPEC 7 chips
Die inzwischen 7. Generation des ARTPEC-Chips.

Aktuell liegt die siebte Generation des ARTPEC-Chips vor, die viel ausgereifter ist und schärfere Bilder sowie präzisere Farben zulässt. Mit unserer siebten Chip-Generation konnten einige wesentliche Verbesserungen eingeführt werden. Eine davon war Lightfinder 2.0, das bereits Anfang des Jahres auf den Markt kam. Mit dem neuen Chip kann Lightfinder 2.0 selbst bei extrem dunklen Lichtbedingungen realistischere und gesättigte Farben liefern. Außerdem sind die Aufnahmen sogar von beweglichen Objekten schärfer, auch bei dunklen Lichtbedingungen. Über diese verbesserte Lichtempfindlichkeit hinaus hat ARTPEC-7 auch WDR so verbessert, dass Bewegungen besser und in klareren, detaillierteren Bildern erfasst werden, während gleichzeitig auch das Risiko von WDR-Artefakten reduziert wird. Dank größerer Lichtempfindlichkeit steigert der neueste Chip bei Kameras mit IR-Beleuchtung die Beleuchtungsreichweite.

„Die beste Möglichkeit, 20 Jahre Fortschritt anschaulich zu machen, besteht im direkten Vergleich der Entwicklung vom allerersten ARTPEC-Chip bis zu unserem neuesten ARTPEC-7“, erklärt Stefan. „Während der Hauptpixelstrom zwischen Sensoren und Netzwerk bei beiden Typen gleich ist, unterstützte ARTPEC-1 nur die Bildausgabe und bot keine Flexibilität. Wenn man ihre Unterschiede gegenüberstellt, hat ARTPEC-7 die 50-fache Leistung der ersten Chips, ist jedoch in Größe und Preis unverändert geblieben.“

Die Zukunft von ARTPEC

„Wenn man sich unsere Entwicklung ansieht, kann ich sagen, dass die Merkmale, die im Laufe dieses Prozesses am meisten weiterentwickelt wurden, die Bildqualität und die Ausweitung der Nutzbarkeit des Bildes sind. Das setzt neue Akzente in der Überwachungsbranche, denn damit kann diese Technologie in unterschiedlichsten Situationen angewandt werden, ohne dass Videoprobleme auftreten“, sagt Stefan.

Und während wir bei Axis diese Faktoren noch weiter verbessern werden, ist es kein Geheimnis, dass mit jeder neuen Entwicklung in der Überwachungsbranche auch eine neue Herausforderung entsteht, die es zu bewältigen gilt. So werden wir in unserem kompromisslosen Bemühen um Qualität den Chip weiter entwickeln, indem wir weitere Funktionen hinzufügen und die vorhandenen verbessern. Das ist eines der Versprechen, die wir unseren Kunden und Partnern gegeben haben und halten wollen.

Der ARTPEC-Chip - und die Tatsache, dass wir ihn intern entwickeln und herstellen - ist die Grundlage für das Angebot von Produkten, die die Anforderungen unserer Kunden heute und in Zukunft erfüllen. Die Entwicklungen der nächsten 20 Jahre sind schwer vorstellbar, aber wir sehen ein riesiges Potenzial.

Erfahren Sie mehr über unsere Geschichte und Meilensteine.
Diese Momente machen uns aus.
Axis Communications, Andreas Reimann, PR and Social Media Specialist
Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte Andreas Reimann, PR and Social Media Specialist, Axis Communications
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