Des origines à nos jours : ARTPEC, composant fondateur de la qualité de nos produits

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18 octobre 2021
C’est à la fin de l’automne 1999 qu’ont été commercialisés les produits accueillant notre tout premier « système sur puce » (SoC) ARTPEC. Aujourd’hui, plus de vingt ans plus tard, nous en sommes à la huitième version de ce SoC. Fruit de nombreuses années d’expérience, de connaissances et de passion pour les technologies de haute qualité, il constitue un pilier de l’histoire de notre entreprise. En compagnie de Stefan Lundberg, ingénieur expert spécialiste des technologies chez Axis, nous revenons sur les vingt années de progrès de notre processeur ARTPEC.

L’arme secrète des caméras Axis

Le SoC ARTPEC est un composant essentiel à la base des principales fonctionnalités des produits, comme la qualité d’image, les fonctions d’analyse et les performances de codage. Il constitue le véritable « secret » de nos caméras réseau les plus évoluées. Durant le processus de conception de chaque nouvelle génération d’ARTPEC, nous devons résoudre un problème récurrent et crucial : établir le juste équilibre entre performances et fonctionnalités d’une part, et coût et consommation électrique d’autre part. Chaque génération d’ARTPEC offre un débit de pixels supérieur et des fonctionnalités modernisées ou nouvelles. Le nombre de transistors est pratiquement doublé à chaque nouveau SoC ARTPEC, mais ses dimensions, sa consommation et son coût restent quasiment constants.

Un SoC révolutionnaire

« Nos premiers SoC ARTPEC représentaient une petite révolution, pour nous-mêmes et notre secteur d’activité. Certes, nous n’avions pas inventé la roue, mais nous avons radicalement changé les méthodes de transfert vidéo, en offrant davantage de flexibilité et de possibilités d’innovation dans les applications. L’invention d’ARTPEC nous a permis de mettre au point des technologies totalement inédites, telles que la plage dynamique étendue Forensic WDR, la technique de compression des données Axis Zipstream et de puissantes fonctions d’analyse exécutées en périphérie de réseau et faisant appel au deep learning », énumère M. Lundberg.

L’invention d’ARTPEC nous a permis de mettre au point des technologies totalement inédites

Toutes ces technologies n’auraient pas pu exister sans le SoC, mais elles ne sont pas apparues du jour au lendemain. Elles résultent d’une multitude d’évolutions au fil du temps, qui jalonnent la progression d’ARTPEC : de petits changements de cap qui ont progressivement façonné tout le secteur. Par exemple, ARTPEC-1 a permis de créer la première caméra réseau abordable aux performances vidéo intégrales. Avec ARTPEC-3, nous avons réussi à produire de la vidéo de haute qualité à une résolution supérieure à celles des caméras analogiques de l’époque.  Avec ARTPEC-5, nous avons continué à perfectionner notre solution WDR, dont l’aboutissement a été baptisé Forensic Capture. Forensic Capture nous démarquait de la concurrence en accordant la priorité aux détails et à la visibilité plutôt qu’à l’esthétique. Pour la première fois, il était possible d’utiliser efficacement les caméras dans les conditions de luminosité délicates, telles que les grandes vitrines recevant directement la lumière du jour. Cette méthode est aujourd’hui la norme dans le secteur. ARTPEC-5 réservait aussi une autre innovation révolutionnaire : notre technique de compression Zipstream, qui préserve les détails à résolution maximale, tout en réduisant nettement les besoins en bande passante et en espace de stockage.

Premier SoC ARTPEC et nouveau vecteur d’innovation

AXIS 200
La première caméra réseau au monde, Neteye 200.

Même si ARTPEC ne faisait pas partie de notre caméra Neteye 200, première caméra réseau au monde, nous n’avons pas tardé à réaliser que les SoC du marché ne pouvaient pas nous fournir le niveau de performance nécessaire à nos caméras. Ce constat a motivé le développement de notre premier SoC ARTPEC. Nous avons commencé à y travailler à la fin de l’automne 1996. Nous avons commercialisé le premier produit accueillant ARTPEC, l’AXIS 2100, au Comdex de novembre 1999.

« Nous n’en avions pas pris la mesure à l’époque, mais ARTPEC a formé le socle à partir duquel nous avons pu développer notre offre de quelques produits, pour aboutir à une gamme complète qui révolutionnerait le secteur de la surveillance », résume M. Lundberg.

Bien sûr, une révolution ne se produit pas en un jour. Ce fut tout un processus. Chaque génération de SoC visait un nouvel objectif principal. Il nous fallait constamment réinventer nos méthodes de travail, car la complexité augmentait.

« Un facteur essentiel nous a aidés à arriver là où nous sommes aujourd’hui : notre manière d’aborder le processus d’innovation. Le département des technologies fondamentales est organisé en groupes indépendants, qui se consacrent tous aux problèmes à résoudre et aux améliorations à apporter dans une variété de domaines. Nous leur avons laissé la liberté d’étudier et de retenir les domaines qui d’après eux présentent le meilleur potentiel. Les équipes avaient pour unique responsabilité de livrer quelque chose de nouveau pour la génération ARTPEC suivante. La recherche d’inspiration sur d’autres marchés et l’approche collective face à certaines questions ont résolu beaucoup de problèmes dans notre secteur », explique M. Lundberg.

Dates marquantes de l’évolution d’ARTPEC

Grâce aux composants matériels réservés au traitement d’image et à la compression de la génération ARTPEC-1, nous pouvions transmettre directement par Internet la vidéo de la caméra à un emplacement de stockage distant, sans besoin d’une quantité d’équipements intermédiaires. Il suffisait aux utilisateurs de faire pointer le navigateur Web vers le serveur Web intégré à la caméra. Nous avons utilisé les protocoles informatiques standard pour transférer la vidéo. Pour l’époque, la méthode était révolutionnaire, car l’Internet en était à ses balbutiements et les autres solutions de transfert vidéo employaient des câbles vidéo dédiés.

ARTPEC 1
ARTPEC-1, SoC de première génération

AXIS 2100, première caméra réseau pilotée par ARTPEC-1, était tout aussi révolutionnaire : son firmware reposait sur un système d’exploitation léger totalement nouveau, aujourd’hui connu sous le nom d’embedded Linux (ou Linux embarqué). Pour permettre le développement rapide et efficace d’une gamme de produits, nous avons choisi de nous débarrasser de notre système d’exploitation propriétaire RTOS (Real-Time Operating System) pour le remplacer par μClinux, qui nous paraissait idéal pour accompagner la croissance d’Axis. En fait, la caméra AXIS 2100 fut le premier produit de masse au monde géré par embedded Linux. En y repensant, nous n’aurions pas pu prendre meilleure décision. Mais il a fallu beaucoup de travail pour mettre en place toutes les pièces aujourd’hui standard, telles qu’un système de fichiers sur mémoire flash que nous pourrions faire évoluer avec Linux.

Sorti en 2003, ARTPEC-2 était beaucoup plus performant. Nous avons également commencé à expérimenter un encodage vidéo plus efficace nommé MPEG.

ARTPEC-3 a été inventé quatre ans plus tard. Il a ouvert la voie à la vidéo sur IP grâce à son débit inégalé. Pour la première fois, nous avons associé le meilleur encodeur vidéo de son temps (H.264/AVC) au reste du système, pour former un seul SoC capable de produire une résolution HDTV de haute qualité.

En 2011, nous avons lancé ARTPEC-4, qui résolvait les deux problèmes restants : la faible plage dynamique et la sensibilité à la lumière. Nous avons nommé la solution Lightfinder et commercialisé la première caméra à balayage progressif. Elle surpassait allègrement les caméras analogiques à balayage entrelacé de l’époque. ARTPEC-4 intégrait en plus une nouvelle solution de plage dynamique étendue (WDR) performante, qui a connu un franc succès. En 2013, lors du développement d’ARTPEC-5, nous avons pu améliorer encore notre technologie WDR avec une solution baptisée Forensic Capture WDR.

Notre sixième génération de processeurs ARTPEC a vu le jour en 2017. Doté de nouveaux mécanismes de sécurité, il a préparé le terrain pour la sortie d’ARTPEC-7 deux ans plus tard.

ARTPEC-7 a permis d’intégrer des fonctions de sécurité renforcées aux caméras Axis, notamment la signature de firmware et l’amorçage sécurisé. Cette génération a servi de base aux améliorations de toutes les technologies signées Axis pour conditions lumineuses délicates, dont Axis Lightfinder 2.0 et Forensic WDR. Elle a également étendu la portée de l’éclairage IR. Ce SoC proposait en plus un choix de codec H.264 et H.265 et accueillait un moteur de détection en temps réel pour les fonctions de classification d’objets.

ARTPEC aujourd’hui

ARTPEC-8
Huitième génération du SoC ARTPEC

Le SoC ARTPEC arrive aujourd’hui à sa huitième génération. Beaucoup plus sophistiqué que les premières générations, il a été conçu avant tout pour prendre en charge les puissantes fonctions d’analyse basées sur le deep learning en périphérie de réseau. Par exemple, il ouvre la voie à une classification très nuancée des objets, qui distingue vélos, voitures, bus, camions et autres. Cette classification est au cœur de la fonction AXIS Object Analytics et prépare le terrain pour d’autres fonctions d’analyse basées sur le deep learning, notamment les applications sur mesure de nos partenaires. ARTPEC-8 continue de prendre en charge l’ensemble de fonctionnalités inaugurées avec la mise en œuvre d’ARTPEC-7, parmi lesquelles imagerie exceptionnelle, sécurité renforcée, compression puissante et fonctions d’analyse de pointe en périphérie de réseau.

« Le meilleur moyen d’illustrer 20 ans de progrès consiste à comparer directement l’évolution entre le tout premier SoC ARTPEC et notre dernière génération ARTPEC-8 », estime M. Lundberg. « Bien que le flux de pixels entre les capteurs et le réseau soit le même pour ces deux types, ARTPEC-1 ne s’occupait que de la restitution des images et n’offrait aucune flexibilité. Si l’on met leurs différences en perspective, ARTPEC-8 multiplie par plus de 100 les performances du premier SoC, tout en conservant des dimensions et des prix comparables. »

Le futur d’ARTPEC

« En examinant les progrès réalisés, je peux affirmer que les fonctionnalités qui ont le plus progressé sont la qualité d’image et les capacités d’analyse, notamment celles basées sur le deep learning. Ces deux éléments vont redéfinir radicalement le secteur de la surveillance », anticipe M. Lundberg.

Le SoC ARTPEC, associé au fait que nous en assurons la conception en interne et contrôlons sa fabrication, représente notre base pour créer des produits innovants qui répondent aux besoins de nos clients aujourd’hui et demain. On peut difficilement prévoir ou même imaginer les innovations qu’apportera ARTPEC ces 20 prochaines années, mais nous sommes résolument confiants sur son potentiel.

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L'histoire d'Axis
Dennis Harmsen
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