[其他] 真正的攝影大師其實藏在你的手機芯片裡

陳誠誼2015-8-12 16:56

按下快門，數十張照片瞬間被收入囊中；抬起手臂，你看到的景色已經輕鬆入鏡。不是我不明白，手機攝像頭這幾年的發展速度實在是有點快。Flickr上放眼望去至少有一半的照片是通過手機上傳的，Instagram裡更是湧現出一批專門使用手機拍照的攝影師。但你知道嗎？真正的攝影大師，其實藏在你手機的芯片裡。

藏在手機芯片裡的攝影大師

手機裡的攝影師長啥樣？廠商們當然不會在攝像頭里塞進一個羅伯特.卡帕或者亨利.布列松。實際上，這位住在芯片裡的攝影師長得有點抽象，它由一堆晶體管、銅線、矽片襯底構成，根據業界慣例，我們一般把它稱作SoC。

（我們通常所指的“處理器”結構在驍龍810 SoC中只佔很小的一部分）

什麼是SoC？SoC是System on Chip的縮寫，翻譯過來就是“片上系統”。就像人有五臟六腑一樣，小小的手機芯片內部也包含著一個複雜的王國，其中ISP、DSP、CPU、GPU都對成像效果有著至關重要的影響。為了更好的理解SoC所扮演的角色，我們先來了解一下從你按下快門，到照片出現在屏幕上這段時間之內，手機內部發生了什麼。

（驍龍810的圖像處理架構，強大的處理能力讓它最多可支持4個攝像頭）

首先，光線通過鏡頭射入傳感器，發生光電效應，產生電信號。這些電信號經過放大、數模轉換後，就變成了一串串由0和1構成的數字信號。接下來，這一大堆0和1會被送到ISP。ISP是圖像信號處理器（Image Signal Processor）的縮寫，它的主要職責是利用去拜耳算法對信號進行轉換，讓信號真正變成肉眼可見的圖像。最後，看到圖片右側的“Compute Cluster”了嗎？它由CPU、GPU、DSP這三個最擅長算數的傢伙構成，承擔著給照片“加特效”的工作。DSP能進行快速對焦檢測，GPU最適合處理美顏效果，CPU則負責識別和合成圖像。它們通過高速總線連接到一起，互相協作完成諸如快速對焦、高速連拍、慢動作視頻、全景照片合成等圖片的後期處理運算任務。下面這段來自高通官方的視頻可以讓你更形象的理解它們的作用：

（看不到視頻這裡）

至此，一張手機照片的誕生過程就全部演示完了。從你按下快門，到照片出現在屏幕上，其中的工作一點都不簡單。打個形象的比方，如果把手機的成像過程比作繪畫，鏡頭和傳感器是畫筆和顏料，ISP、DSP、CPU和GPU就是負責繪製的畫師。只有經過畫師精心繪製，顏料才會變成漂亮的畫卷。下面，我們用三個更形象的例子，告訴你為什麼ISP、DSP、CPU和GPU就是藏在手機芯片裡的攝影大師。

拍照無延遲

用老舊安卓手機的時候我們常常遇到這種尷尬：偶遇精彩場面想要拍下，掏出手機打開攝像頭，首先會黑幾秒鐘屏，接下來對焦也磨磨蹭蹭，好不容易按下快門，機器卻半天沒有響應。在這段漫長的時間裡，原本想要拍攝的對象早已遠走高飛了。導致延遲的罪魁禍首就是SoC的處理能力不足，還好，在以高通驍龍810為代表的新一代處理器上，這個問題已經煙消雲散了。

以ISP這一個部件為例，驍龍810擁有兩個ISP，它們均工作在600MHz，每秒鐘能吞吐高達12億個。這是一個什麼樣的概念？我們拿尼康、佳能兩位相機老大哥來做個反面教材：尼康諸多高端單反相機上使用的EXPEED3圖像信號處理器，其每秒鐘像素吞吐能力也不過是6億個而已（改進版EXPEED3A提升至每秒8.5億像素）；而佳能單反相機上的DigiC4/5/6系列圖像信號處理的運算能力要比這更低，佳能旗艦單反1D X甚至被迫將好幾款DigiC芯片並聯，來提升處理能力。高通為這些運算能力開出了一個非常科學的衡量標準——Zero Shutter Lag，翻譯過來就是取景時零快門延遲。驍龍810在這方面的指標是55MP ZSL @ 24fps，and 1.2GPixel/sec throughput。換句話說，在攝像頭以5500萬像素全分辨率取景時，驍龍810能做到24fps完全流暢，且快門延遲極低。

（手機SoC的處理能力早已不能和當年同日而語，圖為搭載驍龍處理器的高通開發平台）

除了ISP，驍龍810的DSP、CPU、GPU也相當強悍，它搭載的Hexagon V56 DSP運行頻率高達800MHz，主CPU是一顆最高運行在2GHz的八核64位芯片，GPU Adreno 430在測試軟件中的得分更是完爆一切其它對手，是當前最強手機GPU。這些處理能力有什麼用？我們體驗了搭載驍龍810處理器、剛剛上市的一加手機2，手機攝像頭啟動幾乎感覺不到延遲、在屏幕上進行取景、對焦操作時滯也極小，按下快門的瞬間照片已經拍攝完成，在“照片飛入圖庫”這個過場動畫出現的時候，手機已經準備好拍攝下一張照片了，兩張照片之間的“黑屏”間隔時間幾乎察覺不到。這種流暢、毫不拖泥帶水的拍攝體驗充分說明了一顆強悍的SoC對手機拍照有多重要。畢竟，對於手機這種隨身設備來說，抬起手想拍就拍就是王道。

拍得更漂亮

除了讓拍照變得更輕鬆暢快，一枚強悍的SoC對我們的攝影水平還有更直接的影響——它能幫我們把照片拍得更好看。

HDR是提升畫質的有效手段，但很多人都遇到過這種情況：開著手機的HDR在室內拍攝照片，突然一條寵物小狗橫穿而過，結果吉娃娃拍成了臘腸犬，照片拍成了鬼片。手機HDR本質上都是連續拍攝多張不同曝光值的照片，然後將這些照片的曝光信息通過運算疊加到一起，最終獲得一張亮部和暗部細節同時清晰的照片。要拍攝多張照片自然有個先後順序，如果闖入鏡頭的物體在移動，每一張照片中物體位置都會不同，後期疊加時自然就會出現鬼片了。

（早期手機HDR很容易拍出鬼影）

那麼，這個問題有沒有辦法解決呢？手機芯片裡的攝影師SoC給出了肯定的答案。有了強大的CPU，手機可以識別出照片中的移動物體的運動軌跡，然後通過CPU和DSP的共同運算剔除掉不必要的像素，把移動物體“定格”在畫面中，一加手機2就是這麼玩的。下面這張HDR照片拍攝於車水馬龍的上海街頭，看到路中央橫穿而過的那輛奔馳Smart了沒？從曝光開始到結束汽車一直在移動，它的時速至少有40km/h，SoC成功的把它識別了出來。在最終合成的照片裡，汽車被固定在原地，看起來就像是靜止的。

（一加手機2的HDR模式，圖中汽車處於高速移動中，SoC卻利用運算將它們固定）

除了消除HDR拍攝中的鬼影，SoC的計算能力還能直接用來提升畫質。我們都知道，手機傳感器在光線不足時幾乎沒法拍照，照片噪點多、成像糊基本不能看。但如果手握強大的運算能力，又是另一幅光景了。一加手機2擁有一種特殊的“畫質加”拍攝模式，在此模式下，按一次快門攝像頭會連續曝光多張照片，然後SoC會把這些照片的信息合成到一張照片裡呈現給大家，照片的分辨率不變但噪點大幅減少，畫面細節也有不小提升。這種模式就利用了SoC強大的運算能力。

（一加手機2參數：ISO5481 f/2.0 1/10s；G6參數：ISO3200 f/3.5 1/5s）

上圖拍攝於昏暗的房間中，我們開啟了一加手機2的畫質加模式，在如此高的ISO下，彩色噪點基本不見了。再看畫面細節，雖然有不少塗抹的痕跡，但相比松下G6相機，一加手機2得到的照片細節依然更豐富。另外，這張照片可是手持拍攝的，曝光時間超過1/10秒鐘，但最終成像卻依然保持清晰。顯然，是驍龍810通過智能圖像識別穩定了畫面，利用先進的降噪算法消除了噪點，同時更長的曝光時間也讓物體的細節還原更加豐富。這些功能過去都需要更高檔次的專業相機甚至是電腦軟件的後處理才能實現，現在卻裝備到了一台手機中。這就是我們把SoC稱為攝影師的原因——它改變了手機攝影，利用運算為我們克服環境障礙，同時讓畫面變得更清晰動人。

（一個利用手機SoC運算降噪的實例）

拍得到，還能加特效

女生買手機最看重攝像頭的哪個部分？高像素？大光圈？鏡頭視角廣？你錯了，女孩子最看重的當然是美顏功能。如今是台手機都內置了美顏自拍選項，如果嫌效果不夠強，還有美圖秀秀等大量第三方美顏App可供選擇。但你知道嗎？能把鳳姐拍成范冰冰，靠的還是SoC強大的運算能力在背後支撐。

美顏自拍，說得形像一點，就是往臉上加特效。當然這裡的特效不能隨便加，一張照片拍出來，美顏App必須知道你的臉在哪兒，鼻子長啥樣，眼睛大不大。這些都需要通過智能圖像分析才能實現；知道你的長相之後，軟件內會有一套事先設定好的算法策略，確定“加特效”的方向——鼻子塌就拉高點，眼睛小就整大點，臉太胖？用算法削掉。坑坑洼窪的皮膚則一律抹平，然後，呈現在你面前的就是一張范冰冰的10分女神臉了。

（臉更瘦、皮膚更白更通透，SoC在美顏自拍時充當了化妝師的角色）

以上是我們能在屏幕上看得到的部分，在看不到的部分，手機SoC是這樣工作的：以搭載驍龍810的一加手機2為例，攝像頭傳感器首先記錄下你的自拍圖像信號， ISP把它處理稱為肉眼可見的照片，然後CPU開始登上歷史舞台，根據圖片分析你的臉長啥樣，有哪些需要修正的地方。有了分析結果後，就通過一系列特殊算法開始“修圖”，目標是讓你的臉看起來更符合審美。整個修圖過程需要龐大的計算能力，擅長計算大量簡單重複運算的DPS、GPU都會幫CPU分擔工作，數據通過高速總線在SoC內部頻繁交換，驍龍810帶寬高達25.6GB/s的雙通道LPDDR4內存在此時將承擔數據臨時寄存、傳輸的重任。最終，當所有“特效”都添加完畢後，照片就輸出到屏幕上，變成人見人愛的你了。這一套看起來複雜無比的處理流程，整個SoC會在零點幾秒內完成，簡直是快如閃電的專業修圖師，下次你拍出萌萌的自拍照在朋友圈收穫點贊時，可不要忘了在背後默默奉獻的SoC。

請記住這位名叫SoC的功臣

從數碼拍照設備市場調研報告來看，最近幾年數碼卡片相機跌得慘不忍睹，而手機卻異軍突起成為市場佔有率最大贏家。Instagram等社交媒體的統計數據也給出了類似結論。人們越來越習慣於用手機而不是相機拍照，這其中的原因，手機本身的拍攝功能變得越來越強大好用恐怕是最主要的因素。

是什麼讓手機拍照的畫質和功能得到突飛猛進？除了越來越強的傳感器、小型化的鏡頭模組，最大的功臣毫無疑問就是SoC了。通過SoC強大的運算能力，手機在短短數年內就實裝了多幀降噪、高速對焦、運動物體識別、高動態範圍拍攝等數碼相機耗費十多年才具備的功能。另外，手機SoC的強大運算能力甚至還拓展了攝影的邊界——不但能拍得到，還能給照片加特效，改變被攝對像在畫面中呈現的形態，頗有些觀念攝影搞藝術創作的味道。總之，手機SoC的在拍照過程中的作用應該被我們銘記，在你不知道的地方，它正在引發一場深遠的革命，這場革命已經徹底改變了手機的攝影。

以上文章來自http://www.evolife.cn/html/2015/83915_3.html

手機這個行業是集合各種不同的原件組合而成..如音樂..攝影..無線射頻整合..等等..現代的科技非常的進步..手機的SoC小小的核心卻能把多種不同的部件整合到一個小小的晶片中...這真是令我訝異...各家拍照的不同也造成不同的效果..這裡雖是舉一加的手機為例..但各家仍需對各個鏡頭進行調整...調整還是最重要的

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