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骁龙888在所有领域都有所精进

去年12月,高通公司推出最新一代的高端智能手机芯片——骁龙888。这是高通公司第一款采用5纳米光刻工艺而生产的芯片,其晶体管密度比前款7纳米芯片——骁龙865更高,计算能力也更好。

这也意味着高通正在赶超苹果和华为,两者已经各自在A14 Bionic仿生芯片和麒麟9000芯片上开始使用5纳米技术。苹果芯片已用于iPhone 12系列,而华为则在Mate 40 Pro等手机中使用了麒麟9000芯片;而首批采用骁龙888芯片的手机也已经发布,其中包括小米11和三星Galaxy S21 Ultra(骁龙版本)。

我们计划在不久的将来发布有关小米和三星手机,以及其他采用骁龙888的手机评测。在此之前,我们想仔细研究一下高通公司的声明,看看它的新芯片在智能手机的不同领域带来了什么新进展。

显示

高通公司声称,新的骁龙888芯片将在游戏时提供更快的响应时间:在玩帧率高达120fps的游戏时,888的性能会比骁龙865提高10%,玩帧率60fp的游戏时,性能则会提高20%。由于我们会在DXOMARK Display基准中对触控响应进行评鉴,因此观察采用骁龙888的手机在这方面的表现如何应该会很有看点。

骁龙888的触控响应时间在不同帧率下均有所改进

音频

骁龙888平台具有AI语音功能,例如语音激活、语音通话和对话式AI。该芯片将这些AI功能用于处理麦克风音频馈送(最多支持4个麦克风)以改善语音质量,也可以与智能助手应用程序和语音呼叫配合使用。

这些新的AI音频功能也可以下放到始终激活的第二代高通传感中心(Sensing HUB)上。当智能手机处于闲置状态且应用程序处理器处于睡眠状态时,该功能可提供诸如关键字语音激活、接听和掉落检测等周边服务。在热词检测(“OK”、“Google”或“Alexa”)仍处于活动状态时,下放音频功能可减轻主Hexagon DSP的负载并延长电池寿命。

888平台可与最新的高通Aqstic音箱放大器和音频编解码器芯片WSA883X和WCD938X配合使用。Aqstic智能音箱放大器能够为音箱提供4W功率,同时还能防止音箱因音量大而损坏。

888内的高通传感中心可在主处理器处于睡眠状态时驱动手机收听语音命令。

在音频编解码器方面,Aqstic音频编解码器能够将384千赫/32位高保真音频,以极少的失真传递到耳机插孔输出。该编解码器还能够记录高通的HDR录制,可以在现场演唱会等最困难的场景下录制音频信号的所有动态范围。

尽管并非888的所有更新都能直接改善手机播放音乐和视频内容时的用户体验,不过888不但改进了热词检测功能和降低了电池消耗,还能够在棘手的声音环境中录制清晰的音频信号,因此应该可以改善整体用户体验。

未来,当我们使用更新的Aqstic高通音频编解码器在智能手机上进行评测时,新的HDR音频录制模式无疑会是此测试的一大重点。

摄像头

高通的新芯片似乎在新的ISP(图像信号处理器)配置上提供了最高水平的创新。现在,且让我们一探究竟。

集成的Spectra 580 CV-ISP具有三重ISP配置,比上一代芯片增加了一层ISP,因此能够以不同的方式处理更多的图像数据。

Spectra 580 CV-ISP功能

现在,额外的图像处理流水线还能对交错HDR传感器提供现成的支持,可以同时记录多种曝光。高通公司声称在色彩、计算机视觉和人工智能方面使用了最新技术,其处理能力为2.7 Gigapixels/秒,速度也比骁龙865快了35%,因此我们期望配备骁龙888的手机能够提供出色的成像效果。

不过,高通公司倒也不是完全所向无敌:华为麒麟9000芯片也支持多重曝光HDR视频、对象分割和增强的降噪技术,一如骁龙888。从骁龙865起,高通公司就开始在芯片上提供杜比视界(Dolby Vision),不过此功能也可在苹果A4 Bionic仿生芯片上以60 fps的速度与ProRAW视频编辑一起使用。

配备骁龙888的摄像头功能概述

让我们仔细研究骁龙888最重要的新成像功能。

三层ISP和更强大的处理能力

新芯片的ISP比以前的芯片更多,这意味着它可以进行更多的同步控制和并行处理。例如,与以前骁龙芯片的双ISP配置相比,三层ISP可以在融合两个或更多摄像头的图像数据时实现更流畅的变焦和更好的效果。

骁龙888的三重ISP

新芯片更强大的处理能力可更快地处理录制的帧,可在给定的时间内处理更多的图像数据,因此在降噪、HDR呈现和类似应用方面使用多帧算法时,应该能够获得更好的结果。

高通宣称此芯片在一秒钟内可记录多达120张1200万像素照片,还可以同时录制3个4K分辨率的HDR视频流或2800万像素静止图像。

ISP“平滑变焦”和预览

高通的“ISP平滑变焦”是三重ISP的亮点之一。每个摄像头(超广角、广角和远摄)都可以使用专用的ISP,因此可以在这些摄像头之间以及整个变焦范围内流畅地转换。

使用以前的双ISP配置时,系统必须猜测应该让背景中的哪个摄像头保持活动状态,因此有时在放大或缩小时会产生明显的延迟。

ISP平滑变焦则可在放大或缩小时在摄像头之间流畅地转换。

在工作时,ISP平滑变焦会将每个摄像头(超广角、广角和远摄)连接到一条可用ISP流水线。因此在任何给定时间点上,屏幕上只能看到一个摄像头流,但是在放大或缩小时,该处理器会无缝切换摄像头,而不会产生明显的延迟。

为此,所有摄像头的自动曝光、白平衡和对焦都需要同步。此外,在切换摄像头时,所有镜头的视场也必须完美对齐。

在当前的手机中,苹果的iPhone无疑可以在超广角到长焦变焦平滑度方面提供最佳用户体验。仅配备两层ISP的“旧”骁龙865芯片的手机在执行此任务时,显然要幸苦得多。

苹果iPhone 12,变焦流畅
Oppo Find X2 Pro(骁龙865),变焦平滑度

另一方面,华为的最新芯片也采用多层ISP,但无法提供相同的变焦平滑度。因此,尽管更多的ISP也许可以改善变焦的平滑度,但这绝不是绝对的保证。

除了更平滑的变焦外,新的芯片还可以在变焦时改善摄像头之间的图像数据融合,从而在所有变焦设置下提供更好的纹理勾勒效果。

在预览图像上“所见即所得”是当前手机(尤其是HDR场景)的另一大挑战。因为在拍摄时,许多手机都使用实时取景图像中没有的HDR软件,例如谷歌HDR+。新的高通芯片可能会使用并行成像流水线来模拟最终拍摄效果,从而在用户构图时在手机显示屏上提供更准确的实时预览结果。

当前,苹果的iPhone提供了最佳的预览功能,不过,它们所提供的HDR处理效果比同类同类产品略差。也就是说,比起那些在拍摄时提供较大高动态范围,而在预览图像时提供较小动态范围的手机相比,iPhone的预览和拍摄的HDR处理差异相当不明显。

在低光架构下拍摄

高通公司在骁龙888发布会上也提到了“低光架构”模式,可以在0.1勒克斯的极低光下拍摄图像。因此我们假设,降噪和细节增强算法可以在此模式下利用三重ISP更强大的处理能力,处理比以前更多的帧数。

配备骁龙888的手机可以在极低光下拍摄图像。

堆叠同一场景的多个帧可以消除噪点并呈现在其他情况下可能会丢失的细节。

就低光图像质量而言,长期以来,华为一直是DXOMARK排行榜的冠军。苹果iPhone也擅长在低光下拍摄,但其表现比不上我们“夜摄”类别中的最佳手机。

我们很期待看到骁龙888手机的拍摄结果,不过该芯片并非决定低光图像质量的唯一要素。诸如ArcSoft、Morpho和Visidon之类的第三方提供商也与高通公司密切合作,以提供额外的成像功能,特别是在夜间和低光拍摄方面。因此,特定手机拍出的图像结果通常取决于高通芯片科技和第三方解决方案的综合结果。

计算式HDR

到目前为止,手机已经可以直接在传感器上录制10位HDR视频,而使用了曝光包围或单次曝光时间帧融合的HDR技术(一如HDR+)在拍摄静止图像时也被用于生成色调映射8位文件。

由于高通的新芯片支持交错式HDR传感器,因此骁龙888手机能够在录制视频和拍摄照片时生成计算式HDR数据。交错传感器为每个帧摄入三种不同的曝光并对其进行处理,以便实时生成更多的深度信息流。根据传感器规格和软件调整要求,该芯片也可以直接在传感器中或在ISP中执行三个帧的融合。

新的视频HDR技术应该也会在视频会议用例中提供更大的动态范围。

计算式HDR应该可以在棘手的情况下改善视频效果,例如视频通话中的逆光情况。

华为Mate 40 Pro系列的摄像头采用AIRAW处理技术,目前在我们的静止图像动态范围排名中表现最好。在视频方面,苹果iPhone 12 Pro Max在户外和室内场景中都提供了很好的HDR功能,但是,有时还是可能观察到局部色调映射不稳定的问题。

上一代骁龙芯片的HDR照片和视频录制
骁龙888是第一款提供计算式HDR的高通芯片

若要在照片动态范围排名中超越内置麒麟芯片的华为机型,并在视频排名中超越最新的苹果机型,这将会是内置高通芯片的手机值得令人注意的一大挑战。

使用新的文件格式(例如HEIF)是实现此目标的一种方法,因为在拍摄计算式HDR照片时,这种文件格式可以存储10位数据。此外,色调映射JPG可能也是另一种选择。因此,制造商应为每种手机选择最合适的格式。在骁龙855、HDR10或杜比视界上,手机首次可以以10位HDR+格式录制视频,而使用888芯片时,手机制造商也可以选择以真正的10位HDR+格式录制视频。

HEIF图像格式可用于10位HDR图像。

更大的位数深度可提供更多色调、更好的渐变层次和更宽广的动态范围。HEIF格式的色域更宽,也提供了稍微更多的原色,因此可以显示更高的饱和度和更鲜艳的色彩。

智能自动对焦、曝光和白平衡

高通公司还宣称该芯片有另一项新功能:“人工智能3A”,即使用人工智能来改善自动对焦、自动白平衡和自动曝光系统的性能。

骁龙888使用AI来改善自动对焦、曝光和白平衡性能。

3A的亮点是AI自动对焦算法。人们戴着带有集成摄像头的智能眼镜时,可记录眼睛运动,以分析对焦位置,而高通公司则可以利用这些数据来训练AI算法。

AI算法可以检测摄像头应该把焦点放在场景中的哪个位置上。

新的自动对焦收敛算法可以防止静态图像对焦不正确;不过,在录制视频时,这种功能对于自动对焦跟踪可能更为重要。

第三方开发商

高通还授予ArcSoft或Morpho等第三方开发商访问其更好的人工智能引擎(AI Engine)的权限,因此这些公司能够将其开发的新功能集成到骁龙888手机中,进一步改善图像质量和用户体验。

ArcSoft开发了AI图像增强和AutoZoom两个功能。后者可跟踪被摄体,并根据场景的内容自动放大或缩小。在下面的样张中,我们可以看到该算法如何检测到被摄体,并在没有任何用户干预的情况下放大被摄体。

ArcSoft的自动变焦功能

Morpho使用高通人工智能引擎对场景进行分割,然后根据场景内容对每个片段应用不同的增强滤镜。

Morpho开发的一项功能可以对场景进行分割,以应用本机滤镜。

符合CAI(内容真实性计划)的智能手机摄像头

骁龙888芯片还有一个新的摄像头功能,它与图像质量或摄像头性能没有直接关系,但仍可以为移动摄影者提供宝贵的支持。骁龙888摄像头系统将能够与芯片的安全处理器进行交互作用,以确保拍摄材料的真实性,从而防止对拍摄材料的操弄。手机制造商可以在图像和视频文件中纳入加密的安全元数据,以验证其来源。因此,888是第一个符合CAI(内容真实性计划)的智能手机摄像头平台。

骁龙888是首款符合CAI要求的智能手机芯片。

结论

高通公司的新芯片在所有领域都有所改进。使用屏幕时,用户将可享有更快的触控响应时间,而AI音频功能也可以在语音控制手机时改善语音质量;此外,5纳米工艺也可提高效率,延长电池寿命。

在摄像头方面,5纳米工艺有望为多帧处理和AI成像功能提供更强大的处理能力。我们必须等待首批测试结果,方能知道高通骁龙888芯片的这些新功能是否足以胜过麒麟和A14仿生技术。不过,至少目前从纸面上来看,高通骁龙888芯片看起来的确给人留下深刻的印象。