Canon DIGIC4晶片開發團隊 訪談

XTR小唐

本帖最後由 XTR小唐 於 2010-1-23 15:25 編輯



前言：
感光元件及影像處理晶片是決定數位相機畫質的重要因素。把來自鏡頭的光線轉變成數位訊號的感光元件就相當於底片相機的底片，
而處理晶片就是負責底片的沖洗。Canon身為一家70年以上的相機品牌，鏡頭和感光元件一直都是自主研發，影像處理晶片也從很早之前就開始自主研發，那就是”DIGIC”。

DIGIC的進化過程，確切的說，就是追求高畫質化與高速化。2008年秋季開始搭載於新產品上的DIGIC4，跟10年前最初代的晶片相比，性能差了50倍。
現在的DIGIC不僅可以做影像處理，還有自動攝影(Auto Mode)、攝影模式的控制，影像的壓縮、播放，LCD畫面的操控等等，幾乎所有的功能都由電子迴路控制。
這些功能全部放在一個晶片內，並且可通用於數位相機” IXY DIGITAL”、”PowerShot”，還有單眼相機”EOS”。

DIGIC是Canon數位相機的心臟，最新版本DIGIC4的大幅高畫質化、高速化，是如何實現的，讓我們來問問研發團隊吧。

受訪者：
蓮覺寺秀行 – 硬體設計
池田榮一郎 – 畫質信號處理
川口善也 – 畫質處理迴路
關口潔 – 基板實裝設計

主持人：須田忠博

=================本文開始=================

負責數位相機影像處理的DIGIC晶片，其背後的設計團隊，都是些怎樣的工程師呢？

◎池田：
最新的影像處理技術及攝影機能等等重要技術的開發團隊有很多個。例如臉部辨識功能從很久之前就在持續研究中，從DIGIC3首度搭載臉部辨識功能到DIGIC4的大幅提升。
除此之外，還有研究其他可用的周邊技術的團隊，像是關口先生那樣研究主機板晶片整合的團隊等等。

那DIGIC4的研發目標到底是什麼？

◎池田：
更進一步的高畫質化、高速化，將原本DIGIC3的性能強化，還增加了一些新的功能。簡單來說，高畫質化就是一場跟雜訊的戰爭。
雖然感光元件畫素提升，低ISO的畫面細節會更高，但像是DC機種的ISO1600，會由感光元件產生很多無法抹除的訊號，該怎麼把雜訊去除，是我們主要的研究方向。

所謂低雜訊化... 可以更具體一點的說明嗎？

◎池田：
低雜訊化的處理程序有很多種方式。如果處理程序做得越複雜，雜訊便可以更確實的消除。
DIGIC4的發表時，希望能做到最佳的低雜訊化。

但是處理程序越複雜，不就要花更多的處理時間嗎？

◎池田：
是的，沒錯。若是以三代的速度，三代的晶片面積，來跑四代的處理程序的話，一張照片要花3~4秒的時間，甚至10秒。
這樣是無法做為新產品的，所以必須有高速的影像處理才行。反過來說，高速化還可以帶來高畫質。

四代跟三代相較之下，LSI(積體電路)的面積增加了，這是因為高速化的關係嗎？

◎蓮覺寺：
確實在LSI中的迴路可用面積增加了，迴路的規模以及處理程序的規模也增加了好幾倍。
但這並非是高速化的主要因素。是因為迴路設計”技術”的關係，我們才實現了高速化的目標。

所以DIGIC4的高速化是由川口先生的團隊負責囉？

◎川口：
算是吧(笑)。高畫質化以及高速化的要求都是很嚴格的，為了時間這些目標，必須將迴路設計做最佳化處理。
保留原本高畫質化所必須的處理迴路，並設計一個可以提升流量的並列迴路。
舉例來說，不僅是自動選擇對焦點、自動曝光、LCD畫面這些而已，還可以並列處理臉部辨識。
另外，由於DIGIC4的改良，跟上一代相比，臉部辨識的處理速度快了三倍。



◎關口：
有了並列技術之後，使得LSI跟記憶體之前的資料流量變大了，害那位整合化的設計負責人很頭痛(笑)。
因此，整合化以及主機板的各項技術，我們提升了資料傳輸的訊號品質。

目前為止我們所談的全部都是迴路的一部分而已吧，影像處理跟軟體無關嗎？

◎池田：
DIGIC的軟體是用來控制指令的進出，也可以說是負責交通管制，與影像處理一點關係也沒有。
若用軟體來處理的話，那就太慢了。譬如由1000萬畫素感光元件所產生的影像，以普通的桌上型電腦來處理，一張大約需要15分鐘。
但若是DIGIC4的話，可以瞬間處理。現在是一秒10張的高速連拍世界。

DIGIC4的臉部辨識以及高ISO的雜訊抑制處理提升了三倍，動態物體偵測提升了十倍，還增加了暗部補正功能，這些是怎麼做到的呢？

◎池田：
所謂的暗部補正，就是把暗的地方調亮，但單純這麼做的話，雜訊會很嚴重。
例如逆光人像攝影，不使用閃光燈，直接把調整暗部亮度的話，會在臉上出現很多惱人的雜訊。
逆光情況，人類的視覺沒這個困擾，但相機卻無法分辨。
我們靠著低雜訊化的技術補足這項缺點，使DIGIC4更接近人眼。

◎川口：
暗部補正功能做動時，對於臉部偏暗的場合，是很有效果的。

◎池田：
臉部辨識是高畫質化的過程中很重要的一環。
相機如果可以自動辨別框框中的人臉的話，進而針對臉部做處理，就可以維持照片整體的畫質。



特別是DC的使用者，都是拍攝人臉居多。把臉部辨識跟暗部補正兩者結合，真是很棒的功能。
順便問一下，臉部辨識是以什麼為基準？

◎池田：
臉部表面的明暗差，也就是陰影的形狀。四代晶片不只是速度快，辨識準確度也有提高，斜的或是橫的，都可以偵測到。

您說斜的跟橫的都可辨識，這是很難的技術嗎？

◎池田：
負責臉部辨識技術的團隊說，橫躺的臉，頭髮佔了大部分，臉部的陰影比較少，要辨識相當困難。
原本這項辨識技術是為了遏止犯罪而開發，所以都是以直立的臉為主。
但是拍攝小孩或嬰兒的話，很難都從正面拍攝，所以在數位相機這個領域，橫向臉部辨識也是必須的。



原來如此。臉部如果可以精確的辨識，那自動對焦點也可以隨之移動囉？

◎蓮覺寺：
是啊，對焦點會持續追蹤框框中的臉。

◎川口：
這個動態偵測速度跟DIGIC3相比，速度快了十倍。



我們談到現在，我知道高速化是DIGIC4的關鍵。高速化不僅可以降低使用者的煩躁感，也提升了畫質及性能。
換句話說，高速化並非單一目的，同時也達成很多開發目標。那麼，相機的Full HD錄影功能也是歸功於晶片的高速化嗎？

◎蓮覺寺：
感光元件的性能才是最大的因素。DIGIC4只是用來應付從感光元件出來的大量信號。

◎池田：
雖然說是錄影，但並沒有省略信號的處理。就如同靜態照片那樣，也是以高畫質方式記錄。這也是高速化的優點之一。
可Full HD錄影的5D Mark II其動畫的畫質很受好評，這讓我們非常引以為傲。

對了，研發總要先設定目標吧。像這次的DIGIC4，高ISO的處理速度快三倍，
還有暗部補正等等功能，當初是如何決定這些目標的?

◎池田：
基本上是先由各團隊的負責人一起討論LSI的面積分配，面積決定了以後，目標的數值也差不多定下來了。

◎川口：
沒有沒有，其實是池田先生說”那個可以做嗎？這個不能做嗎？”，很多的要求啊！(笑)

◎池田：
別誤會，那是為了要在開發過程中，加入最新的技術。
我總是常常聽到一些傳聞說”Canon對於技術的釋出，總是很保留(小氣)”，其實絕對不是這樣的，身為開發人員，我敢這麼說。

◎蓮覺寺：
雖那麼說，但開發是有時間限制的，總不能一直增加。

但開發者不是都希望產品盡快上市，送到消費者手上嗎？... 你們好積極搶答啊！

◎蓮覺寺：
各主管會聚集起來討論。

◎川口：
”什麼時候會做好？” “那樣不行，太快了” “總之越接近越好” 等等，不斷的在這些問題中反反覆覆。

你們偶而也會有意見不合的時候吧？

◎池田：
開發的實作階段，因為可以在旁邊看，我個人是不會做出蠻橫無理的要求啦，
但是他們那些負責迴路設計的人，會在截止日之後還要求我”不能再增加一些東西了嗎？”，大概就是這纇的要求。

關於這點，關口先生的立場很明確吧？

◎關口：
恩，高速類比信號和高速數位信號不會互相影響的情況下設計配線，還有盡量把體積縮小，做得更薄。這兩個是從以前到現在不變的目標。



原來如此。那這次的研發最難的部分是？

◎蓮覺寺：
應該是市場預測的部分吧！

◎池田：
從一開始著手研發，我們參考了很多款之前上市的相機的影像處理，不論是畫質還是功能，在市場上都佔有一席之地，所以未來市場走向的預測是很難的。
我們考慮中的影像處理程序有很多，但不可能全部都做，必須以市場預測為基礎，縮小我們的範圍。所以如果預測錯誤，會是一件很糟糕的事。

◎蓮覺寺：
我的工作也是，市場預測是很困難的一部分。在設計接收感光元件信號的界面時，要去預測在未來幾年內，會有怎樣性能的感光元件會被開發出來，必須把這些列入考量。

確實是這樣沒錯，技術面的預測很難。

◎川口：
跟那些相比，迴路設計的困難點就比較具體了。就是如何在有限的LSI面積內做最有效的分配利用。
另外因為針腳的數量及位置都不能更改，記憶體等等也不能自由變換。也很難把處理程序都放在LSI內部進行。
面積有效分配以及LSI內部處理，這兩者都是必須面對的課題。

那關口先生呢？

◎關口：
所謂”DIGIC”就是提升版本，朝著高畫質高速處理邁進。因此每次都會增加主機板配線的難度。
特別是高階機，因為其Flash記憶體及DRAM記憶體不是只有一個，要如何發揮DIGIC的最高性能，以最高的速度傳輸資料等等，真是絞盡腦汁了。

在開發過程中，可不可以舉出一些令人難忘的事。

◎池田：
是蓮覺寺的”最後的debug”吧 (笑)

那是什麼？

◎蓮覺寺：
就在一切都要完成之際，發現了一個小bug。那時剛好是暑假要開始的時候，當然不會有人願意幫忙。
最後雖然在暑假結束前一周修好了，但整個暑假期間一直在思考要怎麼處理。這麼沉重的暑假我是第一次遇到。

Canon從數位相機的草創期開始，影像處理器就是自主研發，不像其他公司幾乎都是跟專門的LSI廠商訂做。
對於Canon自主研發這件事，各位有什麼看法？

◎川口：
LSI的內容完全都是自己親手設計，這是很寶貴的。
還有針對個別製品的開發團隊的要求，還有消費者的意見，還有本公司最新的技術，可以快速的反應到最新產品上。

◎池田：
更直接的說，這是身為頂尖相機廠商的自尊心。對於本公司而言，攝影方面的know how已經完整具備。
數位相機從拍攝到沖洗，都可以自行完成，所以要專注在畫質上，說是我們相機老廠牌的堅持也可以。

原來如此。從數位相機到印表機，Canon都有生產，這樣一連貫的產品，很能滿足消費者呢。

◎蓮覺寺：
相機最後的對決還是畫質，如果不全力投入的話，身為相機廠商就沒意意了。我是這麼認為的。



產品的勝負取決於畫質，但拍攝的條件、環境卻大大不同，所以對DIGIC而言，是沒有所謂的最終完成版吧。
因此各位必須身負繼續研發使命，將產品進化再進化。關於產品的進化，各位是怎麼來看？

◎川口：
我覺得DIGIC的進化是一種加法，也稱不上是乘法，當然絕對不會是減法。
在已經決定好的研發期間內，看看能加到怎樣的程度，這是很認真的事情。
我們對於畫質的堅持，並不會終止。

◎蓮覺寺：
對我而言，我很重視”DIGIC是一個共通的平台”這件事，
從入門機種到高階機種，都能提供高畫質及高性能。我們的任務就是確保這份產品的安心感。

以中華料理為例，對於喜歡四川菜的客人，不管他選擇怎樣的等級，都會提供他四川菜，是這樣嗎？

◎蓮覺寺：
對啊對啊(笑)，我們絕對不會把四川菜跟北京菜混在一起。

◎池田：
我也跟兩位的看法相同。甚至是說，希望相機的表現能夠超越人類的視覺。
不只能夠拍出人眼所見的，還要更高一層，拍出令人回味無窮的高畫質照片。而且是人人都可以拍出好照片。
應該經常有請路人幫忙拍照的經驗吧？如果是一生只有一次的照片，沒拍好的話......。
為了要避免這樣的事情發生，DIGIC就是最重要的技術。我覺得必須要無止境的繼續挑戰。



的確，請路人拍照真的不容易。但是自動模式越來越強的話，那職業攝影師要怎麼賺錢(笑)？
最後，關口先生的立場，是如何來看呢？

◎關口：
雖然蓮覺寺提到”DIGIC是一個共通的平台”的價值，但商品化之後，要如何表現出最高的性能，還要依靠配線的設計，這是我的任務。
晶片設計團隊的成員們的熱情，不管怎樣，一定都會抱持著全力以赴的態度。

恩，我了解了。感覺得出來DIGIC4是各位成員的努力結晶。今天很高興有這個機會跟各位談論DIGIC4的開發過程，非常謝謝各位。




[以上內容均為本人翻譯自Canon日本官方網站]

cheroliou

看來機身又要有一場大改革了，謝謝大大提供新知。[s:26]

wildbill

是啊
果然是跟不上硬體更新的腳步啊
感謝分享

chen72121

感謝小唐哥用心地分享..[s:47]

攝男

精采文章
感謝分享
[s:47]

fireboyz

感謝小唐翻譯拉~~~~[s:47]

yen2000

感謝分享DIGIC4開發團隊會談實錄[s:47]

飄藍

爆讚的翻譯   研發人員的心聲可以為廣大的C迷打入強心針

rachelgreen

很精彩的文章，感謝大大，是真, 是假幸福的感慨生命中的风景两重天心裡點了一盞燈夜的眼睛慧眼分真假似水流年的惆悵生命的底色我記憶的源頭我愛光明遺失的美好老人與孩子男人女人故鄉的江讓愛的心花綻放尊重他人，是我们的需要

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翻譯的不錯哩!!
感謝提供資訊!!!

[s:26]

falikusa

DIGIC4撐好久了 DIGIC5也LAG太久了吧!!