“工欲(yu)善其(qi)事,必先利其(qi)器”,規(gui)模化的(de)(de)產品(pin)(pin)市(shi)場(chang)應用及推廣(guang),永遠也(ye)離不開對(dui)(dui)產品(pin)(pin)自身品(pin)(pin)質(zhi)的(de)(de)執著,對(dui)(dui)變化中的(de)(de)用戶(hu)(hu)需求(qiu)的(de)(de)把握,對(dui)(dui)引領行(xing)業(ye)技術(shu)浪潮的(de)(de)決心,以及對(dui)(dui)極致用戶(hu)(hu)體(ti)驗的(de)(de)追求(qiu)。在(zai)(zai)這一(yi)(yi)過程中,企業(ye)比(bi)拼的(de)(de)是眼光、執行(xing)力和毅力——誰(shui)更(geng)接近用戶(hu)(hu)的(de)(de)需求(qiu)痛點,誰(shui)更(geng)高效地將策(ce)略進(jin)行(xing)落地,誰(shui)多堅持了一(yi)(yi)口(kou)氣,多做了一(yi)(yi)分,誰(shui)就有(you)可(ke)能獲取(qu)市(shi)場(chang)認(ren)可(ke),獲取(qu)用戶(hu)(hu)口(kou)碑,進(jin)而成(cheng)為(wei)激烈競(jing)爭下的(de)(de)勝利者。更(geng)進(jin)一(yi)(yi)步,產品(pin)(pin)在(zai)(zai)不斷升級迭代的(de)(de)過程中,經常(chang)會遇到令研發“進(jin)退兩(liang)(liang)難(nan)”的(de)(de)市(shi)場(chang)需求(qiu):于(yu)技術(shu)而言處于(yu)“魚與熊掌”兩(liang)(liang)端,而于(yu)用戶(hu)(hu)而言卻要“二者兼得(de)”。如(ru)何(he)(he)取(qu)舍,如(ru)何(he)(he)兼顧,如(ru)何(he)(he)打破(po)此(ci)種困境進(jin)而樹立一(yi)(yi)個新(xin)(xin)的(de)(de)行(xing)業(ye)技術(shu)亮點,成(cheng)為(wei)了企業(ye)所面臨的(de)(de)難(nan)題和挑戰,卻又成(cheng)為(wei)了新(xin)(xin)的(de)(de)機遇。
U-Code 的誕生背景
從傳(chuan)統的(de)閉路電視到全IP 監控,從標清到高清再到超(chao)清,數字化浪潮中人們不斷追求(qiu)更清晰和(he)更真實的(de)畫面細節,但是基于此(ci)而帶來的(de)高帶寬、高存(cun)儲空間要求(qiu),卻(que)困(kun)擾著眾多用戶對高視頻質量需求(qiu)的(de)落地。
于是,隨著視頻監(jian)控(kong)市場空間(jian)不(bu)斷(duan)擴(kuo)大(da),產品序列不(bu)斷(duan)擴(kuo)展(zhan)豐富(fu),人們開始(shi)面臨(lin)一種(zhong)新(xin)的(de)煩惱:監(jian)控(kong)設(she)備增長與存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)增長的(de)差異化需(xu)求(qiu)。若是以(yi)單監(jian)控(kong)設(she)備存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)為例,存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)普通720P監(jian)控(kong)(2M 帶寬)大(da)約一天需(xu)要占用存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)資源(yuan)23GB,一塊(kuai)3T 硬(ying)盤(pan)基本可以(yi)滿足121 臺設(she)備的(de)存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)要求(qiu),看上去似乎非常(chang)令人滿意(yi)。但(dan)是實(shi)際上,受(shou)限(xian)于視頻管(guan)理(li)服(fu)務器的(de)接(jie)入性能,專(zhuan)業存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)設(she)備的(de)硬(ying)盤(pan)數量,存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)方案(an)的(de)選擇(RAID 方案(an)),每(mei)次擴(kuo)展(zhan)視頻監(jian)控(kong)前端(duan)都(dou)會(hui)受(shou)制于系統存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)擴(kuo)容的(de)能力。而隨著系統的(de)不(bu)斷(duan)擴(kuo)容,存(cun)(cun)(cun)儲(chu)(chu)(chu)速率、數據管(guan)理(li)能力、大(da)數據應用等等又(you)對整個系統架構提出了更(geng)新(xin)更(geng)高的(de)要求(qiu)。
那么,如何能(neng)在不損(sun)失(shi)畫面(mian)質量的基礎(chu)上,降低(di)設備的存(cun)儲資(zi)源損(sun)耗,進而延長存(cun)儲時間呢?
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多地復雜環境下采用統一標準,對星光效果、低碼率同帶寬下畫質、易用性、兼容性等進行測試。右圖為業界H.265 編碼攝像機拍攝、左圖為宇視U-Code 技術拍攝
U-Code 的誕生背景
解決(jue)這個問題的(de)(de)(de)(de)關鍵在(zai)(zai)于(yu)如(ru)何進(jin)(jin)行(xing)更高效的(de)(de)(de)(de)視頻編(bian)碼,在(zai)(zai)于(yu)用何種(zhong)策(ce)略在(zai)(zai)保障圖像(xiang)細節的(de)(de)(de)(de)前(qian)提下將碼流壓(ya)縮(suo)做到極致(zhi)。而目前(qian)在(zai)(zai)安防領域,最常見的(de)(de)(de)(de)編(bian)碼方式(shi)是H.264 格式(shi),以(yi)及(ji)正在(zai)(zai)飛速(su)發展擴張的(de)(de)(de)(de)H.265。舉個例(li)子(zi),原始(shi)視頻數據的(de)(de)(de)(de)大(da)小如(ru)果為(wei)100Mbps,采用H.264 壓(ya)縮(suo)后將不超過1Mbps,視頻壓(ya)縮(suo)比超過100:1,而H.265 通過優化幀(zhen)間組合和隨幀(zhen)信(xin)息較前(qian)作等(deng)方式(shi)已(yi)經實現一定程(cheng)度的(de)(de)(de)(de)優化,但距離(li)宣(xuan)稱的(de)(de)(de)(de)降(jiang)低50% 的(de)(de)(de)(de)帶寬能力還(huan)尚有一段(duan)距離(li)。因此(ci),盡管(guan)H.264 及(ji)H.265 已(yi)經基本被確立為(wei)行(xing)業標準,但其(qi)中仍有相當(dang)大(da)的(de)(de)(de)(de)空間由研(yan)發實力較強的(de)(de)(de)(de)廠家(jia)去做改進(jin)(jin)與突破。
宇(yu)視深(shen)(shen)入研(yan)究這兩種(zhong)編碼技術(shu)(shu),在芯片編碼技術(shu)(shu)層面實現了(le)一系列優(you)化,呈現的(de)技術(shu)(shu)成果就(jiu)是(shi)我們所說的(de)U-Code。因此,U-Code 本(ben)身(shen)不是(shi)新的(de)編碼標準,而是(shi)一種(zhong)差異化的(de)編碼技術(shu)(shu),是(shi)可(ke)以進一步降低帶寬(kuan)的(de)深(shen)(shen)度編碼優(you)化技術(shu)(shu)方案。
宇視U-Code 智能(neng)編(bian)碼(ma)(ma)技(ji)術分(fen)為兩(liang)種模式(shi)(shi):基礎模式(shi)(shi)和高級模式(shi)(shi)。其中(zhong)基礎模式(shi)(shi)靜(jing)態場(chang)景(jing)的(de)最高壓縮(suo)率(lv)在80% 左右,運動場(chang)景(jing)的(de)平均壓縮(suo)率(lv)在25% 左右;而(er)高級模式(shi)(shi)又有(you)極大提(ti)(ti)升,其靜(jing)態場(chang)景(jing)的(de)最高壓縮(suo)率(lv)甚至達到了95%,而(er)對于運動場(chang)景(jing)也(ye)能(neng)將平均壓縮(suo)率(lv)提(ti)(ti)升至50% 左右。舉例(li)來說,眾所周知(zhi),采用H.264 編(bian)碼(ma)(ma),1080P 的(de)圖像至少需(xu)要4M 碼(ma)(ma)流(liu);采用H.265,碼(ma)(ma)流(liu)可降至2M;而(er)開(kai)啟U-Code 高級模式(shi)(shi)后,其平均碼(ma)(ma)流(liu)將不會(hui)超過1M。真正做到了“1M 碼(ma)(ma)流(liu)看(kan)高清”。
U-Code 的核心原理
那么,U-Code 技(ji)術是怎樣實現如此強(qiang)大的(de)功能呢?它(ta)的(de)核(he)心原理有二,分別為智能區域感知(IRP,Intelligent Region Perception)以及(ji)增強(qiang)幀技(ji)術(EF,Enhanced Frame)。
EF 技術
H.264 技術定義了(le)三種幀(zhen)(zhen)(zhen),擁有(you)完整編碼信息的I 幀(zhen)(zhen)(zhen),只包(bao)含差異信息的P 幀(zhen)(zhen)(zhen),參考前后幀(zhen)(zhen)(zhen)的B 幀(zhen)(zhen)(zhen)。通(tong)常情況下(xia)每個幀(zhen)(zhen)(zhen)率(lv)周期(比方說25fps)內會有(you)一個I幀(zhen)(zhen)(zhen),剩余(yu)都由P幀(zhen)(zhen)(zhen)和B幀(zhen)(zhen)(zhen)組成。如果單獨(du)將碼流的每一幀(zhen)(zhen)(zhen)碼率(lv)分解開(kai)來,我們會看到下(xia)圖(tu)(見下(xia)頁)這樣一個曲線:
從曲線變化可以看到,藍色幀碼率較低,而紅色幀碼率極大。紅色的幀就是I 幀,它攜帶了大量的編碼信息,因此占用的帶寬極高。
事實上(shang),增強幀技術達到降(jiang)低帶寬總共(gong)分2步:①增大(da) I 幀間隔GOP ②增加(jia)虛擬 I 幀。
①增大 I 幀間隔GOP:從上圖中,我們很容易理解,I 幀作為關鍵幀攜帶大量編碼信息,因此 I 幀越少,帶寬越低。增大 I 幀間隔GOP 可以有效降低整體帶寬。我們的增強幀技術,通過畫面變化趨勢分析,在畫面靜態趨向時使用較大GOP,在畫面有快速動態變化是使用較小GOP,來動態調節 I 幀間隔。
②增加虛(xu)擬 I 幀:我們知道 I 幀作為(wei)關鍵幀攜帶(dai)大量編碼(ma)信息,所(suo)以錄像(xiang)回(hui)放時通常采用(yong)檢索(suo) I 幀尋找(zhao)對應的時刻,因為(wei)P 幀信息有限不能提供準確時間(jian)節點(dian)。那么(me)我們增大 I 幀間(jian)隔(ge)GOP后,雖然達到了帶(dai)寬降低的目的,但是錄像(xiang)回(hui)放檢索(suo)時時間(jian)跨度也受到GOP 長度影響(xiang),使得回(hui)放檢索(suo)精度受到影響(xiang)。
因此,在增(zeng)大(da) I 幀間隔(ge)GOP 的同時,增(zeng)加(jia)虛(xu)擬 I 幀(Virtual I Frame),攜帶必(bi)要的編碼(ma)信息。
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IRP 技術
以下圖的監控區域場景為例,橙色區域內有車輛來回穿梭,而上下兩個分割區域內并沒有劇烈的物體運動。因此在處理這樣的單幀畫面時,對于上下分割區域采用較強的壓縮比,對于橙色區域采用較低的壓縮比。
當然,這只是完成了最簡單的一步。實際上,對于機械視覺場景而言,如何準確判斷存在運動物體的區域才是IRP 技術要解決的核心難題。
IRP 技術是這樣(yang)做(zuo)的(de),它首(shou)先將畫面分割為若(ruo)(ruo)干區(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)(yu),然后快速分離(li)記憶多幀無(wu)變化的(de)區(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)。當(dang)畫面中出現區(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)內背景與前幀發生劇烈(lie)變化(這個(ge)劇烈(lie)變化類似于常(chang)用的(de)運(yun)動物體檢測(ce)最小(xiao)區(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)(yu))時,標(biao)記該(gai)區(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)以及(ji)周(zhou)邊聯通的(de)若(ruo)(ruo)干區(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)。單(dan)個(ge)區(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)的(de)壓(ya)縮(suo)比參考前幀使用較高的(de)壓(ya)縮(suo)比,而被標(biao)記的(de)區(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)(如(ru)藍色區(qu)域(yu)(yu)(yu)(yu)(yu)(yu))將使用允許(xu)的(de)最低壓(ya)縮(suo)比。(參考下圖)
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U-Code 的使用價值
提供如此優異性能的(de)U-Code 技術,能帶來哪些(xie)用戶價值呢?
首先,最直觀的(de)(de)價(jia)值(zhi)即體現(xian)在(zai)(zai)保(bao)證視(shi)(shi)頻(pin)質量的(de)(de)基礎上,能(neng)有效降低(di)傳輸碼(ma)流。無論視(shi)(shi)頻(pin)編碼(ma)技術發展到(dao)哪一(yi)步,用戶對視(shi)(shi)頻(pin)圖像質量的(de)(de)重視(shi)(shi)永遠是擺在(zai)(zai)首位(wei)的(de)(de),以損害圖像細節呈現(xian)為(wei)代(dai)價(jia)的(de)(de)技術在(zai)(zai)如(ru)今監控(kong)行業是站不住腳的(de)(de)。因此,U-Code 技術有了(le)畫(hua)質的(de)(de)保(bao)證,其低(di)碼(ma)流的(de)(de)特性可(ke)以為(wei)客(ke)戶直接(jie)貢獻(xian)傳輸及(ji)存(cun)(cun)儲(chu)價(jia)值(zhi),即占(zhan)用更(geng)低(di)的(de)(de)碼(ma)流,消耗更(geng)少的(de)(de)存(cun)(cun)儲(chu)資源;另一(yi)方面(mian),客(ke)戶也可(ke)以在(zai)(zai)不增加任何(he)成本的(de)(de)情況下(xia),將存(cun)(cun)儲(chu)時間自然延長(chang)(chang)一(yi)倍,這極大便利了(le)各(ge)行各(ge)業日漸增長(chang)(chang)的(de)(de)對存(cun)(cun)儲(chu)周(zhou)期延長(chang)(chang)的(de)(de)需(xu)求。
其次,在(zai)監(jian)控(kong)需求呈(cheng)爆發性增長的(de)(de)(de)(de)今天,并不是每(mei)一(yi)個用(yong)戶都可以將(jiang)監(jian)控(kong)系(xi)統(tong)業務承載于(yu)不受限的(de)(de)(de)(de)網絡(luo)帶寬下(xia),大(da)量的(de)(de)(de)(de)客戶希望在(zai)受限的(de)(de)(de)(de)情況下(xia)依然能夠體驗高(gao)清穩(wen)定的(de)(de)(de)(de)畫(hua)質。而這看似矛盾的(de)(de)(de)(de)需求恰好給(gei)U-Code 提(ti)供了大(da)顯身手的(de)(de)(de)(de)機會,其高(gao)壓縮和高(gao)畫(hua)質并存的(de)(de)(de)(de)特(te)點必將(jiang)帶來(lai)極佳的(de)(de)(de)(de)用(yong)戶體驗。
再(zai)次,在監控IT 化的(de)(de)(de)趨勢下,越來(lai)越多(duo)的(de)(de)(de)客戶(hu)擺脫(tuo)了(le)單(dan)一(yi)局(ju)域網(wang)(wang)(wang)(wang)的(de)(de)(de)固定模式(shi),廣域聯(lian)網(wang)(wang)(wang)(wang)以及(ji)遠程控制訪問(wen)成為了(le)新(xin)的(de)(de)(de)潮流。對(dui)于廣域聯(lian)網(wang)(wang)(wang)(wang)而(er)(er)言,考驗的(de)(de)(de)是在網(wang)(wang)(wang)(wang)絡帶寬極其(qi)有限和不穩(wen)定的(de)(de)(de)情況下,產品及(ji)系(xi)統怎(zen)樣才能做到穩(wen)定、圖(tu)像流暢不卡(ka)頓、抗丟包(bao)等。而(er)(er)U-Code 技術能憑(ping)借其(qi)豐富的(de)(de)(de)網(wang)(wang)(wang)(wang)絡適應性(xing)大(da)(da)大(da)(da)解決(jue)用戶(hu)的(de)(de)(de)上述(shu)使用痛(tong)點(dian),進而(er)(er)展現其(qi)強大(da)(da)的(de)(de)(de)碼流平滑力度,對(dui)視頻(pin)清晰流暢的(de)(de)(de)貢獻。
最后(hou),一項優(you)異且成熟的(de)(de)技術(shu)(shu)(shu),如果是需要一系(xi)列復(fu)雜操(cao)作才能(neng)(neng)(neng)實(shi)(shi)現,又或是不開放(fang)不兼(jian)(jian)容的(de)(de)話,是不會沉淀出(chu)厚(hou)實(shi)(shi)的(de)(de)用(yong)戶基(ji)礎的(de)(de)。目前宇視的(de)(de)U-Code 技術(shu)(shu)(shu)已(yi)經能(neng)(neng)(neng)夠做到前后(hou)端上電添(tian)加后(hou)自動切(qie)換為(wei)U-Code 高級(ji)模式,無(wu)(wu)需人工手動調節;同時,由于現有標準協議限制(zhi),當宇視的(de)(de)前端IPC 與第三方(fang)后(hou)端設備(bei)對(dui)接時,雖然(ran)無(wu)(wu)法提供(gong)U-Code 高級(ji)模式,但仍能(neng)(neng)(neng)用(yong)U-Code 基(ji)礎模式對(dui)系(xi)統做出(chu)大大的(de)(de)優(you)化。這些都是U-Code 技術(shu)(shu)(shu)易用(yong)性及兼(jian)(jian)容性的(de)(de)集中(zhong)體現。
技術(shu)永遠(yuan)是推動視頻行業(ye)(ye)發展的“源頭活水”,惟有不斷推陳出新(xin),真正從用(yong)(yong)戶(hu)實際應用(yong)(yong)場(chang)景(jing)出發,不斷耕耘,創造出更穩(wen)定,性價比更高(gao)的產品,才能屹(yi)立(li)于行業(ye)(ye)浪潮(chao)之巔。