“工欲善其事(shi),必先利(li)其器”,規模化的(de)產品(pin)市場(chang)應用(yong)及推廣(guang),永(yong)遠也離不開(kai)對(dui)產品(pin)自身品(pin)質的(de)執著,對(dui)變化中(zhong)的(de)用(yong)戶需(xu)求(qiu)的(de)把握,對(dui)引領(ling)行業(ye)(ye)(ye)技術浪潮的(de)決心,以及對(dui)極致用(yong)戶體(ti)驗的(de)追求(qiu)。在(zai)這(zhe)一(yi)過程(cheng)中(zhong),企業(ye)(ye)(ye)比(bi)拼的(de)是(shi)眼光、執行力和(he)毅力——誰更接近用(yong)戶的(de)需(xu)求(qiu)痛點(dian),誰更高效地(di)將策略進行落地(di),誰多堅持(chi)了一(yi)口氣,多做(zuo)了一(yi)分,誰就有(you)可(ke)能(neng)獲取(qu)市場(chang)認可(ke),獲取(qu)用(yong)戶口碑,進而成(cheng)為(wei)激烈(lie)競爭下的(de)勝利(li)者。更進一(yi)步,產品(pin)在(zai)不斷升級迭代的(de)過程(cheng)中(zhong),經常會遇到令研發“進退兩難”的(de)市場(chang)需(xu)求(qiu):于(yu)技術而言處于(yu)“魚與熊掌”兩端(duan),而于(yu)用(yong)戶而言卻(que)(que)要(yao)“二者兼(jian)得(de)”。如(ru)何取(qu)舍,如(ru)何兼(jian)顧,如(ru)何打破此種困境進而樹立一(yi)個新的(de)行業(ye)(ye)(ye)技術亮(liang)點(dian),成(cheng)為(wei)了企業(ye)(ye)(ye)所(suo)面臨的(de)難題和(he)挑(tiao)戰,卻(que)(que)又(you)成(cheng)為(wei)了新的(de)機(ji)遇。
U-Code 的誕生背景
從傳統(tong)的閉(bi)路電視到全IP 監控,從標清到高(gao)清再到超清,數(shu)字(zi)化浪潮中(zhong)人們不斷追(zhui)求(qiu)更清晰和更真實的畫面細(xi)節,但是基于此而帶(dai)來的高(gao)帶(dai)寬、高(gao)存儲空間(jian)要求(qiu),卻困擾(rao)著(zhu)眾多(duo)用戶(hu)對高(gao)視頻(pin)質量(liang)需求(qiu)的落地。
于是,隨著視(shi)頻監(jian)控(kong)(kong)市場空間不斷(duan)擴(kuo)大,產(chan)品序列不斷(duan)擴(kuo)展豐富(fu),人們開始面臨一種新(xin)的煩(fan)惱:監(jian)控(kong)(kong)設(she)備增長(chang)與存儲(chu)增長(chang)的差異化需求。若是以(yi)單(dan)監(jian)控(kong)(kong)設(she)備存儲(chu)為例,存儲(chu)普通720P監(jian)控(kong)(kong)(2M 帶寬(kuan))大約一天需要占用存儲(chu)資源23GB,一塊3T 硬盤基本可(ke)以(yi)滿足121 臺設(she)備的存儲(chu)要求,看上去似乎(hu)非常令人滿意。但是實際(ji)上,受限于視(shi)頻管理服務器的接入性能(neng),專業存儲(chu)設(she)備的硬盤數量,存儲(chu)方案的選擇(RAID 方案),每次擴(kuo)展視(shi)頻監(jian)控(kong)(kong)前端都會受制于系(xi)統存儲(chu)擴(kuo)容的能(neng)力(li)。而隨著系(xi)統的不斷(duan)擴(kuo)容,存儲(chu)速率、數據(ju)管理能(neng)力(li)、大數據(ju)應(ying)用等(deng)等(deng)又對整個系(xi)統架構提出了更(geng)新(xin)更(geng)高的要求。
那么,如何能在不(bu)損失(shi)畫面質量的基礎上(shang),降低設備的存儲資源損耗,進而延長存儲時間呢?
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(jie)決(jue)這個(ge)問(wen)題的(de)(de)(de)關鍵在于如(ru)何進行(xing)更高效的(de)(de)(de)視頻編碼(ma)(ma),在于用(yong)何種策略在保障圖像(xiang)細節的(de)(de)(de)前(qian)提(ti)下將(jiang)碼(ma)(ma)流(liu)壓縮(suo)做到極致(zhi)。而目前(qian)在安防(fang)領域,最(zui)常見的(de)(de)(de)編碼(ma)(ma)方式(shi)(shi)是H.264 格(ge)式(shi)(shi),以及正在飛速發展擴張(zhang)的(de)(de)(de)H.265。舉個(ge)例(li)子,原(yuan)始(shi)視頻數據的(de)(de)(de)大小如(ru)果(guo)為(wei)100Mbps,采用(yong)H.264 壓縮(suo)后將(jiang)不(bu)超(chao)過(guo)1Mbps,視頻壓縮(suo)比超(chao)過(guo)100:1,而H.265 通過(guo)優化幀(zhen)間組合和隨幀(zhen)信息較前(qian)作等方式(shi)(shi)已(yi)經實(shi)現一定程度的(de)(de)(de)優化,但(dan)距離(li)宣稱的(de)(de)(de)降(jiang)低50% 的(de)(de)(de)帶(dai)寬(kuan)能力(li)還尚有(you)一段距離(li)。因此(ci),盡管H.264 及H.265 已(yi)經基本被(bei)確立(li)為(wei)行(xing)業標準(zhun),但(dan)其中仍(reng)有(you)相(xiang)當大的(de)(de)(de)空間由(you)研發實(shi)力(li)較強的(de)(de)(de)廠(chang)家(jia)去做改(gai)進與突破。
宇(yu)視深入研(yan)究這(zhe)兩種編(bian)碼技(ji)(ji)術,在芯片編(bian)碼技(ji)(ji)術層面(mian)實現(xian)了一(yi)(yi)系(xi)列優(you)化(hua)(hua),呈現(xian)的(de)技(ji)(ji)術成果就(jiu)是我們(men)所說的(de)U-Code。因此(ci),U-Code 本(ben)身不(bu)是新的(de)編(bian)碼標(biao)準(zhun),而是一(yi)(yi)種差異化(hua)(hua)的(de)編(bian)碼技(ji)(ji)術,是可(ke)以進(jin)一(yi)(yi)步降低帶寬的(de)深度編(bian)碼優(you)化(hua)(hua)技(ji)(ji)術方案。
宇視U-Code 智能(neng)編碼(ma)技術分為兩種(zhong)模(mo)式(shi):基礎模(mo)式(shi)和高(gao)級模(mo)式(shi)。其中基礎模(mo)式(shi)靜(jing)態場(chang)景(jing)(jing)的(de)最高(gao)壓(ya)縮(suo)(suo)率在80% 左右,運動(dong)場(chang)景(jing)(jing)的(de)平均壓(ya)縮(suo)(suo)率在25% 左右;而(er)高(gao)級模(mo)式(shi)又(you)有極大提升,其靜(jing)態場(chang)景(jing)(jing)的(de)最高(gao)壓(ya)縮(suo)(suo)率甚至(zhi)(zhi)達到了95%,而(er)對于運動(dong)場(chang)景(jing)(jing)也能(neng)將(jiang)平均壓(ya)縮(suo)(suo)率提升至(zhi)(zhi)50% 左右。舉例來說(shuo),眾所(suo)周(zhou)知,采(cai)用(yong)H.264 編碼(ma),1080P 的(de)圖像(xiang)至(zhi)(zhi)少需要4M 碼(ma)流(liu);采(cai)用(yong)H.265,碼(ma)流(liu)可降至(zhi)(zhi)2M;而(er)開啟U-Code 高(gao)級模(mo)式(shi)后,其平均碼(ma)流(liu)將(jiang)不會超過(guo)1M。真正做到了“1M 碼(ma)流(liu)看高(gao)清”。
U-Code 的核心原理
那(nei)么,U-Code 技術是怎樣實現(xian)如此強大的功(gong)能呢?它的核心原理有二,分別(bie)為(wei)智(zhi)能區(qu)域(yu)感知(IRP,Intelligent Region Perception)以及(ji)增強幀技術(EF,Enhanced Frame)。
EF 技術
H.264 技(ji)術定義了三(san)種幀(zhen),擁有(you)完整編碼信息的(de)I 幀(zhen),只包含差異信息的(de)P 幀(zhen),參考(kao)前后幀(zhen)的(de)B 幀(zhen)。通常情(qing)況(kuang)下(xia)每個(ge)幀(zhen)率(lv)周(zhou)期(比方說25fps)內會有(you)一個(ge)I幀(zhen),剩(sheng)余都(dou)由P幀(zhen)和B幀(zhen)組成。如果(guo)單獨將碼流(liu)的(de)每一幀(zhen)碼率(lv)分(fen)解開來,我們會看到下(xia)圖(見下(xia)頁)這(zhe)樣一個(ge)曲(qu)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,增(zeng)強幀(zhen)技術達到(dao)降低帶寬總共分2步:①增(zeng)大 I 幀(zhen)間隔GOP ②增(zeng)加虛(xu)擬 I 幀(zhen)。
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(zeng)加虛擬(ni) I 幀:我(wo)們知道 I 幀作為關(guan)鍵(jian)幀攜(xie)帶大量編(bian)碼信息,所以(yi)錄像回放(fang)(fang)時通常采用檢索 I 幀尋找對應(ying)的時刻,因為P 幀信息有限不能提供準確時間(jian)節點(dian)。那么我(wo)們增(zeng)大 I 幀間(jian)隔GOP后,雖然達到(dao)(dao)了帶寬(kuan)降低的目的,但是錄像回放(fang)(fang)檢索時時間(jian)跨度也受到(dao)(dao)GOP 長度影(ying)響,使得(de)回放(fang)(fang)檢索精度受到(dao)(dao)影(ying)響。
因(yin)此,在增大 I 幀間(jian)隔(ge)GOP 的(de)同時,增加虛擬 I 幀(Virtual I Frame),攜帶必(bi)要的(de)編碼信息(xi)。
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 技術是這樣做的(de)(de),它(ta)首先將畫面分(fen)割為(wei)若干(gan)區(qu)域(yu)(yu),然后快速(su)分(fen)離記憶多(duo)幀(zhen)無變(bian)化的(de)(de)區(qu)域(yu)(yu)。當畫面中出現區(qu)域(yu)(yu)內背(bei)景與前幀(zhen)發生(sheng)劇(ju)烈(lie)變(bian)化(這個(ge)劇(ju)烈(lie)變(bian)化類似于(yu)常(chang)用(yong)的(de)(de)運動物體檢(jian)測最小區(qu)域(yu)(yu))時,標記該區(qu)域(yu)(yu)以及周邊聯通(tong)的(de)(de)若干(gan)區(qu)域(yu)(yu)。單(dan)個(ge)區(qu)域(yu)(yu)的(de)(de)壓縮比(bi)參(can)考(kao)前幀(zhen)使(shi)用(yong)較高的(de)(de)壓縮比(bi),而被標記的(de)(de)區(qu)域(yu)(yu)(如藍色區(qu)域(yu)(yu))將使(shi)用(yong)允許的(de)(de)最低壓縮比(bi)。(參(can)考(kao)下圖)
U-Code 的使用價值
提供如此優異(yi)性能(neng)的U-Code 技術,能(neng)帶來哪些用戶價(jia)值呢(ni)?
首先,最(zui)直觀的(de)(de)(de)價(jia)值即體現在(zai)(zai)保證視頻質(zhi)量的(de)(de)(de)基礎上,能(neng)有(you)效降低傳(chuan)輸碼(ma)流(liu)。無論(lun)視頻編碼(ma)技術(shu)發(fa)展到哪一(yi)步,用(yong)戶(hu)對視頻圖像質(zhi)量的(de)(de)(de)重視永遠是擺在(zai)(zai)首位的(de)(de)(de),以(yi)損害圖像細節(jie)呈現為(wei)代價(jia)的(de)(de)(de)技術(shu)在(zai)(zai)如(ru)今監控行業(ye)是站不(bu)住腳的(de)(de)(de)。因(yin)此,U-Code 技術(shu)有(you)了(le)畫質(zhi)的(de)(de)(de)保證,其低碼(ma)流(liu)的(de)(de)(de)特性可以(yi)為(wei)客(ke)戶(hu)直接貢(gong)獻傳(chuan)輸及存(cun)儲價(jia)值,即占用(yong)更(geng)低的(de)(de)(de)碼(ma)流(liu),消耗更(geng)少的(de)(de)(de)存(cun)儲資(zi)源;另一(yi)方面,客(ke)戶(hu)也可以(yi)在(zai)(zai)不(bu)增(zeng)加任何成本的(de)(de)(de)情況(kuang)下,將存(cun)儲時間自然延長一(yi)倍,這極(ji)大便(bian)利了(le)各(ge)行各(ge)業(ye)日(ri)漸增(zeng)長的(de)(de)(de)對存(cun)儲周期延長的(de)(de)(de)需求。
其次,在監控需(xu)求(qiu)呈爆發(fa)性增長的(de)今(jin)天,并不(bu)(bu)是每一個用戶(hu)都可以(yi)將(jiang)監控系統業務承載于(yu)不(bu)(bu)受限(xian)的(de)網絡帶寬(kuan)下,大量(liang)的(de)客(ke)戶(hu)希望在受限(xian)的(de)情況下依然能夠體驗高(gao)(gao)清穩定(ding)的(de)畫質(zhi)。而這看似矛盾的(de)需(xu)求(qiu)恰好(hao)給U-Code 提供了大顯身手的(de)機會,其高(gao)(gao)壓縮和高(gao)(gao)畫質(zhi)并存的(de)特點必將(jiang)帶來極(ji)佳的(de)用戶(hu)體驗。
再次,在監控(kong)IT 化的(de)(de)趨勢下,越來越多的(de)(de)客戶擺(bai)脫(tuo)了單一局域(yu)網的(de)(de)固定(ding)(ding)模式,廣域(yu)聯網以(yi)及遠程控(kong)制(zhi)訪(fang)問成為了新的(de)(de)潮(chao)流。對于廣域(yu)聯網而(er)言,考驗的(de)(de)是(shi)在網絡(luo)帶寬(kuan)極(ji)其(qi)(qi)(qi)有限和(he)不(bu)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)的(de)(de)情(qing)況(kuang)下,產品及系統怎(zen)樣才能做到穩(wen)(wen)定(ding)(ding)、圖像流暢不(bu)卡頓、抗(kang)丟包等。而(er)U-Code 技(ji)術能憑借其(qi)(qi)(qi)豐富的(de)(de)網絡(luo)適應性大大解決用戶的(de)(de)上述使用痛(tong)點,進而(er)展現其(qi)(qi)(qi)強大的(de)(de)碼流平滑力度(du),對視頻清晰流暢的(de)(de)貢(gong)獻(xian)。
最后,一(yi)項優異且成(cheng)熟的(de)技(ji)術,如果(guo)是需(xu)要一(yi)系列復雜操作才能實現(xian),又或是不開放不兼容(rong)的(de)話,是不會沉(chen)淀出厚實的(de)用戶基(ji)礎的(de)。目前(qian)宇(yu)視(shi)的(de)U-Code 技(ji)術已經能夠做到前(qian)后端上電添加后自動(dong)切(qie)換為U-Code 高級(ji)模式,無需(xu)人(ren)工(gong)手動(dong)調節(jie);同(tong)時(shi),由于現(xian)有標準協議限制,當宇(yu)視(shi)的(de)前(qian)端IPC 與(yu)第三(san)方后端設備(bei)對(dui)接時(shi),雖然無法提供U-Code 高級(ji)模式,但仍能用U-Code 基(ji)礎模式對(dui)系統做出大大的(de)優化。這些都(dou)是U-Code 技(ji)術易用性及兼容(rong)性的(de)集中(zhong)體現(xian)。
技術永(yong)遠是(shi)推動視(shi)頻行(xing)業發(fa)展的“源頭活水(shui)”,惟(wei)有不(bu)斷(duan)(duan)推陳出新,真(zhen)正從(cong)用戶實際應用場景出發(fa),不(bu)斷(duan)(duan)耕(geng)耘(yun),創(chuang)造出更穩定,性價(jia)比更高(gao)的產品(pin),才能(neng)屹立(li)于行(xing)業浪潮(chao)之巔(dian)。