劉洋

“工欲善其事，必先利其器”，規(guī)?；漠a(chǎn)品市場應(yīng)用及推廣，永遠也離不開對產(chǎn)品自身品質(zhì)的執(zhí)著，對變化中的用戶需求的把握，對引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)浪潮的決心，以及對極致用戶體驗的追求。在這一過程中，企業(yè)比拼的是眼光、執(zhí)行力和毅力——誰更接近用戶的需求痛點，誰更高效地將策略進行落地，誰多堅持了一口氣，多做了一分，誰就有可能獲取市場認可，獲取用戶口碑，進而成為激烈競爭下的勝利者。更進一步，產(chǎn)品在不斷升級迭代的過程中，經(jīng)常會遇到令研發(fā)“進退兩難”的市場需求：于技術(shù)而言處于“魚與熊掌”兩端，而于用戶而言卻要“二者兼得”。如何取舍，如何兼顧，如何打破此種困境進而樹立一個新的行業(yè)技術(shù)亮點，成為了企業(yè)所面臨的難題和挑戰(zhàn)，卻又成為了新的機遇。

U-Code 的誕生背景

從傳統(tǒng)的閉路電視到全IP 監(jiān)控，從標(biāo)清到高清再到超清，數(shù)字化浪潮中人們不斷追求更清晰和更真實的畫面細節(jié)，但是基于此而帶來的高帶寬、高存儲空間要求，卻困擾著眾多用戶對高視頻質(zhì)量需求的落地。

于是，隨著視頻監(jiān)控市場空間不斷擴大，產(chǎn)品序列不斷擴展豐富，人們開始面臨一種新的煩惱：監(jiān)控設(shè)備增長與存儲增長的差異化需求。若是以單監(jiān)控設(shè)備存儲為例，存儲普通720P監(jiān)控（2M 帶寬）大約一天需要占用存儲資源23GB，一塊3T 硬盤基本可以滿足121 臺設(shè)備的存儲要求，看上去似乎非常令人滿意。但是實際上，受限于視頻管理服務(wù)器的接入性能，專業(yè)存儲設(shè)備的硬盤數(shù)量，存儲方案的選擇（RAID 方案），每次擴展視頻監(jiān)控前端都會受制于系統(tǒng)存儲擴容的能力。而隨著系統(tǒng)的不斷擴容，存儲速率、數(shù)據(jù)管理能力、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等等又對整個系統(tǒng)架構(gòu)提出了更新更高的要求。

那么，如何能在不損失畫面質(zhì)量的基礎(chǔ)上，降低設(shè)備的存儲資源損耗，進而延長存儲時間呢？

多地復(fù)雜環(huán)境下采用統(tǒng)一標(biāo)準，對星光效果、低碼率同帶寬下畫質(zhì)、易用性、兼容性等進行測試。右圖為業(yè)界H.265 編碼攝像機拍攝、左圖為宇視U-Code 技術(shù)拍攝

U-Code 的誕生背景

解決這個問題的關(guān)鍵在于如何進行更高效的視頻編碼，在于用何種策略在保障圖像細節(jié)的前提下將碼流壓縮做到極致。而目前在安防領(lǐng)域，最常見的編碼方式是H.264 格式，以及正在飛速發(fā)展擴張的H.265。舉個例子，原始視頻數(shù)據(jù)的大小如果為100Mbps，采用H.264 壓縮后將不超過1Mbps，視頻壓縮比超過100:1，而H.265 通過優(yōu)化幀間組合和隨幀信息較前作等方式已經(jīng)實現(xiàn)一定程度的優(yōu)化，但距離宣稱的降低50% 的帶寬能力還尚有一段距離。因此，盡管H.264 及H.265 已經(jīng)基本被確立為行業(yè)標(biāo)準，但其中仍有相當(dāng)大的空間由研發(fā)實力較強的廠家去做改進與突破。

宇視深入研究這兩種編碼技術(shù)，在芯片編碼技術(shù)層面實現(xiàn)了一系列優(yōu)化，呈現(xiàn)的技術(shù)成果就是我們所說的U-Code。因此，U-Code 本身不是新的編碼標(biāo)準，而是一種差異化的編碼技術(shù)，是可以進一步降低帶寬的深度編碼優(yōu)化技術(shù)方案。

宇視U-Code 智能編碼技術(shù)分為兩種模式：基礎(chǔ)模式和高級模式。其中基礎(chǔ)模式靜態(tài)場景的最高壓縮率在80% 左右，運動場景的平均壓縮率在25% 左右；而高級模式又有極大提升，其靜態(tài)場景的最高壓縮率甚至達到了95%，而對于運動場景也能將平均壓縮率提升至50% 左右。舉例來說，眾所周知，采用H.264 編碼，1080P 的圖像至少需要4M 碼流；采用H.265，碼流可降至2M；而開啟U-Code 高級模式后，其平均碼流將不會超過1M。真正做到了“1M 碼流看高清”。

U-Code 的核心原理

那么，U-Code 技術(shù)是怎樣實現(xiàn)如此強大的功能呢？它的核心原理有二，分別為智能區(qū)域感知（IRP，Intelligent Region Perception）以及增強幀技術(shù)（EF，Enhanced Frame）。

EF 技術(shù)
H.264 技術(shù)定義了三種幀，擁有完整編碼信息的I 幀，只包含差異信息的P 幀，參考前后幀的B 幀。通常情況下每個幀率周期（比方說25fps）內(nèi)會有一個I幀，剩余都由P幀和B幀組成。如果單獨將碼流的每一幀碼率分解開來，我們會看到下圖（見下頁）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，增強幀技術(shù)達到降低帶寬總共分2步：①增大 I 幀間隔GOP ②增加虛擬 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(guān)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(shù)，通過畫面變化趨勢分析，在畫面靜態(tài)趨向時使用較大GOP，在畫面有快速動態(tài)變化是使用較小GOP，來動態(tài)調(diào)節(jié) I 幀間隔。
②增加虛擬 I 幀：我們知道 I 幀作為關(guān)鍵幀攜帶大量編碼信息，所以錄像回放時通常采用檢索 I 幀尋找對應(yīng)的時刻，因為P 幀信息有限不能提供準確時間節(jié)點。那么我們增大 I 幀間隔GOP后，雖然達到了帶寬降低的目的，但是錄像回放檢索時時間跨度也受到GOP 長度影響，使得回放檢索精度受到影響。

因此，在增大 I 幀間隔GOP 的同時，增加虛擬 I 幀（Virtual I Frame），攜帶必要的編碼信息。

IRP 技術(shù)
以下圖的監(jiān)控區(qū)域場景為例，橙色區(qū)域內(nèi)有車輛來回穿梭，而上下兩個分割區(qū)域內(nèi)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(qū)域采用較強的壓縮比，對于橙色區(qū)域采用較低的壓縮比。
當(dāng)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(qū)域才是IRP 技術(shù)要解決的核心難題。
IRP 技術(shù)是這樣做的，它首先將畫面分割為若干區(qū)域，然后快速分離記憶多幀無變化的區(qū)域。當(dāng)畫面中出現(xiàn)區(qū)域內(nèi)背景與前幀發(fā)生劇烈變化（這個劇烈變化類似于常用的運動物體檢測最小區(qū)域）時，標(biāo)記該區(qū)域以及周邊聯(lián)通的若干區(qū)域。單個區(qū)域的壓縮比參考前幀使用較高的壓縮比，而被標(biāo)記的區(qū)域（如藍色區(qū)域）將使用允許的最低壓縮比。（參考下圖）

U-Code 的使用價值

提供如此優(yōu)異性能的U-Code 技術(shù)，能帶來哪些用戶價值呢？

首先，最直觀的價值即體現(xiàn)在保證視頻質(zhì)量的基礎(chǔ)上，能有效降低傳輸碼流。無論視頻編碼技術(shù)發(fā)展到哪一步，用戶對視頻圖像質(zhì)量的重視永遠是擺在首位的，以損害圖像細節(jié)呈現(xiàn)為代價的技術(shù)在如今監(jiān)控行業(yè)是站不住腳的。因此，U-Code 技術(shù)有了畫質(zhì)的保證，其低碼流的特性可以為客戶直接貢獻傳輸及存儲價值，即占用更低的碼流，消耗更少的存儲資源；另一方面，客戶也可以在不增加任何成本的情況下，將存儲時間自然延長一倍，這極大便利了各行各業(yè)日漸增長的對存儲周期延長的需求。

其次，在監(jiān)控需求呈爆發(fā)性增長的今天，并不是每一個用戶都可以將監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)承載于不受限的網(wǎng)絡(luò)帶寬下，大量的客戶希望在受限的情況下依然能夠體驗高清穩(wěn)定的畫質(zhì)。而這看似矛盾的需求恰好給U-Code 提供了大顯身手的機會，其高壓縮和高畫質(zhì)并存的特點必將帶來極佳的用戶體驗。

再次，在監(jiān)控IT 化的趨勢下，越來越多的客戶擺脫了單一局域網(wǎng)的固定模式，廣域聯(lián)網(wǎng)以及遠程控制訪問成為了新的潮流。對于廣域聯(lián)網(wǎng)而言，考驗的是在網(wǎng)絡(luò)帶寬極其有限和不穩(wěn)定的情況下，產(chǎn)品及系統(tǒng)怎樣才能做到穩(wěn)定、圖像流暢不卡頓、抗丟包等。而U-Code 技術(shù)能憑借其豐富的網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性大大解決用戶的上述使用痛點，進而展現(xiàn)其強大的碼流平滑力度，對視頻清晰流暢的貢獻。

最后，一項優(yōu)異且成熟的技術(shù)，如果是需要一系列復(fù)雜操作才能實現(xiàn)，又或是不開放不兼容的話，是不會沉淀出厚實的用戶基礎(chǔ)的。目前宇視的U-Code 技術(shù)已經(jīng)能夠做到前后端上電添加后自動切換為U-Code 高級模式，無需人工手動調(diào)節(jié)；同時，由于現(xiàn)有標(biāo)準協(xié)議限制，當(dāng)宇視的前端IPC 與第三方后端設(shè)備對接時，雖然無法提供U-Code 高級模式，但仍能用U-Code 基礎(chǔ)模式對系統(tǒng)做出大大的優(yōu)化。這些都是U-Code 技術(shù)易用性及兼容性的集中體現(xiàn)。

技術(shù)永遠是推動視頻行業(yè)發(fā)展的“源頭活水”，惟有不斷推陳出新，真正從用戶實際應(yīng)用場景出發(fā)，不斷耕耘，創(chuàng)造出更穩(wěn)定，性價比更高的產(chǎn)品，才能屹立于行業(yè)浪潮之巔。