1M 碼流看高清 U-Code 技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用
“工欲善其事，必先利其器”，規(guī)?；漠a(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用及推廣，永遠(yuǎn)也離不開(kāi)對(duì)產(chǎn)品自身品質(zhì)的執(zhí)著，對(duì)變化中的用戶需求的把握，對(duì)引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)浪潮的決心，以及對(duì)極致用戶體驗(yàn)的追求。在這一過(guò)程中，企業(yè)比拼的是眼光、執(zhí)行力和毅力——誰(shuí)更接近用戶的需求痛點(diǎn)，誰(shuí)更高效地將策略進(jìn)行落地，誰(shuí)多堅(jiān)持了一口氣，多做了一分，誰(shuí)就有可能獲取市場(chǎng)認(rèn)可，獲取用戶口碑，進(jìn)而成為激烈競(jìng)爭(zhēng)下的勝利者。更進(jìn)一步，產(chǎn)品在不斷升級(jí)迭代的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到令研發(fā)“進(jìn)退兩難”的市場(chǎng)需求：于技術(shù)而言處于“魚(yú)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(jìn)而樹(shù)立一個(gè)新的行業(yè)技術(shù)亮點(diǎn)，成為了企業(yè)所面臨的難題和挑戰(zhàn)，卻又成為了新的機(jī)遇。
U-Code 的誕生背景
從傳統(tǒng)的閉路電視到全I(xiàn)P 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(shí)的畫(huà)面細(xì)節(jié)，但是基于此而帶來(lái)的高帶寬、高存儲(chǔ)空間要求，卻困擾著眾多用戶對(duì)高視頻質(zhì)量需求的落地。
于是，隨著視頻監(jiān)控市場(chǎng)空間不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品序列不斷擴(kuò)展豐富，人們開(kāi)始面臨一種新的煩惱：監(jiān)控設(shè)備增長(zhǎng)與存儲(chǔ)增長(zhǎng)的差異化需求。若是以單監(jiān)控設(shè)備存儲(chǔ)為例，存儲(chǔ)普通720P監(jiān)控（2M 帶寬）大約一天需要占用存儲(chǔ)資源23GB，一塊3T 硬盤(pán)基本可以滿足121 臺(tái)設(shè)備的存儲(chǔ)要求，看上去似乎非常令人滿意。但是實(shí)際上，受限于視頻管理服務(wù)器的接入性能，專業(yè)存儲(chǔ)設(shè)備的硬盤(pán)數(shù)量，存儲(chǔ)方案的選擇（RAID 方案），每次擴(kuò)展視頻監(jiān)控前端都會(huì)受制于系統(tǒng)存儲(chǔ)擴(kuò)容的能力。而隨著系統(tǒng)的不斷擴(kuò)容，存儲(chǔ)速率、數(shù)據(jù)管理能力、大數(shù)據(jù)應(yīng)用等等又對(duì)整個(gè)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(huà)面質(zhì)量的基礎(chǔ)上，降低設(shè)備的存儲(chǔ)資源損耗，進(jìn)而延長(zhǎng)存儲(chǔ)時(shí)間呢？
多地復(fù)雜環(huán)境下采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)星光效果、低碼率同帶寬下畫(huà)質(zhì)、易用性、兼容性等進(jìn)行測(cè)試。右圖為業(yè)界H.265 編碼攝像機(jī)拍攝、左圖為pgU-Code 技術(shù)拍攝
U-Code 的誕生背景
解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在于如何進(jìn)行更高效的視頻編碼，在于用何種策略在保障圖像細(xì)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(jiàn)的編碼方式是H.264 格式，以及正在飛速發(fā)展擴(kuò)張的H.265。舉個(gè)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(guò)1Mbps，視頻壓縮比超過(guò)100:1，而H.265 通過(guò)優(yōu)化幀間組合和隨幀信息較前作等方式已經(jīng)實(shí)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(zhǔn)，但其中仍有相當(dāng)大的空間由研發(fā)實(shí)力較強(qiáng)的廠家去做改進(jìn)與突破。
pg深入研究這兩種編碼技術(shù)，在芯片編碼技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)了一系列優(yōu)化，呈現(xiàn)的技術(shù)成果就是我們所說(shuō)的U-Code。因此，U-Code 本身不是新的編碼標(biāo)準(zhǔn)，而是一種差異化的編碼技術(shù)，是可以進(jìn)一步降低帶寬的深度編碼優(yōu)化技術(shù)方案。
pgU-Code 智能編碼技術(shù)分為兩種模式：基礎(chǔ)模式和高級(jí)模式。其中基礎(chǔ)模式靜態(tài)場(chǎng)景的最高壓縮率在80% 左右，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景的平均壓縮率在25% 左右；而高級(jí)模式又有極大提升，其靜態(tài)場(chǎng)景的最高壓縮率甚至達(dá)到了95%，而對(duì)于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景也能將平均壓縮率提升至50% 左右。舉例來(lái)說(shuō)，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(kāi)啟U-Code 高級(jí)模式后，其平均碼流將不會(huì)超過(guò)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(shí)現(xiàn)如此強(qiáng)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(qiáng)幀技術(shù)（EF，Enhanced Frame）。
EF 技術(shù)
H.264 技術(shù)定義了三種。滌型暾嗦胄畔⒌腎 。話鉅煨畔⒌腜 。慰記昂籩〉腂 幀。通常情況下每個(gè)幀率周期（比方說(shuō)25fps）內(nèi)會(huì)有一個(gè)I。Ｓ嘍加蒔幀和B幀組成。如果單獨(dú)將碼流的每一幀碼率分解開(kāi)來(lái)，我們會(huì)看到下圖（見(jiàn)下頁(yè)）這樣一個(gè)曲線：
從曲線變化可以看到，藍(lán)色幀碼率較低，而紅色幀碼率極大。紅色的幀就是I 。舜罅康謀嗦胄畔ⅲ虼蘇加玫拇砑。
事實(shí)上，增強(qiáng)幀技術(shù)達(dá)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(qiáng)幀技術(shù)，通過(guò)畫(huà)面變化趨勢(shì)分析，在畫(huà)面靜態(tài)趨向時(shí)使用較大GOP，在畫(huà)面有快速動(dòng)態(tài)變化是使用較小GOP，來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié) I 幀間隔。
②增加虛擬 I 。何頤侵 I 幀作為關(guān)鍵幀攜帶大量編碼信息，所以錄像回放時(shí)通常采用檢索 I 幀尋找對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，因?yàn)镻 幀信息有限不能提供準(zhǔn)確時(shí)間節(jié)點(diǎn)。那么我們?cè)龃?I 幀間隔GOP后，雖然達(dá)到了帶寬降低的目的，但是錄像回放檢索時(shí)時(shí)間跨度也受到GOP 長(zhǎng)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(shí)，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(chǎng)景為例，橙色區(qū)域內(nèi)有車輛來(lái)回穿梭，而上下兩個(gè)分割區(qū)域內(nèi)并沒(méi)有劇烈的物體運(yùn)動(dòng)。因此在處理這樣的單幀畫(huà)面時(shí)，對(duì)于上下分割區(qū)域采用較強(qiáng)的壓縮比，對(duì)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(jiǎn)單的一步。實(shí)際上，對(duì)于機(jī)械視覺(jué)場(chǎng)景而言，如何準(zhǔn)確判斷存在運(yùn)動(dòng)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(huà)面分割為若干區(qū)域，然后快速分離記憶多幀無(wú)變化的區(qū)域。當(dāng)畫(huà)面中出現(xiàn)區(qū)域內(nèi)背景與前幀發(fā)生劇烈變化（這個(gè)劇烈變化類似于常用的運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)最小區(qū)域）時(shí)，標(biāo)記該區(qū)域以及周邊聯(lián)通的若干區(qū)域。單個(gè)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(lán)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(jià)值
提供如此優(yōu)異性能的U-Code 技術(shù)，能帶來(lái)哪些用戶價(jià)值呢？
首先，最直觀的價(jià)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(wú)論視頻編碼技術(shù)發(fā)展到哪一步，用戶對(duì)視頻圖像質(zhì)量的重視永遠(yuǎn)是擺在首位的，以損害圖像細(xì)節(jié)呈現(xiàn)為代價(jià)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(huà)質(zhì)的保證，其低碼流的特性可以為客戶直接貢獻(xiàn)傳輸及存儲(chǔ)價(jià)值，即占用更低的碼流，消耗更少的存儲(chǔ)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(chǔ)時(shí)間自然延長(zhǎng)一倍，這極大便利了各行各業(yè)日漸增長(zhǎng)的對(duì)存儲(chǔ)周期延長(zhǎng)的需求。
其次，在監(jiān)控需求呈爆發(fā)性增長(zhǎng)的今天，并不是每一個(gè)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(yàn)高清穩(wěn)定的畫(huà)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(jī)會(huì)，其高壓縮和高畫(huà)質(zhì)并存的特點(diǎn)必將帶來(lái)極佳的用戶體驗(yàn)。
再次，在監(jiān)控IT 化的趨勢(shì)下，越來(lái)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(yuǎn)程控制訪問(wèn)成為了新的潮流。對(duì)于廣域聯(lián)網(wǎng)而言，考驗(yàn)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(diǎn)，進(jìn)而展現(xiàn)其強(qiáng)大的碼流平滑力度，對(duì)視頻清晰流暢的貢獻(xiàn)。
最后，一項(xiàng)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(shí)現(xiàn)，又或是不開(kāi)放不兼容的話，是不會(huì)沉淀出厚實(shí)的用戶基礎(chǔ)的。目前pg的U-Code 技術(shù)已經(jīng)能夠做到前后端上電添加后自動(dòng)切換為U-Code 高級(jí)模式，無(wú)需人工手動(dòng)調(diào)節(jié)；同時(shí)，由于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議限制，當(dāng)pg的前端IPC 與第三方后端設(shè)備對(duì)接時(shí)，雖然無(wú)法提供U-Code 高級(jí)模式，但仍能用U-Code 基礎(chǔ)模式對(duì)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(yuǎn)是推動(dòng)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(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景出發(fā)，不斷耕耘，創(chuàng)造出更穩(wěn)定，性價(jià)比更高的產(chǎn)品，才能屹立于行業(yè)浪潮之巔。
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