劉洋

“工欲善其事，必先利其器”，規模化的產品市場應用及推廣，永遠也離不開對產品自身品質的執著，對變化中的用戶需求的把握，對引領行業技術浪潮的決心，以及對極致用戶體驗的追求。在這一過程中，企業比拼的是眼光、執行力和毅力——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，產品在不斷升級迭代的過程中，經常會遇到令研發“進退兩難”的市場需求：于技術而言處于“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技術亮點，成為了企業所面臨的難題和挑戰，卻又成為了新的機遇。

U-Code 的誕生背景

從傳統的閉路電視到全IP 監控，從標清到高清再到超清，數字化浪潮中人們不斷追求更清晰和更真實的畫面細節，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量需求的落地。

于是，隨著視頻監控市場空間不斷擴大，產品序列不斷擴展豐富，人們開始面臨一種新的煩惱：監控設備增長與存儲增長的差異化需求。若是以單監控設備存儲為例，存儲普通720P監控（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器的接入性能，專業存儲設備的硬盤數量，存儲方案的選擇（RAID 方案），每次擴展視頻監控前端都會受制于系統存儲擴容的能力。而隨著系統的不斷擴容，存儲速率、數據管理能力、大數據應用等等又對整個系統架構提出了更新更高的要求。

那么，如何能在不損失畫面質量的基礎上，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

解決這個問題的關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的前提下將碼流壓縮做到極致。而目前在安防領域，最常見的編碼方式是H.264 格式，以及正在飛速發展擴張的H.265。舉個例子，原始視頻數據的大小如果為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 通過優化幀間組合和隨幀信息較前作等方式已經實現一定程度的優化，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 已經基本被確立為行業標準，但其中仍有相當大的空間由研發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，在芯片編碼技術層面實現了一系列優化，呈現的技術成果就是我們所說的U-Code。因此，U-Code 本身不是新的編碼標準，而是一種差異化的編碼技術，是可以進一步降低帶寬的深度編碼優化技術方案。

宇視U-Code 智能編碼技術分為兩種模式：基礎模式和高級模式。其中基礎模式靜態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 技術是怎樣實現如此強大的功能呢？它的核心原理有二，分別為智能區域感知（IRP，Intelligent Region Perception）以及增強幀技術（EF，Enhanced Frame）。

EF 技術
H.264 技術定義了三種幀，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增加虛擬 I 幀：我們知道 I 幀作為關鍵幀攜帶大量編碼信息，所以錄像回放時通常采用檢索 I 幀尋找對應的時刻，因為P 幀信息有限不能提供準確時間節點。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
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，它首先將畫面分割為若干區域，然后快速分離記憶多幀無變化的區域。當畫面中出現區域內背景與前幀發生劇烈變化（這個劇烈變化類似于常用的運動物體檢測最小區域）時，標記該區域以及周邊聯通的若干區域。單個區域的壓縮比參考前幀使用較高的壓縮比，而被標記的區域（如藍色區域）將使用允許的最低壓縮比。（參考下圖）

U-Code 的使用價值

提供如此優異性能的U-Code 技術，能帶來哪些用戶價值呢？

首先，最直觀的價值即體現在保證視頻質量的基礎上，能有效降低傳輸碼流。無論視頻編碼技術發展到哪一步，用戶對視頻圖像質量的重視永遠是擺在首位的，以損害圖像細節呈現為代價的技術在如今監控行業是站不住腳的。因此，U-Code 技術有了畫質的保證，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日漸增長的對存儲周期延長的需求。

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

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

最后，一項優異且成熟的技術，如果是需要一系列復雜操作才能實現，又或是不開放不兼容的話，是不會沉淀出厚實的用戶基礎的。目前宇視的U-Code 技術已經能夠做到前后端上電添加后自動切換為U-Code 高級模式，無需人工手動調節；同時，由于現有標準協議限制，當宇視的前端IPC 與第三方后端設備對接時，雖然無法提供U-Code 高級模式，但仍能用U-Code 基礎模式對系統做出大大的優化。這些都是U-Code 技術易用性及兼容性的集中體現。

技術永遠是推動視頻行業發展的“源頭活水”，惟有不斷推陳出新，真正從用戶實際應用場景出發，不斷耕耘，創造出更穩定，性價比更高的產品，才能屹立于行業浪潮之巔。