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淺壓縮、深壓縮、雙引擎、計算機屏幕編碼詳解

來源:麥爾信息技術        編輯:小月亮    2020-08-03 20:57:35     加入收藏

專業(yè)視聽領域尤其顯示控制和坐席控制領域,最近幾年最激動人心的技術,莫過于分布式了。分布式從推出之日就備受關注:擔心穩(wěn)定性的,質疑同步性能的,懷疑畫面質量的……

  專業(yè)視聽領域尤其顯示控制和坐席控制領域,最近幾年最激動人心的技術,莫過于分布式了。

  分布式從推出之日就備受關注:擔心穩(wěn)定性的,質疑同步性能的,懷疑畫面質量的……

  誠然,我們在此前見多了帶著馬賽克的模糊不清的監(jiān)控畫面,遇到過電腦上網刷個網頁幾秒鐘不出來的事情。

  這么不靠譜的網絡上能擔當起專業(yè)音視頻所需要的高畫質、高度同步和低延時?

  但是分布式音視頻帶給人們的體驗確實是革命性的,因此吸引了眾多的行業(yè)精英傾其所能的投入研發(fā)。

  路雖遠行則將至,事雖難做則必成。

  至今,無論過去對分布式持何種看法的主流視聽領域的公司都在投入研發(fā),并且提出了各自的解決方案。

  因每個公司看問題的角度,解決問題的出發(fā)點不同,提出了不同的解決方案,淺壓縮、深壓縮、雙引擎、計算機屏幕編碼……眼花繚亂。

  這些分布式方案都對音視頻進行IP化,但IP化必然會對視頻壓縮,畢竟視頻的帶寬比網絡的帶寬大太多了。

  壓縮就面臨畫質和碼率問題。

  分布式產品最基本的是解決顯示問題,如果圖像不好,再豐富的功能也是舍本逐末;如果碼率過大,IP化不“徹底”,不能獲得IP化的紅利。

  因此可以說,圖像壓縮和還原技術好壞,是評判一家公司技術水平的關鍵,也是評判一款產品優(yōu)劣的核心要素。

  那么何謂淺壓縮、深壓縮、雙引擎、計算機屏幕編碼?各自有什么優(yōu)劣?這應該是系統(tǒng)建設方、使用方、設計方最關心的問題了。

  首先我們以一個表格來列舉下各種方式的對比,然后再逐一盡量詳細客觀的列出其優(yōu)缺點,以便讀者在設計和建設音視頻系統(tǒng)時參考。

  計算機屏幕編碼: 只用低碼率、高壓縮比編碼方式(一般H.264/265),實現達到計算機屏幕級別(表現為顏色突然跳變,如黑底紅字,黑底藍字,紅底黑字,紅底藍字等)畫質要求的編碼技術。高通、微軟、華為都具備這方面的發(fā)明專利,國內分布式領域也有公司具有這方面的發(fā)明專利技術。系統(tǒng)不論大小均可勝任,缺點是成本較高。

  優(yōu)點之一: 畫質好,即便嚴苛的計算機測試畫面,也和原圖幾乎沒有差異(如上圖);

  優(yōu)點之二: 是帶寬低。其采用的編碼方式還是HEVC(H.265)或者H.264,因此碼率1路1080P@60一般就在10-20Mbps水平,對一般的有線網絡來說非常輕松,甚至可以用現有的計算機網絡(甚至因特網)承載而不影響業(yè)務網絡;

  優(yōu)點之三: 和安防、視頻圖像網、AI等無縫銜接(因為都是H.264/265),分布式的優(yōu)勢體現得更大(如無需任何解碼器直接取安防平臺流上顯示墻,直接取流進行人、車以及人臉識別等)。

  缺點: 技術難度大,用以實現的芯片組價格昂貴,往往還需要配合FPGA或者DSP之類,設備成本高,價格往往比較高;

  淺度壓縮: 視聽行業(yè)中一類高碼率視頻壓縮算法的總稱,這類算法因壓縮程度相對較低,算法復雜度也較低,故稱為淺度壓縮。如MJPG,JPEG2000,VC-2等。器件要求不高,因而成本比較低。但因為碼率高,所以較多用于本地會議級的小規(guī)模場景應用。

  優(yōu)點之一: 相對降采樣為4:2:0后的深度壓縮畫質好,尤其計算機畫面,基本能做到視覺無損;

  優(yōu)點之二: 一般來說淺度壓縮用幀內編碼,編碼延時比較小;但是因為碼率大,往往消除網絡抖動的時間余量都留得比較大;綜合后延時有的產品和深壓縮相當,有的略優(yōu)。

  優(yōu)點之三: 器件要求不高,成本低,容易實現。

  缺點之一: 碼率太大,一般1路1080P@60就達到300-900Mbps,1路4KP@60最大可能達到4000Mbps,遠超1路千兆網的承載水平,和5G等結合就更沒可能了。

  缺點之二: 存儲需求的存儲空間太大,幾乎不可用。按平均碼率500Mbps算,也是H.264/265碼率的20-50倍。

  缺點之三: 編碼方式和安防平臺幾乎都不兼容,分布式的紅利發(fā)揮不出來,還需要大量的轉碼器、編解碼器和安防平臺對接。

  深度壓縮: 視聽行業(yè)中一類低碼率視頻壓縮算法的總稱,與淺度壓縮相反,這類算法因壓縮程度相對較高,故稱為深度壓縮。行業(yè)內一般特指用安防H.264/265編碼芯片的,降采樣為4:2:0后進行編碼的方式。因為畫質比較低,所以一般應用于低成本,要求不高的場合。

  優(yōu)點之一: 帶寬低。其采用的編碼方式是HEVC(H.265)或者H.264,因此1路1080P@60碼率一般就在10-20Mbps水平,對一般的有線網絡來說非常輕松,甚至可以用現有的計算機網絡承載而不影響業(yè)務;

  優(yōu)點之二: 和安防、視頻圖像網、AI等無縫銜接(因為都是H.264/265),分布式的優(yōu)勢體現得更大(如無需任何解碼器直接取安防平臺流上顯示墻,直接取流進行人、車以及人臉識別等)。

  優(yōu)點之三: 成本低,容易實現。因為采用安防芯片,芯片成本低,而且一般有較為成熟的方案,進行功能性研發(fā)即可。

  缺點: 畫質較差。一般視頻畫面,電腦畫面沒問題,但是有強烈反差的畫面,如CAD圖、軌道交通圖、雷達圖、電力運行圖,甚至部分情況下word,excel的效果都無法接受(如當excel表格選中一列時就模糊了,特別是當文字是紅色時)。

  雙引擎(雙碼流): 一個設備里邊同時放置高碼率編碼芯片和低碼率編碼芯片,嚴格來說它并不是一種編碼方式,但它是一種解決碼率和畫質的方法:高碼率芯片用于解決本地顯示清晰度問題,低碼率編解碼芯片(一般是H.264/265)為了解決遠距離傳輸和對接安防平臺的問題。實現較為容易,但網絡較為復雜,同時只解決了本地畫質問題,異地畫質和存儲畫質問題還是未能解決。

  優(yōu)點之一: 能兼顧本地顯示畫質和遠距離傳輸的低碼率要求;

  優(yōu)點之二: 低碼率引擎其實一般就是安防編解碼芯片,所以也能和安防、視頻圖像網等對接。

  優(yōu)點之三: 成本雖然比淺壓縮和深壓縮略高,但是淺壓縮芯片和安防芯片(深壓縮)都便宜,所以即便都放置進去,成本也低,而且容易實現。

  缺點之一: 遠距離傳輸和存儲的畫質始終還是安防級的畫質,是難以讓人滿意的。高碼率和低碼率同時編碼1路圖像,始終只是權宜之計,并沒有從根本上解決壓縮率和畫質的問題。

  缺點之二: 淺壓縮的碼率還是很高,即便本地應用,大規(guī)模的應用對核心交換機的壓力非常大,接入交換機選型也非??量?系統(tǒng)必須滿足極限要求,即每個端口900Mbps,48路的接入交換機,則上行44G,10個10G口都不夠,但是往往接入交換機達不到48個千兆線速+4個萬兆線速的包交換速度)。

  缺點之三: 系統(tǒng)互相影響大,系統(tǒng)穩(wěn)定性,特別是大規(guī)模項目的穩(wěn)定性,尚需要時間檢驗。

  結語:一方面,是網絡技術的飛速發(fā)展,雖然主流還是千兆網絡,但是萬兆網絡也不再昂貴,且全部的千兆網絡迭代到萬兆尚需時日;

  另一方面是視頻清晰度往更清(4KP30,4KP60,8KP30均已經較為常見)、色彩更豐富(從24位色往30、36位升級,內容增加50%)方向升級的速度更快。

  正在建設中,且可預見的近5-10年內大放異彩的5G,雖然下載速度達到500Mbps甚至更高,但是普遍上行速度為50+Mbps,即便網絡良好的地方上行速度也就在200Mbps,是無法承載哪怕1路1080P@60的淺壓縮視頻流的,更別說1路4KP60了。

  所以現階段看來,分布式在未來5-10年內要充分5G的紅利,依托5G生態(tài)建立更多精彩的應用,甚至能否跳出顯示控制的狹窄應用,無縫融合到指揮、業(yè)務流程,實現更大的價值,低碼率和畫質始終是繞不過去的檻。何去何從,我們拭目以待!

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