淺壓縮、深壓縮、雙引擎、計(jì)算機(jī)屏幕編碼詳解
來(lái)源:麥爾信息技術(shù) 編輯:小月亮 2020-08-03 20:57:35 加入收藏
專業(yè)視聽領(lǐng)域尤其顯示控制和坐席控制領(lǐng)域,最近幾年最激動(dòng)人心的技術(shù),莫過于分布式了。
分布式從推出之日就備受關(guān)注:擔(dān)心穩(wěn)定性的,質(zhì)疑同步性能的,懷疑畫面質(zhì)量的……
誠(chéng)然,我們?cè)诖饲耙姸嗔藥еR賽克的模糊不清的監(jiān)控畫面,遇到過電腦上網(wǎng)刷個(gè)網(wǎng)頁(yè)幾秒鐘不出來(lái)的事情。
這么不靠譜的網(wǎng)絡(luò)上能擔(dān)當(dāng)起專業(yè)音視頻所需要的高畫質(zhì)、高度同步和低延時(shí)?
但是分布式音視頻帶給人們的體驗(yàn)確實(shí)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(yuǎn)行則將至,事雖難做則必成。
至今,無(wú)論過去對(duì)分布式持何種看法的主流視聽領(lǐng)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(gè)公司看問題的角度,解決問題的出發(fā)點(diǎn)不同,提出了不同的解決方案,淺壓縮、深壓縮、雙引擎、計(jì)算機(jī)屏幕編碼……眼花繚亂。
這些分布式方案都對(duì)音視頻進(jìn)行IP化,但I(xiàn)P化必然會(huì)對(duì)視頻壓縮,畢竟視頻的帶寬比網(wǎng)絡(luò)的帶寬大太多了。
壓縮就面臨畫質(zhì)和碼率問題。
分布式產(chǎn)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(shù)好壞,是評(píng)判一家公司技術(shù)水平的關(guān)鍵,也是評(píng)判一款產(chǎn)品優(yōu)劣的核心要素。
那么何謂淺壓縮、深壓縮、雙引擎、計(jì)算機(jī)屏幕編碼?各自有什么優(yōu)劣?這應(yīng)該是系統(tǒng)建設(shè)方、使用方、設(shè)計(jì)方最關(guān)心的問題了。
首先我們以一個(gè)表格來(lái)列舉下各種方式的對(duì)比,然后再逐一盡量詳細(xì)客觀的列出其優(yōu)缺點(diǎn),以便讀者在設(shè)計(jì)和建設(shè)音視頻系統(tǒng)時(shí)參考。
計(jì)算機(jī)屏幕編碼: 只用低碼率、高壓縮比編碼方式(一般H.264/265),實(shí)現(xiàn)達(dá)到計(jì)算機(jī)屏幕級(jí)別(表現(xiàn)為顏色突然跳變,如黑底紅字,黑底藍(lán)字,紅底黑字,紅底藍(lán)字等)畫質(zhì)要求的編碼技術(shù)。高通、微軟、華為都具備這方面的發(fā)明專利,國(guó)內(nèi)分布式領(lǐng)域也有公司具有這方面的發(fā)明專利技術(shù)。系統(tǒng)不論大小均可勝任,缺點(diǎn)是成本較高。
優(yōu)點(diǎn)之一: 畫質(zhì)好,即便嚴(yán)苛的計(jì)算機(jī)測(cè)試畫面,也和原圖幾乎沒有差異(如上圖);
優(yōu)點(diǎn)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(duì)一般的有線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說非常輕松,甚至可以用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(甚至因特網(wǎng))承載而不影響業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò);
優(yōu)點(diǎn)之三: 和安防、視頻圖像網(wǎng)、AI等無(wú)縫銜接(因?yàn)槎际荋.264/265),分布式的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得更大(如無(wú)需任何解碼器直接取安防平臺(tái)流上顯示墻,直接取流進(jìn)行人、車以及人臉識(shí)別等)。
缺點(diǎn): 技術(shù)難度大,用以實(shí)現(xiàn)的芯片組價(jià)格昂貴,往往還需要配合FPGA或者DSP之類,設(shè)備成本高,價(jià)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(duì)較低,算法復(fù)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?yàn)榇a率高,所以較多用于本地會(huì)議級(jí)的小規(guī)模場(chǎng)景應(yīng)用。
優(yōu)點(diǎn)之一: 相對(duì)降采樣為4:2:0后的深度壓縮畫質(zhì)好,尤其計(jì)算機(jī)畫面,基本能做到視覺無(wú)損;
優(yōu)點(diǎn)之二: 一般來(lái)說淺度壓縮用幀內(nèi)編碼,編碼延時(shí)比較小;但是因?yàn)榇a率大,往往消除網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)的時(shí)間余量都留得比較大;綜合后延時(shí)有的產(chǎn)品和深壓縮相當(dāng),有的略優(yōu)。
優(yōu)點(diǎn)之三: 器件要求不高,成本低,容易實(shí)現(xiàn)。
缺點(diǎn)之一: 碼率太大,一般1路1080P@60就達(dá)到300-900Mbps,1路4KP@60最大可能達(dá)到4000Mbps,遠(yuǎn)超1路千兆網(wǎng)的承載水平,和5G等結(jié)合就更沒可能了。
缺點(diǎn)之二: 存儲(chǔ)需求的存儲(chǔ)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(diǎn)之三: 編碼方式和安防平臺(tái)幾乎都不兼容,分布式的紅利發(fā)揮不出來(lái),還需要大量的轉(zhuǎn)碼器、編解碼器和安防平臺(tái)對(duì)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(duì)較高,故稱為深度壓縮。行業(yè)內(nèi)一般特指用安防H.264/265編碼芯片的,降采樣為4:2:0后進(jìn)行編碼的方式。因?yàn)楫嬞|(zhì)比較低,所以一般應(yīng)用于低成本,要求不高的場(chǎng)合。
優(yōu)點(diǎn)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(duì)一般的有線網(wǎng)絡(luò)來(lái)說非常輕松,甚至可以用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)承載而不影響業(yè)務(wù);
優(yōu)點(diǎn)之二: 和安防、視頻圖像網(wǎng)、AI等無(wú)縫銜接(因?yàn)槎际荋.264/265),分布式的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)得更大(如無(wú)需任何解碼器直接取安防平臺(tái)流上顯示墻,直接取流進(jìn)行人、車以及人臉識(shí)別等)。
優(yōu)點(diǎn)之三: 成本低,容易實(shí)現(xiàn)。因?yàn)椴捎冒卜佬酒?,芯片成本低,而且一般有較為成熟的方案,進(jìn)行功能性研發(fā)即可。
缺點(diǎn): 畫質(zhì)較差。一般視頻畫面,電腦畫面沒問題,但是有強(qiáng)烈反差的畫面,如CAD圖、軌道交通圖、雷達(dá)圖、電力運(yùn)行圖,甚至部分情況下word,excel的效果都無(wú)法接受(如當(dāng)excel表格選中一列時(shí)就模糊了,特別是當(dāng)文字是紅色時(shí))。
雙引擎(雙碼流): 一個(gè)設(shè)備里邊同時(shí)放置高碼率編碼芯片和低碼率編碼芯片,嚴(yán)格來(lái)說它并不是一種編碼方式,但它是一種解決碼率和畫質(zhì)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(yuǎn)距離傳輸和對(duì)接安防平臺(tái)的問題。實(shí)現(xiàn)較為容易,但網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜,同時(shí)只解決了本地畫質(zhì)問題,異地畫質(zhì)和存儲(chǔ)畫質(zhì)問題還是未能解決。
優(yōu)點(diǎn)之一: 能兼顧本地顯示畫質(zhì)和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)牡痛a率要求;
優(yōu)點(diǎn)之二: 低碼率引擎其實(shí)一般就是安防編解碼芯片,所以也能和安防、視頻圖像網(wǎng)等對(duì)接。
優(yōu)點(diǎn)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(jìn)去,成本也低,而且容易實(shí)現(xiàn)。
缺點(diǎn)之一: 遠(yuǎn)距離傳輸和存儲(chǔ)的畫質(zhì)始終還是安防級(jí)的畫質(zhì),是難以讓人滿意的。高碼率和低碼率同時(shí)編碼1路圖像,始終只是權(quán)宜之計(jì),并沒有從根本上解決壓縮率和畫質(zhì)的問題。
缺點(diǎn)之二: 淺壓縮的碼率還是很高,即便本地應(yīng)用,大規(guī)模的應(yīng)用對(duì)核心交換機(jī)的壓力非常大,接入交換機(jī)選型也非??量?系統(tǒng)必須滿足極限要求,即每個(gè)端口900Mbps,48路的接入交換機(jī),則上行44G,10個(gè)10G口都不夠,但是往往接入交換機(jī)達(dá)不到48個(gè)千兆線速+4個(gè)萬(wàn)兆線速的包交換速度)。
缺點(diǎn)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(xiàng)目的穩(wěn)定性,尚需要時(shí)間檢驗(yàn)。
結(jié)語(yǔ):一方面,是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,雖然主流還是千兆網(wǎng)絡(luò),但是萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)也不再昂貴,且全部的千兆網(wǎng)絡(luò)迭代到萬(wàn)兆尚需時(shí)日;
另一方面是視頻清晰度往更清(4KP30,4KP60,8KP30均已經(jīng)較為常見)、色彩更豐富(從24位色往30、36位升級(jí),內(nèi)容增加50%)方向升級(jí)的速度更快。
正在建設(shè)中,且可預(yù)見的近5-10年內(nèi)大放異彩的5G,雖然下載速度達(dá)到500Mbps甚至更高,但是普遍上行速度為50+Mbps,即便網(wǎng)絡(luò)良好的地方上行速度也就在200Mbps,是無(wú)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(xiàn)階段看來(lái),分布式在未來(lái)5-10年內(nèi)要充分5G的紅利,依托5G生態(tài)建立更多精彩的應(yīng)用,甚至能否跳出顯示控制的狹窄應(yīng)用,無(wú)縫融合到指揮、業(yè)務(wù)流程,實(shí)現(xiàn)更大的價(jià)值,低碼率和畫質(zhì)始終是繞不過去的檻。何去何從,我們拭目以待!
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