淺壓縮、深壓縮、雙引擎、計(jì)算機(jī)屏幕編碼何去何從？

蘆偉

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……誠然，我們?cè)诖饲耙姸嗔藥еR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)頁幾秒鐘不出來的事情。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等無縫銜接（因?yàn)槎际荋.264/265），分布式的優(yōu)勢體現(xiàn)得更大（如無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，基本能做到視覺無損；

優(yōu)點(diǎn)之二：一般來說淺度壓縮用幀內(nèi)編碼，編碼延時(shí)比較??；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，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等無縫銜接（因?yàn)槎际?H.264/265），分布式的優(yōu)勢體現(xiàn)得更大（如無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?？量蹋ㄏ到y(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

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)，但是萬兆網(wǎng)絡(luò)也不再昂貴，且全部的千兆網(wǎng)絡(luò)迭代到萬兆尚需時(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，分布式在未來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！