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分布式處理器常用三種碼流的區別

    網絡分布式拼接處理器最核心的改變,在于數據的傳輸方式變為網絡碼流形式,從而使其繼承了網絡的所有特點。所以網絡碼流的結構是其核心關鍵所在,采用不同碼流的處理器,其網絡信號接入能力、安全性、帶寬資源占有等性能也會有很大差別。目前市面上的分布式處理器主要有壓縮碼流、無壓縮碼流、混合碼流三中形式,下面分別介紹它們的區別:

一、壓縮碼流

亚洲图片区分布式處理器常用三種碼流的區別

亚洲图片区    此類分布式處理器是由最早的視頻編解碼器以及網絡抓屏演變而來,采用的壓縮方式基本上是H.264或者MJPEG,其中H.264為主。這里簡單說明一下H.264的壓縮過程,由于各個廠家使用的基本上都是近些年流行的SOC結構,壓縮過程中都是在SOC內部的編解碼模塊中進行,使用SOC進行開發的廠家是無法改變的。所以壓縮過程完全一樣。

    壓縮的第一步就是色度空間的壓縮。將RGB信號壓縮成YUV4:2:0,使數據量減少到二分之一。這種色度空間的壓縮理論是基于人眼對色度空間不敏感,而對亮度空間敏感的特性。在觀看自然圖像時,比如攝像頭或者照片時,壓縮后幾乎感覺不到變化,但是在處理文字尤其是彩色文字時,文字的邊緣的顏色會發生變化。下面是一張對比圖,如圖2:

亚洲图片区    可以看出,紅色和藍色的文字顏色發生變化,而綠色變化小。這是因為色度空間中綠色比例大,對其所作壓縮小。

亚洲图片区    壓縮的第二步就是離散余弦變換,這一步驟的理論是將圖像從空間域變換到頻率,然后對高頻分量進行壓縮。這個步驟可以將壓縮比做到10:1。同樣的道理,該過程對自然圖像影響較小,因為自然圖像高頻分量少,但是對文字進行壓縮后,文字邊緣將會出現馬賽克現象,如圖3:

    第三步是幀間壓縮,這一步驟簡單而言,就是說當前圖像里面有個物體,那么就在前一張圖像中找,找到了,就把那個物體搬過來,用在當前圖像上,當前的圖像里面就不存這個物體了,只存偏移和差值。這一步壓縮比非常高,將近100:1。但是帶來的后果就是延遲大。

    壓縮后的碼流雖然有這么多問題,但是卻仍然具有很強的生命力,主要原因就是碼流低,適合遠程傳輸,方便布線和施工。并且由于SOC結構上運行了Linux操作系統,能夠方便進行其他輔助工作,比如音頻傳輸,中控等等。

二、無壓縮碼流

亚洲图片区    無壓縮碼流是順應網絡帶寬發展,骨干網(千兆)交換機價格合理之后才出現的產物,網絡進入千兆以后,利用千兆網傳輸無壓縮圖像才成為可能。即便如此,一根千兆網線一秒鐘內依然無法傳輸一張1080p的原始圖像。帶寬計算如下:

    1920(圖像的寬度)×1080(圖像的高度)×3(一個像素有RGB三個字節)×30(幀率)=187M字節=1870Mbit(網絡傳輸是8b/10b)編碼。

    所以傳輸1080p 30幀的圖像需要兩根網線。這也是為什么我們在市場上看到的無壓縮處理器基本上都留出兩個網口。

    無壓縮的傳輸方式是SOC芯片無法支持的,因為即使SOC芯片有兩個千兆網口,但是由于操作系統的管理,導致利用率不到50%。所以該類處理器毫無例外的采用FPGA架構。或者簡單一點說,就是無CPU的大規模集成電路。FPGA的特點是適合大批量數據處理和吞吐以及高穩定性,這在網絡設備中用的很多。

    無壓縮圖像不會出現壓縮圖像出現的顏色畸變,邊緣馬賽克現象,這在一些圖文信息上屏時不會導致誤判。由于減少了壓縮碼流的幀間壓縮,所以延遲很低,和集中式處理器能夠做到完全一樣。比較適合要求低延遲的會議系統,指揮系統。

    但是無壓縮碼流的碼率非常高,通常不適合遠程傳輸。即便是在相鄰的幾棟大樓之間,也需要用多組千兆網線或者萬兆光纖連接。這給施工帶來很大的困難,所以說除非要求圖像質量好或者要求實時性高,在跨樓的項目上一般不推薦用無壓縮碼流的處理器。

    無壓縮碼流由于采用了FPGA作為主要模塊,所以穩定性很高,沒有死機和病毒危害的風險。

三、混合碼流

亚洲图片区    混合碼流可以說是伴隨技術發展和新的市場需求應運而生的一種產品,既然壓縮碼流適合遠程傳輸,而且SOC開發便利。同時壓縮碼流圖像質量高,FPGA穩定性高。何不將其有機的結合起來,在一個產品中同時使用SOC和FPGA,它們各負責自己擅長的事情,同時又去彌補各自的不足。

    前面說過,壓縮碼流對自然圖像質量幾乎不構成影響。那么,就用壓縮碼流去處理自然圖像。而VGA,DVI信號上的圖文信息壓縮后質量明顯下降,那就用無壓縮碼流去傳輸。這種思路是可行的。因為自然圖像幾乎都是來自攝像頭。從前端網絡攝像頭過來的信號都是壓縮碼流,而VGA和DVI信號都是本地信號,不需要遠程傳輸,適合用無壓縮碼流。

亚洲图片区    兩者混合之后帶了另一個好處就是穩定性高,壓縮碼流的分布式處理器是使用SOC部分去做屏控(跨屏,漫游等等)。在一個芯片上干兩件事情,而且SOC設計出來基本上就是用來解碼視頻,簡單上網用的。所以穩定性下降是很自然的。如果只讓SOC干它擅長的解碼和控制,FPGA負責它所擅長的屏控。那么穩定性就大大提高了。

亚洲图片区    可以說,混合碼流結構是技術融合背景下的一個必然產物,在未來的拼接市場將極具生命力,或將成為分布式的主流結構。

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