分布式處理器常用三種碼流的區(qū)別

    網(wǎng)絡(luò)分布式拼接處理器最核心的改變，在于數(shù)據(jù)的傳輸方式變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)碼流形式，從而使其繼承了網(wǎng)絡(luò)的所有特點(diǎn)。所以網(wǎng)絡(luò)碼流的結(jié)構(gòu)是其核心關(guān)鍵所在，采用不同碼流的處理器，其網(wǎng)絡(luò)信號(hào)接入能力、安全性、帶寬資源占有等性能也會(huì)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(wú)壓縮碼流、混合碼流三中形式，下面分別介紹它們的區(qū)別：

    一、壓縮碼流（如圖1）

    此類(lèi)分布式處理器是由最早的視頻編解碼器以及網(wǎng)絡(luò)抓屏演變而來(lái)，采用的壓縮方式基本上是H.264或者M(jìn)JPEG，其中H.264為主。這里簡(jiǎn)單說(shuō)明一下H.264的壓縮過(guò)程，由于各個(gè)廠家使用的基本上都是近些年流行的SOC結(jié)構(gòu)，壓縮過(guò)程中都是在SOC內(nèi)部的編解碼模塊中進(jìn)行，使用SOC進(jìn)行開(kāi)發(fā)的廠家是無(wú)法改變的。所以壓縮過(guò)程完全一樣。

    壓縮的第一步就是色度空間的壓縮。將RGB信號(hào)壓縮成YUV4:2:0，使數(shù)據(jù)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(duì)色度空間不敏感，而對(duì)亮度空間敏感的特性。在觀看自然圖像時(shí)，比如攝像頭或者照片時(shí)，壓縮后幾乎感覺(jué)不到變化，但是在處理文字尤其是彩色文字時(shí)，文字的邊緣的顏色會(huì)發(fā)生變化。下面是一張對(duì)比圖，如圖2：

未壓縮 色度空間壓縮

圖2

    可以看出，紅色和藍(lán)色的文字顏色發(fā)生變化，而綠色變化小。這是因?yàn)樯�度空間中綠色比例大，對(duì)其所作壓縮小。

    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(duì)高頻分量進(jìn)行壓縮。這個(gè)步驟可以將壓縮比做到10:1。同樣的道理，該過(guò)程對(duì)自然圖像影響較小，因?yàn)樽匀粓D像高頻分量少，但是對(duì)文字進(jìn)行壓縮后，文字邊緣將會(huì)出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象，如圖3：

圖3

    第三步是幀間壓縮，這一步驟簡(jiǎn)單而言，就是說(shuō)當(dāng)前圖像里面有個(gè)物體，那么就在前一張圖像中找，找到了，就把那個(gè)物體搬過(guò)來(lái)，用在當(dāng)前圖像上，當(dāng)前的圖像里面就不存這個(gè)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(lái)的后果就是延遲大。

    壓縮后的碼流雖然有這么多問(wèn)題，但是卻仍然具有很強(qiáng)的生命力，主要原因就是碼流低，適合遠(yuǎn)程傳輸，方便布線和施工。并且由于SOC結(jié)構(gòu)上運(yùn)行了Linux操作系統(tǒng)，能夠方便進(jìn)行其他輔助工作，比如音頻傳輸，中控等等。

    二、無(wú)壓縮碼流（如圖4）

圖4

    無(wú)壓縮碼流是順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬發(fā)展，骨干網(wǎng)（千兆）交換機(jī)價(jià)格合理之后才出現(xiàn)的產(chǎn)物，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入千兆以后，利用千兆網(wǎng)傳輸無(wú)壓縮圖像才成為可能。即便如此，一根千兆網(wǎng)線一秒鐘內(nèi)依然無(wú)法傳輸一張1080p的原始圖像。帶寬計(jì)算如下：

    1920（圖像的寬度）×1080(圖像的高度）×3(一個(gè)像素有RGB三個(gè)字節(jié)）×30（幀率）=187M字節(jié)=1870Mbit(網(wǎng)絡(luò)傳輸是8b/10b)編碼。

    所以傳輸1080p 30幀的圖像需要兩根網(wǎng)線。這也是為什么我們?cè)谑袌?chǎng)上看到的無(wú)壓縮處理器基本上都留出兩個(gè)網(wǎng)口。

    無(wú)壓縮的傳輸方式是SOC芯片無(wú)法支持的，因?yàn)榧词筍OC芯片有兩個(gè)千兆網(wǎng)口，但是由于操作系統(tǒng)的管理，導(dǎo)致利用率不到50%。所以該類(lèi)處理器毫無(wú)例外的采用FPGA架構(gòu)。或者簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō)，就是無(wú)CPU的大規(guī)模集成電路。FPGA的特點(diǎn)是適合大批量數(shù)據(jù)處理和吞吐以及高穩(wěn)定性，這在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中用的很多。

    無(wú)壓縮圖像不會(huì)出現(xiàn)壓縮圖像出現(xiàn)的顏色畸變，邊緣馬賽克現(xiàn)象，這在一些圖文信息上屏?xí)r不會(huì)導(dǎo)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(huì)議系統(tǒng)，指揮系統(tǒng)。

    但是無(wú)壓縮碼流的碼率非常高，通常不適合遠(yuǎn)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(wǎng)線或者萬(wàn)兆光纖連接。這給施工帶來(lái)很大的困難，所以說(shuō)除非要求圖像質(zhì)量好或者要求實(shí)時(shí)性高，在跨樓的項(xiàng)目上一般不推薦用無(wú)壓縮碼流的處理器。

    無(wú)壓縮碼流由于采用了FPGA作為主要模塊，所以穩(wěn)定性很高，沒(méi)有死機(jī)和病毒危害的風(fēng)險(xiǎn)。

    三、混合碼流（如圖5）

圖5

    混合碼流可以說(shuō)是伴隨技術(shù)發(fā)展和新的市場(chǎng)需求應(yīng)運(yùn)而生的一種產(chǎn)品，既然壓縮碼流適合遠(yuǎn)程傳輸，而且SOC開(kāi)發(fā)便利。同時(shí)壓縮碼流圖像質(zhì)量高，F(xiàn)PGA穩(wěn)定性高。何不將其有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，在一個(gè)產(chǎn)品中同時(shí)使用SOC和FPGA，它們各負(fù)責(zé)自己擅長(zhǎng)的事情，同時(shí)又去彌補(bǔ)各自的不足。

    前面說(shuō)過(guò)，壓縮碼流對(duì)自然圖像質(zhì)量幾乎不構(gòu)成影響。那么，就用壓縮碼流去處理自然圖像。而VGA，DVI信號(hào)上的圖文信息壓縮后質(zhì)量明顯下降，那就用無(wú)壓縮碼流去傳輸。這種思路是可行的。因?yàn)樽匀粓D像幾乎都是來(lái)自攝像頭。從前端網(wǎng)絡(luò)攝像頭過(guò)來(lái)的信號(hào)都是壓縮碼流，而VGA和DVI信號(hào)都是本地信號(hào)，不需要遠(yuǎn)程傳輸，適合用無(wú)壓縮碼流。

    兩者混合之后帶了另一個(gè)好處就是穩(wěn)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(gè)芯片上干兩件事情，而且SOC設(shè)計(jì)出來(lái)基本上就是用來(lái)解碼視頻，簡(jiǎn)單上網(wǎng)用的。所以穩(wěn)定性下降是很自然的。如果只讓SOC干它擅長(zhǎng)的解碼和控制，F(xiàn)PGA負(fù)責(zé)它所擅長(zhǎng)的屏控。那么穩(wěn)定性就大大提高了。

    可以說(shuō)，混合碼流結(jié)構(gòu)是技術(shù)融合背景下的一個(gè)必然產(chǎn)物，在未來(lái)的拼接市場(chǎng)將極具生命力，或?qū)⒊蔀榉植际降闹髁鹘Y(jié)構(gòu)。