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如何在1GBPS的网络上发布4K视频

随着商业上可用的视频分辨率继续增加,对可以适应这些更高分辨率的视频分发和交换解决方案的需求也在增加。这种可用性的最大限制是带宽。分发视频,尤其是4K / UHD等分辨率,需要大量的带宽。例如,4K视频(2160p60)在全彩色和未压缩时使用12 Gbps带宽。与即使每秒60帧和全彩色的未压缩1080p仅3 Gbps相比,很容易理解为什么未来的专业分辨率4K仍然难以分发。


困难的最大原因,特别是对于需要超出单个房间的视频分发的应用,是很少有现有标准可以容纳这个带宽。那些设法处理未压缩4K视频的分配选项具有严格的电缆要求或需要使用光纤,这使得安装解决方案成本高昂。更糟糕的是,目前的配电技术(千兆以太网,万兆以太网,3G-SDI和HDBaseT)都不支持2160p60分辨率的全彩色采样。事实上,1 Gbps的千兆以太网(GbE)和2.97 Gbps的3G-SDI甚至不支持全彩色,未压缩的1080p60。


此表显示了不同颜色采样率和帧速率下常见HD和UHD视频分辨率所需的未压缩视频带宽。请注意,大多数这些分辨率超过1 Gbps。


常见HD和UHD分辨率的未压缩视频带宽

常见HD和UHD分辨率的未压缩视频带宽

*这些是计算为(垂直像素)×(水平像素)×8位/像素×3色/像素×(帧速率)的原始带宽值。这些带宽不包括消隐间隔或8b / 10b编码,因为它们不适用于编码数据,并且将低于HDMI(TMDS)带宽。


你可以找到关于我们的白皮书中的电流分布方案的技术限制的详细信息“4K超过1 Gbps的视频分发:探索挑战和解决方案”的短版,但问题在于,如果你要分发高分辨率视频使用当今可用的分配和交换技术,需要考虑某种程度的压缩。通过使用正确的设置使用JPEG2000压缩视频,可以显着减少带宽,允许使用标准类别电缆传输,并通过用户现有的IP网络进行切换(我之前已多次提到过这些优点)。


很多时候,当你提到专业应用程序的压缩时,人们会担心,想象延迟问题(即源信号和目的地之间的延迟)以及对视频质量差的预期。这种假设主要是由使用MPEG2,MPEG4或H.264将视频通过大量不同网络流式传输到各种用户的互联网流媒体网站引起的。这些站点通常通过极低带宽的Internet连接传输内容,为此,它们需要高度压缩的视频。然而,在更受控制的专业环境中,仔细选择和实施压缩技术可以产生高视频质量和低延迟。

4K视频分辨率对比图

要了解压缩技术的选择和实施如何影响延迟和质量,最好能够深入了解网络视频分发的工作原理。当您通过IP技术分发视频时,您必须对其进行“编码”,这意味着您将该视频信号转换为网络可以理解的数字和零。然后,您必须在另一端“解码”信号,将其从网络信号转换回电视或投影仪可以显示的视频信号。此过程分为四个步骤,每个步骤都可以增加延迟。


我们将使用飞机飞行的例子。我们“旅行”的第一步是登机。这是编码过程。它将视频“打开”在我们的网络上。然后,我们实际上必须通过网络将信号从我们的源设备传输到目的地。把它想象成飞机的“飞行”。第三,我们必须下飞机。这是解码过程,让我们回到视频信号。


最后,乘客必须拿走行李离开机场。这是显示速度,这是该过程经常被忽视的一个方面。即使剩余的过程很快,如果显示器无法足够快地渲染像素,也会增加延迟。大多数显示器都具有“游戏”模式(制造商将此设置称为不同的设置),可以更快地呈现视频并最大限度地减少延迟。


奇怪的是,实际的“飞行”(传输速度)通常是等式中最快的部分,因为大多数联网的AV技术的传输延迟小于单帧视频。因此,在编码期间发生的压缩过程(以及在解码期间反向重复)会对质量和延迟产生最大的影响。


JPEG2000(用于AMX SVSI N2400系列系统)和基于行的小波压缩(LBWC,用于AMX SVSI N2300系列系统)在单个帧上或内部执行所有压缩,因此没有与压缩算法相关的附加延迟取决于多个帧。此外,JPEG2000支持一种称为平铺的方法,该方法将帧分解为更小的片段,以便更快地传输并大大减少延迟。通过平铺,JPEG2000延迟可以从32-50毫秒的全帧值减少到10-15毫秒。


使用低延迟,高保真编解码器,可以以低于1 Gbps的带宽发送高质量视频。在这些带宽下,使用现有的企业IP网络传输和切换视频变得非常实用,这意味着用户可以在现有基础设施上分发专业质量的视频,从而降低总体系统成本,简化安装并简化系统扩展。JPEG2000是SVSI产品用于以低于1 Gbps的带宽提供4K视频的编解码器。通过使用此编解码器并平铺图像,视频质量在编解码器延迟小于一帧时仍然非常高。事实上,编解码器的质量是这样的,主要的电影制片厂,电视网甚至国会图书馆都使用JPEG2000。


通过将低带宽传输的优势与使用高质量编解码器相结合,可以经济高效地在整个园区内分发专业品质的视频。

发布时间:2018-12-25 09:22:18   编辑:北京万歌恒宇