七大標準判別分布式系統的優(yōu)劣（中）

　　引言：友商七大標準判別分布式系統的優(yōu)劣（上） 、七大標準判別分布式系統的優(yōu)劣（下） 針對分布式的選型提出了各種不同的看法，真理不辨不明，我們也提出一些自己的看法，希望能對客戶(hù)的選擇有所幫助。

　　隨著(zhù)近些年圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統的基于FPGA的嵌入式純硬件處理器功能不斷完善，已在視頻處理領(lǐng)域獨領(lǐng)風(fēng)騷數年。但是隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )硬件環(huán)境的逐步升級，已及流媒體網(wǎng)絡(luò )視頻技術(shù)應用越來(lái)廣泛，基于網(wǎng)絡(luò )視頻編解碼技術(shù)的的分布式圖像處理系統逐漸展露頭角。并且，在越來(lái)越多的大型系統中，分布式處理系統在實(shí)施和使用中的巨大優(yōu)勢，也征服了越來(lái)越多的SI和用戶(hù)。

　　下面，我們就淺談一下分布式圖像處理系統的技術(shù)現狀以及如何選擇合適的分布式圖像處理產(chǎn)品。

　　關(guān)鍵詞：分布式，圖像處理器，雙碼流，雙引擎，淺壓縮，KVM，信息化，安防;

　　一.核心技術(shù)

　　第一代分布式圖像處理器：

　　早在純硬件視頻處理器發(fā)展的如火如荼的2008年，就有廠(chǎng)商推出了基于千兆以太網(wǎng)的分布式圖像處理產(chǎn)品。最早的分布式圖像處理產(chǎn)品在形態(tài)上和現在大致無(wú)二，都是由編碼器，千兆交換機，解碼器和控制軟件四部分組成。早期的幾款分布式圖像處理產(chǎn)品在都不約而同的采用了壓縮比較低的壓縮算法，最大程度的保留了圖像的細節。但由于選擇的壓縮算法較低，通常并不能將3Gbps左右的1080P@60信號壓縮到1Gbps以?xún)?。因此，大多數早期的分布式產(chǎn)品都采用了雙網(wǎng)線(xiàn)甚至4網(wǎng)線(xiàn)的產(chǎn)品形態(tài)。在編碼方式上，也幾乎都是選擇幀內壓縮的算法，盡可能的降低編解碼延遲。

　　可以說(shuō)，第一代的分布式圖像處理器在圖像質(zhì)量和延遲上，雖然略遜于當時(shí)主流的純硬件處理器，但是相較于后來(lái)盛行的采用H.264/265編碼方式的幀間壓縮產(chǎn)品，在圖像質(zhì)量和延遲兩端，可以說(shuō)是全面領(lǐng)先的。但是由于在功能上相較于純硬件處理器沒(méi)有特別明顯的優(yōu)勢，又礙于當時(shí)千兆以太網(wǎng)硬件組網(wǎng)高昂的成本，所以市場(chǎng)端一直過(guò)于疲軟，并未展現出足夠的競爭力。

　　優(yōu)勢：幾乎無(wú)損，延遲低;

　　劣勢：帶寬占用過(guò)大，交換成本高，兼容其他編解碼設備能力差，無(wú)預覽回顯，功能較少集成度低;

　　第二代分布式圖像處理器：

　　隨著(zhù)H.264編碼技術(shù)在安防行業(yè)的大量應用以及交換機組網(wǎng)的成本逐步降低，采用H.264/265編碼的第二代分布式視頻處理產(chǎn)品，逐漸展露頭角。這一代產(chǎn)品采用幀間壓縮方式進(jìn)行視頻編碼，雖然在圖像質(zhì)量和延遲端均有不足之處，但是由于H.264編碼較小的帶寬占用和全面的功能性，使這一代分布式處理器在圖像可視化控制，拼接開(kāi)窗能力，音視頻切換，帶有OSD菜單的KVM功能以及豐富的環(huán)境控制接口等方面，都較傳統的嵌入式純硬件處理器有非常明顯的功能和性能上的提升，因此迅速獲得市場(chǎng)肯定，分布式圖像處理器也終于廣泛的開(kāi)始在各個(gè)行業(yè)應用開(kāi)來(lái)。

　　雖然在功能上全面領(lǐng)先，但是基于H.264/265編碼的分布式圖像處理產(chǎn)品在圖像質(zhì)量上和延遲上的確差強人意。YUV4:2:0的圖像質(zhì)量和100ms左右的延遲在使用大屏拼接的時(shí)候影響不大，但是在使用顯示器做為顯示終端的KVM應用上圖像質(zhì)量的問(wèn)題會(huì )由于觀(guān)看距離的縮短變得極為明顯，鼠標和圖像之間接近100ms的延遲也會(huì )讓使用者感受到極度的不適。

　　優(yōu)勢：預覽回顯，帶寬占用低，便于遠程交互和錄制存儲，兼容安防攝像頭，功能全面集成度高;

　　劣勢：畫(huà)質(zhì)還原度低，延遲高較;

　　第三代分布式圖像處理器：

　　為了解決畫(huà)質(zhì)和延遲的問(wèn)題，第三代分布式圖像處理器采用了類(lèi)似JPEG,VC-2的淺壓縮幀內編碼技術(shù)。圖像的壓縮比大多在5:1-40:1之間，端到端延遲1-2幀(以60幀/秒為例約為17-33ms)。在功能性上，相比第一代有了一些的提升，但是不及第二代基于H.264/265的深壓縮圖像處理器。降低了傳輸帶寬適應千兆網(wǎng)絡(luò )使用，同時(shí)在畫(huà)質(zhì)和延遲上也凸顯出很大優(yōu)勢。但是對于較低帶寬下的遠距離傳輸以及和其他網(wǎng)絡(luò )視頻編解碼設備的對接上有很大問(wèn)題。

　　優(yōu)勢：畫(huà)質(zhì)還原度高，延遲低;

　　劣勢：帶寬占用較大，兼容其他編解碼設備能力差;

　　第四代分布式圖像處理系統：

　　隨著(zhù)PRO AV行業(yè)不停的發(fā)展，SI和用戶(hù)對于音視頻產(chǎn)品的要求日漸提高，在保留功能全面的優(yōu)勢的前提下，如何在保持功能性和兼容性的前提下解決圖像質(zhì)量和延遲這兩個(gè)最大痛點(diǎn)，成了橫在所有分布式處理器廠(chǎng)家面前的兩座大山。

　　為了解決上述痛點(diǎn)，威林視訊結合H.264/265編碼的易用性和淺壓縮編碼 的高質(zhì)量低延遲，開(kāi)發(fā)了第四代的雙碼流分布式圖像處理產(chǎn)品，除了解決淺壓縮開(kāi)窗能力較差和H.264/265畫(huà)質(zhì)低延遲高等問(wèn)題，還解決了多路碼流熱備份的問(wèn)題，在性能及可靠性上都有巨大提升。目前這種雙碼流的分布式圖像處理產(chǎn)品是目前市場(chǎng)上最先進(jìn)也是功能最為完善的圖像處理產(chǎn)品。

　　淺壓縮的視頻具有高畫(huà)質(zhì)，低延遲，高碼率等特點(diǎn)，可以適用于局域網(wǎng)和KVM坐席端，帶來(lái)極致的畫(huà)質(zhì)體驗。

　　H.265編碼既便于無(wú)縫對接安防視頻，也因為帶寬占用較小(一般1-20Mbps)，適合于遠程傳輸，錄制存儲等。

　　二.功能全面

　　分布式圖像處理系統幾乎具備了多媒體集成中所需的絕大部分功能，例如：圖像拼接，音視頻切換，可視化操控，KVM坐席協(xié)作，環(huán)境控制，錄播，IPC解碼等。用戶(hù)可以通過(guò)一款軟件輕松管理整棟大樓的所有多媒體系統。

　　大屏拼接：可適用LCD,LED,DLP，投影機等各類(lèi)顯示終端拼接顯示。

　　音視頻切換：音視頻同步異步切換

　　可視化操控：視頻支持預覽回顯，所見(jiàn)即所得。

　　環(huán)境控制：集成周邊設備控制，一切盡在掌握。

　　錄播:支持信號源錄制與整屏錄制，輕松回看每個(gè)重要時(shí)刻。

　　傳輸距離遠：通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)或光纖輕松傳輸100m-20Km。

　　KVM坐席協(xié)作：可通過(guò)KVM坐席節點(diǎn)呼叫出帶有預覽回顯功能的OSD菜單，實(shí)時(shí)進(jìn)行KVM坐席協(xié)作和操作大屏拼接，矩陣切換和控制周邊設備。

　　布線(xiàn)簡(jiǎn)單：交換機到節點(diǎn)全部采用網(wǎng)線(xiàn)或者光纖，節點(diǎn)到信號源和顯示終端采用數字線(xiàn)纜。

　　軟件易用性強：任意接入網(wǎng)絡(luò )的計算機均可通過(guò)安裝客戶(hù)端、網(wǎng)頁(yè)或者平板，控制整個(gè)系統，并不局限于只能控制本地房間的音視頻及第三方設備?？筛鶕蛻?hù)的需求定制軟件界面和功能。分布式系統相對復雜，各行業(yè)的用戶(hù)需求也不盡相同，定制化的軟件界面是必備要求。

　　網(wǎng)絡(luò )攝像頭直接解碼：支持GB/T28181，ONVIF等安防視頻協(xié)議，可直接對接解碼攝像頭視頻或對接各廠(chǎng)家安防平臺。

　　雙碼流熱備：同時(shí)具備深淺兩種壓縮方式的可根據需要進(jìn)行選擇使用，并且可以進(jìn)行雙路熱備，性能和穩定性可兼顧。

　　可以試想一下，用戶(hù)可以使用任意被授權的平板，手機，電腦甚至KVM坐席節點(diǎn)，控制大樓內任意房間的任意視頻，音頻及周邊環(huán)境設備(如電動(dòng)窗簾，升降屏，電視，空調，升降投影幕等;)，所有視頻信號均可實(shí)時(shí)預覽，回顯，預編輯，真正的所見(jiàn)即所得，所見(jiàn)即可操作，打破傳統音視頻控制系統的一個(gè)個(gè)信息孤島，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )形成一個(gè)完整的音視頻及控制軟硬件一體化平臺，這才是當前信息化建設該有的樣子。

　　三.圖像質(zhì)量

　　常規的數字視頻信號使用顏色標準大多是RGB(紅綠藍)，就是大家常說(shuō)的疊加型三原色，也叫三基色。我們經(jīng)常使用的顯示終端也都采用RGB的方式在呈現圖像的色彩，我們以L(fǎng)ED舉例，每一個(gè)像素點(diǎn)，是3顆尺寸極小的發(fā)光二極管的組合，以下我們簡(jiǎn)稱(chēng)LED燈。三個(gè)LED燈的顏色分別為紅，綠，藍，當它們的發(fā)出的光相互疊加的時(shí)候，色彩相混，而亮度卻等于三者亮度之總和，越混合亮度越高，即加法混合。

　　在數字信號處理時(shí)，紅、綠、藍三個(gè)顏色通道每種色各分為256階亮度，在0時(shí)亮度最低，而在255時(shí)亮度最高。當三色灰度數值相同時(shí)，產(chǎn)生不同灰度值的灰色調，即三色灰度都為0時(shí)，是最暗的黑色調;三色灰度都為255時(shí)，是最亮的白色調。

　　在分布式使用的網(wǎng)絡(luò )編碼中，通常會(huì )使用YUV的顏色編碼，RGB偏重于人眼對色彩的感應，YUV則偏重于人眼對于亮度的敏感程度，Y代表的是亮度，UV代表的是彩度(因此黑白信號可省略UV)。因此，YUV不像RGB那樣要求三個(gè)獨立的視頻信號同時(shí)傳輸，所以用YUV方式傳送同樣的視頻信號相較于RGB本來(lái)說(shuō)占用較少的帶寬。

　　YUV碼流的編碼及存儲格式與其采樣的方式密切相關(guān)，主流的采樣方式有三種，YUV4:4:4，YUV4:2:2，YUV4:2:0(還有YUV4:1:1很少被使用)，下面用三個(gè)圖來(lái)直觀(guān)地表示采集的方式，以黑點(diǎn)表示采樣該像素點(diǎn)的Y分量，以空心圓圈表示采用該像素點(diǎn)的UV分量。

YUV 4:4:4采樣，每一個(gè)Y對應一組UV分量。

YUV 4:2:2采樣，每?jì)蓚€(gè)Y共用一組UV分量。

YUV 4:2:0采樣，每四個(gè)Y共用一組UV分量。

　　通俗點(diǎn)說(shuō)，就是YUV4:4:4對應了我們俗稱(chēng)的無(wú)損采樣，效果最好，其他的采樣方式均會(huì )有一定程度的畫(huà)質(zhì)損失。威林視訊雙碼流分布式產(chǎn)品采用YUV4:4:4顏色采樣，支持HDR(高動(dòng)態(tài)范圍圖像High-Dynamic Range)，最大程度保留了畫(huà)面細節，還原原始圖像畫(huà)質(zhì)，給用戶(hù)最好的視頻體驗。

　　四.系統連接能力

　　隨著(zhù)信息化建設的逐步深入，原有的孤立系統已經(jīng)越來(lái)越難以滿(mǎn)足復雜的應用需求。各系統間的資源調配，調度協(xié)作，數據交互，權限交叉越來(lái)越多。音視頻系統作為信息化系統的眼睛，嘴巴和耳朵，承擔的責任也越來(lái)越重要。分布式系統不但可以通過(guò)豐富的控制接口對周邊的其他設備進(jìn)行直接控制，并且可以直接無(wú)縫對接安防平臺，視頻會(huì )議，網(wǎng)絡(luò )音頻，數據可視化等多個(gè)系統，形成一體化平臺，統一管理調度。通過(guò)標準協(xié)議和API對接實(shí)際業(yè)務(wù)平臺軟件，真正的讓硬件設備為實(shí)際業(yè)務(wù)功能服務(wù)，流程高效，便捷，直觀(guān)。同時(shí)通過(guò)嚴謹的權限系統，對于每一個(gè)授權賬號的職能，權限進(jìn)行嚴格劃分，是各系統間的調度協(xié)作，信息交互安全可靠且井然有序。

　　我們以110指揮中心為例，分布式系統在接警處警，情報研判，指揮調度三大核心功能中，均能發(fā)揮核心中樞的重要作用。接警處信息推送上屏，調度數以萬(wàn)計的安防監控視頻上屏對比數據信息和GIS進(jìn)行情報研判，再到通過(guò)KVM坐席協(xié)作和遠距離信號互聯(lián)互通進(jìn)行警種聯(lián)動(dòng)，社會(huì )聯(lián)動(dòng)，跨區聯(lián)動(dòng)，結合視頻會(huì )議，單兵受持設備進(jìn)行現場(chǎng)信號回傳顯示，讓整個(gè)流程更加實(shí)時(shí)，準確，全面，保密。

　　五.二次開(kāi)發(fā)能力

　　隨著(zhù)整合的功能和控制周邊設備的增多，固定界面和功能軟件很難滿(mǎn)足不同行業(yè)的使用習慣和實(shí)際業(yè)務(wù)需求。根據實(shí)際客戶(hù)的業(yè)務(wù)需求，對分布式軟件平臺的二次開(kāi)發(fā)變得尤為重要。

　　在傳統系統中，中控系統一直在實(shí)際使用過(guò)程中承載著(zhù)人與系統交互的重要功能。但是，隨著(zhù)對于控制界面可視化要求的日益提高，以及多人協(xié)作需求逐漸曾多，以預案調取這類(lèi)單一形式的控制方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足實(shí)際業(yè)務(wù)中復雜的使用要求。

　　威林視訊以完全可編輯化的軟件引擎，為不同行業(yè)，不同業(yè)務(wù)部門(mén)，甚至是不通操作人員現場(chǎng)定制化軟件界面，可以根據用戶(hù)實(shí)際需求部署或刪減功能模塊，布局模塊位置，大小，創(chuàng )建符合用戶(hù)行業(yè)的UI界面，定制符合業(yè)務(wù)流程和安全規范的權限管理機制，以及開(kāi)放的API對接實(shí)際業(yè)務(wù)平臺，最大程度滿(mǎn)足客戶(hù)對于軟件客制化的需求。

　　同時(shí)，通過(guò)各種環(huán)境節點(diǎn)進(jìn)行環(huán)境感知，結合分布式系統邊緣計算，為客戶(hù)實(shí)時(shí)呈現設備及環(huán)境狀況，通過(guò)設置好的閾值進(jìn)行提醒或報警，保障系統安全穩定運行。

　　六.設計和實(shí)施

　　分布式強大的功能和靈活的組態(tài)形式，極大的提升了音視頻控制系統的延展性，但也對設計和實(shí)施方面的專(zhuān)業(yè)性和嚴謹性提出了更高的要求。

　　過(guò)去的顯控系統，連接只是信號源和大屏，新的分布式系統連接了系統里的多個(gè)設備，如果從業(yè)人員和廠(chǎng)商對于顯示設備，網(wǎng)絡(luò )設備以及中控，錄播等周邊設備缺乏了解，那在實(shí)施中出現的各個(gè)問(wèn)題就無(wú)法把握，所以在選型里，廠(chǎng)商實(shí)施團隊的經(jīng)驗和專(zhuān)業(yè)性也是重要一環(huán)。

　　七.服務(wù)體系

　　威林視訊總部坐落于北京中關(guān)村昌平科技園，在上海，深圳，廣州，南京，成都，武漢，長(cháng)沙，廈門(mén)，西安，烏魯木齊等地均有辦事機構和備品備件庫，具備全國范圍的售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò )，提供48小時(shí)內上門(mén)服務(wù)，重大活動(dòng)現場(chǎng)保障服務(wù)，確保項目安全穩定運行。

　　另外，威林視訊為了保障特殊時(shí)期，客戶(hù)現場(chǎng)無(wú)法進(jìn)入的情況，推出威云通VCLOUD遠程服務(wù)套件，為客戶(hù)提供7X24小時(shí)的遠程調試服務(wù)。

　　核心技術(shù)的比較，功能是否全面，圖像質(zhì)量，系統連接能力，二次開(kāi)發(fā)能力，設計和實(shí)施，售后服務(wù)支持，是我們認為客戶(hù)選擇分布式系統的七個(gè)重要因素，希望為客戶(hù)分布式的選型提供一定的參考。