2014年AV行業最熱門名詞非“分布式”莫屬，隨著視頻及網絡技術的高速發展，“分布式”概念正被越來越多的用戶所認知。基于分布式技術構建的視頻處理系統，以其“多地分散布置、集中管理、全網絡互聯、資源共享、無限擴展”等優勢受到廣大顯示系統用戶的青睞。分布式拼接已然成為拼接系統的發展趨勢。

    分布式拼接系統最大的特點是突破了地域限制，實現這一特點的核心技術是網絡數據傳輸。而提起網絡，第*反應就是帶寬限制。以目前最普及的千兆局域網為例，其可提供的理論物理帶寬也僅為1Gbps，扣除網絡通信協議所消耗的帶寬，實際利用千兆網絡能夠傳輸數據能夠達到的最大數據帶寬僅在600Mbps左右。對于廣域網，雖然各大運營商加大了寬帶接入的建設力度，但目前可提供物理帶寬仍在100Mbps以下。面對日益提高的超高清圖像顯示需要，低帶寬無疑會對基于網絡分布式系統形成制約。

    在如今的大數據時代前景下，如何突破現有網絡技術的局限性，實現高品質、低帶寬、遠距離傳輸，以滿足日益龐大、多地互通、資源共享的系統需要，是一個分布式系統成功的關鍵。在無法改變現有網絡技術的情況下，唯*的方法就是在視頻傳輸時如何降低帶寬，提高網絡利用率。

    目前市面上分布式系統在視頻數據傳輸時，主要采取三種視頻編碼的方式：無壓縮碼流、壓縮碼流及混合碼流。

    無壓縮碼流

    即將采集的視頻源圖像數據不經視頻壓縮編碼，直接通過網絡進行傳輸。其特點是無需復雜的圖像處理、最大程度保持源圖像品質。但其帶寬占用最大，以每秒60幀的1080P視頻計算，所需帶寬為1920x1080x24bitx60≈3Gbps，因此必須需要多根千兆網絡并行傳輸才可滿足帶寬需要。

    壓縮碼流

    即對原始圖像采用視頻壓縮算法進行壓縮編碼后再通過網絡進行傳輸。又可細分為私有壓縮碼流與標準壓縮碼流兩類。

    私有壓縮碼流是一些廠商結合自身情況，采用自行定義的視頻算法對視頻壓縮。這些視頻算法多是根據人眼對圖像高頻信息（圖像細節）敏感度低的特性，采用離散余弦變換與量化，將圖像高頻分量進行衰減甚至消除，再利用算術或統計編碼的方式，實現圖像數據壓縮。但受限于處理性能等原因，自定義壓縮處理過程相對簡單，且為減少畫質損失，通常壓縮比較低，1路1080P60圖像經此方式壓縮后通常需要帶寬在100Mbps~300Mbps左右。

    標準壓縮碼流則是采用國際標準的編碼算法（如H.264等）完成圖像的壓縮再通過網絡傳輸。國際標準壓縮算法的特點是算法定義完善，有針對低帶寬需要的高壓縮比算法，也有保持高畫質的無損壓縮算法。壓縮算法考慮更全面因而相對復雜，對處理性能要求極高，但圖像在相同畫質的情況下可以獲得更高的壓縮比。同樣以1080P60圖像為例，采用H.264壓縮后，帶寬僅需控制在8Mbps以上時，人眼已難以區分壓縮后圖像與未壓縮前的區別，在1Mbps時其圖像畫質也可被接受。這也是包括藍光、網絡視頻在內的大多數視頻載體或傳輸媒介都采用H.264等國際標準算法進行圖像壓縮編碼的原因。

    混合碼流

    即在同一系統中同時存在兩種視頻碼流。可能是無壓縮碼流與壓縮碼流混合，也可能是私有壓縮碼流與標準壓縮碼流。這種系統中通常以無壓縮碼流或私有壓縮碼流為系統的主要碼流，而混入標準壓縮碼流以解決低帶寬傳輸需要，相當于進行視頻轉碼接入已有系統架構中。

    無壓縮碼流不等于圖像品質無損失

    專業AV行業里，對圖像畫質有極高的要求。如前所述，無壓縮碼流在處理時可將采集到的圖像數據直接傳輸，中間不需要壓縮編碼，從而減少了畫質降低的可能。

    但事實上，對畫質影響的因素有很多，從采集到傳輸再到顯示，系統中的每一個環節處理不當都將可能造成極大的畫質下降。

    以圖像數字采集為例，在對模擬信號進行數字轉換時，產品電氣規范與標準有偏差會造成圖像色彩上的偏差。又如多數視頻處理系統為降低帶寬且方便進行處理，通常將圖像轉換為YUV422或YUV420格式，雖不進行圖像壓縮，但在這一過程中就已經造成了圖像色彩信息的損失。另外在拼接顯示系統中，視頻去隔行采用的算法，改變窗口尺寸時采用的縮放算法是否*秀，這些都將直接影響到圖像畫質。

    高帶寬是無壓縮碼流的致命傷

    事實上，“無壓縮”更像是將傳統拼接控制器中使用高速總線進行數據傳輸的技術直接應用于基于網絡構建的分布式系統中。這種“傳承”可使傳統廠商更快的進入分布式拼接市場，但帶寬占用過高卻是其致命傷。網絡帶寬的客觀限制使得基于無壓縮碼流技術的分布式系統無法真正發揮出分布式系統的優勢，這也是為何越來越多的廠商轉向基于壓縮碼流的分布式產品研發的原因。

    壓縮碼流一定會損失畫質嗎？

    人們目前接觸壓縮碼流最多的方式可能是通過網絡。無論是在線視頻還是供下載的電影動畫，其為降低帶寬占用或減小體積無不采用了壓縮編碼的方式。且為滿足廣域網傳播，必須使用較高的壓縮比，使得最終看到的圖像畫質很差，可能出現很多馬賽克。長此以往，使人們習慣性的認為視頻圖像經過壓縮后勢必會對畫質造成嚴重損失，并將這種觀念不知不覺的作為對顯示系統的評定標準。但事實真的如此嗎？如果壓縮會帶來嚴重圖像損失，那為何H.264,H.265,JPEG2000等壓縮標準又會成為超高清視頻、數字電影的壓縮標準呢？到底是哪一個環節使得壓縮后圖像畫質損失呢？

    要想了解實情，我們需要先大致了解一下壓縮編解碼的完整過程。目前最常見的圖像壓縮算法均采用頻域壓縮的方法，利用人眼對圖像中高頻信息識別度低的特性實現圖像壓縮。以此為例說明圖像頻域壓縮的一般編解碼過程，如下圖所示：

    以下對各過程用途及運算方式進行說明，并從中分析哪些環節會造成圖像畫質損失：

    離散余弦變換（DCT）：對于視頻圖像，每一個像素都是按照時間順序進行排列的。通過離散余弦變換公式，可將圖像由時域轉換為頻域，最頻域壓縮的基礎。

    量化：將各頻率分量除以一個對應的特定系數后保留結果的整數部分，從而對各頻率分量進行衰減，使得圖像信息減少。通常對直流分量不進行衰減，而對高頻分量進行高度衰減。通過改變不同的量化系數，可動態調整壓縮比，實現畫質與帶寬平衡。

    編碼：以變長編碼為主，可簡單理解為將一個固定位數的信息用更簡短的信息表達方式替換。

    解碼：編碼的逆過程，使用與編碼完全相同的規則恢復數據。可100%將數據恢復為編碼前狀態。

    反量化：將恢復出的各頻率分量乘以與量化時使用系統對應的反量化系數，從而恢復各頻率分量。但如在量化時丟棄了計算結果信息，無法100%恢復數據。

    反離散余弦變化（IDCT）：與DCT互為逆變換，利用固有公式將圖像重新從頻域轉換為時域，從而恢復出完整圖像。IDCT過程保持與DCT完全相同的計算精度，可將數據100%恢復。

    從上述過程可以看出，實際可能造成圖像畫質損失的環節只有一個，就是“量化”。通過動態調節量化參數，使得壓縮碼流在帶寬與畫質間動態平衡。而根據實測效果，當H.264編碼標準中定義的畫質參數在80%以上時，人眼即已無法分辨編碼后圖像與原始圖像區別。而如果在處理過程中取消量化過程，則在整個壓縮編碼過程中沒有任何環節會造成圖像畫質損失。

    標準化碼流是分布式系統的趨勢

    根據以上分析，合理的采用壓縮算法也可保證圖像畫質的無損傳輸，還可大幅降低帶寬占用。越來越多的廠商也將分布式研發轉向壓縮碼流的方式，以期在保證高效處理的同時提供網絡利用率。不同廠商根據自身的技術特點，采用不同的編碼算法。有的采用國際通用標準，如H.264，有的則采用自己研發的私有算法。

    隨著科技的發展，越來越多的多媒體信息都已基于網絡傳輸。網絡攝像頭、在線視頻分享、移動設備無線投射，這些多媒體音視頻信息目前多基于H.264/MPEG4等標準編碼算法，以最大程度減少帶寬占用。而在顯示信息系統中，用戶也越來越希望這些多媒體信息能夠真正為人所用，使這些信息能夠方便的接入到大屏上。對于這類應用，無疑采用相同標準碼流的系統更以具優勢。各類媒體信息無需轉碼直接接入系統，不僅應用便捷，也可降低接入成本。而采用非標準算法，則必須經過轉碼后才可將這類信息接入，增加了系統的復雜度。

    可以預計，隨著寬帶互聯的普及，基于標準協議的多媒體音視頻信息與設備將越來越多，接入大屏系統并實現遠程共享的需求也將越來越強烈，因此采用標準化碼流將逐步成為分布式系統的趨勢。

    混合碼流是技術變革中的過渡產物

    為克服無壓縮碼流帶寬占用過大以心無壓縮碼流與私有碼流系統無法直接接入標準碼流設備的問題，一些廠商提出了混合碼流的概念。即通過額外的設備將原系統中私有碼流進行二次轉換，變為H.264等標準碼流以利用窄帶網絡實現遠距離傳輸，或將標準碼流轉換為私有碼流以便將標準設備接入其系統。從前文分析可以看出，這一技術實屬為克服無壓縮或私有碼流分布式系統自身缺陷、提高自身兼容性，從而滿足客戶需要所使用的無奈之舉。混合碼流技術將是分布式系統技術變革中的過度產物。隨著編碼技術的發展，標準化碼流的普及，采用混合碼流技術的分布式系統可能將會逐步消失。

    總結

    要讓分布式系統最大程度發揮其基于網絡的靈活多變的優勢，低帶寬占用與兼容性是最關鍵的兩個因素。同時解決這兩個問題才能真正釋放分布式系統的巨大潛力。合理的利用現代國際標準編解碼技術是目前對以上問題最完美的解決方案。因此隨著技術的發展，分布式系統將會越來越多的采用壓縮碼流技術，并在此基礎上擴展出更多應用，實現分布式技術的普及 。