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畫質和碼率,何以得兼?一文讀懂ASE計算機屏幕編碼技術!

2020-07-22


在人們的固有印象中,似乎碼率越高,畫質就越好。誠然,碼率的降低,意味著壓縮傳輸過程中保留的原始數據減少。正是數據的丟失,造成了最終顯示的圖像質量變差。這看起來似乎很有道理,但事實真的如此嗎?


如果保留的數據,都是對最終顯示效果幾乎沒有影響的數據,那么采用高碼率的方式豈不是對帶寬的一種浪費嗎?真正聰明的編碼算法——摒棄冗余的數據,使用最低的碼率,傳輸最佳效果的圖像。而AVCiT魅視“ASE計算機屏幕編碼技術“正是這樣一種優秀的編碼技術。


一、ASE之源起


在專業視聽領域,尤其是顯示控制和坐席控制領域,在各種指揮/調度中心、監控中心、數據中心、會議室等場所中,人們所使用的視頻圖像大約80%以上都來自于計算機等各種電子設備,這些視頻圖像通常由各種應用軟件生成,圖像由文本、圖形、自然圖像以及計算機生成的動畫等混合而成,這類視頻圖像,統稱為計算機屏幕內容。如下圖所示:





因為畫面是通過電腦軟件渲染出來的,所以包含了很多銳利的物體邊界,這些銳利邊界含有大量的高頻成分,常規算法很難達到有效的壓縮。同時,人的視覺對這些銳利邊界是非常敏感的,輕微失真所造成的模糊輕易就被感知到。在一定的網絡環境下,帶寬是有限的,攝像頭視頻或許可以透過降低畫面品質來提供穩定的服務,但是一旦加大屏幕內容的壓縮率,失真會馬上導致字體的清晰度下降,這樣的用戶體驗是不能容忍的!傳統的H.264/H.265正是因為無法有效解決這些問題,以致于被許多用戶詬病。


1. 計算機屏幕內容--圖像特點: ①無噪聲,色調較為離散; ②線條更加細膩,邊緣較為銳利; ③圖像的均勻平坦區域、重復圖案、相同塊較多。

2.監控內容--圖像特點:①包含傳感器的噪點較多; ②色調通常連續且紋理復雜。


鑒于計算機屏幕內容圖像與安防監控視頻內容具有顯著不同的特點,同時為了應對分布式系統在指揮調度中心等諸多應用中愈加迫切的屏幕內容圖像/視頻的編碼需求,AVCiT魅視通過自主研發的計算機屏幕編碼技術(avcit screen encoder,簡稱 “ASE”),針對H.265的編碼進行圖像增強處理,以達到4:4:4原生畫質顯示效果。


其實早在上世紀90年代,人們已經開始對計算機屏幕內容編碼進行了研究。最早由ITU-T推出了Mixed Raster Content (MRC)編碼標準;到了2016年,國內AVS工作組發布了第一個AVS SCC工作草案。縱觀整個視頻壓縮編碼領域,華為、微軟等IT巨頭早已開始針對屏幕內容編碼進行了大量研究并獲得眾多專利;阿里、騰訊等互聯網巨頭相繼提出在低帶寬下加強屏幕內容編碼的技術方案。



而在專業視聽領域,AVCiT魅視則是行業內率先推出計算機屏幕內容的編碼技術、并給出了完整解決方案的廠家。AVCiT魅視ASE計算機屏幕編碼技術的出現,讓用戶不必總在圖像質量與算法、碼率與帶寬之間的進行艱難的權衡。突破了“在一條千兆網絡上傳輸50路4:4:4高質量信號”的行業性技術瓶頸,滿足了用戶對“高分辨率、高幀率、高還原、高同步,低碼率、低延時”的視頻使用需求。

 

  • 二、 ASE之技術亮點:


(一)4:4:4原生畫質


▲ 支持4:4:4全色度最高采樣錄制與輸出,保證最高的圖像品質。相比降采樣的4:2:0的采樣方式,色度信息保留更加完整,達到原生級畫質效果。



  • (二)HDR 與 10bit高色深


▲ 與常規分布式產品的 8bit 位深度相比,ASE支持 10bit 位深度與HDR,可顯示的顏色數高達10.7億色,使顯示圖像色彩更加豐富,畫面過渡更加細膩,減少畫面斷層感,給用戶帶來更具沉浸式的感受。


(三)低碼率、低延時


▲ 基于H.265算法,配合AVCiT魅視自主研發設計的 FPGA+DSP 架構視頻處理系統,可實現傳輸一路1080P 4:4:4原生級畫質圖像僅需 20M碼率,端到端傳輸延時可低至一幀,帶來前所未有的使用體驗。


三、AES之應用效果:


  • (一)ASE編碼 - 文本成像效果


▲ ASE技術特別對文本內容編碼進行了增強處理,有效解決文本內容在顏色突然跳變或顏色對比強烈條件下(如黑底紅字,黑底藍字,紅底黑字,紅底藍字等)文字顯示模糊的問題,使文字周邊非常清晰干凈,接近原圖。



  • (二)ASE編碼 - 圖形(邊緣)內容成像效果


  • ▲ 針對屏幕圖形內容編碼,ASE技術優化算法,相對傳統編碼馬賽克明顯的情況,其圖像紋理信息顯示更清晰,邊緣顯示更加銳利,鋸齒感減少,過渡更平滑,效果更細膩。


  • (三)ASE編碼 - 線條內容成像效果


▲ 常規4:2:0采樣編碼方式,在顯示線條時,容易線條的顏色粗細改變或產生污點等現象,尤其在顯示斜線時,更是會出現發生斷層。ASE技術則會保留原圖的色彩細節,并保持色彩之間的鮮明過渡,使線條顯示連續、精細。


  • 四、 AES與其他編碼方式之綜合對比



  • 如果說分布式技術的出現是視聽行業一次重大技術革命,那么“計算機屏幕內容編碼技術“毫無疑問,則是視聽行業的下一個風口。計算機屏幕編碼技術的應用,充分滿足了專業音視聽領域,音視頻發展對“碼率更低,畫質更高”的圖像傳輸需求。

  • 而AVCiT魅視ASE技術,帶來遠高于VC-2、JPEG2000的壓縮效率,也帶來高于H.265/H.264的圖像質量。用戶不必再被“深壓縮、淺壓縮、雙引擎“等噱頭弄得暈頭轉向,不必在“H.265、VC-2、JPEG2000”等編碼方式中進行艱難權衡,更不必根據應用場景不同在深/淺壓縮間進行來回倒騰。

  • AVCiT魅視ASE計算機屏幕編碼技術已經成功經受住項目考驗。自發布以來,帶給了用戶完美的使用體驗感,并受到廣泛好評。

  • 縱觀近幾年視頻編碼技術的發展,編碼技術發展日新月異,從2013年推出的H.265標準再到剛發布不久的H.266標準,視頻編碼技術的革新,前后十年時間都不到;從過去的存儲到當前的網絡帶寬,視頻標準每一代的更新進步,對科技應用都帶來了極大的影響和推動。為了能夠持續推進視頻壓縮標準的進步,在國際視頻標準組織中,各公司的專家通過不斷研究和貢獻,使得每一代新的標準都能在同樣視頻質量下達到50%左右的碼率降低。

  • 無論視頻編碼技術的標準如何更新,始終不變的是——“用更低的碼率傳輸更高質量的視頻圖像”這一目的。尤其是專業視聽領域在顯示控制和坐席管理方面,在有限的網絡環境下,提供更好的圖像質量是所有用戶的核心訴求。而未來計算機屏幕編碼技術將會如何繼續大放異彩,拭目以待!
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