．視訊傳輸須知：如何以 1Gbps 傳輸 4K 網路視訊影像

Watching a 4K Video at 1000Mbps

(Gigabit Fiber Optic Internet)

10G一出誰與爭鋒

來源：投影时代

隨著影像解析度的日漸提高，市場對高清影像的傳輸與交換方案，也提出了更多要求。對這類高清影像的傳輸與交換而言，頻寬是亟待突破的首個瓶頸。

傳輸諸如4K或超高清（UHD）之類的高清影像，需要非常大的網路頻寬。4K影像（2160p60）在全彩與無壓縮情況下傳輸，需要佔用12 Gbps頻寬，而全彩的1080p影像，即使在每秒60幀的情況下傳輸，也只需要3 Gbps頻寬。

由此可見，4K這一未來的專業影像解析度，在分配傳輸方面，還面臨著諸多障礙。

這些障礙之所以存在，其最大的原因，是現行網路標準幾乎無法匹配相應的頻寬需求，尤其當高清影像的分配，多於一個房間時。傳輸無壓縮 4K影像，對纜線要求極其嚴格，甚至可能需要用到光纖，這也就導致傳輸系統的安裝成本大大提高。

更令人頭疼的是，現行的分配傳輸技術（千兆乙太網、萬兆乙太網、3G-SDI或HDBaseT）均無法達到2160p60解析度下的全彩取樣要求。1 Gbps的千兆乙太網（GbE）與2.97 Gbps的3G-SDI，甚至無法支持全彩無壓縮的1080p60影像的傳輸。

下表中羅列了無壓縮，普通高清與超高清影像，在不同解析度、像素、幀率、色彩取樣率情況下，傳輸所需要的頻寬，其中多數高清影像，所要求的頻寬均超過1 Gbps。

如需利用現有的分配和交換技術，來傳輸高清影像，應考慮對影像做一定程度的壓縮處理。例如，採用JPEG2000 壓縮標準，並進行合理設置，壓縮後影像佔用的頻寬將大大降低，不僅可在現有的標準纜線中傳輸，還可透過使用者現有的IP網路進行切換。

提及專業應用領域的影像壓縮，人們通常擔心的，是想像中的延時（即原始信號與播放終端之間的時間差），以及劣質的畫面。而這些聯想，多是由各大網路流媒體網站所造成的。

為了將影像傳輸，給各類網路中成千上萬的使用者，流媒體網站多會採用MPEG2、MPEG4或 H.264格式影像，網路頻寬要求低，因此，也就要求其中的影像經過高度壓縮。

不過，在一個更受控制的專業環境下，透過對壓縮技術的精心挑選與應用，壓縮後的影像，亦可兼具高清晰度與低延時性。

要瞭解壓縮技術，對延時與畫質的影響，首先應瞭解網路音視訊的分配傳輸原理。當進行IP影像傳輸時，首先必須對影像進行「編碼」，將影像信號轉為網路可辨識的數位信號。

當信號傳輸至播放終端，再將信號「解碼」，即將網路數位信號轉回影像視訊信號，最後透過電視或投影機顯示。整個影像傳輸過程涵蓋四個步驟，每個步驟都會對影像終端延時造成影響。

用飛機航班來比喻影像傳輸過程，再貼切不過。第一步的編碼好比登機，即將目標影像傳上網路。第二步的傳輸將信號從源設備傳輸至終端設備，這就是飛機的整個航程。第三步的解碼就是下機，網路信號將重新轉化為影像信號。最後一步的播放，就好似乘客提取行李離開機場。

這其中涉及到的播放速度，是整個影像傳輸分配過程中，常常被忽略的環節。哪怕整個影像傳輸過程極其給力，但只要顯示器無法進行快速的像素還原，都有可能造成影像播放的延時。多數顯示器都設有「遊戲」模式（不同廠商的叫法不一），可以更快速地還原影像畫面，並將延時最小化。

與真實的飛機航行不同，影像的「航程」（傳輸速度）是整個傳輸過程中，用時最短的環節，多數網路音視訊技術下的傳輸延時，比一幀畫面還要短。而編碼過程中的壓縮（以及解碼過程中的解壓縮），則是影響影像品質與延時性的最關鍵因素。

JPEG2000（應用於AMX SVSI N2000系列）與基於行的小波壓縮（LBWC，應用於AMX SVSI N1000系列）可實現幀壓縮或幀內壓縮，不存在傳統多幀壓縮所帶來的附加延時。

此外，JPEG2000支持區塊化（Tiling）技術，可將圖像分成若干區塊進行傳輸。利用JPEG2000 壓縮與區塊化技術，壓縮後影像的延時，可由全幀的 32-50 毫秒降低至 10-15 毫秒。

低延時高保真編解碼技術，能以小於1 Gbps的網路頻寬，傳輸高品質影像。當影像達到現有頻寬要求，那麼利用現有的企業IP網路，即可實現影像的傳輸與交換；也就是說，使用端利用現有的網路基礎設施，即可傳輸專業級高品質影像，這將大大降低整個系統的成本、簡化系統安裝程序、給予系統更好的擴展性。

SVSI 的4K影像採用了JPEG2000 編解碼技術，無需1Gbps頻寬亦能輕鬆傳輸。將該編解碼技術與區塊化技術相結合，不僅給予了視頻高品質畫質，亦將延時減少至一幀以內。

事實上，JPEG2000 所帶來的高品質影像效果，已令這一編解碼技術在各大電影工作室、電視網路，甚至美國國會圖書館得以廣泛應用。

將低頻寬傳輸技術與高品質編解碼技術融合，專業級高品質影像，也能以低成本的方式，實現在校園內的分配傳輸。