七大标准判别分布式系统的优劣（中）

　　引言：友商七大标准判别分布式系统的优劣（上） 、七大标准判别分布式系统的优劣（下） 针对分布式的选型提出了各种不同的看法，真理不辨不明，我们也提出一些自己的看法，希望能对客户的选择有所帮助。

　　随着近些年图像处理技术的不断发展，传统的基于FPGA的嵌入式纯硬件处理器功能不断完善，已在视频处理领域独领风骚数年。但是随着网络硬件环境的逐步升级，已及流媒体网络视频技术应用越来广泛，基于网络视频编解码技术的的分布式图像处理系统逐渐展露头角。并且，在越来越多的大型系统中，分布式处理系统在实施和使用中的巨大优势，也征服了越来越多的SI和用户。

　　下面，我们就浅谈一下分布式图像处理系统的技术现状以及如何选择合适的分布式图像处理产品。

　　关键词：分布式，图像处理器，双码流，双引擎，浅压缩，KVM，信息化，安防;

　　一.核心技术

　　第一代分布式图像处理器：

　　早在纯硬件视频处理器发展的如火如荼的2008年，就有厂商推出了基于千兆以太网的分布式图像处理产品。最早的分布式图像处理产品在形态上和现在大致无二，都是由编码器，千兆交换机，解码器和控制软件四部分组成。早期的几款分布式图像处理产品在都不约而同的采用了压缩比较低的压缩算法，最大程度的保留了图像的细节。但由于选择的压缩算法较低，通常并不能将3Gbps左右的1080P@60信号压缩到1Gbps以内。因此，大多数早期的分布式产品都采用了双网线甚至4网线的产品形态。在编码方式上，也几乎都是选择帧内压缩的算法，尽可能的降低编解码延迟。

　　可以说，第一代的分布式图像处理器在图像质量和延迟上，虽然略逊于当时主流的纯硬件处理器，但是相较于后来盛行的采用H.264/265编码方式的帧间压缩产品，在图像质量和延迟两端，可以说是全面领先的。但是由于在功能上相较于纯硬件处理器没有特别明显的优势，又碍于当时千兆以太网硬件组网高昂的成本，所以市场端一直过于疲软，并未展现出足够的竞争力。

　　优势：几乎无损，延迟低;

　　劣势：带宽占用过大，交换成本高，兼容其他编解码设备能力差，无预览回显，功能较少集成度低;

　　第二代分布式图像处理器：

　　随着H.264编码技术在安防行业的大量应用以及交换机组网的成本逐步降低，采用H.264/265编码的第二代分布式视频处理产品，逐渐展露头角。这一代产品采用帧间压缩方式进行视频编码，虽然在图像质量和延迟端均有不足之处，但是由于H.264编码较小的带宽占用和全面的功能性，使这一代分布式处理器在图像可视化控制，拼接开窗能力，音视频切换，带有OSD菜单的KVM功能以及丰富的环境控制接口等方面，都较传统的嵌入式纯硬件处理器有非常明显的功能和性能上的提升，因此迅速获得市场肯定，分布式图像处理器也终于广泛的开始在各个行业应用开来。

　　虽然在功能上全面领先，但是基于H.264/265编码的分布式图像处理产品在图像质量上和延迟上的确差强人意。YUV4:2:0的图像质量和100ms左右的延迟在使用大屏拼接的时候影响不大，但是在使用显示器做为显示终端的KVM应用上图像质量的问题会由于观看距离的缩短变得极为明显，鼠标和图像之间接近100ms的延迟也会让使用者感受到极度的不适。

　　优势：预览回显，带宽占用低，便于远程交互和录制存储，兼容安防摄像头，功能全面集成度高;

　　劣势：画质还原度低，延迟高较;

　　第三代分布式图像处理器：

　　为了解决画质和延迟的问题，第三代分布式图像处理器采用了类似JPEG,VC-2的浅压缩帧内编码技术。图像的压缩比大多在5:1-40:1之间，端到端延迟1-2帧(以60帧/秒为例约为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的深压缩图像处理器。降低了传输带宽适应千兆网络使用，同时在画质和延迟上也凸显出很大优势。但是对于较低带宽下的远距离传输以及和其他网络视频编解码设备的对接上有很大问题。

　　优势：画质还原度高，延迟低;

　　劣势：带宽占用较大，兼容其他编解码设备能力差;

　　第四代分布式图像处理系统：

　　随着PRO AV行业不停的发展，SI和用户对于音视频产品的要求日渐提高，在保留功能全面的优势的前提下，如何在保持功能性和兼容性的前提下解决图像质量和延迟这两个最大痛点，成了横在所有分布式处理器厂家面前的两座大山。

　　为了解决上述痛点，威林视讯结合H.264/265编码的易用性和浅压缩编码 的高质量低延迟，开发了第四代的双码流分布式图像处理产品，除了解决浅压缩开窗能力较差和H.264/265画质低延迟高等问题，还解决了多路码流热备份的问题，在性能及可靠性上都有巨大提升。目前这种双码流的分布式图像处理产品是目前市场上最先进也是功能最为完善的图像处理产品。

　　浅压缩的视频具有高画质，低延迟，高码率等特点，可以适用于局域网和KVM坐席端，带来极致的画质体验。

　　H.265编码既便于无缝对接安防视频，也因为带宽占用较小(一般1-20Mbps)，适合于远程传输，录制存储等。

　　二.功能全面

　　分布式图像处理系统几乎具备了多媒体集成中所需的绝大部分功能，例如：图像拼接，音视频切换，可视化操控，KVM坐席协作，环境控制，录播，IPC解码等。用户可以通过一款软件轻松管理整栋大楼的所有多媒体系统。

　　大屏拼接：可适用LCD,LED,DLP，投影机等各类显示终端拼接显示。

　　音视频切换：音视频同步异步切换

　　可视化操控：视频支持预览回显，所见即所得。

　　环境控制：集成周边设备控制，一切尽在掌握。

　　录播:支持信号源录制与整屏录制，轻松回看每个重要时刻。

　　传输距离远：通过网线或光纤轻松传输100m-20Km。

　　KVM坐席协作：可通过KVM坐席节点呼叫出带有预览回显功能的OSD菜单，实时进行KVM坐席协作和操作大屏拼接，矩阵切换和控制周边设备。

　　布线简单：交换机到节点全部采用网线或者光纤，节点到信号源和显示终端采用数字线缆。

　　软件易用性强：任意接入网络的计算机均可通过安装客户端、网页或者平板，控制整个系统，并不局限于只能控制本地房间的音视频及第三方设备。可根据客户的需求定制软件界面和功能。分布式系统相对复杂，各行业的用户需求也不尽相同，定制化的软件界面是必备要求。

　　网络摄像头直接解码：支持GB/T28181，ONVIF等安防视频协议，可直接对接解码摄像头视频或对接各厂家安防平台。

　　双码流热备：同时具备深浅两种压缩方式的可根据需要进行选择使用，并且可以进行双路热备，性能和稳定性可兼顾。

　　可以试想一下，用户可以使用任意被授权的平板，手机，电脑甚至KVM坐席节点，控制大楼内任意房间的任意视频，音频及周边环境设备(如电动窗帘，升降屏，电视，空调，升降投影幕等;)，所有视频信号均可实时预览，回显，预编辑，真正的所见即所得，所见即可操作，打破传统音视频控制系统的一个个信息孤岛，通过网络形成一个完整的音视频及控制软硬件一体化平台，这才是当前信息化建设该有的样子。

　　三.图像质量

　　常规的数字视频信号使用颜色标准大多是RGB(红绿蓝)，就是大家常说的叠加型三原色，也叫三基色。我们经常使用的显示终端也都采用RGB的方式在呈现图像的色彩，我们以LED举例，每一个像素点，是3颗尺寸极小的发光二极管的组合，以下我们简称LED灯。三个LED灯的颜色分别为红，绿，蓝，当它们的发出的光相互叠加的时候，色彩相混，而亮度却等于三者亮度之总和，越混合亮度越高，即加法混合。

　　在数字信号处理时，红、绿、蓝三个颜色通道每种色各分为256阶亮度，在0时亮度最低，而在255时亮度最高。当三色灰度数值相同时，产生不同灰度值的灰色调，即三色灰度都为0时，是最暗的黑色调;三色灰度都为255时，是最亮的白色调。

　　在分布式使用的网络编码中，通常会使用YUV的颜色编码，RGB偏重于人眼对色彩的感应，YUV则偏重于人眼对于亮度的敏感程度，Y代表的是亮度，UV代表的是彩度(因此黑白信号可省略UV)。因此，YUV不像RGB那样要求三个独立的视频信号同时传输，所以用YUV方式传送同样的视频信号相较于RGB本来说占用较少的带宽。

　　YUV码流的编码及存储格式与其采样的方式密切相关，主流的采样方式有三种，YUV4:4:4，YUV4:2:2，YUV4:2:0(还有YUV4:1:1很少被使用)，下面用三个图来直观地表示采集的方式，以黑点表示采样该像素点的Y分量，以空心圆圈表示采用该像素点的UV分量。

YUV 4:4:4采样，每一个Y对应一组UV分量。

YUV 4:2:2采样，每两个Y共用一组UV分量。

YUV 4:2:0采样，每四个Y共用一组UV分量。

　　通俗点说，就是YUV4:4:4对应了我们俗称的无损采样，效果最好，其他的采样方式均会有一定程度的画质损失。威林视讯双码流分布式产品采用YUV4:4:4颜色采样，支持HDR(高动态范围图像High-Dynamic Range)，最大程度保留了画面细节，还原原始图像画质，给用户最好的视频体验。

　　四.系统连接能力

　　随着信息化建设的逐步深入，原有的孤立系统已经越来越难以满足复杂的应用需求。各系统间的资源调配，调度协作，数据交互，权限交叉越来越多。音视频系统作为信息化系统的眼睛，嘴巴和耳朵，承担的责任也越来越重要。分布式系统不但可以通过丰富的控制接口对周边的其他设备进行直接控制，并且可以直接无缝对接安防平台，视频会议，网络音频，数据可视化等多个系统，形成一体化平台，统一管理调度。通过标准协议和API对接实际业务平台软件，真正的让硬件设备为实际业务功能服务，流程高效，便捷，直观。同时通过严谨的权限系统，对于每一个授权账号的职能，权限进行严格划分，是各系统间的调度协作，信息交互安全可靠且井然有序。

　　我们以110指挥中心为例，分布式系统在接警处警，情报研判，指挥调度三大核心功能中，均能发挥核心中枢的重要作用。接警处信息推送上屏，调度数以万计的安防监控视频上屏对比数据信息和GIS进行情报研判，再到通过KVM坐席协作和远距离信号互联互通进行警种联动，社会联动，跨区联动，结合视频会议，单兵受持设备进行现场信号回传显示，让整个流程更加实时，准确，全面，保密。

　　五.二次开发能力

　　随着整合的功能和控制周边设备的增多，固定界面和功能软件很难满足不同行业的使用习惯和实际业务需求。根据实际客户的业务需求，对分布式软件平台的二次开发变得尤为重要。

　　在传统系统中，中控系统一直在实际使用过程中承载着人与系统交互的重要功能。但是，随着对于控制界面可视化要求的日益提高，以及多人协作需求逐渐曾多，以预案调取这类单一形式的控制方式已经不能满足实际业务中复杂的使用要求。

　　威林视讯以完全可编辑化的软件引擎，为不同行业，不同业务部门，甚至是不通操作人员现场定制化软件界面，可以根据用户实际需求部署或删减功能模块，布局模块位置，大小，创建符合用户行业的UI界面，定制符合业务流程和安全规范的权限管理机制，以及开放的API对接实际业务平台，最大程度满足客户对于软件客制化的需求。

　　同时，通过各种环境节点进行环境感知，结合分布式系统边缘计算，为客户实时呈现设备及环境状况，通过设置好的阈值进行提醒或报警，保障系统安全稳定运行。

　　六.设计和实施

　　分布式强大的功能和灵活的组态形式，极大的提升了音视频控制系统的延展性，但也对设计和实施方面的专业性和严谨性提出了更高的要求。

　　过去的显控系统，连接只是信号源和大屏，新的分布式系统连接了系统里的多个设备，如果从业人员和厂商对于显示设备，网络设备以及中控，录播等周边设备缺乏了解，那在实施中出现的各个问题就无法把握，所以在选型里，厂商实施团队的经验和专业性也是重要一环。

　　七.服务体系

　　威林视讯总部坐落于北京中关村昌平科技园，在上海，深圳，广州，南京，成都，武汉，长沙，厦门，西安，乌鲁木齐等地均有办事机构和备品备件库，具备全国范围的售后服务网络，提供48小时内上门服务，重大活动现场保障服务，确保项目安全稳定运行。

　　另外，威林视讯为了保障特殊时期，客户现场无法进入的情况，推出威云通VCLOUD远程服务套件，为客户提供7X24小时的远程调试服务。

　　核心技术的比较，功能是否全面，图像质量，系统连接能力，二次开发能力，设计和实施，售后服务支持，是我们认为客户选择分布式系统的七个重要因素，希望为客户分布式的选型提供一定的参考。