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画质和码率,何以得兼?一文读懂ASE计算机屏幕编码技术!

2020-07-22


在人们的固有印象中,似乎码率越高,画质就越好。诚然,码率的降低,意味着压缩传输过程中保留的原始数据减少。正是数据的丢失,造成了最终显示的图像质量变差。这看起来似乎很有道理,但事实真的如此吗?


如果保留的数据,都是对最终显示效果几乎没有影响的数据,那么采用高码率的方式岂不是对带宽的一种浪费吗?真正聪明的编码算法——摒弃冗余的数据,使用最低的码率,传输最佳效果的图像。而AVCiT魅视“ASE计算机屏幕编码技术“正是这样一种优秀的编码技术。


一、ASE之源起


在专业视听领域,尤其是显示控制和坐席控制领域,在各种指挥/调度中心、监控中心、数据中心、会议室等场所中,人们所使用的视频图像大约80%以上都来自于计算机等各种电子设备,这些视频图像通常由各种应用软件生成,图像由文本、图形、自然图像以及计算机生成的动画等混合而成,这类视频图像,统称为计算机屏幕内容。如下图所示:





因为画面是通过电脑软件渲染出来的,所以包含了很多锐利的物体边界,这些锐利边界含有大量的高频成分,常规算法很难达到有效的压缩。同时,人的视觉对这些锐利边界是非常敏感的,轻微失真所造成的模糊轻易就被感知到。在一定的网络环境下,带宽是有限的,摄像头视频或许可以透过降低画面品质来提供稳定的服务,但是一旦加大屏幕内容的压缩率,失真会马上导致字体的清晰度下降,这样的用户体验是不能容忍的!传统的H.264/H.265正是因为无法有效解决这些问题,以致于被许多用户诟病。


1. 计算机屏幕内容--图像特点: ①无噪声,色调较为离散; ②线条更加细腻,边缘较为锐利; ③图像的均匀平坦区域、重复图案、相同块较多。

2.监控内容--图像特点:①包含传感器的噪点较多; ②色调通常连续且纹理复杂。


鉴于计算机屏幕内容图像与安防监控视频内容具有显著不同的特点,同时为了应对分布式系统在指挥调度中心等诸多应用中愈加迫切的屏幕内容图像/视频的编码需求,AVCiT魅视通过自主研发的计算机屏幕编码技术(avcit screen encoder,简称 “ASE”),针对H。265的编码进行图像增强处理,以达到4:4:4原生画质显示效果。


其实早在上世纪90年代,人们已经开始对计算机屏幕内容编码进行了研究。最早由ITU-T推出了Mixed Raster Content (MRC)编码标准;
到了2016年,国内AVS工作组发布了第一个AVS SCC工作草案。纵观整个视频压缩编码领域,华为、微软等IT巨头早已开始针对屏幕内容编码进行了大量研究并获得众多专利;阿里、腾讯等互联网巨头相继提出在低带宽下加强屏幕内容编码的技术方案。



而在专业视听领域,AVCiT魅视则是行业内率先推出计算机屏幕内容的编码技术、并给出了完整解决方案的厂家。AVCiT魅视ASE计算机屏幕编码技术的出现,让用户不必总在图像质量与算法、码率与带宽之间的进行艰难的权衡。突破了“在一条千兆网络上传输50路4:4:4高质量信号”的行业性技术瓶颈,满足了用户对“高分辨率、高帧率、高还原、高同步,低码率、低延时”的视频使用需求。

 

  • 二、 ASE之技术亮点:


(一)4:4:4原生画质


▲ 支持4:4:4全色度最高采样录制与输出,保证最高的图像品质。相比降采样的4:2:0的采样方式,色度信息保留更加完整,达到原生级画质效果。



  • (二)HDR 与 10bit高色深


▲ 与常规分布式产品的 8bit 位深度相比,ASE支持 10bit 位深度与HDR,可显示的颜色数高达10.7亿色,使显示图像色彩更加丰富,画面过渡更加细腻,减少画面断层感,给用户带来更具沉浸式的感受。


(三)低码率、低延时


▲ 基于H.265算法,配合AVCiT魅视自主研发设计的 FPGA+DSP 架构视频处理系统,可实现传输一路1080P 4:4:4原生级画质图像仅需 20M码率,端到端传输延时可低至一帧,带来前所未有的使用体验。


三、AES之应用效果:


  • (一)ASE编码 - 文本成像效果


▲ ASE技术特别对文本内容编码进行了增强处理,有效解决文本内容在颜色突然跳变或颜色对比强烈条件下(如黑底红字,黑底蓝字,红底黑字,红底蓝字等)文字显示模糊的问题,使文字周边非常清晰干净,接近原图。



  • (二)ASE编码 - 图形(边缘)内容成像效果


  • ▲ 针对屏幕图形内容编码,ASE技术优化算法,相对传统编码马赛克明显的情况,其图像纹理信息显示更清晰,边缘显示更加锐利,锯齿感减少,过渡更平滑,效果更细腻。


  • (三)ASE编码 - 线条内容成像效果


▲ 常规4:2:0采样编码方式,在显示线条时,容易线条的颜色粗细改变或产生污点等现象,尤其在显示斜线时,更是会出现发生断层。ASE技术则会保留原图的色彩细节,并保持色彩之间的鲜明过渡,使线条显示连续、精细。


  • 四、 AES与其他编码方式之综合对比



  • 如果说分布式技术的出现是视听行业一次重大技术革命,那么“计算机屏幕内容编码技术“毫无疑问,则是视听行业的下一个风口。计算机屏幕编码技术的应用,充分满足了专业音视听领域,音视频发展对“码率更低,画质更高”的图像传输需求。

  • 而AVCiT魅视ASE技术,带来远高于VC-2、JPEG2000的压缩效率,也带来高于H。265/H。264的图像质量。用户不必再被“深压缩、浅压缩、双引擎“等噱头弄得晕头转向,不必在“H。265、VC-2、JPEG2000”等编码方式中进行艰难权衡,更不必根据应用场景不同在深/浅压缩间进行来回倒腾。

  • AVCiT魅视ASE计算机屏幕编码技术已经成功经受住项目考验。自发布以来,带给了用户完美的使用体验感,并受到广泛好评。

  • 纵观近几年视频编码技术的发展,编码技术发展日新月异,从2013年推出的H。265标准再到刚发布不久的H。266标准,视频编码技术的革新,前后十年时间都不到;从过去的存储到当前的网络带宽,视频标准每一代的更新进步,对科技应用都带来了极大的影响和推动。为了能够持续推进视频压缩标准的进步,在国际视频标准组织中,各公司的专家通过不断研究和贡献,使得每一代新的标准都能在同样视频质量下达到50%左右的码率降低。

  • 无论视频编码技术的标准如何更新,始终不变的是——“用更低的码率传输更高质量的视频图像”这一目的。尤其是专业视听领域在显示控制和坐席管理方面,在有限的网络环境下,提供更好的图像质量是所有用户的核心诉求。而未来计算机屏幕编码技术将会如何继续大放异彩,拭目以待!
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