春晚大放异彩的“超高清浅压缩”到底是怎样的黑科技?

小夏 科技 更新 2024-02-23

元宵节即将来临,这意味着“一年”即将结束。 趁着春晚余波还未过去,让我们一起来回顾一下支撑这场“文化春节夜宴”直播的技术:超高清浅压缩。

乍一看,这项技术是最好的东西,那么它有什么了不起的呢?

超高清“很容易理解,无非就是**画面的高清,分辨率4K甚至8K。

那么这里的“浅压缩”是什么意思呢? 让我们从一些基本概念开始。

* 一些基本概念。

*实质上会是快速连续的独立画面**,利用眼睛的视觉持久效果,让人感到“动人”。

每一帧称为“帧”,每秒的帧数称为“帧率”,单位为fps,即每秒帧数。 一般来说,如果肉眼看到的图片的帧速率高于每秒10到12帧左右,则认为它是连续的。

为了获得更细腻的效果,电影制作中常用24fps、25fps、30fps等帧率。 更高的帧速率,例如 60fps 和 120fps,用于慢动作录制。

每秒一排有那么多图像,**的大小一般要大得多**,平滑**占用的带宽也大很多。

如果不做任何处理,理论上要***分辨率为4K,帧率为30fps**,则需要占用接近6Gbps的带宽。

这只是交通暴饮暴食。 有线也可以近距离传输,可以用有线携带,但是使用无线太难了,即使像5G一样强大,也是拉伸的。

因此,我们需要压缩**。

* 深度压缩。

为什么可以压缩? 这是因为每个帧内和多个帧之间都有很多冗余信息。

首先,在每一帧内,图像中相邻像素的颜色相关性非常强,纹理可能会不断变化,背景可能会有大量重复的颜色。 使用正确的算法,可以消除冗余并压缩数据量。

然后,在多帧之间,如果没有场景切换,相邻帧之间的大部分图像都是一样的:例如,一只蝴蝶在花丛中飞翔,除了蝴蝶在多帧之间姿态变化外,其余不变,数据可以压缩。

因此,压缩有两种方式:“帧内”和“帧间”,将压缩分解为多个像素块,然后将当前帧的内容与前后帧的内容组合在一起进行压缩。

画框内**的主要思想是画面的纹理是连续的,并且有大量的“”。空间冗余“,因此可以使用相邻的解码像素**未知像素。 在实际编码中,只需要对从原块中减去**块后剩下的残块进行操作,这样可以有效减少数据量。

帧间**的主要思想是,由于相邻帧之间存在很强的相关性,因此存在大量的“.时间冗余然后只需找到当前块在参考系中的位置,计算出相应的位移并得到两帧之间的残差,然后只发送残差帧和少量数据。

这样,压缩算法将**内容编码为I帧和P帧。 i-frame 用作关键帧,必须能够完全独立解码,因此只能使用帧内 **; 作为**帧,p帧只反映了前一帧i帧变化的部分,既可以在帧内使用,也可以在帧之间使用,但没有i帧就无法解码。

除了 I 和 P 帧外,还有一种 B 帧(双向帧)。 B帧的编解码可以同时参考左右帧,需要传输的数据量更小。

由于内容是连续的,并且趋向于时域相关性较强,因此帧之间的压缩效率通常较高,因此P B帧通常比I帧小得多。

这种帧内和帧间压缩的双管齐下的效果非常好,在基本没有图像质量损失的前提下,原始压缩可以很小,所以也叫“”。深度压缩

在目前主流的压缩编码标准中,h264 比如1080p分辨率,60fps**,压缩编码,只有4Mbps的网络带宽,你在手机上有很好的体验。

缺乏深度压缩。

然而,任何事情都有两面性。 深度压缩的成本是多少?

最容易想到的是:直播的**延迟。

如前所述,P帧和B帧的解码需要依赖其他帧,当终端**进行直播时,很有可能接入时间点是无法独立解码的**帧,那么**节目必须等到关键帧才能正常解码**,这不可避免地会导致延迟。

想象一下,如果将两个 i 帧之间的间隔设置为 2 秒,那么如果您运气不好,您可能需要等待 2 秒才能在连接到直播流后看到镜头。

上述**的访问延迟其实是一个小问题,深度压缩对**制作和播出的影响是不可接受的。

众所周知,导演的角色在制作和播出中是非常关键的。 广播电台的主要功能是将多台摄像机的一流信号整合在一起,导演会根据现场需要实时切换。

让我们把目光集中在上图的左侧。 假设在春晚的舞台上,艺人正在大声唱歌,多台摄像机从不同角度拍摄图片并发回广播电台进行制作播出、切换、分屏、叠加元素等。

不过,由于这些**流的深度压缩,很有可能导演在直播画面从1号摄像机切换到2号摄像机时,正好赶上了不可解码的非关键帧,这很好,所有观众的画面都被卡住了。

因此,在这种情况下,不适合使用深度压缩。 再说了,摄像机到广播电台的距离一般都不远,使用超大带宽的有线传输就足够了,不需要节省带宽,自然也就不需要这么极端的压缩了浅压缩“技术就足够了。

为什么需要浅压缩。

所谓浅层压缩,其实就是摒弃会生成P帧或B帧的帧间**编码,全部采用帧内**编码,这样生成的**就是全部i帧,每一帧都可以完全独立解码,虽然数据量明显增加,但也消除了深度压缩的缺点。

既然浅压技术如此合乎逻辑,为什么在春晚直播中还能引起轰动?

这是因为5G的引入。

传统上,您必须使用固定的摄像机位置或可移动的摄像机位置,并拖曳电缆。 这是因为传输浅层压缩**所需的带宽较大,如果压缩比为1 8,则每个4K**也需要1Gbps带宽,且时延低,这是普通无线方式难以满足的。

但5G可以。 5G-A搭建的一流制作播台专网,可实现10Gbps以上的带宽,实现“5G超高清浅压缩制作播送”自然而然。 由于延迟低,无线和有线摄像机拍摄的图像都可以平滑混合。

最后,让我们总结一下。

浅压缩主要应用于场景是显示界面和专业制作播出,通道带宽非常充裕,要求无损画质和低延迟,压缩率一般为1 8。 普通用户一般没有浅层压缩,所以叫TOB压缩。

深度压缩主要是面向用户的,因此得名 TOC 压缩。 **导演站制作播出完成后,经深度压缩后分发,压缩率可达1 200甚至1 500。 这样,不仅可以最大限度地节省传输带宽,而且观众也会看起来很流畅。

非常感谢你看到结局。

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