小鳥科技作為業內以技術研發作為原始動力的企業，在其血液中流淌著工程師基因，堅信好的設計，優秀的產品品質自然會說話。

　　首先理解一款好的產品，要清楚這款產品的歷史，才能看清楚發展方向。所以今天先回顧IP化分布式音視頻系統的歷史，一起探索IP化分布式音視頻系統的前世今生，同時給大家介紹小鳥科技的全新“火鳳”系列的分布式產品。

一、 圖像IP化分布式系統的發展歷程

　　(一) 分布式系統的誕生

　　在二十一世紀初，出現了視頻分布式系統的雛形：基于視頻壓縮算法的視頻傳輸交換系統。但由于當時科技水平的限制，這類分布式系統都采用PCI-E架構，基于傳統的MJPEG/MPEG-4/H.263等視頻壓縮方式，實現視頻的傳輸和播放。這類系統一般用于監控和安防領域，但是無法滿足會議室、指控中心等場景的應用。同時，由于其產品形態和使用限制很多，隨著時間的推進，逐漸消失在大眾視野中。

　　發現真正意義的第一代分布式系統，是2008年美國的Jupiter公司出品的PixelNet系列產品。之所以將其稱為真正意義的分布式系統，是因為其產品形態和使用方式，跟我們今天所看到的分布式系統架構非常類似。采用了編碼器+交換機+解碼器的組網方式，實現視頻矩陣切換、大屏拼接等功能。今天我們國內能看到的分布式產品，都采用了類似的組網架構。小鳥科技的創始人李厚鵬先生有幸在2011年和Jupiter的創始人Eric Wogsberg先生有過一次深入的交流，深感分布式系統可能給行業帶來的變革。從那時起分布式的概念就在小鳥科技的血液中開始流淌。

　　(二) 分布式系統的蟄伏期

　　2008年-2015年自Jupiter提出分布式系統的概念和產品后，國內外的一些廠家紛紛效仿。由于當時技術的局限性，圖像壓縮嚴重，網絡占用帶寬較大，沒有配套的網絡交換設備;加之設備和網絡的采購部署成本非常高，導致當時的分布式系統在推廣過程中遇到比較大的阻力，在相當長的一段時間內無法成為業內主流的音視頻解決方案。但在此期間，很多業內的廠家都對分布式系統保持高度關注，都在討論分布式系統的未來及前景。小鳥科技也一直對分布式系統保持極大的熱情，雖然受限于成本和技術瓶頸，分布式在市場端的接受度很低，但是我們依然組建核心團隊對分布式系統進行各種核心技術的預研工作。

　　與分布式的蟄伏不同，2005-2015年卻是集中式矩陣、拼接器發展的黃金十年。將FPGA算法引入專業視聽領域，通過FPGA的超高處理能力，可以實現視頻畫面毫無損失的傳輸處理控制，并且隨著技術的發展，集中式設備具備越來越完善的功能，包括矩陣交換、拼接處理、坐席管理、運維管控等所有能想到的功能。比如小鳥科技2017年出品的UniStation全光纖非IP化坐席管理系統，就是集上述所有功能為一體的集中式高端音視頻解決方案。

　　(三) 分布式系統的黃金期發展期

　　從2015年開始，隨著客戶對更大規模音視頻解決方案需求的提升，以及網絡交換機技術的高速發展，分布式系統優勢又重新被大家所關注。分布式系統之所以可以重登歷史舞臺，是因為其具有很多優秀特性，以下分布式系統最重要的幾個特性：

　　1. 海量接入，無限擴容

　　2. 部署靈活，易于建設

　　3. 信息互通，多方協作

　　4.  整體運維，全面管控

二、 不同IP分布式編解碼技術介紹

　　隨著分布式系統概念的逐步興起，各廠家都開始加大分布式系統的研發及投入。但是由于不同廠家的研發條件和技術實力以及對分布式系統的應用概念理解各不相同，導致大家采用了不同的分布式架構。當前行業內普遍認可的IP化編解碼有以下三種主流的算法：

　　(一) 分布式深壓縮技術

　　深壓縮分布式系統顧名思義，是將視頻信號進行深度壓縮，實現矩陣、拼接、坐席、管控等功能。一般業內廠家采用的都是H.264/H.265的壓縮算法。由于深壓縮算法的壓縮原理，導致其優點和缺點都非常明顯。

　　1.  深壓縮分布式技術優點

　　網絡帶寬占用低

　　深壓縮算法將一路1080P視頻信號(3G帶寬)，壓縮為一路網絡信號，通常為2M-50M帶寬，因此對網絡傳輸帶寬要求較低，在廣域傳輸、跨網傳輸情況下有非常明顯的優勢。

　　標準化協議對接

　　采用標準的H.264/H.265傳輸協議，可以實現標準網絡視頻輸入，例如網絡攝像頭和各種解碼平臺。并且可以簡單的通過瀏覽器或者軟件實現可視化的預監和回顯功能。

　　系統功能完善

　　深壓縮采用的H.264/H.265編解碼技術，都是來自于1997年ISO(國際標準化組織)和ITU(國際電信聯盟)兩個組織共同提出的新一代數字視頻壓縮格式。發展歷史悠久，經過監控和安防行業的推進，有完整的解決方案。

　　2. 深壓縮分布式技術缺點

　　YUV420采樣導致圖像損失較大

　　我國行業內絕大多數的深壓縮分布式廠家，都是以華為海思編解碼芯片為核心器件，進行二次開發而來。但是由于海思芯片對視頻采樣都是YUV4:2:0的采樣形式，這就導致了行業內的深壓縮分布式系統的視頻色彩空間不足。此弊病在自然圖像的視頻下不明顯，但是在文字圖像和不同的底色情況下，顯示的尤為明顯。

　　高壓縮比導致畫面質量損失較大

　　由于深壓縮算法的壓縮比可以達到50-150倍，所以高壓縮比帶來的必定是畫質的降低。這一點不論是從香農定理還是信息論基本原理來講，都是必然的，雖然可以通過各種算法降低畫面損失，但是仍然無法達到視覺無損的顯示效果。只能盡量通過降低壓縮比，提高傳輸帶寬，才能達到更好的視頻效果。

　　幀間壓縮算法導致延遲較大

　　由于H.264/H.265采用的大都是幀間壓縮算法，這種算法在編碼和解碼時會引入2-3幀的畫面延遲，總共會引入4-6幀的延遲，雖然在視頻顯示的時候可以接受，但是如果在KVM應用下，則會讓用戶感覺到比較明顯的遲滯感，降低客戶使用的滿意度。

　　單播分布式通信導致拼接大屏同步性差

　　由于深壓縮分布式系統，一般主流廠家采用的是單播通信，因此畫面在實現多屏顯示的時候，發送端需要將視頻一個接一個的發出去，加之解碼端沒有同步機制，畫面會出現不同步和較為明顯的撕裂現象。

　　(二) 淺壓縮分布式系統

　　淺壓縮分布式是針對深壓縮分布式而言，采用淺壓縮算法，例如VC-2/JPEG等視頻壓縮算法。淺壓縮信號可以通過千兆網進行傳輸，并且最大限度的使用千兆網的帶寬資源。同樣的淺壓縮分布式系統也有其優缺點：

　　1. 淺壓縮分布式系統的優點

　　視覺無損的壓縮算法

　　淺壓縮算法將一路1080P視頻信號(3G帶寬)，壓縮為一路網絡信號，通常為300M-900M帶寬，采用YUV4:4:4的采樣形式;視頻壓縮率低，畫質較深壓縮有非常明顯的優勢。

　　超低的視頻延遲

　　淺壓縮算法的壓縮算法比較多，最優秀的視頻壓縮算法，是將視頻按照每行的畫面進行壓縮，并馬上傳輸后解壓縮，因此一般淺壓縮算法的延遲，不超過一幀，按照1080P分辨率而言，延遲在微秒級別，已經完全感覺不到分布式系統引入的延遲。

　　完美的拼接同步性

　　由于采用組播傳輸模式，加上網絡的全互通部署，所以每一路視頻信號都有其獨立的傳輸通道。加上全網同步技術，不論大屏顯示還是單屏顯示，都可以達到納秒級的同步。

　　協議私密，安全性高

　　國內做淺壓縮分布式的廠家，大都采用各自的私有協議;或者在標準壓縮格式的基礎上進行改造。基本沒有標準的編解碼協議，這就意味著即使視頻碼流被截取，也無法恢復出原始視頻。提高了視頻傳輸的安全性。

　　2. 淺壓縮分布式系統的缺點

　　交換機帶寬壓力大

　　由于一路1080P信號就要占用幾百兆的網絡帶寬，因此對于交換機的數據吞吐量提出非常高的要求。并且無損分布式系統一定要和對應的接入交換機、匯聚交換機、核心交換機進行深入的適配，才能達到最優的網絡傳輸效果。

　　無法實現域間視頻互通

　　由于淺壓縮碼流占用帶寬很大，因此在跨域傳輸的時候，無法承載這么大的網絡壓力;因此無法單獨實現域間傳輸。一般需要將網絡信號轉化為標準的電信號，再通過其他設備進行深壓縮，以實現跨域傳輸。

三、 小鳥科技“火鳳”系列雙碼流IP化編解碼分布式系統介紹

　　“火鳳”系列雙碼流IP化編解碼分布式產品，顧名思義，它是跨時代的雙碼流分布式系統產品是集合了深壓縮分布式和淺壓縮分布式的特性的涅槃重生產品。在設計“火鳳”系列分布式產品對環境適應性和穩定性進行了全新的理解，在外觀設計中加入了更有質感的金屬元素，和格柵散熱網格，可有效的進行主動散熱和抗震防塵，穩定性上采用了加固面板和定制化加固接口，有助于應對復雜的軍事活動中的特別是應對相對復雜的戰場環境的表現。

　　雙碼流系統絕不是將兩種制式簡單的放在一起，進行簡單的雙系統并行傳輸。而是將兩種制式的系統相互融合，形成更完善的解決方案。

　　早在2015年伊始，小鳥科技就推出了AVCNet-B系列分布式產品，實現多系統間的互聯互通。在2019年推出的新一代B系列深壓縮分布式系統，針對上述深壓縮分布式的缺點，都進行有針對性的系統優化，通過FPGA+DSP的全新架構，彌補了深壓縮分布式的缺點。

　　2015年初小鳥科技開始投入研發力量進行無損算法的技術預研，以國際領先的VC-2的壓縮算法為基礎，加入自身對算法的實現和改進，于2016年推出國內首款淺壓縮無損分布式系統AVCNet-H系列產品。

　　小鳥科技的AVCNet-H系列淺壓縮無損分布式產品，以其卓越的視頻壓縮算法和全套的解決方案，一經推出就成為業界翹楚，并于2018、2019年分別承建和保障了北京市政府和軍隊的某重點項目，單次建設達到3000個以上的編解節點，此項目是目前已知的世界上最大的淺壓縮分布式建設案例。在經過多個大型項目的歷練，AVCNet-H無損分布式系統已經非常成熟穩定，具備上邊提到的所有優點，并且通過自身的不斷努力以及對客戶的進一步了解，解決了傳統無損分布式系統的缺點，形成完整的解決方案。

　　“無損碼流”與“深壓縮碼流”自動轉換

　　針對淺壓縮分布式系統不易實現跨域傳輸，碼流格式不標準的特點，通過自主研發無損碼流與深壓縮碼流的AI碼流自適應切換技術，可根據網絡情況和屏幕顯示需求，自動匹配最適合的碼流，在實際有效帶寬的情況下，可以得到最優質的視頻顯示效果和延遲效果。

　　既可以降低帶寬實現跨域傳輸，也可以形成標準的H.264/265碼流，進行預監回顯和錄播回放等功能，也可通過淺壓縮無損碼流進行高質量視頻的本地坐席交互。

　　YUV4:4:4采樣及傳輸

　　采用FPGA+DSP的底層架構和DBHC(DIGIBIRD H.26X Compensation) H.26X補償算法，在傳統H.26X編碼的基礎上，增加深壓縮輔碼流，實現畫面的YUV4:4:4采樣及傳輸顯示，低帶寬即可得到高畫質體驗，最終得到低帶寬高畫質的顯示效果。

　　全網同步算法

　　通過小鳥科技研發的全網同步算法DBNS(DIGIBIRD Network Synchronization)，可以實現所有輸入輸出視頻的全網同步，加上系統支持組播建網模式，可以進一步提高拼接的同步性，多屏顯示的時候同步性也可以達到納秒級別，可以和集中式設備的同步性相媲美。

　　超低的分布式延遲

　　逐行壓縮算法，傳輸延遲可達微秒級

　　完善的音視頻解決方案

　　系統內的信號源放置在機房，形成資源池進行統一管理，通過簡單操作即可實現大屏拼接、矩陣切換、KVM坐席、環境控制等功能。

　　卓越的坐席管控功能

　　鼠標滑屏，OSD級鼠標操作、OSD級預監、席位互動及大屏聯控等，每個操作員的桌面可放置多臺顯示屏，每臺顯示屏上可以顯示系統內任意信號源，操作員通過一套鼠標、鍵盤在眾多信號中進行靈活選取及自主操控

　　多功能坐席數據透傳

　　可以在自主設置打開及關閉實現在坐席席位進行USB設備的透傳，兼容USB2.0和USB3.0傳輸協議，方便移動設備的連接及使用;

　　可支持U盤、USB攝像頭、Ukey、USB打印機等設備的連接。

　　雙向音頻傳輸加強協作

　　支持雙向音頻傳輸，控制端和坐席端通過話筒實時傳輸聲音信號。

　　支持有源音頻信號如鵝頸話筒、無源音頻信號如耳機麥克風，根據情況隨需選擇。