你按下播放键，开始播放你最喜欢的节目。画面卡顿、冻结，最后变成块状。是不是很恼火？这个问题是由于视频解码不佳造成的。高清视频解码是将压缩的高清数据转换成你可以观看的画面。图像处理则进一步提升画面清晰度。这些处理过程至关重要。
视频流量占网络流量的 80% 以上。
到 2024 年，流媒体将占互联网流量的 91%。了解解码有助于您选择更佳的解决方案。您需要一款能够与编码完美配合的高清视频解码器。优秀的编码能够平衡文件大小和质量。编码选择会影响播放效果。正确的解码能够带来流畅清晰的视频。合适的解码器能够提升任何屏幕上的画面质量。处理能力对于高清流媒体至关重要。这篇博客将清晰地阐述这些概念，并为您提供选择合适解决方案的实用建议。
关键精华
视频编码可以减小视频文件的大小，而解码则会增大视频文件的大小以便观看。
硬件解码功耗更低，更适合监控摄像头等高负载任务。
软件解码有很多用途，但它在处理高分辨率视频时存在问题。
选择一款符合您的分辨率、帧速率和延迟需求的解码器。
硬件解码器可降低专业视频系统的能耗和成本。
视频编码和解码基础知识
视频编码将原始视频素材压缩成更小的文件，以便存储或发送。视频解码则相反，它将压缩后的数据转换回可观看的画面。这两个过程相辅相成。编码器在源端压缩数据，解码器则在屏幕上将其放大。缺少任何一个环节，都无法流畅地进行视频流传输、录制或分享。
了解编解码器及其在视频解码中的作用
编解码器是控制视频压缩和扩展的规则。H.264 和 HEVC（高效视频编码）是目前最常用的编解码器。它们在文件大小和画质之间取得平衡。在正常使用情况下，H.264 的视频压缩比在10:1 到 100:1之间。而实际应用中，压缩比往往更高。Netflix的 1080p H.264 视频流压缩比约为 300 倍，而 YouTube 的 1080p60 H.264 视频流压缩比约为 250 倍。像 Zoom 和 WhatsApp 这样的视频通话应用甚至能达到更高的压缩比，分别约为 600 倍和 500 倍。这些数字表明，在不影响画质的前提下，压缩可以做到多么激进。
HEVC 相较于 H.264 有显著提升。国际电信联盟 (ITU) 在 HEVC 的介绍中指出，在适当的测试条件下，HEVC 可以用H.264 一半左右的比特率提供相近的视频质量。这意味着您可以使用大约一半的数据量来存储或传输相同质量的视频。对于高清视频解码而言，这种效率至关重要。支持 HEVC 的解码器无需增加带宽即可处理更高分辨率的内容。选择高清视频解码器时，请务必查看其支持的编解码器。合适的解码器能够确保流畅播放，避免频繁缓冲。
视频处理的更广泛范围
视频解码只是视频处理这一更大领域的一部分。视频处理还包括缩放、色彩校正和帧率转换。缩放用于调整图像分辨率以匹配屏幕。色彩校正使色彩在不同的显示器上看起来更自然。帧率转换用于在源素材的刷新率与显示器不匹配时平滑运动。这些步骤都在解码之后进行，并且直接影响图像质量。
想象一下，一台监控摄像头以 1080p 分辨率录制视频，但画面输出到 4K 显示器。解码器必须将图像放大以填满屏幕。如果没有正确的缩放，画面就会显得模糊或像素化。色彩校正也很重要。摄像头拍摄的视频可能略带色调。后期处理可以修正这种色调，使画面色彩准确。帧率转换对于快速移动的场景至关重要。在 60Hz 的显示器上显示 30fps 的视频可能会显得卡顿。后期处理会增加帧数，使画面更加流畅。
前端高清编码图像以压缩数据的形式到达您的设备。解码器会将其解压缩，然后经过处理进行精细化处理。整个流程决定了您最终看到的画面。劣质解码器会毁掉即使是最好的原始素材。优秀的解码器则能保留细节，并提供清晰的输出。对于专业系统而言，这种差异至关重要。监控操作员需要可靠地解码多路视频流。视频墙需要将编码信号平滑地转换为HDMI输出。在所有情况下，解码器和处理流程的质量都决定了最终的画面效果。
了解这些基本知识有助于您判断任何视频解决方案。您现在知道，编码会压缩数据，解码会扩展数据，而处理则会优化图像。您选择的编解码器会影响存储需求和带宽。您选择的解码器会影响播放流畅度和图像质量。这些选择共同塑造了您的整体观看体验。
硬件解码与软件解码：优缺点
硬件加速解码的效率
硬件解码使用专用芯片，例如 GPU 或 ASIC，来处理视频流。这些芯片的唯一用途就是快速、高质量地解码视频。由于它们是为这项任务而设计的，因此与执行相同工作的通用 CPU 相比，它们的功耗要低得多。这对于笔记本电脑和平板电脑等电池供电设备至关重要。此外，它还能降低台式机系统的发热量和风扇噪音。
从数据上看，节能效果显而易见。对于4K视频来说，差异尤其显著。
解码方式 | 1080p 功耗 | 4K 2160p 功耗 |
|---|---|---|
硬件解码 | 6400毫瓦 | 8100毫瓦 |
软件解码 | 7688毫瓦 | 14400毫瓦 |
4K 时的差异： 14400 mW – 8100 mW = 6300 mW
在 1080p 分辨率下，硬件解码功耗为 6400 毫瓦，而软件解码功耗为 7688 毫瓦。在 4K 分辨率下，两者的差距显著增大。硬件解码功耗仅为 8100 毫瓦，而软件解码功耗则跃升至 14400 毫瓦，几乎是硬件解码功耗的两倍。对于需要长时间运行的设备而言，这意味着更长的电池续航时间和更低的成本。
arXiv 论文中的研究表明，基于动态能量测量， HEVC 软件解码消耗的能量比硬件解码多出四倍。
选择硬件解码器，您就拥有了一个能够处理大量高清视频流而不会过热或耗电的系统。这种特殊的解码能力使硬件解码成为视频墙、监控系统以及任何需要可靠、低功耗运行的应用的理想选择。专用芯片还能提供快速响应，这对于实时监控和交互式应用至关重要。在许多专业配置中，硬件解码器通常与视频编码器配合使用。
软件解码的灵活性
软件解码利用CPU处理视频数据。这种方法的主要优势在于兼容性。软件解码器几乎可以处理任何编解码器或格式，因为它不依赖于特定的芯片。无需更换硬件，即可更新软件以支持新的编解码器。这种灵活性对于需要播放多种不同视频源的系统来说至关重要。如有需要，软件解码器还可以执行视频编码任务。
但软件解码也有缺点。它需要更强大的处理能力，尤其是在处理高分辨率视频流时。如表格所示，4K 分辨率下软件解码的功耗为 14400 毫瓦，而硬件解码仅需 8100 毫瓦。这种高功耗会导致 CPU 运行缓慢，从而造成丢帧或播放卡顿。对于需要流畅视频的应用来说，软件解码可能不足以满足需求。在高负载下，画面质量可能会受到影响。
CPU设计的最新改进有助于缩小差距。采用SVE2指令集的Armv9 CPU能够加速视频解码和图像处理任务。这些处理器在某些解码工作上比老款CPU表现更佳。然而，它们的能效仍然无法与专用硬件解码器相媲美。对于偶尔使用或需要处理多种编解码器的情况，软件解码提供了灵活性。但对于不间断、高容量的高清视频解码，硬件仍然是更佳选择。硬件解码器能够提供稳定的视频质量和更低的功耗。
专业应用中的高清视频解码
利用可靠解码增强监控系统
要监控建筑物，您需要一套高清系统。该系统必须能够解码每个摄像头的高清视频流。每个摄像头都会发送一个视频流。您需要一个硬件解码器来同时处理多个视频流，从而实现低延迟和清晰的画面。系统需要同时解码多个通道，每个视频流都有其独立的解码路径。一个优秀的高清视频解码器可以胜任这项工作，它将摄像头压缩的视频转换为流畅播放的画面。每个摄像头中的视频编码器负责压缩视频流，解码器则负责解压缩，以便您观看。解码器必须能够处理 H.264 和 HEVC 等编解码器。这需要可靠的硬件，否则会出现延迟或图像模糊的情况。可靠的解码意味着您不会错过任何精彩瞬间。此外，它还需要实时视频处理功能来实现流畅播放。该系统可以向安保人员发送警报，还可以录制视频流以供日后查看。
为指挥中心打造无缝视频墙
视频墙在大屏幕上显示多个信号源。您需要一个解码器将编码信号转换为 HDMI 输出。该解码器必须能够处理高分辨率信号，支持真正的 4K 视频，呈现清晰锐利的图像。显示器可以同时显示多个信号源，每个信号源都需要一个独立的通道。硬件解码器可以处理这种负载，提供流畅的视频播放和低延迟。许多系统使用 MB86M21APBS-A001-ME1 等编码/解码芯片。这些芯片可以提高图像质量，并提高编码和解码效率，使屏幕显示清晰准确，细节一览无余。视频墙在指挥中心很常见，它可以帮助操作员同时查看多个信号源。MB86M21APBS-A001-ME1 芯片可以降低噪声并提高色彩准确度，使图像更加细腻。该芯片功耗低，确保系统高效运行。这种配置非常适合控制室和安防中心。信号源发送信号，整个链路依赖于可靠的解码。集成电路内部的编码芯片能够很好地处理压缩。显示器为每个信号源提供高清分辨率和高清画质。这些特性使其成为专业系统的可靠选择。
高效解码的关键特性
分辨率、帧速率和延迟要求
首先，确定你的应用真正需要的分辨率。监控停车场的安防系统可能1080p视频流就足够了。而医疗影像屏幕或指挥中心视频墙则需要真正的4K视频才能呈现细节。更高的分辨率意味着需要处理更多的数据。你的解码器必须能够处理如此庞大的数据量，并且不能丢帧。购买前务必查看解码器支持的最大分辨率。有些解码器可以轻松处理1080p，但处理4K内容时却力不从心。而有些解码器则能轻松应对两者。选择解码器时，应该根据你的实际需求，而不是规格表上的最高数字来决定。
帧速率与分辨率同样重要。用于显示实时交通摄像头的视频墙需要每秒 60 帧的流畅画面。而用于录制安静走廊的监控系统可能只需要每秒 15 帧。更高的帧速率需要更强大的处理能力。解码器必须能够跟上源视频的帧速率。如果跟不上，就会出现卡顿或画面抖动。这个问题会严重影响观看体验，甚至可能掩盖监控录像中的重要细节。
延迟是另一个关键限制因素。对于视频会议等交互式视频应用，每个方向约 500 毫秒的延迟是可接受的最大限度。这个值可以保证对话流畅自然，避免尴尬的停顿或语音重叠。在电视远程采访中，延迟会导致人们互相抢话，这正是问题的症结所在。对于实时控制系统，则需要更低的延迟。硬件解码器能够提供软件解码通常无法企及的低延迟。下表列出了不同应用场景下预期的延迟范围。
延迟阈值 | 应用环境 |
|---|---|
~200 毫秒 | 实时互动应用，例如视频会议 |
<300毫秒 | 超低延迟范围，实现流畅的视频会议数据传输。 |
~500 毫秒 | 自然对话中每个方向的上限（无停顿） |
您的应用程序决定了您需要的延迟目标。例如，用于显示新闻动态的视频墙可以容忍较高的延迟，而远程手术显示器则不能。在选择解码器之前，请务必确认您可接受的延迟。此选择会影响您做出的所有其他决定。
连接性、可扩展性和管理接口
连接选项决定了解码器如何融入您现有的系统配置。大多数专业解码器都提供 HDMI 输出，可直接连接显示器。许多解码器还支持 IP 网络输入，以便通过本地网络接收视频流。有些设备将多种功能集成到一个接口中。Duet-5 编码器/解码器使用单个千兆以太网端口传输视频、音频、控制和电源。这种设计采用标准的 CAT5e/6 网络线缆。您无需为每个设备单独铺设电源线和信号线。这简化了安装，并减少了设备机架的杂乱。
如果您计划日后扩展系统，可扩展性至关重要。目前，一个解码器可能只支持一个显示器。但未来，您可能需要十个解码器来搭建视频墙。选择支持管理软件的解码器，以便轻松设置。该软件允许您通过一个界面调整多个设备的设置、监控性能并更新固件。如果没有管理工具，您必须逐个设置每个解码器。随着系统规模的扩大，这个过程将变得繁琐且容易出错。
视频编码质量也会影响解码器的选择。优秀的视频编码器能够生成清晰的视频流，方便解码。而劣质的编码则会产生一些解码器无法完全修复的瑕疵。您的解码器应该支持缩放和帧率转换。这些功能使得一台解码器就能处理不同分辨率和帧率的视频源。您可以在同一显示器上混合播放 1080p 和 4K 内容，而不会出现明显的画质损失。这种灵活性可以减少您需要储备的解码器型号数量。
您看到的图像质量取决于整个传输链。视频编码器压缩源信号，解码器解压缩源信号，处理器进一步优化处理结果。每一步都会影响最终画面。具备出色处理能力的硬件解码器能够提供始终如一的高分辨率输出，确保所有连接的显示器都能获得高质量的图像。这种可靠性在专业环境中至关重要，因为停机会造成经济损失。选择解码器时，请务必考虑其连接性、可扩展性和管理功能是否满足您的运营需求。
您已经了解了编解码器以及硬件与软件之间的权衡。正确的选择取决于您的具体使用场景。对于个人流媒体播放，软件解码提供了灵活性。对于专业监控，硬件解码则提供了效率。
考虑成本差异。与基于 CPU 的解码相比，VPU 解决方案可降低80% 的运营和资本支出。CPU 的效率比 ASIC 低 20 多倍。硬件解码器还能将功耗降低 20 多倍。
优先选择硬件解码以提高能效并应对高负载任务。选择软件解码以获得最佳兼容性。评估您的分辨率、帧速率和延迟需求。现在，您已经掌握了选择合适的高清解码器以满足视频处理和编码需求的知识。您的显示器会感谢您的明智之举。
常见问题解答
视频编码和解码有什么区别？
编码将原始视频压缩成更小的文件，以便保存或发送。解码则相反，它将压缩后的数据转换回可观看的画面。无论是流媒体播放、录制还是分享视频，都需要编码和解码。编码器在视频生成的地方工作，解码器则在您的屏幕上工作。
我如何知道我需要硬件解码还是软件解码？
当您需要低功耗且处理繁重任务（例如监控或视频墙）时，请选择硬件解码。当您需要播放多种不同格式的视频时，请选择软件解码。硬件解码使用专用芯片，功耗更低。软件解码利用 CPU 资源，虽然灵活性更高，但在处理 4K 视频流时存在一些问题。
我的解码器应该支持什么分辨率和帧速率？
选择解码器时，请根据您的实际需求进行匹配。例如，停车场监控系统使用 1080p 分辨率、15 帧/秒即可满足需求。而指挥中心视频墙则需要真正的 4K 分辨率、60 帧/秒。更高的分辨率和帧速率需要解码器具备更强大的处理能力。
一个解码器可以处理多个视频流吗？
是的，专业解码器可以同时处理多个频道。每个频道都有自己的解码路径。这对于监控多个摄像头或同时显示多个信号源的视频墙来说至关重要。购买前请检查解码器的频道容量，确保其满足您的需求。
