你按下播放鍵，開始播放你最喜歡的節目。畫面卡頓、凍結，最後變成塊狀。是不是很惱火？這個問題是由於視訊解碼不佳造成的。高清視訊解碼是將壓縮的高清資料轉換成你可以觀看的畫面。影像處理則進一步提升畫面清晰度。這些處理過程至關重要。
視訊流量佔網路流量的 80% 以上。
到 2024 年，串流媒體將佔網路流量的 91%。了解解碼有助於您選擇更佳的解決方案。您需要一款能夠與編碼完美配合的高清視訊解碼器。優秀的編碼能夠平衡檔案大小和品質。編碼選擇會影響播放效果。正確的解碼能夠帶來流暢清晰的影片。合適的解碼器能夠提升任何螢幕上的畫面品質。處理能力對於高清串流媒體至關重要。這篇部落格將清楚闡述這些概念，並為您提供選擇合適解決方案的實用建議。
關鍵要點
影片編碼可以減少影片檔案的大小，而解碼則會增加影片檔案的大小以便觀看。
硬體解碼功耗更低，更適合監視攝影機等高負載任務。
軟體解碼有很多用途，但它在處理高解析度視訊時存在問題。
選擇符合您的解析度、幀速率和延遲需求的解碼器。
硬體解碼器可降低專業視訊系統的能耗和成本。
視訊編碼和解碼基礎知識
視訊編碼將原始視訊素材壓縮成更小的文件，以便儲存或發送。影片解碼則相反，它將壓縮後的資料轉換回可觀看的畫面。這兩個過程相輔相成。編碼器在來源端壓縮數據，解碼器則在螢幕上放大。缺少任何一個環節，都無法流暢地進行視訊串流、錄製或分享。
了解編解碼器及其在影片解碼中的作用
編解碼器是控制視訊壓縮和擴展的規則。 H.264 和 HEVC（高效視訊編碼）是目前最常用的編解碼器。它們在文件大小和畫質之間取得平衡。在正常使用情況下，H.264 的視訊壓縮比在10:1 到 100:1之間。而在實際應用中，壓縮比往往更高。 Netflix的 1080p H.264 影片串流壓縮比約為 300 倍，而 YouTube 的 1080p60 H.264 影片串流壓縮比約為 250 倍。像 Zoom 和 WhatsApp 這樣的視訊通話應用程式甚至能達到更高的壓縮比，分別約 600 倍和 500 倍。這些數字表明，在不影響畫質的前提下，壓縮可以做到多麼激進。
HEVC 相較於 H.264 有顯著提升。國際電信聯盟 (ITU) 在 HEVC 的介紹中指出，在適當的測試條件下，HEVC 可以用H.264 一半左右的位元率提供相近的視訊品質。這意味著您可以使用大約一半的資料量來儲存或傳輸相同品質的影片。對於高清視訊解碼而言，這種效率至關重要。支援 HEVC 的解碼器無需增加頻寬即可處理更高解析度的內容。選擇高清視訊解碼器時，請務必查看其支援的編解碼器。合適的解碼器能夠確保流暢播放，避免頻繁緩衝。
視訊處理的更廣泛範圍
視訊解碼只是視訊處理這一更大領域的一部分。視訊處理還包括縮放、色彩校正和幀率轉換。縮放用於調整影像解析度以匹配螢幕。色彩校正使色彩在不同的顯示器上看起來更自然。幀率轉換用於在來源素材的刷新率與顯示器不匹配時平滑運動。這些步驟都在解碼之後進行，並且直接影響影像品質。
想像一下，一台監視器以 1080p 解析度錄製視頻，但畫面輸出到 4K 顯示器。解碼器必須將圖像放大以填滿螢幕。如果沒有正確的縮放，畫面就會顯得模糊或像素化。色彩校正也很重要。相機拍攝的影片可能略帶色調。後製可以修正這種色調，使畫面色彩準確。幀率轉換對於快速移動的場景至關重要。在 60Hz 的顯示器上顯示 30fps 的影片可能會顯得卡頓。後製處理會增加幀數，使畫面更加流暢。
前端高清編碼影像以壓縮資料的形式到達您的裝置。解碼器會將其解壓縮，然後經過處理進行精細化處理。整個流程決定了您最終看到的畫面。劣質解碼器會毀掉即使是最好的原始素材。優秀的解碼器則能保留細節，並提供清晰的輸出。對於專業系統而言，這種差異至關重要。監控操作員需要可靠地解碼多路視訊串流。視訊牆需要將編碼訊號平滑地轉換為HDMI輸出。在所有情況下，解碼器和處理流程的品質都決定了最終的畫面效果。
了解這些基本知識有助於您判斷任何視訊解決方案。現在您知道，編碼會壓縮數據，解碼會擴展數據，而處理則會優化圖像。您選擇的編解碼器會影響儲存需求和頻寬。您選擇的解碼器會影響播放流暢度和影像品質。這些選擇共同塑造了您的整體觀看體驗。
硬體解碼與軟體解碼：優缺點
硬體加速解碼的效率
硬體解碼使用專用晶片，例如 GPU 或 ASIC，來處理視訊串流。這些晶片的唯一用途就是快速、高品質地解碼視訊。由於它們是為這項任務而設計的，因此與執行相同工作的通用 CPU 相比，它們的功耗要低得多。這對於筆記型電腦和平板電腦等電池供電設備至關重要。此外，它還能降低桌上型電腦系統的發熱和風扇噪音。
從數據來看，節能效果顯而易見。對於4K影片來說，差異尤其顯著。
解碼方法 | 1080p 功耗 | 4K 2160p 功耗 |
|---|---|---|
硬件解碼 | 6400毫瓦 | 8100毫瓦 |
軟體解碼 | 7688毫瓦 | 14400毫瓦 |
4K 時的差異： 14400 mW – 8100 mW = 6300 mW
在 1080p 解析度下，硬體解碼功耗為 6400 毫瓦，而軟體解碼功耗為 7688 毫瓦。在 4K 解析度下，兩者的差距顯著增大。硬體解碼功耗僅 8100 毫瓦，而軟體解碼功耗則躍升至 14400 毫瓦，幾乎是硬體解碼功耗的兩倍。對於需要長時間運行的設備而言，這意味著更長的電池續航時間和更低的成本。
arXiv 論文中的研究表明，基於動態能量測量， HEVC 軟體解碼消耗的能量比硬體解碼多出四倍。
選擇硬體解碼器，您就擁有了一個能夠處理大量高清視訊串流而不會過熱或耗電的系統。這種特殊的解碼能力使硬體解碼成為視訊牆、監控系統以及任何需要可靠、低功耗運作的應用的理想選擇。專用晶片還能提供快速響應，這對於即時監控和互動式應用至關重要。在許多專業配置中，硬體解碼器通常與視訊編碼器配合使用。
軟體解碼的靈活性
軟體解碼利用CPU處理視訊資料。這種方法的主要優勢在於相容性。軟體解碼器幾乎可以處理任何編解碼器或格式，因為它不依賴特定的晶片。無需更換硬件，即可更新軟體以支援新的編解碼器。這種靈活性對於需要播放多種不同視訊來源的系統來說至關重要。如有需要，軟體解碼器還可以執行視訊編碼任務。
但軟體解碼也有缺點。它需要更強大的處理能力，尤其是在處理高解析度視訊串流時。如表格所示，4K 解析度下軟體解碼的功耗為 14400 毫瓦，而硬體解碼僅需 8100 毫瓦。這種高功耗會導致 CPU 運作緩慢，造成丟幀或播放卡頓。對於需要流暢影片的應用來說，軟體解碼可能不足以滿足需求。在高負載下，畫面品質可能會受到影響。
CPU設計的最新改進有助於縮小差距。採用SVE2指令集的Armv9 CPU能夠加速視訊解碼與影像處理任務。這些處理器在某些解碼工作上比舊款CPU表現更佳。然而，它們的能源效率仍然無法與專用硬體解碼器相媲美。對於偶爾使用或需要處理多種編解碼器的情況，軟體解碼提供了靈活性。但對於不間斷、高容量的高清視訊解碼，硬體仍然是更佳選擇。硬體解碼器能夠提供穩定的視訊品質和更低的功耗。
專業應用中的高清視訊解碼
利用可靠解碼增強監控系統
要監控建築物，您需要一套高清系統。該系統必須能夠解碼每個攝影機的高清視訊串流。每個攝影機都會發送一個視訊串流。您需要一個硬體解碼器來同時處理多個視訊串流，從而實現低延遲和清晰的畫面。系統需要同時解碼多個頻道，每個視訊串流都有其獨立的解碼路徑。一個優秀的高清視訊解碼器可以勝任這項工作，它將攝影機壓縮的視訊轉換為流暢播放的畫面。每個攝影機中的視訊編碼器負責壓縮視訊串流，解碼器則負責解壓縮，以便您觀看。解碼器必須能夠處理 H.264 和 HEVC 等編解碼器。這需要可靠的硬件，否則會出現延遲或影像模糊的情況。可靠的解碼意味著您不會錯過任何精彩時刻。此外，它還需要即時視訊處理功能來實現流暢播放。該系統可以向安保人員發送警報，還可以錄製視訊串流以供日後查看。
為指揮中心打造無縫視訊牆
視訊牆在大螢幕上顯示多個訊號源。您需要一個解碼器將編碼訊號轉換為 HDMI 輸出。此解碼器必須能夠處理高解析度訊號，支援真正的 4K 視頻，呈現清晰銳利的影像。顯示器可以同時顯示多個訊號源，每個訊號源都需要一個獨立的通道。硬體解碼器可以處理這種負載，提供流暢的視訊播放和低延遲。許多系統使用 MB86M21APBS-A001-ME1 等編碼/解碼晶片。這些晶片可以提高影像質量，並提高編碼和解碼效率，使螢幕顯示清晰準確，細節一覽無餘。視訊牆在指揮中心很常見，它可以幫助操作員同時查看多個訊號源。 MB86M21APBS-A001-ME1 晶片可降低雜訊並提高色彩準確度，使影像更加細膩。此晶片功耗低，確保系統高效運作。這種配置非常適合控制室和安防中心。訊號源發送訊號，整個連結依賴可靠的解碼。積體電路內部的編碼晶片能夠很好地處理壓縮。顯示器為每個訊號源提供高清解析度和高清畫質。這些特性使其成為專業系統的可靠選擇。
高效率解碼的關鍵特性
解析度、幀速率和延遲要求
首先，確定你的應用真正需要的解析度。監控停車場的安防系統可能1080p視訊串流就足夠了。而醫療影像螢幕或指揮中心視訊牆則需要真正的4K視訊才能呈現細節。更高的解析度意味著需要處理更多的數據。你的解碼器必須能夠處理如此龐大的資料量，並且不能丟幀。購買前務必查看解碼器支援的最大解析度。有些解碼器可以輕鬆處理1080p，但處理4K內容時卻力不從心。而有些解碼器則能輕鬆應付兩者。選擇解碼器時，應該根據你的實際需求，而不是規格表上的最高數字來決定。
幀速率與解析度同樣重要。用於顯示即時交通攝影機的視訊牆需要每秒 60 幀的流暢畫面。而用於錄製安靜走廊的監控系統可能只需要每秒 15 幀。更高的幀速率需要更強大的處理能力。解碼器必須能夠跟上來源視訊的幀速率。如果跟不上，就會出現卡頓或畫面抖動。這個問題會嚴重影響觀看體驗，甚至可能掩蓋監視器錄影中的重要細節。
延遲是另一個關鍵限制因素。對於視訊會議等互動式視訊應用，每個方向約 500 毫秒的延遲是可接受的最大限度。這個值可以確保對話流暢自然，避免尷尬的停頓或語音重疊。在電視遠端訪談中，延遲會導致人們互相搶話，這正是問題的癥結所在。對於即時控制系統，則需要更低的延遲。硬體解碼器能夠提供軟體解碼通常無法企及的低延遲。下表列出了不同應用場景下預期的延遲範圍。
延遲閾值 | 應用環境 |
|---|---|
〜200毫秒 | 即時互動應用，例如視訊會議 |
<300毫秒 | 超低延遲範圍，實現流暢的視訊會議資料傳輸。 |
〜500毫秒 | 自然對話中每個方向的上限（無停頓） |
您的應用程式決定了您需要的延遲目標。例如，用於顯示新聞動態的視訊牆可以容忍較高的延遲，而遠端手術顯示器則不能。在選擇解碼器之前，請務必確認您可接受的延遲。此選擇會影響您所做的所有其他決定。
連接性、可擴展性和管理接口
連接選項決定了解碼器如何融入您現有的系統配置。大多數專業解碼器都提供 HDMI 輸出，可直接連接顯示器。許多解碼器還支援 IP 網路輸入，以便透過本地網路接收視訊串流。有些設備將多種功能整合到一個介面中。 Duet-5 編碼器/解碼器使用單一千兆乙太網路連接埠傳輸視訊、音訊、控制和電源。此設計採用標準的 CAT5e/6 網路線纜。您無需為每個設備單獨鋪設電源線和訊號線。這簡化了安裝，並減少了設備機架的雜物。
如果您計劃日後擴展系統，可擴展性至關重要。目前，一個解碼器可能只支援一個顯示器。但未來，您可能需要十個解碼器來建造視訊牆。選擇支援管理軟體的解碼器，以便輕鬆設定。該軟體可讓您透過一個介面調整多個裝置的設定、監控效能並更新韌體。如果沒有管理工具，您必須逐一設定每個解碼器。隨著系統規模的擴大，這個過程將變得繁瑣且容易出錯。
視訊編碼品質也會影響解碼器的選擇。優秀的視訊編碼器能夠產生清晰的視訊串流，方便解碼。而劣質的編碼則會產生一些解碼器無法完全修復的瑕疵。您的解碼器應該支援縮放和幀率轉換。這些功能使得一台解碼器就能處理不同解析度和幀率的視訊來源。您可以在同一顯示器上混合播放 1080p 和 4K 內容，而不會出現明顯的畫質損失。這種靈活性可以減少您需要儲備的解碼器型號數量。
您看到的影像品質取決於整個傳輸鏈。視訊編碼器壓縮來源訊號，解碼器解壓縮來源訊號，處理器進一步優化處理結果。每一步都會影響最終畫面。具備出色處理能力的硬體解碼器能夠提供一致的高解析度輸出，確保所有連接的顯示器都能獲得高品質的影像。這種可靠性在專業環境中至關重要，因為停機會造成經濟損失。選擇解碼器時，請務必考慮其連接性、可擴充性和管理功能是否符合您的營運需求。
您已經了解了編解碼器以及硬體與軟體之間的權衡。正確的選擇取決於您的特定使用場景。對於個人串流媒體播放，軟體解碼提供了靈活性。對於專業監控，硬體解碼則提供了效率。
考慮成本差異。與基於 CPU 的解碼相比，VPU 解決方案可降低80% 的營運和資本支出。 CPU 的效率比 ASIC 低 20 倍以上。硬體解碼器還能將功耗降低 20 倍以上。
優先選擇硬體解碼以提高能源效率並應對高負載任務。選擇軟體解碼以獲得最佳相容性。評估您的解析度、幀速率和延遲需求。現在，您已經掌握了選擇合適的高清解碼器以滿足視訊處理和編碼需求的知識。您的顯示器會感謝您的明智之舉。
常見問題
視訊編碼和解碼有什麼區別？
編碼將原始視訊壓縮成更小的文件，以便保存或發送。解碼則相反，它將壓縮後的資料轉換回可觀看的畫面。無論是串流媒體、錄製還是分享視頻，都需要編碼和解碼。編碼器在視訊生成的地方工作，解碼器則在您的螢幕上工作。
我如何知道我需要硬體解碼還是軟體解碼？
當您需要低功耗且處理繁重任務（例如監控或視訊牆）時，請選擇硬體解碼。當您需要播放多種不同格式的影片時，請選擇軟體解碼。硬體解碼使用專用晶片，功耗更低。軟體解碼利用 CPU 資源，雖然靈活性更高，但在處理 4K 視訊串流時存在一些問題。
我的解碼器應該支援什麼解析度和幀速率？
選擇解碼器時，請根據您的實際需求進行配對。例如，停車場監控系統使用 1080p 解析度、15 幀/秒即可滿足需求。而指揮中心視訊牆則需要真正的 4K 解析度、60 幀/秒。更高的解析度和幀速率需要解碼器具備更強大的處理能力。
一個解碼器可以處理多個視訊串流嗎？
是的，專業解碼器可以同時處理多個頻道。每個頻道都有自己的解碼路徑。這對於監控多個攝影機或同時顯示多個訊號源的視訊牆來說至關重要。購買前請檢查解碼器的頻道容量，確保其滿足您的需求。
