网络视频技术的发展带动软视频会议大量应用,产生了微软Skype for business、lifesize、Zoom等众多的软视频会议商业化品牌。其视频采集使用带USB接口的专用摄像机,图像效果是决定软视频会议视频源质量的关键。企业级软视频会议,既要考虑USB摄像机的4K/10800(超)高清变倍、云台操作和智能图像处理,也要考虑几个网络兼容性问题:
USB接口是否能满足高清视频图像的及时传输?
USB摄像机是否支持硬件高质量编解码技术,以提升网络适应性?
USB摄像机,能否同时提供双流?原始码流供本端,压缩码流供远端显示?
幸运的是,新的USB接口技术、UVC协议、H.264视频编解码等技术逐渐发展完善,高端会议摄像机厂家积极实践,推出的USB会议摄像机满足了网络视频兼容性要求。下面逐项剖析这些关键网络兼容性的解决方案。
一,USB接口,UVC协议及等时传输
USB技术至今经历了USB1.0/1.1,USB2.0,USB3.0版本。USB1.1,理论传输速度为12Mbps,即1.5MB/s,低速传输,视频传输已经几乎不可用;USB 2.0,理论传输速度为480 Mbps,Hi-SpeedUSB,实际传输大约300Mbps,一般压缩视频可以很好的传输,目前使用该接口类型比较多;USB3.0,理论传输速度为5Gbps,被认为是SuperSpeed USB,为那些与PC或音频/高频设备相连接的各种设备提供了一个标准接口。
图1 USB技术发展
USB的四种传输类型:批量传输,同步传输,中断传输,控制传输。USB存储一般是批量传输;USB实时音视频要采用同步传输。
UVC,全称为USB video class或USB video deviceclass,版本有UVC1.0,UVC1.1和UVC1.5。如今的主流操作系统(如Windows XP SP2 and later,Linux 2.4.6 and later,MacOS 10.5 and later)都已提供UVC设备驱动,因此符合UVC规格的USB摄像机(或其他设备)可以做到即插即用,提升了软视频会议的方便性。目前主流的视频会议平台,其会议摄像机都要同时支持UVC1.5和USB3.0。
对于USB2.0接口,视频等时传输码率可达24MB/s,能够完美传输高质量1080P@30fps的MJPEG图像;然而有些厂家可能只能做到8MB/s码率,对视频图像效果有一定损伤,如图2。对于USB3.0接口,视频等时传输速率又提高十几倍,USB摄像机就可以输出YUV原始码流视频源,可以支持1080P60,满足高品质会议平台对本地超高清显示的需要。
图2 USB2.0等时传输效果示意
维海德USB系列会议摄像机,满足最新的USB3.0接口和UVC1.5协议,其等时传输模式能够完美兼容各种软视频平台,包括目前比较流行的安卓盒子、会议平板和软件客户端,大大提升了USB图像传输效果。
二,软视频必须的H.264分片、分层等技术
H.264视频编解码协议,同时也是MPEG-4协议的重要部分,USB会议摄像机,通过H.264协议对图像编码,在相同的带宽下提供更加优秀的图象质量(DVD质量),同时通过该标准,在同等图像质量的条件下,H.264的压缩比是MPEG-2的2倍以上,是MPEG-4的1.5~2倍。H.264的压缩比达到惊人的100∶1左右。该协议成为视频会议领域主流的视频编解码协议。
2.1 H.264分片技术
H.264对视频流每帧图像直接压缩编码,由于数据包较大,遇到网络不稳定的情况下,帧间时间间隔可能较大,严重影响视频的流畅性。采用H.264 Slice技术,就更能适应各种网络情况,可以将编码延时低至100ms以内,使视频更及时传输和流畅显示,如图3。就像小汽车比大卡车更方便在市区行驶一样,更能适应可能拥堵的交通环境,快捷顺利地到达目的地。
图3 H.264 Slice 视频编码
2.2 H.264 SVC 分层编码
维海德USB摄像机,不但支持H.264(别名H.264 AVC),还支持H.264 SVC-T(时域分层编码),可以根据需要产生不同的码流或者提取出不同的码流,以适应不同网络带宽、不同的显示屏幕和终端解码能力的应用需求,如图4,显示设备根据业务带宽需求,可以请求不同帧率的码流(譬如,会议室电视机获得1080P30fps视频流,PC获得1080P15fps视频流,远端手机获得1080P7.5fps视频流);同时避免了会议盒子(或PC)的编解码压力,也避免视频会议中MCU系统(或云系统)上复杂而昂贵的转码。
图4H.264 SVC-T分层编码应用示意图
使用SVC实现一次分层编码比用AVC编多次更高效。分层编码有技术优势,新的编码器H.265也使用了分层思想,可以实现灵活的应用,也可提高网络适应性。
三,USB摄像机双码流技术
普通的USB摄像机一般不提供双路码流。如果能够输出双路码流,就能够大大提高可用性,宝利通、Lifesize、全时等主流厂家都有明确的双路码流要求,如图5。USB会议摄像机同时输出两路不同的码流,比如一路YUV或MJPEG码流供本端显示,一路H.264码流供网络传送到远端;大部分安卓盒子性能非常有限,无法支持多路视频同时编解码,如果USB会议摄像机支持双流,本端显示的码流直接通过会议盒子透传输出到显示器,另一路H.264码流由盒子直接发送到网络远端,避免在盒子上进行编解码处理,就能大大减轻会议盒子,确保会议系统整体效果最佳。对于PC端软视频摄像采集完全类似,避免了PC端对视频编解码的低效率。
图5 会议摄像机双码流
维海德USB会议摄像机支持双路码流,大大提升了视频流的效率和多用性。并且USB会议摄像机处理性能高,使图像处理延时低至十几ms,编解码延时低至100ms,达到业界较佳水平。在此不做赘述。
四,USB摄像机的硬件配置要高
除了上文提到的网络兼容性,USB会议摄像机的硬件镜头、传感器和图像处理等方面,也要尽量选择硬件高配置、好品质,这也是为什么很多品牌软件平台选择维海德的重要原因之一。云台机的硬件媲美华为VPC600、VPC620和VPC800的硬件高性能,媲美中兴ZXV10 V96 V100摄像机。
小结
完全兼容的软视频平台厂家相对少,比如罗技产品很多支持。维海德的Skype会议摄像头、Zoom会议摄像头、好视通会议摄像头等,不同于罗技C930E、CC2900EP、C3500E等USB会议摄像头。
各种软视频会议平台,也类似Skype for business的一些通用平台,都规定了一系列开放性的兼容性协议,USB会议摄像机必须满足,才能够顺利地接入和互通;当前也有些专业软视频会议平台,他们不一定需要摄像机支持这些兼容性协议,但是假如未来软件平台功能升级,已经购买的高容性强的USB会议摄像机就可以继续可用,从而避免重复投资。