与信号压缩斗到底：光纤VPM技术解4K 60Hz传输架构与带宽之痛

科技的进步加快了新技术转向消费市场领域的速度，在影像视听领域则表现为人们可以更容易地体验到4K显示技术带来的惊艳的视听效果。随着4K技术的普及，观影效果的深入人心，不同领域的厂商们都不约而同地使用4K的概念为自己增加市场宣传的声量与吸引用户的砝码。4K俨然已经成为新的市场增长点，对于控制室行业而言更是如此，除了对4K效果有着“刚需”的使用场景，有技术实力的厂商们都在帮助用户增加新的场景，就是为了给4K技术提供施展“身法”的舞台。技术实力稍欠的厂商，也在想方设法为自己的产品增加4K的光环，以求吸引用户的越来越挑剔的目光。

什么是4K

4K解决方案，也称为4K，指的是水平像素数量达到4000左右的显示解决方案。常见的4K分辨率有3840 × 2160与4096×2160两个标准，前者是消费电视或显示器的标准，后者则是用于数字影视领域的DCI标准。还有Full Aperture 4K的4096×3112、Academy 4K的3656×2664等不同标准。

 

不同的“4K标准”增加了消费者的选择成本

 

通常来说，4K分辨率是全高清FHD分辨率的4倍，在相同的屏幕尺寸下，更高的分辨率，意味着更多的像素点，就可以获得更清晰的画面、更丰富细腻的色彩、更宽广的明暗细节，总而言之就是更优秀的画面效果。

 

除了分辨率，4K的显示效果还存在刷新率的差别。所谓刷新率，是指电子束对屏幕上的图像重复扫描的次数，也就是显示器每秒能显示的帧数，单位是赫兹（Hz），对刷新率更简单理解是显示器每秒钟可以显示的图像数量。刷新率越高，图像显示的动态效果、连续性、稳定性就越好，可以说刷新率的高低决定着图像的现实效果和视觉体验，而众所周知的是，刷新率与屏幕分辨率是互相制约的关系，因此只有在高分辨率的同时保证足够的刷新率才是足够优秀的解决方案，比如4K 60Hz的技术就要比4K 30Hz的更好。

 

民用市场+专业市场：4K发展参差不齐

在民用消费市场，消费者需要获得4K分辨率的影音体验，除了显示设备（电视）的屏幕面板支持4K分辨率还不够，除了屏幕面板，还必须要有匹配的4K内容源，才能形成完整的4K体验。在屏幕面板一端，要达到4K分辨率效果，必须老老实实增加屏幕的像素数量，并没有捷径可走。部分厂商通过共用子像素的红绿蓝白（RGBW）像素排列方式，实现像素数量上的4K，并在市场宣传上通过所谓的“4色4K”迷惑消费者，但真实显示效果却远远不及使用RGB真实像素排列的“真4K”面板。

 

除了民用消费市场，在专业市场，国内蓬勃发展的控制室领域对4K技术的需求也在与日俱增。一方面，传统控制室领域解决方案延伸至诸如自动化生产、超高清视频监控等新的使用场景，开发出原有的解决方案对4K技术的需求；另一方面，快速发展的虚拟现实、展览展示、主题乐园、医疗影像等新兴领域对4K技术有着天然的需求。大量的用户需求孕育的市场吸引力让众多厂商纷纷推出自己的4K技术解决方案，以求在巨大的市场空间占得利益。技术千差万别，产品功能良莠不齐，层出不穷的4K技术解决方案往往让用户无从选择。

传输端：控制室领域的4K差异

4K的诱惑实在巨大，对于控制室领域的厂商们来说，增加一个新的技术与功能，便是多加一个经济利润的增长点。似乎一夜之间，控制室领域的厂商们，都纷纷具备了成熟的4K解决方案技术能力。在这些厂商中，有真正具备技术积累的硬实力派，也不乏打着擦边球的“搭便车者”。

 

架构之选：IP 与 非IP

对于国内控制室领域，多数坐席厂商采用了IP KVM（分布式KVM）的产品结构，通过网络交换机，与常用H.264/H.265协议的超高压缩效率，在有效控制成本的前提下保证了现有网络资源下信号传输的稳定与流畅，而在4K视频信号的压缩与传输过程中出现的信息丢失、损耗、缺少细节内容的问题，只能是作为一种技术的固有缺陷，尽可能去削减其产生的影响。

 

经常能够看到，在某些展会现场，厂商们能够驾轻就熟地展示4K效果的视频内容，吸引现场观众的眼球。但在项目应用中，真实效果却与厂商在展会上的演示相去甚远。之所以如此，是因为厂商在展会现场可以不计成本地搭建一套从影片资源、信号传输到画面显示的“4K专用系统”，更有甚者，一些厂商仅仅是因为系统支持4K分辨率的显示终端显示内容，便堂而皇之地冠以“4K解决方案”的名声。

行业展会为厂商提供了展示技术成果的机会

 

另一方面，国内也有厂商开始意识到光纤KVM架构的坐席系统的意义。光纤KVM的非IP架构通过专用的传输通道，将信号传输与互联网隔绝开，不用担心图像信号传输过程的丢包与压缩问题。对于布局较早的光纤KVM坐席厂商，他们已有成熟的支持4K影像的解决方案，对于高分辨率的信号传输有更丰富的经验，对于4K图像信号的体验有比较可靠的保证。

 

带宽之痛：誓与信号压缩斗到底

言及4K，另一个绕不开的话题，则是信号的传输带宽。众所周知，更高的传输带宽，能够保证高分辨率信号更小的压缩与信息损耗，同时带来更好的信号稳定性，信号传输速度更快，消除卡顿。带宽可以说是保证视频质量与视觉体验的基础。

 

以现有的主流带宽水平，想要稳定完整地传输4K信号，或许只能感叹“想说爱你不容易”。以3840×2160分辨率的4K信号为例，假设为8bit位数60fps的信号，在不考虑其数据中的其他信号、数据传输中的等，所需的传输带宽是：3840×2160×8×3×60≈12 Gbps。以国内目前普遍采用交换机架构的厂商而言，想要传输4K信号，势必要将信号进行压缩。以H.265协议350~1000 的压缩标准为例，信号压缩后将传输带宽需求可以降到12~40 Mbps，满足IP架构下信号稳定传输的需求，但对于信号的压缩以及传输过程中的损耗、信息丢失等问题很难避免。

 

而对于早早投入信号传输协议研发，积累了技术基础的领先厂商来说，传输4K信号就轻松得多。对于这类厂商而言，在非IP架构下能够实现1Gbps-6Gbps的传输带宽，大大减少了对于信号的压缩，有效降低传输过程对信号的损耗。而某些厂商最新的私有传输协议，已经可以将传输速率提高到10Gbps的水准，虽然依然无法达到无损传输的需求，但对于信号压缩与延时已经可以降至最低，很好地保证了高分辨率信号的画面效果。

控制室“真4K”长什么样？

在控制室领域，技术实力比较强大的厂商，对于4K解决方案以及提早进行技术研发的布局，实现从信号源、传输过程到显示终端的完整4K链路，适用于超高清监控等新的使用场景，也能满足虚拟现实、主题乐园、军事仿真等新兴领域的4K内容展示。

全新产品形态让市场空间有了更多想象

 

厂商的产品与解决方案需要支持完整的4K分辨率显示效果，可以采用的主流的信号传输与编解码技术主要有：

1. H.265技术：主要用于互联网与移动设备，通过压缩算法，使视频信号在速度较低的带宽中稳定传输，保证视频信号的流畅。优点是压缩率高、错误恢复能力强、延时性低、对于传输信道要求低等。缺点是当传输高分辨率信号时，编码一端的复杂程度快速增长，必须增加额外编解码设备，增加故障节点，整体的成本也显著增加。
2. HDMI2.0技术：高清多媒体界面全数字化视频和音频传输技术的2.0版本，广泛应用于机顶盒、播放器、PC主机、音响与电视等设备，最大的优点是可以同时传输无压缩的视频与音频信号。HDMI2.0支持高动态范围（HDR）视频信号的传输，并支持最高4K@60P信号。最大缺陷在于传输距离，当传输距离超过10米时，就会出现检测可见的信号衰减。
3. HDBase T技术：这是高清数字传输的全新标准，最大的优势是可以利用一根普通的RH45网线传输无压缩的超高清音视频、以太网、控制信号、USB和100W电源，将未压缩高画质视频、音频、网络、控制信号和电源集中通过普通网线传输。而最大的劣势在于当传输距离超过100米时，信号质量就难以保证。
4. 光纤VPM技术：针对超高分辨率的技术，解决的是从机房到显示终端的信号传输和控制管理的问题。具备高达10G的传输带宽，能够保证4K信号传输、处理和编辑操作的流畅和实时；同时，光纤VPM也具备对于行业顶级标准的4K&HDR、4096*2160@60Hz 4:4:4分辨率信号的支持，保证画面更细腻的色彩和更丰富的细节，更重要的是，光纤VPM技术的信号传输距离能够达到80KM，大大拓展了系统应用的空间距离，对于高分辨率信号的远程传输、多样化的超高分辨率应用场景、大型主题乐园、远程医疗、远程训练等领域具有更高的价值。

 

对于这四种技术，H.265主要用于监控摄像头的信号传输；HDMI2.0与HDBase T虽然各自优势明显，但传输距离的限制让这两种先进的技术都只能用于本地之间信号的传输与显示，无法打破空间的局限让两种技术的应用价值受到一定限制。可以看到，光纤VPM技术能够在实现超高分辨率信号远距离稳定传输、支持4K 60Hz、HDR成像保证信号质量的基础上，更具有远程传输的巨大优势，无疑是具有更加广阔的应用空间、更符合行业未来趋势的信号传输技术。

 

解决了信号传输的问题，控制室厂商要实现“真4K”的效果，还必须解决信号源、显示端对4K的完整支持的问题。在显示端，民用消费领域的厂商，索尼、三星、LG等品牌，已经推出了层出不穷的4K甚至8K电视产品，极大丰富了消费者的选择。而在工业应用领域，4K分辨率的大屏显示终端，无论是DLP、LED或是LCD拼接屏幕、单体大面积屏幕，也都相继投入市场使用，用户只要在成本范围内按照需求进行选择即可。

 

除了信号的传输与显示，在特定的使用场景中，厂商的信号处理解决方案还支持项目实际可用的HDR显示效果与刷新率，必须有支持系统持续运行的稳定可靠性，以及信号显示、操作的流畅性。这些，都是对厂商技术硬实力的客观要求，无法通过市场营销上的噱头与宣传蒙混过关。

 

国内市场发展迅速，潜力巨大，广阔天地，4K解决方案将大有作为。从目前的形势看，主题乐园、展览展示、会议中心等高端领域对成熟的4K解决方案正翘首期盼，在技术上领先的厂商无疑会占得先机，用户选择解决方案成熟的厂商，无疑也是明智的抉择，为自己项目的长远发展与持续创收选择了一份保障。