元宵節將近，意味著「年」就要過完了。趁春晚的餘溫未過，我們再來回味下支撐這場「文化年夜飯」現場直播的技術：超高畫質淺壓縮。
這技術一看就是處理視訊的，那麼它到底有何神奇之處呢？
「超高畫質」好理解，無非就是說視訊畫面的清晰度高，解析度達到4K乃至8K。
那這裡的「淺壓縮」又是什麼意思呢？我們先從視訊的一些基礎概念說起。
視訊的一些基本概念
視訊在本質上將一幅一幅獨立的畫面快速地連續播放，利用眼睛的視覺暫留效應讓人產生「動」的感覺。
視訊中每一幅畫面稱作一「幀（frame）」，每秒鐘播放的畫面數量被稱作「幀率」，單位為FPS，即Frame Per Second。一般來說，如果眼睛所看到的畫面幀率高於每秒約10至12張的時候，就會認為是連貫的。
為得到更為細膩的效果，電影製作常用24FPS、25FPS、30FPS等幀率。更高的幀率，比如60FPS 和 120FPS 用於錄製視訊以慢動作播放。
每一秒都要連續播放這麼多畫面，視訊的大小一般來說都遠大於圖片，線上流暢播放佔用的頻寬也要大得多。
如果不做任何處理，理論上要線上播放解析度為4K，幀率為30FPS的視訊，需要佔用的頻寬接近6Gbps。
這簡直就是流量饕餮。採用有線還能近距離傳輸還能扛住，用無線的方式就可太難了，即使強如5G也捉襟見肘。
因此，我們需要對視訊進行壓縮。
視訊的深度壓縮
為什麼視訊可以被壓縮呢？是因為每一幀的內部，以及多個幀間存在著大量的冗餘資訊。
首先，在每一幀畫面內，一幅圖像之內相鄰像素的顏色相關性很強，紋理大概率是連續變化的，背景還可能有大量重複的顏色。如果採用適當的演算法，就可以去除冗餘，使資料量得以壓縮。
然後，在多幀的畫面之間，如果沒有場景切換，相鄰幀之間絕大部分畫面是一樣的：比如一隻蝴蝶在花叢中飛行，多幀畫面之間除了蝴蝶的姿態變化，其餘都是不變的，資料自然就可以被壓縮。
因此，視訊的壓縮有「幀內預測壓縮」和「幀間預測壓縮」兩種方式，將視訊分解為多個像素塊，再結合當前幀和前後幀的內容進行壓縮。
幀內預測的主要思想是：畫面紋理是連續的，存在大量的「空間冗餘」，因此可以使用相鄰的已解碼的像素預測未知像素。實際編碼時只需對原始塊減去預測塊之後剩下的殘差塊進行操作，這樣資料量可以有效減少。
幀間預測的主要思想是：既然相鄰幀之間存在極強的相關性，存在大量的「時間冗餘」，那麼就只要找到當前塊在參考幀中的位置，計算對應的位移並得出兩幀之間的殘差，然後只發送這個資料量很小的殘差幀就可以了。
這樣一來，壓縮演算法就把視訊內容編碼為I幀以及P幀。其中I幀作為關鍵幀，必須能夠完全獨立解碼，因此只能使用幀內預測；P幀作為預測幀，僅反映上一個I幀變化的部分，既可以使用幀內預測，也可以使用幀間預測，但離開了I幀就無法解碼。
除了I幀和P幀之外，還有一種B幀（雙向幀）。B幀的編解碼可同時參考左右的幀，需要傳輸的資料量更小。
由於視訊內容是連續的，往往時域的相關性更大，所以一般而言幀間預測的壓縮效率更高，因此P/B幀一般都遠小於I幀。
這種幀內預測壓縮和幀間預測壓縮雙管齊下的效果非常好，可以在畫質基本沒有損耗的前提下將原視訊壓縮得非常小，因此也叫做「深度壓縮」。
以目前主流的壓縮編碼標準H.264 舉例，1080P解析度，60FPS的視訊，經過壓縮編碼，僅需4Mbps的網路頻寬，在手機上就有不錯體驗。
深度壓縮的不足
然而，萬事萬物都有兩面性。深度壓縮的代價是什麼呢？
最容易想到的就是：直播的播放延時。
前面已經說過，P幀和B幀的解碼需要依賴其他幀，當終端觀看直播時，極有可能接入的時間點是不能獨立解碼的預測幀，那麼播放程序必須要等到關鍵幀後，才能正常解碼播放，這就不可避免地導致了時延。
想象一下，如果兩個I幀之間的間隔被設置為2秒，那麼如果運氣不好，接入直播後就有可能要等2秒後才能看到畫面。
上述播放的接入時延其實還算小問題，深度壓縮對視訊製播的影響才是不可接受的。
眾所周知，在視訊製播時，導播臺的作用十分關鍵。導播臺主要作用是將多機位的視訊信號整合到一起，根據現場需求，由導播人員進行實時切換。
讓我們把視線聚焦到上圖的左側。假設在春晚舞臺上，藝術家正引亢高歌，多個機位拍攝不同角度的畫面傳回導播臺進行製播處理，進行切換、分屏、疊加元素等。
但由於這些視訊流採用了深度壓縮，極有可能導播員在將直播畫面由機位1切換到機位2時，剛好趕上了不可解碼的非關鍵幀，這下可好，所有觀眾的螢幕都卡住了。
因此，在這種場景下，使用深度壓縮是不合適的。再說了，從機位到導播臺的距離一般都不遠，用超大頻寬的有線傳輸就行，也不需要節省頻寬，自然也沒必要那麼極致的壓縮，採用「淺壓縮」技術就夠了。
為什麼需要淺壓縮
所謂淺壓縮，其實就是捨棄掉會產生P幀或者B幀的幀間預測編碼，全部採用幀內預測編碼，這樣生成的視訊就全部都是I幀，每一幀都可以完全獨立解碼，雖然視訊的資料量大幅增加，但也消除了深度壓縮的不足之處。
既然淺壓縮技術如此順理成章，為什麼還是在春晚直播時產生了轟動呢？
這是因為5G的引入。
傳統的拍攝，要麼使用固定拍攝機位，要麼使用拖著線纜的可移動拍攝機位。這是因為傳輸淺壓縮視訊需要的頻寬大，如果壓縮率為1/8，每路4K視訊也需要1Gbps的頻寬，同時時延還要低，普通的無線方式難以滿足。
但5G可以。5G-A搭建的視訊製播專網可實現10Gbps以上的頻寬，自然可以實現「5G超高畫質淺壓縮製播」了。由於時延低，無線機位和有線機位所拍攝的畫面還可以實現絲滑混切。
最後我們來總結一下。
淺壓縮的主要用於場景是顯示接口和專業的視訊製播，頻道的頻寬非常充裕，要求的是無損的畫質和低時延，壓縮率一般就是1/8。普通使用者一般情況下接觸不到淺壓縮，因此叫做ToB壓縮。
深度壓縮主要是面向使用者的，因此也叫做ToC壓縮。視訊從導播臺製播完成之後，即採用深度壓縮之後進行分發，壓縮率能達到1/200甚至1/500。這樣一來，不但可以最大化節省傳輸頻寬，觀眾看起來也流暢。
非常感謝能看到最後。