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软硬件编解码延时对比测试

2020.03.09
视频传输
降低延迟

背景

用户在选择用网络传输视频时，传输延迟通常是他们非常关心的数据。而整个传输过程中，软硬件编解码设备的选择是重中之重，直接影响到网络传输的延时。本文重点对比了在相同场景下使用软硬件编解码设备呈现的视频传输延时。

1.测试使用设备

硬件设备：

  1. 视频信号源：企鹅极光盒子（1080P60）
  2. 视频信号采集设备：Pro Capture HDMI 4K Plus
  3. 硬件编码设备：Pro Convert HDMI 4K Plus（固件版本V1.0.567）、同类其他品牌编码器
  4. 硬件解码设备：Pro Convert for NDI® to HDMI（固件版本V1.0.571）、同类其他品牌解码器
  5. PC参数：AMD Ryzen 5 1400G Quad-Core Processor  3.20GHz
  6. 显示器型号：显示器3台（型号：DELL E2214Hv），在下文中分别称为显示器1、显示器2、显示器3。
  7. 交换机：新华三 Aoiynk S1208D

软件：

  1. 软件编码：NDI Connect Pro软件
  2. 软件解码：NDI Studio Monitor软件

2.测试方案

2.1 在编码端统一使用软件编码器产生NDI流

设备搭建如下图：

DELL显示器和小米电视对传输延时影响设备搭建图
图1:编码端使用相同软件编码生成NDI流；解码端使用两种不同品牌硬件及一款软件解码。

我们通过美乐威视频采集卡和NDI Connect Pro软件对视频源软件编码，通过NDI®协议传输到局域网；同时利用这款美乐威视频采集卡上环路输出接口连接显示器1，因环路输出不经过任何系统处理，且本测试使用的显示器不带操作系统，故其显示的画面可视为视频源本身，用于和解码显示的画面做对比。

解码端分别使用同类其他品牌解码器硬件解码、Magewell Pro Convert for NDI® to HDMI硬件解码（下面简称“美乐威NDI®解码器”）、NDI Studio Monitor软件解码，将它们都连接到相同的局域网。硬件解码后的画面通过HDMI接口输出到显示器2和显示器3显示，软件解码后的画面直接用NDI Studio Monitor软件在PC上显示。

为了测试目的，我们特地制作了可以用于秒表计时的视频。通过记录并对比视频源（显示器1）中的秒表显示时间和解码端（显示器2、显示器3和NDI Studio Monitor）显示的时间，可以获得从视频编码到最终完成解码显示需要的时间，即为视频传输延迟。

2.2 在编码端统一使用独立工作的硬件编码器产生NDI流

在搭建完以上测试环境后，我们将解码端软件编码尝试切换成Magewell Pro Convert HDMI 4K Plus编码器（下面简称“美乐威NDI®编码器”）和同类其他品牌编码器进行硬件编码测试，其他设备不做改变。切换后的设备搭建如下图：

DELL显示器和小米电视对传输延时影响设备搭建图
图2: 编码端统一使美乐威NDI编码器生成NDI流，解码端使用两种品牌的硬件解码器和一款软件解码
DELL显示器和小米电视对传输延时影响设备搭建图
图3：编码端使用同类其他品牌的硬件NDI编码器生成NDI流，解码端使用两种品牌的硬件解码器和一款软件解码

3.测试结果

3.1 软件编码-软硬件解码延时对比测试数据

序号 同类其他品牌硬件延时（ms）
（显示器1-显示器2）		 美乐威硬件延时（ms）
（显示器1-显示器3）		 软件延时（ms）
（显示器1-NDI Studio Monitor）
1 66 50 116
2 66 66 116
3 66 50 116
4 67 50 117
5 66 66 116
6 66 66 116
7 67 67 117
8 67 67 117
9 66 66 133
10 66 66 133
平均值 66.3 61.4 119.7

3.2 美乐威硬件编码-软硬件解码延时对比测试数据

序号 同类其他品牌硬件延时（ms）
（显示器1-显示器2）		 美乐威硬件延时（ms）
（显示器1-显示器3）		 软件延时（ms）
（显示器1-NDI Studio Monitor）
1 67 50 100
2 66 50 96
3 60 50 100
4 50 50 100
5 66 50 100
6 50 50 100
7 50 33 100
8 50 50 100
9 67 50 100
10 50 33 100
平均值 57.6 46.6 99.6

3.3 同类其他品牌硬件编码-软硬件解码延时对比测试数据

序号 同类其他品牌硬件延时（ms）
（显示器1-显示器2）		 美乐威硬件延时（ms）
（显示器1-显示器3）		 软件延时（ms）
（显示器1-NDI Studio Monitor）
1 50 50 116
2 50 34 100
3 84 67 134
4 83 66 133
5 66 66 133
6 50 50 117
7 67 67 133
8 50 50 117
9 50 50 117
10 50 50 117
平均值 60 55 121.7

经过整理，得到以下数据：

4.测试结论

在相同的网络环境下，视频的网络传输延迟和软硬件编解码器的选择有直接关系。相比软件编解码器，独立工作的硬件编解码器能有足够的专用资源完成编解码任务，不受其他电脑中运行程序对系统调度和CPU占用的影响。对视频延迟要求极高的用户，推荐选择美乐威编码器搭配美乐威解码器进行硬件编解码，整体的传输延迟会有较大程度的降低。需要注意的是，合理设置解码端的缓冲时间，能近一步优化传输延迟。用户可以在美乐威NDI®解码器的Web GUI中设置解码缓冲时间（buffer duration），具体内容推荐阅读《缓冲时间值对Pro Convert延时影响测试》。