解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

人見百態(tài) · 發(fā)表于 2015-1-5 14:08

首先說明一下本文的主要要點(diǎn)，主要是通過客觀測(cè)試大家來了解ATV的無線傳輸真正能力及實(shí)際應(yīng)用，特別是很多朋友誤解的5Ghz提高ATV速度的這種盲知
本文會(huì)多次提到Mbps及M/S、K/S單位，了解網(wǎng)絡(luò)常識(shí)的都知道Mbps/8=M/S這個(gè)換算單位

好了，切入正題，為了驗(yàn)證ATV無線傳輸實(shí)際能力，測(cè)試設(shè)備及環(huán)境如下：
硬件篇：
1、Apple TV2
2、Linksys E4200（提供5Ghz 450Mbps及2.4Ghz 300Mbps的帶寬）
3、PC
軟件篇：
1、Apple TV2越獄
2、Linksys E4200默認(rèn)官方固件（保證傳輸最大效率，減小測(cè)試誤差）
3、PC安裝WINSCP（例如SSH底層傳輸協(xié)議，減小測(cè)試誤差）

硬件登場：
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為了保證測(cè)試誤差最小化，Apple TV2緊挨著E4200

路由器設(shè)置：
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

路由器2.4Ghz和5Ghz都開啟，其中OneAP是2.4Ghz的SSID，HomeAP是5Ghz的SSID

首先進(jìn)行2.4Ghz測(cè)試
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

Apple TV設(shè)置好WIFI連接（2.4Ghz的OneAP）

在PC端通過WINSCP傳輸一個(gè)大約1G左右文件到Apple TV
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

大約速度為2.65M/S

ok，下面是大家最關(guān)心的5Ghz下的實(shí)際情況
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

Apple TV設(shè)置到WIFI連接（5Ghz的HomeAP）

傳輸同樣大小的文件：
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大約速度為2.66M/S

呵呵，不要疑惑，其實(shí)我說過無數(shù)次了，2.4Ghz和5Ghz的差別不是速度，而是頻段不一樣，主要作用是用來防止干擾

迷惑者繼續(xù)往下看，Apple TV的硬件分析
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

在Apple TV2上的WIFI被接到一塊松下的小板上，WIFI部分是博通的BCM4329XKUBG，其中Bluetooth藍(lán)牙模塊由松下IC來負(fù)責(zé)，而博通BCM4329芯片規(guī)格是802.11n，物理傳輸速率為65Mbps（與2.4Ghz和5Ghz毫無關(guān)系）

解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

在Apple TV3上的WIFI部分是博通的BCM4330XKUBG，相對(duì)于BCM4329XKUBG的變化是雙天線設(shè)計(jì)，集成Bluetooth藍(lán)牙模塊，而其中一根天線是藍(lán)牙混合天線，而芯片規(guī)格方面，依然是802.11n，物理傳輸速率為65Mbps（與2.4Ghz和5Ghz毫無關(guān)系）

SO，一些朋友請(qǐng)勿再憑自己的臆想，說ATV要速度快就配高速路由器，還有說要大內(nèi)存路由器的云云，更是無稽之談，2.6M/S這么雞肋的速率還需要大內(nèi)存來處理？？？？？

那上面測(cè)試到的2.6M/S的速度換算為Mbps，應(yīng)該為2.6*8=20.8Mbps，沒有達(dá)到65Mbps？？呵呵，不要著急，20.8Mbps*3=62.4Mbps是不是很接近了，65Mbps是理論最大速度，只有在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下才會(huì)極度接近。
所以我們也了解，基于802.11x無線速度要換算為802.3x有線以太網(wǎng)速率的公式大致為65Mbps/3/8=2.7M/S（這個(gè)3倍是一個(gè)無線折損率，當(dāng)初推出802.11n 300Mbps協(xié)議時(shí)，發(fā)布組織標(biāo)明的是替代有線100Mbps的方案，實(shí)際傳輸真實(shí)在12M/S左右，只是發(fā)布者沒有標(biāo)明這個(gè)折損率，導(dǎo)致各大無線廠商直接宣稱300M來誤導(dǎo)消費(fèi)者，不過300Mbps的無線速率確實(shí)能承載1080P的負(fù)載）

-----------------------------------------視頻解析篇-------------------------------------------

從前面得到ATV的最高傳輸速率為2.6M/S，那么2.6M/S看視頻是否就卡呢？下面我們就圍繞2.6M/S這個(gè)基準(zhǔn)來做視頻篇

首先我們要明確的是視頻的格式和碼率，格式為編碼格式，而編碼格式很大程度取決于壓縮比，例如VC-1，X264等編碼，而碼率就是一個(gè)非常重要的指標(biāo)了，它直接影響了播放視頻所需性能的核心指標(biāo)。
首先，碼率越高畫質(zhì)越好這點(diǎn)無容置疑，特別是在大尺寸的顯示設(shè)備上，碼率高能呈現(xiàn)更多的畫面細(xì)節(jié)，通俗講就是越高清。而碼率高就會(huì)牽涉到幾個(gè)方面的性能要求，讀寫速率，當(dāng)片源是網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)候，這個(gè)讀寫速率就是網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，第二點(diǎn)就是處理器和內(nèi)存，目前內(nèi)存速度和容量已經(jīng)不是瓶頸，而桌面級(jí)的處理器也遠(yuǎn)遠(yuǎn)能夠勝任解碼的能力。
下面我們實(shí)例來看看一個(gè)碼率的呈現(xiàn)，我們用PC的Kmplayer或者potplayer打開一個(gè)MKV文件，播放時(shí)按下鍵盤Tab鍵，立刻可以呈現(xiàn)實(shí)時(shí)的編碼信息，解碼器，幀數(shù)，聲道，碼率等詳細(xì)信息，這里我們只關(guān)心碼率。

下面這個(gè)例子，大家都記得《變形金剛2》中老威和柱哥在叢林里打斗那段IMAX畫面吧，畫面16:9，清晰震撼，這里的碼率也是剛剛的。
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

運(yùn)氣好剛好截取到一個(gè)峰值段，30087.4Kbps，折算一下30087.4/1000=30.09Mbps
再折算為傳輸率30.09Mbps/8 = 3.76M/S （這里沒有除以3，因?yàn)檫@個(gè)碼率信息肯定是以有線以太網(wǎng)的速率單位為基礎(chǔ)而非無線）

雖然這里瞬間峰值達(dá)到了30.08Mbps，但是整片大部分碼率還是在10-20Mbps左右。

下面看看碼率表：（這個(gè)碼率圖在很多PT站的種子資源介紹里都有）
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

一部較高碼率的720P片源，平均碼率在20Mbps左右，上下波動(dòng)分別到36Mbps和3Mbps

解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

一部較高碼率的1080P片源，平均碼率在30Mbps左右，上下波動(dòng)分別到47Mbps和3Mbps
這里就不列舉藍(lán)光原盤的碼率了，完全不適合ATV

為什么有峰值碼率出現(xiàn)這個(gè)不用再討論，需要補(bǔ)充的一下，目前來自互聯(lián)網(wǎng)的在線直播高清全部是均碼壓制（后來又優(yōu)化有微均碼，就是容許在恒定碼率基礎(chǔ)上微小上下浮動(dòng)），也就是碼率恒定不變，也就是為什么很多在線高清站點(diǎn)，在你網(wǎng)速正常的情況下，只要寬帶帶寬夠就能夠一直播放，如果是動(dòng)態(tài)高碼率，就真的玩完了。

那么真高清片這么高的碼率，對(duì)比ATV只有可憐的2.6M/S=20.8Mbps的速率豈不是很難勝任？
這里還有一個(gè)因素，播放器機(jī)制，現(xiàn)在的播放器都很聰明，在播放前會(huì)建立一個(gè)緩沖區(qū)，緩沖區(qū)有兩種機(jī)制來混合建立：
1、時(shí)間單位，一般為10秒的緩存區(qū)，下限為5秒，也就是說當(dāng)緩沖區(qū)內(nèi)容低于5秒時(shí)，會(huì)立即重新緩沖填滿10秒
2、容量單位，這個(gè)系數(shù)很難確定，我們暫定位20M的緩沖區(qū)，下限為10M，低于10M時(shí)重新緩沖填滿20M

然后就很簡單可以理解了，緩沖區(qū)對(duì)于均碼類的片源能夠很好的勝任（這類片源類似RMVB之類，也被高清玩家視為偽高清，山寨高清），如果是動(dòng)態(tài)高碼率，這個(gè)緩沖區(qū)就很難說了，例如下一個(gè)10秒出現(xiàn)了2-3個(gè)35Mbps的峰值，高出緩沖區(qū)很多，那么影片會(huì)立刻暫停開始緩沖

而還有一個(gè)方面就是來自處理器的，因?yàn)锳pple TV的A系列處理器畢竟遠(yuǎn)沒有桌面級(jí)處理器那么強(qiáng)大，所以遇到高碼率的時(shí)候負(fù)載也相當(dāng)大，會(huì)解碼吃力，表現(xiàn)為畫面卡主，頓

所以我們判斷就有了依據(jù)，如果出現(xiàn)緩沖，多半是網(wǎng)絡(luò)帶寬不足，如果畫面卡，頓，就是這部片源解碼壓力偏大。

最后再說一點(diǎn)就是實(shí)際體驗(yàn)，這個(gè)是最真實(shí)的，拋開上面的技術(shù)理論，還有兩點(diǎn)：
1、器材因素，同樣一部720P的低碼率片源，在iPad這種尺寸和50寸電視機(jī)上播放效果不可同日而語，而如果是高碼率，因?yàn)閕Pad的尺寸太小，也很難感受到高清的細(xì)節(jié)
2、人為因素，這個(gè)就很實(shí)際了，因人而異，有些人在50寸電視機(jī)上播放極低碼率的片源都覺得清晰無比，有些人即使在iPad尺寸上都能分辨出不同碼率片源帶來的細(xì)節(jié)差別

-----------------------------------------AirPlay解析篇-------------------------------------------

AirPlay可能是最多人關(guān)心的問題，但是AirPlay受影響的因素太多，所以需要逐一分析。

首先我們還是從數(shù)據(jù)傳輸角度來看，也就是AirPlay到底需要多大的傳輸量。

首先iPad AirPlay鏡像到TV默認(rèn)是1024*768分辨率，我們就以這個(gè)單位為基準(zhǔn)
畫面?zhèn)鬏敺譃橛袚p和無損，而有損的壓縮比是以無損為基準(zhǔn)來衡量的，所以我們先做無損畫面測(cè)試

這是一張1024*768的靜態(tài)圖片：
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

其實(shí)它的信息是可以在無損計(jì)算方式下是可以量化的，見下圖：
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

我們從其中一個(gè)像素中得到顏色信息6F2C09,這個(gè)就是基礎(chǔ)的像素儲(chǔ)存信息
然后16進(jìn)制的顏色信息6F2C09（3個(gè)字節(jié)Byte），轉(zhuǎn)換為圖片儲(chǔ)存格式的2進(jìn)制大約占用1.14Byte
OK，我們來計(jì)算 1.14*1024*768/1000 = 896.5KB

為了驗(yàn)證我們的算法，我們把該圖片存為BMP（無損）格式的圖片，再另外做一張同樣分辨率，但是是純色的BMP圖片
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很接近了，而且我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)儲(chǔ)存格式為無損輸出的時(shí)候，不管畫面復(fù)雜還是簡單，容量大小只和畫面的分辨率有關(guān)系

那么換為有損壓縮呢？來看看同樣的圖片存為JPG格式：
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

呵呵，發(fā)現(xiàn)差異非常大，畫面有損壓縮的算法很多，有基于優(yōu)化容量的有基于優(yōu)化畫質(zhì)的，這里就不細(xì)細(xì)闡述了。

那么可能有人會(huì)問，90.KB的容量對(duì)于ATV 2.6M/S不是小很多嘛，怎么AirPlay還是卡？
這里我們忽略了一個(gè)原則，單張的畫面只是靜幀，而我們?nèi)粘Ｊ褂弥械漠嬅娑际莿?dòng)態(tài)序列，而通常在電影播放時(shí)采用的是1秒鐘24幀的速度，在游戲中更高，基礎(chǔ)簡單畫面都要30幀，復(fù)雜的游戲更需要達(dá)60幀左右。看下圖：
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

那么按照90KB*60FPS = 5.4M/S，高達(dá)ATV 2.6M/S的兩倍多？應(yīng)該是完全卡死了？？？
也不能完全這么算，因?yàn)镴PG只是傳輸壓縮的一種算法，而對(duì)于游戲，有著更優(yōu)秀的引擎來達(dá)到更優(yōu)秀的算法，盡量接近傳輸率小幅度高于2.6M/S來傳輸，所以就像我們?nèi)粘５那闆r，感覺有卡頓，但是不是說卡死那種。（這里是排開其他的一切因素，包括處理器性能，游戲本身質(zhì)量等）

那為什么游戲會(huì)采用這么高的幀數(shù)而不用電影的24幀呢，這個(gè)主要是視覺差，對(duì)于常規(guī)人眼的閃頻極限來說24幀就可以接近真實(shí)事件的時(shí)間線了，而游戲很大的特性是畫面用來操作的，如果一個(gè)游戲采用24幀來制作，實(shí)際使用總感覺不流暢，大大降低了游戲的體驗(yàn)程度。

然后又有些人說，我AirPlay電影一點(diǎn)也不卡啊，非常流暢，這里又需要區(qū)分一下AirPlay鏡像和AirPlay
看下圖：
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

注意看iPad的屏幕，其實(shí)這個(gè)就是AirPlay而非AirPlay鏡像，這個(gè)時(shí)候iPad處理的不是把畫面?zhèn)鬏斀oATV，而是把電影的播放地址傳輸給ATV

再看這圖：
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

這就是AIrPlay鏡像了，iPad的畫面始終和ATV傳輸給TV的畫面同步一致。

ok，還有人會(huì)問，我ATV已經(jīng)有線連接了，怎么還是卡呢？我們看問題要全面性，一個(gè)AirPlay的完整應(yīng)用不光是ATV本身
看下圖：
解析ATV的無線傳輸速率，以及Airplay和播放卡頓問題

從上圖我們可以明顯的看出，即使ATV接入有線，但是iPad的無線65Mbps是無法改變的（而且iPad更不可能接有線），那么看見在大水管里流量依然是和小水管均等的65Mbps

我們談完了相關(guān)的傳輸瓶頸分析，還需要牽涉到兩點(diǎn)
1、處理器性能，有些極個(gè)別的游戲優(yōu)化的AirPlay，可以使用iPad當(dāng)做遙控器，畫面在TV上顯示，這樣的流程ATV還充當(dāng)了部分的計(jì)算作用（把iPad渲染好的3D數(shù)據(jù)顯示出來），如果遇到畫面負(fù)載，iPad端或者ATV端任何一端的處理器性能負(fù)載大，立馬會(huì)出現(xiàn)卡頓現(xiàn)象
2、還是處理器性能，這個(gè)性能可能會(huì)牽涉到路由器的處理器，畢竟AirPlay鏡像是蘋果的一套無線傳輸算法，經(jīng)過測(cè)試，我的Linksys E4200在Qos中開啟WMM（一種基于802.11e的媒體傳輸優(yōu)化協(xié)議），AirPlay鏡像就卡頓，而關(guān)閉WMM選項(xiàng)后就會(huì)相對(duì)流暢許多，但是這里不要誤解為只有蘋果的路由器對(duì)AirPlay支持最好，因?yàn)楫吘惯@塊兒的影響幅度是最小的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有上面分析的網(wǎng)絡(luò)傳輸瓶頸和畫面運(yùn)算的幅度大，而蘋果也不會(huì)傻到讓只有自家的路由器才優(yōu)化AirPlay，那樣不被美國用戶罵死才怪，況且隨著IOS近幾次的升級(jí)版本，都是在提高AIrPlay的穩(wěn)定性（官方說法為穩(wěn)定性，其實(shí)就是加強(qiáng)對(duì)第三方路由器的兼容性）

最后還是說一點(diǎn)就是實(shí)際體驗(yàn)，這個(gè)是最真實(shí)的，拋開上面的技術(shù)理論，還有兩點(diǎn)：
1、器材因素，路由器有一些影響，但是這里主要是指N年前的54Mbps或者更低的路由器，體驗(yàn)是很糟糕的
2、人為因素，這個(gè)就很實(shí)際了，因人而異，有些人對(duì)于1-2秒的延遲都覺得是流暢的，有些人對(duì)于0.1-0.2秒的延遲都能敏感察覺出來

-----------------------------------------路由器配置篇-------------------------------------------

綜上所述，我想大家應(yīng)該明白，配置一個(gè)高速的路由器，功能強(qiáng)大的路由器，穩(wěn)定品質(zhì)的路由器絕對(duì)不是來改善你AIrPlay體驗(yàn)的，除非你真的是N年前的54M的路由器，所以想通過升級(jí)路由器來大幅提升AirPlay體驗(yàn)的同學(xué)請(qǐng)不要再抱有幻想！

那我們拋開上面的因素，應(yīng)該理性的選擇路由器。方案很多，有選品牌的，有選性價(jià)比的，都符合自身的需求
首先是品牌路由器，以思科、網(wǎng)件為全球第一老廠，多年沉淀的技術(shù)肯定不是忽悠的，后起之秀Apple，華碩等也不錯(cuò)。
再者就是高性價(jià)比的國產(chǎn)Dlink，TPlink等，便宜的價(jià)格，優(yōu)秀的性能。
但是這里有個(gè)誤區(qū)大家不是很清楚，認(rèn)為好的路由器信號(hào)就強(qiáng)大，那么你就完全錯(cuò)了，像思科，網(wǎng)件這些路由器廠商，其產(chǎn)品的WIFI發(fā)射功率是嚴(yán)格按照歐盟標(biāo)準(zhǔn)制作的。他們的產(chǎn)品核心是在有效的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積中達(dá)到最高傳輸效能和穩(wěn)定性。而國產(chǎn)的廠商不需要遵守歐盟標(biāo)準(zhǔn)，一味的加大發(fā)射功率，所以就延伸出穿墻王，信號(hào)王之類的產(chǎn)品。而發(fā)射功率超過了芯片本身設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后其穩(wěn)定性就會(huì)下降，發(fā)熱也會(huì)增高，所以這個(gè)是把雙刃劍。

那么選什么路由器好呢？這個(gè)不要問我，自己多看看路由器的評(píng)測(cè)網(wǎng)站，其中的一些無線傳輸性能和有線傳輸性能看看是否滿足你家里的情況，再仔細(xì)規(guī)劃
說到無線傳輸性能，好像不久前看到有人說，iPad 65Mbps， ATV 65Mbps，用150Mbps的路由器，兩者加起來130Mbps，差不多剛好夠，這完全是盲知，試問一個(gè)300Mbps的路由器，連接上一個(gè)配有300Mbps無線網(wǎng)卡的筆記本，那么再有一臺(tái)iPad連接進(jìn)來就只有0Mbps？這不是鬼扯蛋嘛。路由器的300Mbps是指路由器提供的帶寬是300Mbps，而不是流量300Mbps??！

既然好的路由器對(duì)AirPlay體驗(yàn)提升微乎其微，那還有必要配置好的路由器嗎？
答案是根據(jù)你家里的情況來確定，如果家里有有線設(shè)備，無線設(shè)備數(shù)量也比較多，局域網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量頻繁而量大，不需要一個(gè)優(yōu)秀的路由器來承載嗎？

題外話，一開始已經(jīng)充分證明，無線路由器的2.4Ghz，5Ghz技術(shù)只是頻段的區(qū)別，5Ghz頻段使用少，可以抗干擾（這個(gè)也是相對(duì)的，除非你家里有10個(gè)以上的2.4Ghz設(shè)備才有干擾的情況），所以不要再鬧雙頻路由器的5G比2.4G快的笑話了，可能一些朋友在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)2.4Ghz和5Ghz連接速率不一樣，這個(gè)屬于測(cè)試環(huán)境不純凈造成的。還有就是芯片設(shè)計(jì)方案的兼容性等等。

呵呵，廢話有點(diǎn)多了，全文完??！

hao501802766 · 發(fā)表于 2015-1-5 14:11

很給力，ZNDS有你更精彩！

殊藜 · 發(fā)表于 2015-1-5 14:16

強(qiáng)烈支持樓主ing……

shenrujie123 · 發(fā)表于 2016-4-26 21:32

感謝分享，ZNDS有你更精彩:)

shenrujie123 · 發(fā)表于 2016-4-26 21:32

freedom10011 · 發(fā)表于 2019-1-27 20:17

回復(fù)看看呢

江南青花魚 · 發(fā)表于 2019-1-31 20:35

又見一個(gè)好帖，果斷先馬克mark收藏了!

wangdongwdd · 發(fā)表于 2020-4-14 22:26

樓主威武啊,ZNDS有你更給力！

wangdongwdd · 發(fā)表于 2020-5-24 15:52

又見一個(gè)好帖，果斷先馬克mark收藏了!posttime=1590306763

wangdongwdd · 發(fā)表于 2020-5-26 19:26

又見一個(gè)好帖，果斷先馬克mark收藏了!posttime=1590492396

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