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IPTV业务编码技术的选择

  一直以来,视频编码存在着两个标准化体系,一个是由ISO/IEC主导的MPEG系列标准(如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4);另一个是ITU-T主导的H.26x系列标准(如H.261和H.263)。MPEG系列标准被广泛应用在视频存贮、点播和转发领域。同样,由于国际电联的推荐,H.26x系列标准也大量应用于视频通信领域,为广大运营商和设备提供商所采用。在开展IPTV业务中,编码技术的选择是十分重要的。经过反复的研究和实验测试,大多数运营商已经将目光落在H.264和MPEG4上面,那么面对这两种技术标准,我们该如何进行选择呢?

技术起源

  MPEG4技术的标准是对运动图像中的内容进行编码,其具体的编码对象就是图像中的音频和视频,术语称为“AV对象”,而连续的AV对象组合在一起又可以形成AV场景。因此,MPEG4标准就是围绕着AV对象的编码、存储、传输和组合而制定的,高效率地编码、组织、存储、传输AV对象是MPEG4标准的基本内容。MPEG-4是在1998年10月定案,并于1999年2月正式命名为国际标准ISO/IEC 14496。MPEG-4以其高质量、低传输速率等优点已经被广泛应用到网络多媒体、视频会议和多媒体监控等图像传输系统中。

  MPEG系列的标准归属于ISO/IEC,但另一方面以制订国际通讯标准为主的机构:ITU-T,在完成H.263(针对视频会议之用的串流视频标准)后展开了H.264的制订,且新制订是与ISO/IEC机构连手合作,由两机构共同成立一个名为JVT(Joint Video Team)的联合工作小组,以MPEG-4技术为基础进行更适于视频会议(Video Conference)运用的衍生发展,也因为是联合制订,因此在ITU-T方面称为H.264,在ISO/IEC的MPEG方面就称为MPEG-4 Part 10(第10部分,也叫ISO/IEC 14496-10),MPEG-4 Part 10的另一个代称是MPEG-4 AVC(Advanced Video Coding,先进视频编码)。

性能比较

  实践证明,在1.5M-2M的码流下,MPEG4可以达到接近DVD的画质效,基本可以满足IPTV业务需求。理论上,H.264的数据压缩率在MPEG2的2倍以上、MPEG4的1.5倍以上。当然,与这种高压缩效率相伴的是H.264需要较高的实现复杂度。根据目前的实现程度,MPEG4和H.264的对比测试表明,H.264的编解码效率只比MPEG4的效率高5-15%,在可以使用的流速(1.5M左右),大约只比MPEG4高5%。与MPEG-2相比,虽然H.264的压缩性能提高一倍以上,H.264的计算复杂度也要提高两倍以上。而且由于H.264由MPEG和ITU联合做的,设计时考虑到适应多领域的应用,因此在标准设计上不得不进行了很多折中,这导致H.264应用于大屏幕高清时,运算量太大,实现太复杂。

系统成熟度

  对于电信级别的系统来说,系统稳定性,商用经验乃是重中之重。H.264标准于2003年正式发布,由于标准发布的时间较短,到目前为止,还没有走过产品化的过程,目前全世界尚无基于H.264的大规模IPTV商用系统,没有很多的经验可以借鉴,还有待市场的检验。因此在目前阶段采用基于H.264的IPTV系统存在相当的风险性。此外,目前的H.264方案中头端的编码器、编码算法、系统、机顶盒解决方案等多个方面还有待改进和完善。

1、编码器产品不成熟,厂家之间的产品不兼容、成本高

1)厂商之间的产品不兼容

  H.264标准直至2003年11月才形成标准文件,尽管在这时间之前已经发布了多次草案,但是由于其天生复杂度,目前世界上提供真正商用的编码或者解码的方案厂商很少。同时因为标准的复杂性以及标准本身存在着比较多的可选项,各个厂家根据自己对标准的理解进行了系统设计和实现,导致H.264标准要求的有些feature实现不足或没有实现,从目前情况看,不同厂家产品不兼容的地方较多,导致了不同厂家的H.264实时电视信号和点播片源不能够兼容。各个厂商编解码设备之间的互通尚需要时日。

2)商务成本过高

  目前支持H.264编码器的厂商还比较少,许多主流编码器厂商目前还不支持H.264,或者仅有测试和演示系统,编码器供应商选择范围较小,商务成本过高。

2、编码算法不成熟

  H.264的编码算法实现起来比较复杂。现阶段,各厂家提供的产品和方案只是实现了对H.264基本编码功能的支持,还没有对产品进行优化。具体表现在:编码/转码的时间较长。目前对MPEG4节目进行编码/转码的时间比大约为1:0.6-1(即一个小时的节目,40分钟到1个小时即可完成编码/转码,而H.264的编码/转码时间比大约为:1:3-4(即一个小时的节目,需要3到4个小时才能完成)。

  不成熟的算法意味着资源占用大,系统造价高;另一方面,过长的转码/编码时间也增加了运营和管理的成本。

3、系统不成熟

  目前来看,支持H.264的系统大多是采用系统集成的方式快速搭建起来的,而不是一个端到端的系统。编码器、EPG系统、存储与分发系统、机顶盒、中间件等关键部件都是集成第三方的设备和产品,因此存在着一些问题:

1)系统功能不满足用户的需求,且不能按照用户的需求对业务系统进行快速改进。

  快速集成的系统只实现了对H.264编解码的支持,但系统不成熟,许多用户的基本业务需求还不能够满足,这样的系统离商用还有一定的距离。另一方面,由于是大量集成第三方的产品,研发的主动权不在自己手里,无法按照用户的需求,配合用户的商用时间表对系统进行改进。

2)系统的性价比较低

  由于大量集成第三方产品,系统成本较高,对规模商用不利。

4、机顶盒方案不成熟

  通常成熟的机顶盒方案是基于单芯片的解决方案,采用这样方案生产出来的机顶盒,设备成本低、体积小、功耗低、可靠性高。然而由于标准出台时间短,目前还没有专门针对H.264的机顶盒解决方案,业内一些供应商采用的方案是采用通用CPU+通用DSP的双芯片临时方案。这种方式造成机顶盒的设计复杂、外围接口电路多、可靠性低,同时成本也较高。

  另一方面,目前能够提供完整支持H.264机顶盒解码芯片的供应商只有TI一家,商务成本过高。

  而MPEG4编码技术及产业链成熟,成本低,提供厂家多,已经得到了广泛的应用。IPTV是一个新业务模式、新商业模式、新技术等多种因素组成在一起的混合体,许多方面的问题都需要在发展中解决,因此,在业务开展初期,应尽量采用成熟的东西,以便集中精力来处理未知问题和降低风险。

不得不考虑的成本

  前面提及到H.264在编码效率上相对于之前的标准有不同程度的提高,但是这些是以编码以及解码复杂度作为代价的。H.264的实时编码或者解码器的实现均需要非常强硬件能力的支撑,加之目前H.264技术和市场上的不成数,成本更加高居不下,这在IPTV系统中反映出来就是直接增加了系统的成本。目前中国对于开展数字电视以及即将开展的IPTV业务,对用户的策略一般为开户送STB,而过高的系统终端价格则会大大增加系统成本,不利于运营商大规模开展业务。

系统升级角度

  由于标准本身的不成熟以及目前硬件厂商能力的限制,目前的H.264解码芯片能力都局限在MainProfile@Level 3的SD标清解码层次上,所以现在的H.264方案还只是标准清晰度的方案,而不是高清晰方案。从IPTV发展来看,最终要过渡到高清。因此,目前的H.264和MPEG4一样,都需要有一个过渡到H.264高清的过渡过程,它也仅仅是一个过渡方案。而将来系统升级到高清后,前期所发放的所有STB都需要更换,这对于运营商来说将是不可接受的系统成本。而对于目前国际上使用较多的MPEG2和MPEG4来说,其标准以及硬件提供厂商相对较多,并且目前已经能够达到高清的解码能力,因此采用MPEG4(MPEG2消耗带宽资源太多,不适合中国的网络环境,在此省略)方案对于将来系统从标清升级到高清是个稳妥的选择。

  此外,编解码器是系统中比较独立的一个技术单元,只涉及到头端的编码器和终端的解码器,在将来过渡的时候,系统其他部分不用变。头端的编码器是拥有牌照的内容集成商的播控平台中的功能,终端的编码器是机顶盒中的一个模块,按照目前政策环境下的运营模式和一些已有合作投资等商业模式为例,升级到H.264时,电信运营商的系统可不做改动。

结论

  综上所述,H.264存在着诸多的问题和不确定因素,现在就采用H.264编码,会给技术、商务、运维和管理等方面带来相当的困难。技术的优势并不代表市场的优势,必须符合市场环境和商业规律方能获得成功,产业链的各环节需要积极推动技术的成熟和设备及其解决方案的成熟。目前而言,把握时机,利用成熟技术,尽快开展业务,是我们在面对IPTV部署中编码技术的选择上应该遵循的原则。


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