《電子技術(shù)應(yīng)用》
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IPTV音視頻編解碼技術(shù)
摘要: 當(dāng)前在IPTV業(yè)務(wù)中,音視頻編解碼技術(shù)的選擇呈現(xiàn)了三足鼎立的狀況,即MPEG4ASP、H.264和AVS。其中MPEG4和H.264都是國(guó)際相關(guān)組織標(biāo)準(zhǔn),AVS是中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞: IPTV|VoIP IPTV 音視頻 MPEG4 asp H.264 AVS
Abstract:
Key words :

  三足鼎立

  當(dāng)前在IPTV" title="IPTV">IPTV業(yè)務(wù)中,音視頻" title="音視頻">音視頻編解碼技術(shù)的選擇呈現(xiàn)了三足鼎立的狀況,即MPEG4" title="MPEG4">MPEG4ASP" title="ASP">ASP、H.264" title="H.264">H.264和AVS" title="AVS">AVS。其中MPEG4和H.264都是國(guó)際相關(guān)組織標(biāo)準(zhǔn),AVS是中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。作為IPTV產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié),中國(guó)電信和中國(guó)網(wǎng)通等電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)于音視頻編解碼技術(shù)的發(fā)展思路相似,都在力推 H.264,同時(shí)對(duì)于AVS表現(xiàn)出了觀望態(tài)度,表示將來也可能會(huì)要求IPTV設(shè)備商支持AVS。

  相對(duì)于H.264和AVS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),MPEG4ASP在流媒體和IPTV應(yīng)用市場(chǎng)中起步時(shí)間最早,產(chǎn)業(yè)化程度最高,因此得到了現(xiàn)階段的IPTV設(shè)備提供商的最廣泛支持。另外,國(guó)內(nèi)IPTV產(chǎn)業(yè)鏈中的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)廣電部門(內(nèi)容運(yùn)營(yíng)商)也傾向于MPEG4。在三者之中,AVS的產(chǎn)業(yè)化程度最低,H.264次之。

  從市場(chǎng)角度來看,MPEG2產(chǎn)品技術(shù)最成熟,在國(guó)外IPTV市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛,也得到了國(guó)內(nèi)數(shù)字廣播電視市場(chǎng)的認(rèn)可和廣泛應(yīng)用。而微軟的VC-1或 WM9由于屬于國(guó)外廠商標(biāo)準(zhǔn),因此無論從IPTV產(chǎn)業(yè)還是數(shù)字廣播電視產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度來看,它既得不到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織的認(rèn)可,也不會(huì)得到國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的有力支持。

  標(biāo)準(zhǔn)之制定

  首先,我們需要了解一下國(guó)內(nèi)IPTV產(chǎn)業(yè)中各種標(biāo)準(zhǔn)的含義。目前IPTV產(chǎn)業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)主要指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)由標(biāo)準(zhǔn)化行政主管部門(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì))制定頒布,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由主管部委制定頒布,而企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)由企業(yè)自己制定。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可分為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和推薦性標(biāo)準(zhǔn)。

  目前IPTV產(chǎn)業(yè)中還沒有IPTV國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。信產(chǎn)部相關(guān)部門目前正在制定IPTV行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)在未來可能會(huì)成為IPTV國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。AVS屬于推薦性國(guó)家音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)在IPTV行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中得到推薦和引用。而中國(guó)網(wǎng)通和中國(guó)電信所制定的IPTV標(biāo)準(zhǔn)都屬于IPTV企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如果廣電部門也要制定相關(guān)的IPTV行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),那么它們的規(guī)范也會(huì)對(duì)IPTV音視頻編解碼技術(shù)選擇產(chǎn)生重要影響。

  準(zhǔn)確地說,目前國(guó)內(nèi)IPTV產(chǎn)業(yè)中的音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng),主要體現(xiàn)在IPTV標(biāo)準(zhǔn)中選擇哪種視頻編解碼技術(shù)問題上,而對(duì)于音頻編解碼技術(shù)的選擇,目前行業(yè)內(nèi)并沒有過多的爭(zhēng)論和詳細(xì)的考慮。在IPTV系統(tǒng)中視頻與音頻編解碼技術(shù)有相對(duì)的獨(dú)立性,例如:目前不同廠商的IPTV系統(tǒng)設(shè)備支持 MPEG1LAYER2(MP2)、MPEG1LAYER3(MP3),MPEG2AAC,MPEG4AAC等不同音頻編解碼技術(shù)中一種或幾種音頻格式。

  外來的,還是本地的?

  音視頻編解碼技術(shù)是數(shù)字化音視頻的關(guān)鍵技術(shù),應(yīng)用非常廣泛,涉及了數(shù)字電視、IPTV、手機(jī)電視、VCD/DVD播放機(jī),以及其他各種數(shù)字媒體終端設(shè)備等行業(yè)。基于樸素的經(jīng)濟(jì)原因,使用國(guó)外的音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不僅會(huì)付出巨額的專利費(fèi),而且標(biāo)準(zhǔn)作為產(chǎn)業(yè)鏈的最上游,直接影響芯片、軟件、前端設(shè)備、存儲(chǔ)、傳輸、終端設(shè)備等整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。

  而AVS作為中國(guó)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn),不僅可以使中國(guó)企業(yè)避免專利費(fèi)的困擾,并且擔(dān)負(fù)著保護(hù)和促進(jìn)國(guó)內(nèi)數(shù)字化音視頻相關(guān)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的戰(zhàn)略作用。正是在這種背景下,2006年2月AVS被正式頒布為國(guó)家音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),并且繼視頻部分后,音頻、移動(dòng)視頻、系統(tǒng)、數(shù)字版權(quán)管理等部分將相繼完成審批、發(fā)布?;诩夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)、IPTV政策、產(chǎn)業(yè)保護(hù)等眾多原因,國(guó)內(nèi)IPTV產(chǎn)業(yè)中音視頻編解碼技術(shù)的選擇不僅涉及到了IPTV設(shè)備提供商、電信運(yùn)營(yíng)商、內(nèi)容提供商、芯片提供商,還與內(nèi)容運(yùn)營(yíng)商、信產(chǎn)部、國(guó)內(nèi)AVS標(biāo)準(zhǔn)組織等環(huán)節(jié)息息相關(guān)。

  國(guó)家信產(chǎn)部作為IPTV行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定者,其標(biāo)準(zhǔn)制定工作以保護(hù)國(guó)內(nèi)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展和促進(jìn)最佳社會(huì)效益為目的,并且AVS工作組本身就得到了信息產(chǎn)業(yè)部的重點(diǎn)支持,因此可以預(yù)見AVS將會(huì)作為IPTV行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)音視頻編解碼技術(shù)的基本選擇。目前AVS正處于從標(biāo)準(zhǔn)化到產(chǎn)業(yè)化的過程中,基于AVS的編解碼芯片、編碼器、機(jī)頂盒等等都還沒有產(chǎn)品化。

  由于AVS的標(biāo)準(zhǔn)剛剛頒布,產(chǎn)品化還未大規(guī)模開始,我們?nèi)菀桌斫鉃槭裁碝PEG4在現(xiàn)階段更多地得到了廣電部門和IPTV設(shè)備提供商的支持。與 AVS、H.264比較起來,MPEG4的編解碼設(shè)備和流媒體服務(wù)器應(yīng)用更加成熟和廣泛,以MPEG4格式存儲(chǔ)的內(nèi)容也更加廣泛。不過,MPEG4雖然起步較早,但是MPEG4的大力發(fā)展很大程度上還是借力于國(guó)內(nèi)IPTV市場(chǎng)的啟動(dòng)。

   而對(duì)于H.264來說,除了其技術(shù)先進(jìn)性,國(guó)內(nèi)電信運(yùn)營(yíng)商力推H.264的另一個(gè)重要原因是因?yàn)镠.264回避了MPEG4向運(yùn)營(yíng)商的專利收費(fèi),也就是說H.264的專利費(fèi)收取方式一舉驅(qū)散了原先籠罩在國(guó)內(nèi)電信運(yùn)營(yíng)商頭上的MPEG4收費(fèi)陰影。所以即使在目前H.264成本比MPEG4成本更高的情況下,H.264仍然讓國(guó)內(nèi)電信運(yùn)營(yíng)商為之歡欣鼓舞,雀躍不已。

  2002年,MPEG-LA公布了MPEG4的專利費(fèi)用,除了固定的編解碼器費(fèi)用,還要根據(jù)播放時(shí)間向內(nèi)容所有者及內(nèi)容提供商收取相應(yīng)費(fèi)用。對(duì)于國(guó)內(nèi)IPTV產(chǎn)業(yè)來說,除了內(nèi)容運(yùn)營(yíng)商,IPTV運(yùn)營(yíng)商也需要繳納相關(guān)的專利費(fèi)用。

  這在業(yè)界引起了軒然大波,并直接成為了促進(jìn)H.264市場(chǎng)步伐的一個(gè)外部因素。然而令人失望的是,2005年上半年,H.264專利池的擁有廠商們公布了將通過MPEG-LA和VIALicensing兩個(gè)授權(quán)代理商收費(fèi)的程序,并宣布將在2006年1月1日起正式收費(fèi)。希望通過H.264來回避 MPEG4針對(duì)IPTV運(yùn)營(yíng)收費(fèi)的目的并沒有達(dá)到。更令人氣餒的是,兩個(gè)專利代理組織的存在也使得問題更加復(fù)雜化,甚至可能導(dǎo)致專利使用者不得不同時(shí)面對(duì)這兩個(gè)組織,因?yàn)樗鼈兏髯源硪徊糠謱@麚碛姓摺?/p>

  雖然芯片廠商已經(jīng)知道H.264專利錯(cuò)綜復(fù)雜,產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程還有待時(shí)日,不過他們顯然沒有預(yù)料到國(guó)內(nèi)IPTV市場(chǎng)上運(yùn)營(yíng)商和終端廠商對(duì)H.264技術(shù)升級(jí)的渴求是那么迅速,從而顯得準(zhǔn)備不足。但是作為產(chǎn)業(yè)鏈的上游,芯片廠商們總是最早一批介入H.264領(lǐng)域的廠商,因此盡管他們自身并不情愿MPEG4 芯片還未帶來足夠的利潤(rùn)就要被H.264芯片所替代的情況出現(xiàn),但是還是加快了H.264芯片的開發(fā)進(jìn)程。

  從芯片實(shí)現(xiàn)的角度來說,H.264的高效性是建立在其實(shí)現(xiàn)的高復(fù)雜度基礎(chǔ)上的,就其Baseline而言,解碼器復(fù)雜度將是H.263解碼器的3倍左右,而編碼器的復(fù)雜度更是高達(dá)10多倍。另外由于視頻處理是一個(gè)以數(shù)據(jù)處理為主的系統(tǒng),結(jié)合視頻處理算法,實(shí)現(xiàn)指令操作數(shù)裝載和并行運(yùn)算將大大提高數(shù)據(jù)處理效率。

  在H.264中,運(yùn)動(dòng)估計(jì)采用了多幀參考技術(shù),這要求處理器體系架構(gòu)對(duì)處理器的數(shù)據(jù)調(diào)度機(jī)制以及片內(nèi)外存儲(chǔ)器的組織等必須有新的考慮。H.264和以往標(biāo)準(zhǔn)一樣可以進(jìn)行基于圖(picture)、片(slice)和宏塊級(jí)的并行處理。H.264還采用了RD算法進(jìn)行模式選擇,所有的模式在計(jì)算時(shí)都不存在相關(guān)性,即可以并行操作。要適配H.264編碼器的可并行處理特性,以適應(yīng)高復(fù)雜度的H.264算法的實(shí)現(xiàn),處理芯片架構(gòu)需要從處理能力不夠的單核架構(gòu)向雙核、多核的架構(gòu)發(fā)展,這將是未來幾年內(nèi)提升多媒體處理芯片性能的一個(gè)有效途徑。但是隨之而來的是多媒體處理芯片的軟件工作難度(如編譯器,操作系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度等)將會(huì)大大增加,延長(zhǎng)了H.264芯片的實(shí)現(xiàn)周期和產(chǎn)品成熟周期。

  雖然現(xiàn)有的采用TiDM642處理器的IPTV機(jī)頂盒可以支持H.264的標(biāo)清解碼,但是對(duì)于寬帶運(yùn)營(yíng)商一直期待的IPTV增值業(yè)務(wù),如可視電話等這類需要機(jī)頂盒編碼的音視頻業(yè)務(wù)來說,現(xiàn)有多媒體處理芯片受到性能的限制并不能提供良好支持,從而使得這類業(yè)務(wù)無法實(shí)現(xiàn),為IPTV業(yè)務(wù)帶來相當(dāng)多的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。而且現(xiàn)階段支持H.264的機(jī)頂盒成本較高,大大提高了IPTV業(yè)務(wù)的市場(chǎng)投入成本,同時(shí)加大了IPTV業(yè)務(wù)市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。

  反觀MPEG-4ASP,自從MPEG組織于1998年11月初次公布MPEG-4技術(shù)到現(xiàn)在,已經(jīng)有相當(dāng)一段時(shí)間作為發(fā)展基礎(chǔ),大量技術(shù)成熟的芯片已經(jīng)誕生并投入了大規(guī)模的應(yīng)用。這些應(yīng)用于MPEG-4的芯片大都經(jīng)過了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期的技術(shù)檢驗(yàn),擁有良好的兼容性和穩(wěn)定性。除了技術(shù)上的不斷完善,在價(jià)格方面,平均單價(jià)也逐漸降低。有了這些芯片支持,寬帶運(yùn)營(yíng)商可以盡快開展類似的增值業(yè)務(wù)。

  正因?yàn)槿绱?,如果?guó)內(nèi)IPTV市場(chǎng)上H.264不能大規(guī)模地迅速應(yīng)用,在這期間MPEG4芯片相對(duì)于H.264芯片仍然具有軟硬件開發(fā)成本上的優(yōu)勢(shì),H.264尚需巨大的成本投入。另外,芯片廠商目前還需要時(shí)間來穩(wěn)定和完善現(xiàn)有H.264芯片。正是成本和穩(wěn)定性上的考慮,讓H.264的大規(guī)模商用受到制約和影響。

  市場(chǎng)決定出路

  據(jù)預(yù)測(cè),到2008年中國(guó)寬帶用戶將增加到1億戶,如果其中有20%成為網(wǎng)絡(luò)電視用戶,那么IPTV用戶數(shù)將會(huì)達(dá)到2000萬戶;如果目前的有線電視用戶有20%在2008年之前成為網(wǎng)絡(luò)電視用戶,那么用戶數(shù)將會(huì)達(dá)到2000萬戶;移動(dòng)用戶到2005年年底估計(jì)會(huì)超過4億,如果其中的5%在2008 年之前成為網(wǎng)絡(luò)電視用戶,那么用戶數(shù)也將會(huì)達(dá)到2000萬戶。在這個(gè)基礎(chǔ)上,估計(jì)到2008年IPTV總用戶數(shù)將會(huì)達(dá)到6000萬。

   讓我們?cè)賮砜匆豢磳?duì)音視頻編解碼產(chǎn)業(yè)化程度影響最大的國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的廣電市場(chǎng)編解碼技術(shù)的選擇情況。中央電視臺(tái)數(shù)字電視頻道使用了國(guó)外的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。究其原因,一是為了保證信號(hào)傳輸?shù)谋U娑?,MPEG-2發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng),技術(shù)比較成熟;二是為了版權(quán)保護(hù),因?yàn)檠胍曇M(jìn)不少國(guó)外的數(shù)字電視節(jié)目?jī)?nèi)容,而對(duì)方比較認(rèn)同MPEG-2的編解碼標(biāo)準(zhǔn),覺得這更能保護(hù)其版權(quán)。另外目前全國(guó)已有100多萬戶的有線數(shù)字電視用戶,也是使用了MPEG-2的標(biāo)準(zhǔn),如果更換成AVS標(biāo)準(zhǔn)必然存在著一個(gè)機(jī)頂盒更換的成本問題。

  從應(yīng)用的角度來觀察一下音視頻編解碼技術(shù)的市場(chǎng)狀況。在廣播和DVD應(yīng)用方面,MPEG2仍然處于主流,但是在移動(dòng)電視、視訊會(huì)議、視頻監(jiān)控以及可視電話方面,H.264、MPEG4的技術(shù)應(yīng)用較為廣泛。而從產(chǎn)品應(yīng)用層面來說,DVD是目前編解碼最大應(yīng)用市場(chǎng),而下一階段的增長(zhǎng)動(dòng)力有望發(fā)生在移動(dòng)終端的視訊應(yīng)用領(lǐng)域,如用手持設(shè)備收看數(shù)字電視、個(gè)人媒體播放器等等,在這些領(lǐng)域H.264相對(duì)于MPEG4將會(huì)有更加廣泛的應(yīng)用。

  綜合來看,H.264得到了電信運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備提供商的支持,無論是在Internet還是其他應(yīng)用領(lǐng)域,H.264都具備了占據(jù)未來市場(chǎng)主流的地位。對(duì)于IPTV產(chǎn)業(yè)來說,H.264代替MPEG4已成定局,但是短期內(nèi)H.264的商用成本仍然會(huì)阻礙其大規(guī)模的應(yīng)用。而對(duì)于AVS來說,由于其具有為國(guó)內(nèi)企業(yè)降低專利費(fèi)的優(yōu)勢(shì),而且得到中國(guó)政府的支持,因此在中國(guó)的應(yīng)用情況值得期待。

  從發(fā)展的角度來說,音視頻編解碼技術(shù)總是處于不斷演進(jìn)的過程中。因此,放在IPTV設(shè)備提供商面前的并不是選擇哪一種音視頻編解碼技術(shù)的問題,而是其IPTV系統(tǒng)和解決方案能否做到在媒體傳輸層與編解碼格式透明無關(guān),在系統(tǒng)擴(kuò)展性方面可以迅速無縫升級(jí)支持當(dāng)前和未來的各種編解碼技術(shù)。

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