IPTV音視頻編解碼技術(shù)

IPTV音視頻編解碼技術(shù)

三足鼎立

　　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都是國際相關(guān)組織標(biāo)準(zhǔn)，AVS是中國國家標(biāo)準(zhǔn)。作為IPTV產(chǎn)業(yè)鏈中的重要環(huán)節(jié)，中國電信和中國網(wǎng)通等電信運(yùn)營商對于音視頻編解碼技術(shù)的發(fā)展思路相似，都在力推 H.264，同時對于AVS表現(xiàn)出了觀望態(tài)度，表示將來也可能會要求IPTV設(shè)備商支持AVS。

　　相對于H.264和AVS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，MPEG4ASP在流媒體和IPTV應(yīng)用市場中起步時間最早，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，國內(nèi)IPTV產(chǎn)業(yè)鏈中的另一個重要環(huán)節(jié)廣電部門(內(nèi)容運(yùn)營商)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。

　　從市場角度來看，MPEG2產(chǎn)品技術(shù)最成熟，在國外IPTV市場應(yīng)用最廣泛，也得到了國內(nèi)數(shù)字廣播電視市場的認(rèn)可和廣泛應(yīng)用。而微軟的VC-1或 WM9由于屬于國外廠商標(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，它既得不到國家標(biāo)準(zhǔn)化組織的認(rèn)可，也不會得到國內(nèi)運(yùn)營商的有力支持。

　　標(biāo)準(zhǔn)之制定

　　首先，我們需要了解一下國內(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)主要指國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。國家標(biāo)準(zhǔn)由標(biāo)準(zhǔn)化行政主管部門(國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會)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)在未來可能會成為IPTV國家標(biāo)準(zhǔn)。AVS屬于推薦性國家音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)將會在IPTV行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中得到推薦和引用。而中國網(wǎng)通和中國電信所制定的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)范也會對IPTV音視頻編解碼技術(shù)選擇產(chǎn)生重要影響。

　　準(zhǔn)確地說，目前國內(nèi)IPTV產(chǎn)業(yè)中的音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之爭，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)?；跇闼氐慕?jīng)濟(jì)原因，使用國外的音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不僅會付出巨額的專利費(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、傳輸、終端設(shè)備等整個產(chǎn)業(yè)鏈。

　　而AVS作為中國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)，不僅可以使中國企業(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被正式頒布為國家音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，并且繼視頻部分后，音頻、移動視頻、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)營商、內(nèi)容提供商、芯片提供商，還與內(nèi)容運(yùn)營商、信產(chǎn)部、國內(nèi)AVS標(biāo)準(zhǔn)組織等環(huán)節(jié)息息相關(guān)。

　　國家信產(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)國內(nèi)整個產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展和促進(jìn)最佳社會效益為目的，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內(nèi)IPTV市場的啟動。

而對于H.264來說，除了其技術(shù)先進(jìn)性，國內(nèi)電信運(yùn)營商力推H.264的另一個重要原因是因?yàn)镠.264回避了MPEG4向運(yùn)營商的專利收費(fèi)，也就是說H.264的專利費(fèi)收取方式一舉驅(qū)散了原先籠罩在國內(nèi)電信運(yùn)營商頭上的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仍然讓國內(nèi)電信運(yùn)營商為之歡欣鼓舞，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)播放時間向內(nèi)容所有者及內(nèi)容提供商收取相應(yīng)費(fèi)用。對于國內(nèi)IPTV產(chǎn)業(yè)來說，除了內(nèi)容運(yùn)營商，IPTV運(yùn)營商也需要繳納相關(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市場步伐的一個外部因素。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IPTV運(yùn)營收費(fèi)的目的并沒有達(dá)到。更令人氣餒的是，兩個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面對這兩個組織，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專利錯綜復(fù)雜，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程還有待時日，不過他們顯然沒有預(yù)料到國內(nèi)IPTV市場上運(yùn)營商和終端廠商對H.264技術(shù)升級的渴求是那么迅速，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)動估計采用了多幀參考技術(shù)，這要求處理器體系架構(gòu)對處理器的數(shù)據(jù)調(diào)度機(jī)制以及片內(nèi)外存儲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，所有的模式在計算時都不存在相關(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)將會大大增加，延長了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，但是對于寬帶運(yùn)營商一直期待的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。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)的市場投入成本，同時加大了IPTV業(yè)務(wù)市場風(fēng)險。

　　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)長時期的技術(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，在價格方面，平均單價也逐漸降低。有了這些芯片支持，寬帶運(yùn)營商可以盡快開展類似的增值業(yè)務(wù)。

　　正因?yàn)槿绱?，如果國?nèi)IPTV市場上H.264不能大規(guī)模地迅速應(yīng)用，在這期間MPEG4芯片相對于H.264芯片仍然具有軟硬件開發(fā)成本上的優(yōu)勢，H.264尚需巨大的成本投入。另外，芯片廠商目前還需要時間來穩(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。

　　市場決定出路

　　據(jù)預(yù)測，到2008年中國寬帶用戶將增加到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)將會達(dá)到2000萬戶;移動用戶到2005年年底估計會超過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)也將會達(dá)到2000萬戶。在這個基礎(chǔ)上，估計到2008年IPTV總用戶數(shù)將會達(dá)到6000萬。

讓我們再來看一看對音視頻編解碼產(chǎn)業(yè)化程度影響最大的國內(nèi)傳統(tǒng)的廣電市場編解碼技術(shù)的選擇情況。中央電視臺數(shù)字電視頻道使用了國外的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)。究其原因，一是為了保證信號傳輸?shù)谋Ｕ娑?，MPEG-2發(fā)展時間較長，技術(shù)比較成熟;二是為了版權(quán)保護(hù)，因?yàn)檠胍曇M(jìn)不少國外的數(shù)字電視節(jié)目內(nèi)容，而對方比較認(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)的市場狀況。在廣播和DVD應(yīng)用方面，MPEG2仍然處于主流，但是在移動電視、視訊會議、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，而下一階段的增長動力有望發(fā)生在移動終端的視訊應(yīng)用領(lǐng)域，如用手持設(shè)備收看數(shù)字電視、個人媒體播放器等等，在這些領(lǐng)域H.264相對于MPEG4將會有更加廣泛的應(yīng)用。

　　綜合來看，H.264得到了電信運(yùn)營商、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)未來市場主流的地位。對于IPTV產(chǎn)業(yè)來說，H.264代替MPEG4已成定局，但是短期內(nèi)H.264的商用成本仍然會阻礙其大規(guī)模的應(yīng)用。而對于AVS來說，由于其具有為國內(nèi)企業(yè)降低專利費(fèi)的優(yōu)勢，而且得到中國政府的支持，因此在中國的應(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支持當(dāng)前和未來的各種編解碼技術(shù)。