IPTV音視頻編解碼技術

IPTV音視頻編解碼技術

三足鼎立

　　當前在IPTV業務中，音視頻編解碼技術的選擇呈現了三足鼎立的狀況，即MPEG4ASP、H.264和AVS。其中MPEG4和H.264都是國際相關組織標準，AVS是中國國家標準。作為IPTV產業鏈中的重要環節，中國電信和中國網通等電信運營商對于音視頻編解碼技術的發展思路相似，都在力推 H.264，同時對于AVS表現出了觀望態度，表示將來也可能會要求IPTV設備商支持AVS。

　　相對于H.264和AVS技術標準，MPEG4ASP在流媒體和IPTV應用市場中起步時間最早，產業化程度最高，因此得到了現階段的IPTV設備提供商的最廣泛支持。另外，國內IPTV產業鏈中的另一個重要環節廣電部門(內容運營商)也傾向于MPEG4。在三者之中，AVS的產業化程度最低，H.264次之。

　　從市場角度來看，MPEG2產品技術最成熟，在國外IPTV市場應用最廣泛，也得到了國內數字廣播電視市場的認可和廣泛應用。而微軟的VC-1或 WM9由于屬于國外廠商標準，因此無論從IPTV產業還是數字廣播電視產業發展的角度來看，它既得不到國家標準化組織的認可，也不會得到國內運營商的有力支持。

　　標準之制定

　　首先，我們需要了解一下國內IPTV產業中各種標準的含義。目前IPTV產業中的標準主要指國家標準、行業標準和企業標準。國家標準由標準化行政主管部門(國家標準化管理委員會)制定頒布，行業標準由主管部委制定頒布，而企業標準由企業自己制定。國家標準、行業標準可分為強制性標準和推薦性標準。

　　目前IPTV產業中還沒有IPTV國家標準。信產部相關部門目前正在制定IPTV行業標準，該標準在未來可能會成為IPTV國家標準。AVS屬于推薦性國家音視頻編解碼技術標準，該標準將會在IPTV行業標準中得到推薦和引用。而中國網通和中國電信所制定的IPTV標準都屬于IPTV企業標準。如果廣電部門也要制定相關的IPTV行業標準，那么它們的規范也會對IPTV音視頻編解碼技術選擇產生重要影響。

　　準確地說，目前國內IPTV產業中的音視頻編解碼技術標準之爭，主要體現在IPTV標準中選擇哪種視頻編解碼技術問題上，而對于音頻編解碼技術的選擇，目前行業內并沒有過多的爭論和詳細的考慮。在IPTV系統中視頻與音頻編解碼技術有相對的獨立性，例如:目前不同廠商的IPTV系統設備支持 MPEG1LAYER2(MP2)、MPEG1LAYER3(MP3)，MPEG2AAC,MPEG4AAC等不同音頻編解碼技術中一種或幾種音頻格式。

　　外來的，還是本地的?

　　音視頻編解碼技術是數字化音視頻的關鍵技術，應用非常廣泛，涉及了數字電視、IPTV、手機電視、VCD/DVD播放機，以及其他各種數字媒體終端設備等行業?；跇闼氐慕洕?，使用國外的音視頻編解碼技術標準不僅會付出巨額的專利費，而且標準作為產業鏈的最上游，直接影響芯片、軟件、前端設備、存儲、傳輸、終端設備等整個產業鏈。

　　而AVS作為中國擁有自主知識產權的標準，不僅可以使中國企業避免專利費的困擾，并且擔負著保護和促進國內數字化音視頻相關產業健康發展的戰略作用。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準，并且繼視頻部分后，音頻、移動視頻、系統、數字版權管理等部分將相繼完成審批、發布?；诩夹g、經濟、IPTV政策、產業保護等眾多原因，國內IPTV產業中音視頻編解碼技術的選擇不僅涉及到了IPTV設備提供商、電信運營商、內容提供商、芯片提供商，還與內容運營商、信產部、國內AVS標準組織等環節息息相關。

　　國家信產部作為IPTV行業標準的制定者，其標準制定工作以保護國內整個產業鏈健康發展和促進最佳社會效益為目的，并且AVS工作組本身就得到了信息產業部的重點支持，因此可以預見AVS將會作為IPTV行業標準音視頻編解碼技術的基本選擇。目前AVS正處于從標準化到產業化的過程中，基于AVS的編解碼芯片、編碼器、機頂盒等等都還沒有產品化。

　　由于AVS的標準剛剛頒布，產品化還未大規模開始，我們容易理解為什么MPEG4在現階段更多地得到了廣電部門和IPTV設備提供商的支持。與 AVS、H.264比較起來，MPEG4的編解碼設備和流媒體服務器應用更加成熟和廣泛，以MPEG4格式存儲的內容也更加廣泛。不過，MPEG4雖然起步較早，但是MPEG4的大力發展很大程度上還是借力于國內IPTV市場的啟動。

而對于H.264來說，除了其技術先進性，國內電信運營商力推H.264的另一個重要原因是因為H.264回避了MPEG4向運營商的專利收費，也就是說H.264的專利費收取方式一舉驅散了原先籠罩在國內電信運營商頭上的MPEG4收費陰影。所以即使在目前H.264成本比MPEG4成本更高的情況下，H.264仍然讓國內電信運營商為之歡欣鼓舞，雀躍不已。

　　2002年，MPEG-LA公布了MPEG4的專利費用，除了固定的編解碼器費用，還要根據播放時間向內容所有者及內容提供商收取相應費用。對于國內IPTV產業來說，除了內容運營商，IPTV運營商也需要繳納相關的專利費用。

　　這在業界引起了軒然大波，并直接成為了促進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兩個授權代理商收費的程序，并宣布將在2006年1月1日起正式收費。希望通過H.264來回避 MPEG4針對IPTV運營收費的目的并沒有達到。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雜化，甚至可能導致專利使用者不得不同時面對這兩個組織，因為它們各自代表一部分專利擁有者。

　　雖然芯片廠商已經知道H.264專利錯綜復雜，產業化進程還有待時日，不過他們顯然沒有預料到國內IPTV市場上運營商和終端廠商對H.264技術升級的渴求是那么迅速，從而顯得準備不足。但是作為產業鏈的上游，芯片廠商們總是最早一批介入H.264領域的廠商，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，但是還是加快了H.264芯片的開發進程。

　　從芯片實現的角度來說，H.264的高效性是建立在其實現的高復雜度基礎上的，就其Baseline而言，解碼器復雜度將是H.263解碼器的3倍左右，而編碼器的復雜度更是高達10多倍。另外由于視頻處理是一個以數據處理為主的系統，結合視頻處理算法，實現指令操作數裝載和并行運算將大大提高數據處理效率。

　　在H.264中，運動估計采用了多幀參考技術，這要求處理器體系架構對處理器的數據調度機制以及片內外存儲器的組織等必須有新的考慮。H.264和以往標準一樣可以進行基于圖(picture)、片(slice)和宏塊級的并行處理。H.264還采用了RD算法進行模式選擇，所有的模式在計算時都不存在相關性，即可以并行操作。要適配H.264編碼器的可并行處理特性，以適應高復雜度的H.264算法的實現，處理芯片架構需要從處理能力不夠的單核架構向雙核、多核的架構發展，這將是未來幾年內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，操作系統任務調度等)將會大大增加，延長了H.264芯片的實現周期和產品成熟周期。

　　雖然現有的采用TiDM642處理器的IPTV機頂盒可以支持H.264的標清解碼，但是對于寬帶運營商一直期待的IPTV增值業務，如可視電話等這類需要機頂盒編碼的音視頻業務來說，現有多媒體處理芯片受到性能的限制并不能提供良好支持，從而使得這類業務無法實現，為IPTV業務帶來相當多的技術風險。而且現階段支持H.264的機頂盒成本較高，大大提高了IPTV業務的市場投入成本，同時加大了IPTV業務市場風險。

　　反觀MPEG-4ASP，自從MPEG組織于1998年11月初次公布MPEG-4技術到現在，已經有相當一段時間作為發展基礎，大量技術成熟的芯片已經誕生并投入了大規模的應用。這些應用于MPEG-4的芯片大都經過了相當長時期的技術檢驗，擁有良好的兼容性和穩定性。除了技術上的不斷完善，在價格方面，平均單價也逐漸降低。有了這些芯片支持，寬帶運營商可以盡快開展類似的增值業務。

　　正因為如此，如果國內IPTV市場上H.264不能大規模地迅速應用，在這期間MPEG4芯片相對于H.264芯片仍然具有軟硬件開發成本上的優勢，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定和完善現有H.264芯片。正是成本和穩定性上的考慮，讓H.264的大規模商用受到制約和影響。

　　市場決定出路

　　據預測，到2008年中國寬帶用戶將增加到1億戶，如果其中有20%成為網絡電視用戶，那么IPTV用戶數將會達到2000萬戶;如果目前的有線電視用戶有20%在2008年之前成為網絡電視用戶，那么用戶數將會達到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 年之前成為網絡電視用戶，那么用戶數也將會達到2000萬戶。在這個基礎上，估計到2008年IPTV總用戶數將會達到6000萬。

讓我們再來看一看對音視頻編解碼產業化程度影響最大的國內傳統的廣電市場編解碼技術的選擇情況。中央電視臺數字電視頻道使用了國外的MPEG-2標準。究其原因，一是為了保證信號傳輸的保真度，MPEG-2發展時間較長，技術比較成熟;二是為了版權保護，因為央視要引進不少國外的數字電視節目內容，而對方比較認同MPEG-2的編解碼標準，覺得這更能保護其版權。另外目前全國已有100多萬戶的有線數字電視用戶，也是使用了MPEG-2的標準，如果更換成AVS標準必然存在著一個機頂盒更換的成本問題。

　　從應用的角度來觀察一下音視頻編解碼技術的市場狀況。在廣播和DVD應用方面，MPEG2仍然處于主流，但是在移動電視、視訊會議、視頻監控以及可視電話方面，H.264、MPEG4的技術應用較為廣泛。而從產品應用層面來說，DVD是目前編解碼最大應用市場，而下一階段的增長動力有望發生在移動終端的視訊應用領域，如用手持設備收看數字電視、個人媒體播放器等等，在這些領域H.264相對于MPEG4將會有更加廣泛的應用。

　　綜合來看，H.264得到了電信運營商、設備提供商的支持，無論是在Internet還是其他應用領域，H.264都具備了占據未來市場主流的地位。對于IPTV產業來說，H.264代替MPEG4已成定局，但是短期內H.264的商用成本仍然會阻礙其大規模的應用。而對于AVS來說，由于其具有為國內企業降低專利費的優勢，而且得到中國政府的支持，因此在中國的應用情況值得期待。

　　從發展的角度來說，音視頻編解碼技術總是處于不斷演進的過程中。因此，放在IPTV設備提供商面前的并不是選擇哪一種音視頻編解碼技術的問題，而是其IPTV系統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，在系統擴展性方面可以迅速無縫升級支持當前和未來的各種編解碼技術。