IPTV音视频编解码技术

IPTV音视频编解码技术

三足鼎立

　　当前在IPTV业务中，音视频编解码技术的选择呈现了三足鼎立的状况，即MPEG4ASP、H.264和AVS。其中MPEG4和H.264都是国际相关组织标准，AVS是中国国家标准。作为IPTV产业链中的重要环节，中国电信和中国网通等电信运营商对于音视频编解码技术的发展思路相似，都在力推 H.264，同时对于AVS表现出了观望态度，表示将来也可能会要求IPTV设备商支持AVS。

　　相对于H.264和AVS技术标准，MPEG4ASP在流媒体和IPTV应用市场中起步时间最早，产业化程度最高，因此得到了现阶段的IPTV设备提供商的最广泛支持。另外，国内IPTV产业链中的另一个重要环节广电部门(内容运营商)也倾向于MPEG4。在三者之中，AVS的产业化程度最低，H.264次之。

　　从市场角度来看，MPEG2产品技术最成熟，在国外IPTV市场应用最广泛，也得到了国内数字广播电视市场的认可和广泛应用。而微软的VC-1或 WM9由于属于国外厂商标准，因此无论从IPTV产业还是数字广播电视产业发展的角度来看，它既得不到国家标准化组织的认可，也不会得到国内运营商的有力支持。

　　标准之制定

　　首先，我们需要了解一下国内IPTV产业中各种标准的含义。目前IPTV产业中的标准主要指国家标准、行业标准和企业标准。国家标准由标准化行政主管部门(国家标准化管理委员会)制定颁布，行业标准由主管部委制定颁布，而企业标准由企业自己制定。国家标准、行业标准可分为强制性标准和推荐性标准。

　　目前IPTV产业中还没有IPTV国家标准。信产部相关部门目前正在制定IPTV行业标准，该标准在未来可能会成为IPTV国家标准。AVS属于推荐性国家音视频编解码技术标准，该标准将会在IPTV行业标准中得到推荐和引用。而中国网通和中国电信所制定的IPTV标准都属于IPTV企业标准。如果广电部门也要制定相关的IPTV行业标准，那么它们的规范也会对IPTV音视频编解码技术选择产生重要影响。

　　准确地说，目前国内IPTV产业中的音视频编解码技术标准之争，主要体现在IPTV标准中选择哪种视频编解码技术问题上，而对于音频编解码技术的选择，目前行业内并没有过多的争论和详细的考虑。在IPTV系统中视频与音频编解码技术有相对的独立性，例如:目前不同厂商的IPTV系统设备支持 MPEG1LAYER2(MP2)、MPEG1LAYER3(MP3)，MPEG2AAC,MPEG4AAC等不同音频编解码技术中一种或几种音频格式。

　　外来的，还是本地的?

　　音视频编解码技术是数字化音视频的关键技术，应用非常广泛，涉及了数字电视、IPTV、手机电视、VCD/DVD播放机，以及其他各种数字媒体终端设备等行业。基于朴素的经济原因，使用国外的音视频编解码技术标准不仅会付出巨额的专利费，而且标准作为产业链的最上游，直接影响芯片、软件、前端设备、存储、传输、终端设备等整个产业链。

　　而AVS作为中国拥有自主知识产权的标准，不仅可以使中国企业避免专利费的困扰，并且担负着保护和促进国内数字化音视频相关产业健康发展的战略作用。正是在这种背景下，2006年2月AVS被正式颁布为国家音视频编码标准，并且继视频部分后，音频、移动视频、系统、数字版权管理等部分将相继完成审批、发布。基于技术、经济、IPTV政策、产业保护等众多原因，国内IPTV产业中音视频编解码技术的选择不仅涉及到了IPTV设备提供商、电信运营商、内容提供商、芯片提供商，还与内容运营商、信产部、国内AVS标准组织等环节息息相关。

　　国家信产部作为IPTV行业标准的制定者，其标准制定工作以保护国内整个产业链健康发展和促进最佳社会效益为目的，并且AVS工作组本身就得到了信息产业部的重点支持，因此可以预见AVS将会作为IPTV行业标准音视频编解码技术的基本选择。目前AVS正处于从标准化到产业化的过程中，基于AVS的编解码芯片、编码器、机顶盒等等都还没有产品化。

　　由于AVS的标准刚刚颁布，产品化还未大规模开始，我们容易理解为什么MPEG4在现阶段更多地得到了广电部门和IPTV设备提供商的支持。与 AVS、H.264比较起来，MPEG4的编解码设备和流媒体服务器应用更加成熟和广泛，以MPEG4格式存储的内容也更加广泛。不过，MPEG4虽然起步较早，但是MPEG4的大力发展很大程度上还是借力于国内IPTV市场的启动。

而对于H.264来说，除了其技术先进性，国内电信运营商力推H.264的另一个重要原因是因为H.264回避了MPEG4向运营商的专利收费，也就是说H.264的专利费收取方式一举驱散了原先笼罩在国内电信运营商头上的MPEG4收费阴影。所以即使在目前H.264成本比MPEG4成本更高的情况下，H.264仍然让国内电信运营商为之欢欣鼓舞，雀跃不已。

　　2002年，MPEG-LA公布了MPEG4的专利费用，除了固定的编解码器费用，还要根据播放时间向内容所有者及内容提供商收取相应费用。对于国内IPTV产业来说，除了内容运营商，IPTV运营商也需要缴纳相关的专利费用。

　　这在业界引起了轩然大波，并直接成为了促进H.264市场步伐的一个外部因素。然而令人失望的是，2005年上半年，H.264专利池的拥有厂商们公布了将通过MPEG-LA和VIALicensing两个授权代理商收费的程序，并宣布将在2006年1月1日起正式收费。希望通过H.264来回避 MPEG4针对IPTV运营收费的目的并没有达到。更令人气馁的是，两个专利代理组织的存在也使得问题更加复杂化，甚至可能导致专利使用者不得不同时面对这两个组织，因为它们各自代表一部分专利拥有者。

　　虽然芯片厂商已经知道H.264专利错综复杂，产业化进程还有待时日，不过他们显然没有预料到国内IPTV市场上运营商和终端厂商对H.264技术升级的渴求是那么迅速，从而显得准备不足。但是作为产业链的上游，芯片厂商们总是最早一批介入H.264领域的厂商，因此尽管他们自身并不情愿MPEG4 芯片还未带来足够的利润就要被H.264芯片所替代的情况出现，但是还是加快了H.264芯片的开发进程。

　　从芯片实现的角度来说，H.264的高效性是建立在其实现的高复杂度基础上的，就其Baseline而言，解码器复杂度将是H.263解码器的3倍左右，而编码器的复杂度更是高达10多倍。另外由于视频处理是一个以数据处理为主的系统，结合视频处理算法，实现指令操作数装载和并行运算将大大提高数据处理效率。

　　在H.264中，运动估计采用了多帧参考技术，这要求处理器体系架构对处理器的数据调度机制以及片内外存储器的组织等必须有新的考虑。H.264和以往标准一样可以进行基于图(picture)、片(slice)和宏块级的并行处理。H.264还采用了RD算法进行模式选择，所有的模式在计算时都不存在相关性，即可以并行操作。要适配H.264编码器的可并行处理特性，以适应高复杂度的H.264算法的实现，处理芯片架构需要从处理能力不够的单核架构向双核、多核的架构发展，这将是未来几年内提升多媒体处理芯片性能的一个有效途径。但是随之而来的是多媒体处理芯片的软件工作难度(如编译器，操作系统任务调度等)将会大大增加，延长了H.264芯片的实现周期和产品成熟周期。

　　虽然现有的采用TiDM642处理器的IPTV机顶盒可以支持H.264的标清解码，但是对于宽带运营商一直期待的IPTV增值业务，如可视电话等这类需要机顶盒编码的音视频业务来说，现有多媒体处理芯片受到性能的限制并不能提供良好支持，从而使得这类业务无法实现，为IPTV业务带来相当多的技术风险。而且现阶段支持H.264的机顶盒成本较高，大大提高了IPTV业务的市场投入成本，同时加大了IPTV业务市场风险。

　　反观MPEG-4ASP，自从MPEG组织于1998年11月初次公布MPEG-4技术到现在，已经有相当一段时间作为发展基础，大量技术成熟的芯片已经诞生并投入了大规模的应用。这些应用于MPEG-4的芯片大都经过了相当长时期的技术检验，拥有良好的兼容性和稳定性。除了技术上的不断完善，在价格方面，平均单价也逐渐降低。有了这些芯片支持，宽带运营商可以尽快开展类似的增值业务。

　　正因为如此，如果国内IPTV市场上H.264不能大规模地迅速应用，在这期间MPEG4芯片相对于H.264芯片仍然具有软硬件开发成本上的优势，H.264尚需巨大的成本投入。另外，芯片厂商目前还需要时间来稳定和完善现有H.264芯片。正是成本和稳定性上的考虑，让H.264的大规模商用受到制约和影响。

　　市场决定出路

　　据预测，到2008年中国宽带用户将增加到1亿户，如果其中有20%成为网络电视用户，那么IPTV用户数将会达到2000万户;如果目前的有线电视用户有20%在2008年之前成为网络电视用户，那么用户数将会达到2000万户;移动用户到2005年年底估计会超过4亿，如果其中的5%在2008 年之前成为网络电视用户，那么用户数也将会达到2000万户。在这个基础上，估计到2008年IPTV总用户数将会达到6000万。

让我们再来看一看对音视频编解码产业化程度影响最大的国内传统的广电市场编解码技术的选择情况。中央电视台数字电视频道使用了国外的MPEG-2标准。究其原因，一是为了保证信号传输的保真度，MPEG-2发展时间较长，技术比较成熟;二是为了版权保护，因为央视要引进不少国外的数字电视节目内容，而对方比较认同MPEG-2的编解码标准，觉得这更能保护其版权。另外目前全国已有100多万户的有线数字电视用户，也是使用了MPEG-2的标准，如果更换成AVS标准必然存在着一个机顶盒更换的成本问题。

　　从应用的角度来观察一下音视频编解码技术的市场状况。在广播和DVD应用方面，MPEG2仍然处于主流，但是在移动电视、视讯会议、视频监控以及可视电话方面，H.264、MPEG4的技术应用较为广泛。而从产品应用层面来说，DVD是目前编解码最大应用市场，而下一阶段的增长动力有望发生在移动终端的视讯应用领域，如用手持设备收看数字电视、个人媒体播放器等等，在这些领域H.264相对于MPEG4将会有更加广泛的应用。

　　综合来看，H.264得到了电信运营商、设备提供商的支持，无论是在Internet还是其他应用领域，H.264都具备了占据未来市场主流的地位。对于IPTV产业来说，H.264代替MPEG4已成定局，但是短期内H.264的商用成本仍然会阻碍其大规模的应用。而对于AVS来说，由于其具有为国内企业降低专利费的优势，而且得到中国政府的支持，因此在中国的应用情况值得期待。

　　从发展的角度来说，音视频编解码技术总是处于不断演进的过程中。因此，放在IPTV设备提供商面前的并不是选择哪一种音视频编解码技术的问题，而是其IPTV系统和解决方案能否做到在媒体传输层与编解码格式透明无关，在系统扩展性方面可以迅速无缝升级支持当前和未来的各种编解码技术。