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H.264技术在IPTV业务中的应用还有待时日
 
慧聪网   2005年10月21日11时17分   信息来源:通信世界网    

    UT斯达康公司  顾荣强

    1. 引言

    网络带宽的提升和高效视频压缩技术的发展使得电信宽带运营商对部署和发展宽带网络数字电视(IPTV)、可视电话、网络游戏等宽带增值业务充满了期待,并希望能够把握住这些充满市场前景的机遇,使之成为未来新的收益增长点和实现自身业务转型的切入点。

    IPTV业务是宽带增值业务发展的首选业务,电信宽带运营商面临着如何更好地利用现有宽带网络资源来部署IPTV业务的挑战,其中一个重要的原因就是现有宽带网络的有效带宽资源目前大部分只能提升到2M左右。虽然带宽的提升从技术、产品和未来发展的角度出发,已经非常容易实现100M带宽的接入,但是电信宽带运营商还不希望在现阶段投入过多的资源对现网进行大规模的带宽升级和改造。因此如何尽可能地高效率利用2M的带宽实现更多的宽带增值业务成为了电信宽带运营商的关注点

    基于MPEG-4ASP编解码技术的IPTV商用系统在现有网络环境下的成功部署,让电信宽带运营商了解到2M的现网宽带资源已经可以支撑IPTV业务。与宽带运营商的传统互联网数据接入业务不同,IPTV业务是承载在一个封闭的有QoS保证的可称为IPTV业务专网上的;在支撑IPTV业务的同时,宽带运营商还计划该专网能够承载可视电话、网络游戏、信息服务等等可能的宽带增值业务。

    H.264编解码技术在IPTV系统中的应用试验,让电信宽带运营商敏锐意识到承载IPTV带宽似乎还可以节省下来用作他途,从而更加增强了运营商对IPTV专网承载未来宽带增值业务的期待。

    2. H.264应用的两面性

    H.264作为新兴的编解码技术带来了技术上的改进,MPEG4和H.264的实验室对比测试表明,H.264的编解码效率比MPEG-4的效率高5%-15%。以标准清晰度DVD的画质效果作为基准测试,MPEG-4ASP需要1.4M左右的压缩码率,而H.264比MPEG4效率高大约5%;如果MPEG-4和H.264都以2M左右的码率进行压缩,两种技术的效果几乎没有差异,人眼无法区分。如果要实现高清节目的压缩,H.264需要6M以上的压缩码率。

    而在现网IPTV业务平台应用试验中,如果需要影片保持DVD的质量,那么H.264需要1.6M的压缩码率,MPEG-4ASP需要1.8M的压缩码率;因此从IPTV业务用户体验的角度出发,目前选择H.264只比选择MPEG-4ASP节省了200K左右的带宽。

    从技术的演进来看,IPTV将逐渐由MPEG-4ASP升级到支持H.264,IPTV设备厂商和H.264技术及产品提供商现阶段也纷纷推出H.264的演示系统和产品,但产品的稳定程度和兼容性尚且不明,比起MPEG-4ASP来说,产品还欠缺相应的成熟度,短期内无法提供大规模商用的成熟产品。

    由此可以看出,现有阶段的H.264技术和产品面临着理论和现实的两面性。虽然H.264的应用在理论上可以实现节省一定的带宽,但是在实际的IPTV业务开展中,目前选择H.264仅仅获得了并不明显的带宽优势,而并没有为现有IPTV业务带来量变到质变的提升。

    3. H.264的高复杂度给多媒体处理芯片带来挑战

    众所周知,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。这对当前的多媒体处理芯片性能提出了极大的挑战,从而带动多媒体处理芯片系统架构的革新,H.264算法和架构的互动将会成为这一轮革新的强有力的驱动。

    为提高多媒体处理芯片的能力,各大厂商都在原有通用处理芯片的架构基础上进行了媒体处理指令集扩展。其中,SIMD是几乎被所有面向媒体处理相关领域的处理器所广泛采用的一项技术。SIMD技术利用了视频算法中DCT/IDCT及ME/MC(运动估计、运动补偿)等算法模块中的可并行特性,通过在处理器内核中内置多个运算单元以及相应的控制、数据通路来实现,反映给用户的是提供了支持SIMD操作的指令集。H.264由于增加了很多以往标准所没有的编码技术,例如整数变换(结合量化),去方块效应滤波器,以及精度更高的运动估计和补偿等等,这就要求在现有的媒体处理指令集上必须进行扩展。

    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,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。另外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。而且H.264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。

    从现在市场上几乎很难见到成型H.264的芯片,更谈不上规模化生产;虽然有少数公司推出的多媒体处理芯片都号称支持H.264标准,但是却鲜有实际应用;实际上从产品的角度出发,H.264的DSP/SOC等专用芯片进行大规模商用还至少需一年左右的时间。

    4. IPTV机顶盒还不能良好的支持基于H.264技术的业务

    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。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。

    MPEG-4编解码芯片出货数量,一直保持着平稳的增长,并进一步占据全球大部分市场。除了技术上的不断完善,在价格方面,平均单价也逐渐降低。相对于H.264在技术方面的不成熟和芯片支持的不足,并基于兼容性和稳定性的考虑,MPEG-4在未来相当长的一段时期内应当还会占据统治地位。

    5. MPEG-4 ASP IPTV可平滑升级兼容H.264

    虽然H.264的低码率压缩优势由于受到当前多媒体处理芯片和技术和产品实现的限制,目前技术上存在过多的风险,在成本上存在过多的市场风险,在IPTV系统中只能处于技术试验阶段,但是H.264的高压缩特性对宽带运营商充满了诱惑,IPTV系统如何平滑地升级兼容H.264是宽带运营商目前在技术方面的主要顾虑。

    为我们熟知的是H.264作为MPEG组织和ITU共同认定的标准,H.264也就是MPEG-4Part10或者MPEG-4Advanced Video CODEC,是MPEG-4视频规格中的一种;MPEG-4里还有MPEG-4 Audio和MPEG-4 System的不同规格。也就是说,H.264仅仅是MPEG-4系统中的一种视频编解码规格,从技术规范方面来说, IPTV本身就可以实现CODEC从MPEG-4 ASP向H.264平滑升级。

    需要强调的是,IPTV是否可以平滑升级兼容H.264的关键点在于IPTV系统设计能否做到平台架构体系与编解码无关,从而并不影响和改变IPTV平台架构体系中如存储、传输、分发、播放、元数据、数字版权管理、电子节目菜单等各部分。而受到最大影响的只是终端的编解码和IPTV前端的实时编码设备和转码工具。由此可见,只要IPTV架构体系合理,IPTV平滑升级兼容H.264只是时间的问题,需要等待业界H.264设备和芯片产品的成熟而已。

    由以上的技术分析可以总结H.264技术在IPTV业务中的应用还有待时日,而MPEG-4ASP是目前的IPTV业务部署的最佳选择。

 
 
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