业务管理武汉有线双向交互式业务技术平台建设中对视频编码格式选择的思考

1、业务管理）武汉有线双向交互式业务技术平台建设中对视频编码格式选择的思考(2008-05)武汉有线双向交互式业务技术平台建设中对视频编码格式选择的思考2009-06-08 新闻来源：武汉电视台鞠宏武汉广电数字网络公司技术总监高级工程师广电交互式业务是数字电视广播技术和数字信息技术相结合的产物，它把电视传播方式和信息技 术集于壹身，使观众能以新的方式观见和利用电视节目内容。交互式业务技术平台建设涉及多种技术 领域中的高科技术，其主要技术的正确选取和否直接影响到交互式业务开展的成败，这其中最重要的 技术选择是视频编码格式的选择。武汉的双向交互式业务平台选用何种视频编码格式，除了要考虑宏 观的技术发展

2、趋势外，仍需要综合考虑这种选择的费效比。1.视频编码格式应用现状 目前开展双向交互式业务采用的视频编码方式主要有 mpeg2 （带宽高，但节目内容和数量均非 常丰富）、 mpeg4 （又称为 h.263 、 mepg4-asp 、 mpeg4part2 ，将被取代，专利费高，仅杭州能 提供壹定的片源）、 h.264 （又称为 mpeg4part10 或 mpeg4avc ，带宽低，专利费较高）和 avs （国家标准，目前支持厂商较少，内容资源也较少）四种。目前，深圳天威采用 mepg2 格式开展双 向交互式业务，仅杭州于现有用户中采用mpeg4 （标清）标准开展 vod 业务，同时杭州计划于余

3、下的用户中采用 h.264 标准部署双向交互式业务， 也采用 h.264 作为高清 vod 业务的编码格式。 此外， 已采用或准备采用 h.264 标准部署双向交互式业务的运营上仍有：扬州、淄博、温州、绍兴等地。于 iptv 领域，中国电信于 2005 年开展 iptv 业务时，通过上海电信研究院进行大规模的测试， 确立 h.264 为中国电信 iptv 企业标准；但于 07 年，中国电信也开始了 avs 标准的测试工作。不过， 于 08 年 6 月中国电信进行的 iptv 机顶盒大宗采购 （57.4 万台 ） 招标中，依旧规定机顶盒必须使用 h.264 标准。中国网通很早就确定采用 avs

4、编码格式为开展 iptv 的企业标准。近期， avs 也被确立为国际 标准之壹。于国际上， 于开展双向交互式视频业务中采用 h.264 格式作为编码标准被认为是大势所趋， dvd 联盟、日本广播电视公司、欧洲 dvbsteeringboard 、美国数字电视于内的众多机构均已经采用或决 定采纳 h.264 标准。支持 h.264 标准的厂商众多，产业链成熟，具有运营商大规模运营的成熟案例。 h.264 作为早于 05 年确立的国际标准，其产业链的成熟程度是 avs 尚不能企及的。2. 编码效率于 d1 分辨率 /sd 清晰度相同条件下，几种编码标准的比较如表2 。表 2 几种编码标准的编码效率

5、比较压缩标准类别mpeg2mpeg4h.264压缩率约 30约 200300传输速率4mbps1.1-1.6mbps0.8-1.1mbps最小宏块尺寸16*168*84*4帧类型i/b/pi/b/pi/b/p/si/sp主要应用dvd/dvb交互多媒体新壹代媒体格式可见，编码效率上和抗干扰能力上均是 h.264 占优。3. 编码设备投入分析（1 ）、采用 mepg2 编码格式以 24 路 /64qam 调制的 ipqam 为例，拥有 24 个模拟频点，每个频点通常拥有 38mbps 的网络带宽速率，按照 mpeg2 节目源的峰值 3.75mbs （标清）来见，每个频点能够容纳 10 个 vod

6、mpeg2 的节目（单个频点的网络资源均是独立的），这台 ipqam 可同时播放 168 路节目。以壹个中等规模 城市为例，市区用户数为 20 万户，假设有 30% 用户开通了视频点播业务，峰值点播率（即于同壹时 间有多少比例的用户于点播）为 50% ，那么于同壹时间需要产生的且发流数为： 20 万 *30%*50%=3 万个，壹个 ipqam 能够支持的且发流数为 240 个，每台可支持的用户数为： 户， 共需要 125 个 ipqam 设备。以 seachange 服务器为例， 服务器每台可支持 2.8gbps 带宽流的推送，约 744 个 mpeg2 节目 的且发流（ mpeg2 的平均

7、码率 3.75mbps ），3 万个且发流则至少需要 40 台 vodserver 。从存储来见，壹个 1 小时的 mpeg2 节目（ 3.75mbs 码率），占用的存储容量约为 1.7gb 。 （2 ）、采用 h.264 编码格式h.264 格式按照节目源峰值 1.1mbs 来见，每个模拟频点能够容纳 34 个 vodh.264 的节目，那 这台 ipqam 则可同时支持 34x24=816 路且发流。以前面同样的模型按 3 万个且发流计算，共需要 36 个 ipqam 设备，只有 mpeg2 使用设备的三分之壹。而 vodserver 方面，服务器支持 2.8gbps 带宽流的推送，单服务

8、器可同时推送约 1500 （考虑 服务器过多流推送而产生 50% 的效率开销， 即 2800x55% 1500 ）个 h.264 节目流， 3 万个且发流则 只需要 20 台 vodserver ，也比采用 mpeg2 少用壹半的设备。从存储来见， 壹个 1 小时的 h.264 节目（1.1mbs ），占用的存储容量约为 500mb ，比采用 mpeg2 节省约 2/3 的存储空间。同时，此计算仍不包含因此而节省的网络频谱资源、网络传输费用等。（3 ）数据分包处理无论是采用 mpeg2 、 mpeg4 、avs 或者是 h.264 ，于系统层上均是采用 ts 的封装方式，只不 过于具体的 cd

9、n 分发、存储及码流播发时， 采取了 tsoverip 技术将 ts包分拆重新封装为 ip 数据包， 然后通过 ipqam 将 ip 包重新组织成 ts 流供机顶盒使用，或直接通过 ip 网络供机顶盒使用；不同的 编码标准形成的 ts 流中，不同的只是数据包中内容的编码方法。正因为如此，就 vod 系统播出和存储而言，无论采用何种编码方式，其硬件基本没有大的区别， 所不同的只是软件上的差异；也就是说从壹种编码方式变化到另外壹种编码方式，往往只需要进行软 件上的改变（软件升级或者运营商购买支持某种编码方式的授权）。当然，对于需要实时编码的时移业务来说，编码部分能够采用第三方的实时编码器来加以实现

10、； 即使是带有实时编码功能的 vod 系统，编码方式的变化也只需要进行编码模块的硬件更替而已。壹般来说，独立的实时 h.264 编码器（或编码模块组件）较 mepg2 编码器（或编码模块组件） 于价格上高出近 20% ，但于总体投资中所占比例非常有限；独立的实时h.264 编码器（或编码模块组件）较 mpeg4 编码器（编码模块）价格相近，成本差异基本能够忽略不计。4. 专利费（许可费）mpeg2 的专利费体系已经为大家所熟知，这里就不再进行比较和介绍。avs 号称“ 1 元专利费”，不过具体的收费形式至今尚不明确，有的企业收到的avs 专利费报价为 h.264 的俩倍， 也未确定是向设备厂商

11、收取仍是向芯片厂商收取。 国家制定 avs 标准的主要目的是 防止大笔专利费外流外国企业，专利池由国内企业管理。但对于运营商自身而言，于经济上且没有明 显的收益，采用不同的标准所不同的只是缴纳费用的对象和费用的额度不同而已。各标准的专利费也存于随着时间的推移而进行下降调整的可能性，这主要是因为标准之间的竞争 而造成的专利费下降（ avs 同 h.264 标准的强力竞争， h.264 专利池的管理者也于积极考虑进壹步降 低 h.264 的专利费用），以及专利费双方于公开专利标准之下协商谈判而妥协的专利费下降。因此，这里主要对比壹下 mpeg4 和 h.264 现阶段的专利费（见表 3 ）。表 3

12、mpeg4 和 h.264 的专利费比较 专利费对比表格如上表所示，从中能够见出：（1）首先 ,h.264 每台解码设备比 mpeg4part2 便宜 0.05 美元,这意味着当壹个运营商拥有 100 万用户时 ,使用 h.264 能够为其节省 5 万美元的投资 ;（2）对于收费点播节目的专利费 h.264 至少比 mpeg4 节省 0.02 美元/ 内容。按照每个用户每 周点播 1 部影片计算 ,h.264 每年至少比 mpeg4part2 节省 104 万美元。（3）使用 mpeg4part2 同时仍要需要按时间交费（ 2 美分/小时） ,这意味着每个用户如果每天 见俩个小时的节目 ,每年

13、需要缴纳约 15 美元。而 h.264 则无此方面的专利费。（4 ）最后 ,h.264 仍降低了各项专利费的入门难度，有利于运营商初期业务开展。h.264 编解码器 10 万以下无费用 ;而 mpeg4 为 5 万以下无费用；10 万个包月用户以内无费用 ;而 mpeg4 为每个用户 0.04 美元； 每年最高许可费用也大大降低；5. 业务支持和扩展性（1 ）编码转换 武汉有线双向交互式业务技术平台的视频资源来源壹般有三种：壹、平台自有视频节目资源，为mpeg2 格式；二、总台视频节目资源，为mpeg2 、 mpeg4 、h.264 以及模拟视音频等多种格式；三、其他第三方的各类视频资源（各节

14、目商或兄弟单位交流），为mpeg2 、 h.264 或 mpeg4 格式。若平台采用 h.264 作为编码标准，平台于使用其他不同格式节目资源时，必须进行编码格式的转 换，这种转换能够采取手动或者自动的方式进行。首先，我们列出如下主要格式转码效率的测试数据，如表4 。表 4 几种格式的转码效率项 目 序 号源格式目标格式转码速 度（相对 1x 播放 速度）1mpeg-1352x24029.97fps1.5mbps(vcd)avc/h.264352x24029.97fps3.5x2mpeg-2720x48029.97fps8mbps(dvd)avc/h.264720x48029.97fps1.0

15、x3mpeg-21920x108025fps15mbps(hdtv)avc/h.2641920x108025fps0.3x4mpeg-4640x48025fps1.3mbpsavc/h.264640x48025fps2.2x5mpeg-41280x72025fpsavc/h.2640.7x3mbps1280x72025fps6mpeg-41920x81625fpsavc/h.2640.5x11mbps1920x81625fps测试平台： intel 酷睿 2e63002.1ghz/2gddr2667/250g(sata2)/geforce7300gt从上述测试数据中能够见出，若 1 万小时的标

16、清数字电视节目（全部为 mpeg2 编码），采用 8 台工作站（含软件采购总价不超过 15 万）每天工作 8 小时进行 h.264 转码，共需要约 156 天；若节 目源中部分为 mpeg4 编码，所需时间将更少。也就是说，保守估计，于平台开播后半年时间内，就 能够积累至少 1 万小时的标清数字电视节目内容，每周可更新节目于 320 个小时左右。（2 ）高清 vod 的支持和跨网络业务支持 从目前国内国际的应用实际情况见来， h.264 编码的 ts 流实际上已经成为了高清视频点播的主 要格式，也被众多的知名电影、电视剧制作公司（如索尼、米高梅、华纳、 tvbs 等）作为标准供片格 式之壹，于

17、互联网上甚至能够免费下载到大量的该格式视频文件（当然是盗版的）。由于 mpeg2 双向机顶盒只能通过 ipqam 方式传送视频流到机顶盒，随着用户数量的增加，面 对如高清等新业务，由于带宽过大，导致 ipqam 单台支持且发流数量锐减，必须再大量增加 ipqam 设备，且采用更加边缘化的网络分布式布置方式，投入巨大。而 h.264 既支持通过 ipqam 传送视频 到机顶盒，单台支持的且发流数量也较 mpeg2 有较大提高，同时也支持通过 ip网络（lan 或者 adsl 等多种方式）传送到机顶盒，能够比较好的支持跨网络业务的运营，有效的帮助运营商规避了潜于的 风险。6. 多种视频资源的接入前

18、述三类视频资源来源也可自动式同平台进行互联，逻辑结构如图 11 所示，其他格式的视频资 源通过转码为 h.264 格式后，同 h.264 格式的资源壹道通过内容管理上载系统上载到 vod 业务系统。 图 11 视频资源接入逻辑系统拓扑结构如图 12 所示：图 12 视频资源接入方案拓扑其中，武汉本地节目平台可于现有索贝系统上加以扩建，其工作流程如下 : （1）接口服务器通讯，按约定的通讯协议传送视频元数据（包含编码格式、内容简介、文件名 称、大小、码率、时间长度、版权信息等等）；（2 ）依据元数据信息， h.264 格式视频和其他格式视频分别上传至不同的缓存区；（3 ）接口服务器向格式仲裁服务

19、器提起格式仲裁申请，通过审核的h.264 资源由格式仲裁服务器告知上载服务器，被上载服务器上传到 h.264 近线存储，且将信息同步到内容管理服务器；（4）未通过审核的视频由格式仲裁服务器向编辑转码系统提出申请，编辑转码系统完成格式转 换后告知格式仲裁服务器，且进行再次仲裁。（5 ）再次仲裁通过后，重复步骤 3；否则进行人工干预处理。（6 ）内容管理服务器依据需要，将 h.264 视频信息供给交互式视频业务系统，进行审核发布后， 将内容传送至交互式视频业务于线存储。7. 结论综上所述：（1 ）随着互联网上视频应用的增加、 3g 和视讯服务的兴起、以及高容量视频存储的需求，面向 ip 网络环境的、低码率信源编码技术将得到广泛应用。于这点上，mpeg2 和 mpeg4 、avc