高清視頻在新一代衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的應用
——北京數(shù)碼視訊科技股份有限公司

視頻與圖像的傳輸已經(jīng)成為衛(wèi)星通信中的最重要業(yè)務。作為全球領先的數(shù)字電視及視頻通信解決方案專家，北京數(shù)碼視訊科技股份有限公司多年前就開始關注與研發(fā)能用于衛(wèi)星通信的視頻產品。

視頻高清化、終端設備移動化是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的兩大趨勢，高清視頻在衛(wèi)星網(wǎng)絡中的傳輸一直面臨帶寬占用高、信號傳輸不穩(wěn)定、視頻質量低、應用方式單一等問題，極大的限制了衛(wèi)星通信系統(tǒng)產品的發(fā)展。為解決以上問題，數(shù)碼視訊推出了基于H.264/H.265格式的高清視頻編解碼器，結合4G視頻傳輸技術和視頻識別技術，組成了包括終端編解碼、衛(wèi)星/4G網(wǎng)絡傳輸、前端智能應用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)整體解決方案。

一、適用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的H.264/H.265編解碼技術

高清視頻在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的應用前景廣闊，但高清視頻的帶寬占用率高、斷路恢復時間長、穩(wěn)定性差等問題，嚴重制約了其在衛(wèi)星通信中的應用。

數(shù)碼視訊根植廣電行業(yè)多年，為衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供廣電級的視頻業(yè)務也是其一直關注的重點。通過研發(fā)高質量高壓縮比的視頻編解碼技術使得高清視頻可以為新一代的衛(wèi)星通信系統(tǒng)服務，目前數(shù)碼視訊的移動編解碼設備均支持H.264/H.265編解碼格式。

圖1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)整體解決方案

H.264是ITU-T和ISO聯(lián)合研究制定的編碼效率高、網(wǎng)絡適應性強的最新數(shù)字視頻編碼國際標準。H.264是面向高清視頻傳輸相關應用的編碼標準,它能以低比特率在不同網(wǎng)絡上實時傳輸高質量視頻流。H.264定義了經(jīng)過編碼的視頻比特流的句法和解碼該比特流的方法，而不是明確詳細地定義一個編解碼器，在編解碼器的實現(xiàn)上具有相當大的靈活性。目前H.264編碼技術已經(jīng)相當成熟，各個機構的研究方向現(xiàn)在主要集中在兩個方面：一是對H.264編碼算法軟件的優(yōu)化，進一步的提高編碼壓縮率；一方面是對編解碼硬件的優(yōu)化，提高編解碼的速度。數(shù)碼視訊結合衛(wèi)星通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡特點，在已有的成熟的H.264編碼技術基礎上，在軟硬件兩方面同時對H.264編碼技術做進一步的優(yōu)化處理，在滿足高質量高壓縮率編碼的前提下，針對衛(wèi)星信道視頻傳輸?shù)奶攸c做了多種優(yōu)化，擁有多種誤碼處理機制，有效提高了高清視頻H.264編碼格式的碼流在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡下的傳輸質量。

圖2 4G視頻傳輸網(wǎng)絡示意圖

H.265是ITU-T VCEG 繼H.264之后所制定的新的視頻編碼標準，在有限帶寬下可以傳輸更高質量的網(wǎng)絡視頻，僅需原先的一半帶寬即可播放相同質量的視頻。H.265標準圍繞著現(xiàn)有的視頻編碼標準H.264，保留原來的某些技術，同時對一些相關的技術加以改進。H.265/HEVC的編碼架構大致上和H.264/AVC的架構相似，主要也包含，幀內預測、幀間預測、轉換、量化、去區(qū)塊濾波器、熵編碼等模塊，但在HEVC編碼架構中，整體被分為了三個基本單位，分別是：編碼單位、預測單位和轉換單位。新技術使用先進的技術用以改善碼流、編碼質量、延時和算法復雜度之間的關系，達到最優(yōu)化設置。具體的研究內容包括：提高壓縮效率、提高魯棒性和錯誤恢復能力、減少實時的時延、減少信道獲取時間和隨機接入時延、降低復雜度等。

比起H.264/AVC，H.265/HEVC提供了更多不同的工具來降低碼率，以編碼單位來說，H.264中每個宏塊大小都是固定的16x16像素，而H.265的編碼單位可以選擇從最小的8x8到最大的64x64。H.264由于算法優(yōu)化，可以低于1Mbps的速度實現(xiàn)標清數(shù)字圖像傳送；H.265則可以實現(xiàn)利用1～2Mbps的傳輸速度傳送720P（分辨率1280＊720）普通高清音視頻傳送。

數(shù)碼視訊的高清編解碼設備目前全面支持H.265格式編碼技術，能夠將視頻編碼碼率降低至H.264格式的一半，能夠在相同的高清分辨率下，采用最低的碼率傳輸視頻，有效地節(jié)省衛(wèi)星、4G、無線等傳輸網(wǎng)絡的帶寬資源。

真正可以實際應用在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的高清視頻編碼技術必須具有其有效的優(yōu)化處理單元。數(shù)碼視訊的H.264/H.265高清編解碼設備在技術上做了碼流結構優(yōu)化、多種誤碼處理機制、畫面平滑切換算法、抗丟包機制等處理，能夠在相同的高清分辨率下，采用最低的碼率傳輸視頻，有效地節(jié)省衛(wèi)星傳輸?shù)木W(wǎng)絡資源。同時采用特有的壓縮算法，在保證低碼率的同時不犧牲視頻質量。

如今，數(shù)碼視訊針對衛(wèi)星通信領域特別推出了無線全高清視音頻編解碼器，具有六大優(yōu)勢：全高清，采用數(shù)碼視訊特有的編解碼算法，提供廣播級高清視頻質量；低碼率，支持H.264/H.265編碼格式，采用同質量下超低的傳輸碼率，帶來優(yōu)質的高清畫面效果；雙碼流，采用嵌入式雙碼流視頻方案，根據(jù)網(wǎng)絡帶寬情況自動實時切換高標清視頻傳輸?shù)墓δ?；低延時，采用領先的超低延時處理技術，精確同步現(xiàn)場圖像；全網(wǎng)絡，全面適應衛(wèi)星、3G/4G、微波等移動無線通信網(wǎng)絡；多形態(tài)，采用可擴展3G/LTE等無線模塊，形成專用視頻板卡或便攜終端。

二、同衛(wèi)星通信系統(tǒng)結合使用的4G通信技術

隨著數(shù)據(jù)通信業(yè)務需求的發(fā)展，第四代移動通信技術開始興起，與傳統(tǒng)的通信技術相比，4G通信技術最明顯的優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)通信速度。4G技術支持100Mbps～150Mbps的下行網(wǎng)絡帶寬，也就是4G移動終端可以達到最大12.5MB/s～18.75MB/s的下行速度。4G通信因為超高的數(shù)據(jù)傳輸速度，為高清視頻的無線傳輸提供了良好的基礎。

4G高速信號傳輸技術可以覆蓋室內和地下等多種應用場景，是對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要補充，多樣化的網(wǎng)絡信道傳輸能力擴展了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應用范圍。目前4G通信網(wǎng)絡正在中國大陸快速推廣中，相對于3G時代大大提高的網(wǎng)絡速度滿足了高清視頻傳輸?shù)男枨蟆?/p>