關(guān)于IPTV直播視頻編碼碼率的探索

李佳

摘 要 隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，新媒體的應(yīng)用已經(jīng)完全融入到我們的工作和生活。如何給全國(guó)1.2億IPTV用戶提供優(yōu)質(zhì)的圖像服務(wù)，是廣電新媒體人一直思考研究的課題。筆者通過多年的工作經(jīng)驗(yàn)和大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)和驗(yàn)證出一個(gè)適應(yīng)于IPTV直播視頻碼率的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞 編碼；H.264；IPTV；碼率；PQR；PSNR；SSIM；圖像質(zhì)量

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-0360（2018）10-0023-02

隨著國(guó)務(wù)院關(guān)于三網(wǎng)融合政策的號(hào)召，全國(guó)IPTV產(chǎn)業(yè)如雨后春筍般迅猛發(fā)展。IPTV集成播控平臺(tái)建設(shè)實(shí)行全國(guó)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一組織、統(tǒng)一管理。

目前IPTV視頻編碼格式，已經(jīng)基本統(tǒng)一使用H.264作為基本標(biāo)準(zhǔn)，隨著通信運(yùn)營(yíng)商的寬帶大力發(fā)展，視頻編碼碼率也會(huì)隨著條件的成熟，而逐漸提升。在同樣編碼技術(shù)下，是不是碼率越大，質(zhì)量越好？什么樣的碼率性價(jià)比最高？如何在線測(cè)試視頻質(zhì)量的優(yōu)劣？

按照最初的白皮書對(duì)IPTV直播編碼的標(biāo)準(zhǔn)，其中編碼只是籠統(tǒng)的規(guī)定為主流編碼格式，但目前來說，絕大多數(shù)IPTV都使用H.264作為編碼標(biāo)準(zhǔn)，就其歷史和技術(shù)原因，在本篇論述里不做更多闡述。

編碼速率模式為CBR，這點(diǎn)和有線電視網(wǎng)VBR有本質(zhì)的區(qū)別。對(duì)于多頻道復(fù)用一個(gè)頻點(diǎn)或一個(gè)固定帶寬情況下，VBR或ABR都有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。而IPTV剛好相反，固定一個(gè)帶寬跑著一個(gè)組播頻道，一定是貼近滿負(fù)荷的最佳利用率為佳。所以CBR和VBR沒有哪個(gè)好、哪個(gè)差的說法，剛好印證了一句話：沒有絕對(duì)，只有相對(duì)的完美匹配。

頻道來說，大家一般都才用Mpeg1L2，或AAC，高清有時(shí)也會(huì)采用杜比AC3或EAC3，這個(gè)要根據(jù)當(dāng)?shù)貦C(jī)頂盒的license是否支持來決定。采樣率都默認(rèn)使用48KHZ。聲道標(biāo)清都會(huì)選擇mono，高清選擇stereo或5.1。

視頻編碼碼率作為本篇論述的點(diǎn)，在該標(biāo)準(zhǔn)雖然有個(gè)建議范圍，標(biāo)清：1.5～2.5mbps，而高清1080i：8mbps，720P：6mbps，但沒有做出絕對(duì)定義。這個(gè)其實(shí)也可以理解，應(yīng)該各地的網(wǎng)絡(luò)情況不一，而IPTV本來就是一個(gè)視頻可以做動(dòng)態(tài)調(diào)整的開發(fā)式平臺(tái)。這對(duì)各地的內(nèi)容提供方來說，即是迷惑的地方，也是可以突破的地方，可以不拘一格，根據(jù)自身情況，做出最佳編碼得出最佳圖像質(zhì)量。

現(xiàn)在我們就如何在現(xiàn)有帶寬條件下，編碼出最好的質(zhì)量，做些測(cè)試工作。

下面我們對(duì)不同碼率的表現(xiàn)來做下分析。

測(cè)試目標(biāo)通過專用測(cè)試儀器，測(cè)試出不同編碼器編碼質(zhì)量。

測(cè)試設(shè)備如下。測(cè)試儀器：泰克PQA500；H.264IP解碼器：哈雷IRD2963；交換機(jī)：cisco2960。

通過泰克PQA500發(fā)出SD和HD-SDI標(biāo)準(zhǔn)圖像幀序列，經(jīng)過視分將信號(hào)分配各廠家H.264編碼器，哈雷IRD2963解碼器把IPH.264流解碼成SDI信號(hào)，再把解出來的SDI信號(hào) 接回PQA500儀器。

PQA500會(huì)把發(fā)出和接收的圖像幀同步對(duì)比，計(jì)算出之間的差異，得出最后的PQR值，0～10分值，PQR=0表示測(cè)試序列與參考序列完全相同，PQR值越大，損傷程度越大。PQR=1幾乎覺察不到損傷 ；PQR=3已經(jīng)可覺察到連續(xù)損傷，但不強(qiáng)；PQR=10明顯可覺察到損傷。

本次測(cè)試有標(biāo)清編碼器和高清編碼器，均為主流的編碼器（愛立信、哈雷、Ateme等），后續(xù)數(shù)據(jù)為編碼器的平均值，所呈現(xiàn)出來的數(shù)據(jù)不代表編碼產(chǎn)品，只作為碼率特性參考。

HD通過三類有代表的圖像幀來完成測(cè)試：duckstakeoff、intotree、parkjoy。

SD通過五類有代表的圖像幀來完成測(cè)試：風(fēng)車、火車、足球、人臉、兵乓。

根據(jù)最終測(cè)試數(shù)據(jù)分析：

Mpeg2在17.5mbps碼率下，為得出一個(gè)性價(jià)比比較高的數(shù)值，比12mbps碼率質(zhì)量大幅度提升，而比24mbps碼率會(huì)略遜色點(diǎn)。

H.264高清編碼在8mbps會(huì)得到一個(gè)比較優(yōu)質(zhì)的質(zhì)量，而隨著碼率提升，質(zhì)量也會(huì)隨之增加，到12mbps情況下，就顯出一個(gè)瓶頸來，更高的碼率得出的圖像質(zhì)量不會(huì)明顯。H.264 12mbps和Mpeg2 17.5mbps對(duì)比，除處理水波紋外，H.264還會(huì)略占上風(fēng)。這也說明另一個(gè)問題，Mpeg2在高碼率情況下，編碼復(fù)雜的圖像是具有一定優(yōu)勢(shì)的，這也是用戶反映一些球賽，尤其NBA籃球等比賽轉(zhuǎn)播，有線網(wǎng)會(huì)比IPTV效果好的原因。但在一般的場(chǎng)景環(huán)境下，IPTV的高壓縮比優(yōu)勢(shì)也會(huì)體現(xiàn)出來，所以一般電視劇等常規(guī)節(jié)目，IPTV的圖像質(zhì)量還是具有優(yōu)勢(shì)的。

從測(cè)試的結(jié)果來看，標(biāo)清編碼器對(duì)色彩豐富的運(yùn)動(dòng)圖像編碼質(zhì)量較差，尤其在低碼率下，損傷相當(dāng)嚴(yán)重。而對(duì)人物特寫圖像處理能力較強(qiáng)，兩種碼率下表現(xiàn)都比較好。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，標(biāo)清編碼在2.5mbps情況下，可以得到一個(gè)比較優(yōu)質(zhì)的視頻

質(zhì)量。

目前IPTV標(biāo)清編碼以H.264使用2.5mbps作為主流，是非常合適的。而高清情況特殊，根據(jù)城市寬帶接入情況的不同，一般都分為8mbps和12mbps兩種碼率提供服務(wù)?？傮w來說，現(xiàn)在IPTV在如此碼率下，都能表現(xiàn)出較好的特性。

而如此在集成平臺(tái)監(jiān)管基帶信號(hào)到IP信號(hào)的質(zhì)量情況，又是一大課題，目前采用一種類似PQA對(duì)比測(cè)試機(jī)制，是非常合適的。下面我們對(duì)IPTV一路高清頻道進(jìn)行測(cè)試。

Prismon畫面質(zhì)量分析對(duì)比試驗(yàn)：

試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證Prismon畫面質(zhì)量實(shí)時(shí)打分功能（LiveQM），分析臺(tái)里湖南衛(wèi)視IPTV編碼后信號(hào)質(zhì)量。

試驗(yàn)對(duì)象：湖南衛(wèi)視高清SDI信號(hào)，編碼后H.264 TS信號(hào)，碼率為8Mbit/s，編碼后H.264 TS信號(hào)，碼率為12Mbit/s。

工作原理：Primon能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)出兩個(gè)信號(hào)的PSNR（峰值信噪比）和SSIM（結(jié)構(gòu)相似度）值，來實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)信號(hào)編碼后的質(zhì)量。其中PSNR取值在0～100db之間，值越大，則畫面損失越少，通常情況下值會(huì)在20～60之間。SSIM從亮度，對(duì)比度，結(jié)構(gòu)三個(gè)方面來表征圖像的相似性，取值在0～1之間，其值越大表示畫面損失越小。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)：根據(jù)不同類型的節(jié)目，分別取8組三個(gè)編碼后信號(hào)與編碼前基帶信號(hào)對(duì)比的PSNR與SSIM平均值。（見表3）

畫面質(zhì)量主觀分析：參考上述兩個(gè)PSNR熱導(dǎo)圖截圖，其中畫面中紅色部分表示PSNR較低損失較高，灰色部分表示PSNR較高損失較低，可看出兩個(gè)編碼后的畫面中幾乎沒有紅色，畫面主觀觀感質(zhì)量較高。其中在此時(shí)刻，8M-264流與12M-264流畫面全灰，幾乎無損失。

畫面質(zhì)量客觀分析：參考上述PSNR與SSIM表格，8M-264碼流與基帶信號(hào)對(duì)比PSNR均值為46.994db，SSIM均值為0.975。12M-264碼流與基帶信號(hào)對(duì)比PSNR均值為47.291db，SSIM均值為0.988。

試驗(yàn)結(jié)論：湖南衛(wèi)視編碼后的264信號(hào)畫面質(zhì)量很高，損失較低，8M碼流已經(jīng)有了較高的質(zhì)量還原度，而在11M碼率下圖像質(zhì)量會(huì)略有提升。根據(jù)湖南衛(wèi)視的節(jié)目的特點(diǎn)，一般都是綜藝、電視劇、歌唱類節(jié)目為主，很具有各大衛(wèi)視節(jié)目代表性。所得出的數(shù)據(jù)也比較客觀的反映了碼率的特性。

綜上所述，IPTV直播視頻碼率，標(biāo)清在2.5mbps比較合理，高清在8mbps情況下，可以得到優(yōu)質(zhì)的畫質(zhì)。而如果網(wǎng)絡(luò)資源足有豐富，高清可以考慮采用11-12mbps碼率編碼，以得到更為優(yōu)秀的畫質(zhì)

質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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[2]高小能，郭大春.IPTV技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2006，19（3）：10-13.