H265编码在广电网络中的应用前景分析2

江苏有线泰州分公司---------H.265编码在广电网络中的应用前景分析1H.265编码在广电网络中的应用前景分析钱振凯1唐凡2（江苏广电有线信息网络股份有限公司泰州分公司，江苏225300）1（江苏广电有线信息网络股份有限公司泰州分公司，江苏225300）2摘要H.265编码标准是ITU-TVCEG继H.264之后所制定的新的视频编码标准。H.265以H.264为基础，使用先进的技术改善码流、编码质量，延时和算法复杂度之间的关系，实现最优化设置。H.265编码在广电网络的应用前景如何？是否真的可以在广电网络中大面积推广，取代MPEG-2或者H.264？本文将从三个方面展开分析，并给出结论。关键词H.265编码TheanalysisaboutapplicationprospectofH.265codinginradioandtelevisionnetworksQIANZhenkai1TANGFan2(taizhoubranchofjiangsucablenetwork,jiangsu225300,china)1(taizhoubranchofjiangsucablenetwork,Jiangsu225300,china)2SummaryH.265codingstandardisthenewvideocodingstandardaftertheH.264.BasedonH.264,useadvancedtechnologytoimprovecodequality,therelationshipbetweenthetimedelayandthecomplexityofalgorithm.Whethercanreallywideuseintheradioandtelevisionnetworks,replaceMPEG-2orH.264?Thisarticlewillanalysisfromthreeaspects,andtheconclusionisgiven.KeywordsH.265coding0引言H.265编码标准是ITU-TVCEG继H.264之后所制定的新的视频编码标准。H.265以H.264为基础，使用先进的技术改善码流、编码质量，延时和算法复杂度之间的关系，实现最优化设置。具体的研究内容包括：提高压缩效率、提高鲁棒性和错误恢复能力、减少实时的时延、减少信道获取时间和随机接入时延、降江苏有线泰州分公司---------H.265编码在广电网络中的应用前景分析2低复杂度等。相关资料显示：采用H.265编码标准能在有限带宽下传输更高质量的视频，支持4K(3840×2160)和8K(7680×4320)像素的超高清视频。有分析人士预言H.265标准的出台最终可以让广播电视公司放弃垂垂老矣的MPEG-2，因为同样的内容，H.265可以减少70-80%的带宽消耗。H.265编码在广电网络的应用前景如何？是否真的可以在广电网络中大面积推广，取代MPEG-2或者H.264？本文将从三个方面展开分析，并给出结论。1MPEG-2，H.264，H.265编码效率比较目前的H.265标准共有三种模式：Main、Main10、MainStillPicture。Main模式支持8bit色深(即红绿蓝三色各有256个色度，共1670万色)，Main10模式支持10bit色深，将会用于超高清电视(UHDTV)上。前两者都将色度采样格式限制为4:2:0。现以4:2:0的视频分量编码格式，8bit均匀量化为参考依据进行比对。1.1商用压缩率比较三种编码方式商用压缩效率列表如下（表1）表1：三种编码方式商用压缩效率列表MPEG-2H.264H.265备注SDTV（720*576）4.2Mbps2Mbps1.3Mbps2KHDTV(1920*1080）17Mbps10Mbps6.5Mbps4KUHDTV(3840*2160）不支持35.5Mbps23.1Mbps估算8KUHDTV（7680*4320）不支持不支持90Mbps估算商用压缩比30-40倍60-70倍95-110倍三种编码方式的商用码率对比图如下（图1）江苏有线泰州分公司---------H.265编码在广电网络中的应用前景分析3图1：三种编码方式的商用码率对比1.2带宽利用率比较1.2.164QAM模式下64QAM模式下，一路数字带宽约为38Mbps。CA、EPG、如家等数据带宽约为3Mbps，视频实际可用带宽为35Mbps。三种编码方式64QAM模式下带宽利用率列表如下（表2）（本次计算不涉及统计复用及高标清混传）表2：三种编码方式64QAM模式下带宽利用率比较MPEG-2H.264H.265SDTV（720*576）8套剩余带宽1.4Mbps带宽利用率96%17套剩余带宽1Mbps带宽利用率97.1%27套剩余带宽0Mbps带宽利用率100%2KHDTV(1920*1080）2套剩余带宽1Mbps带宽利用率97.1%3套剩余带宽5Mbps带宽利用率85.7%5套剩余带宽2.5Mbps带宽利用率92.9%4KUHDTV(3840*2160）不支持1套剩余带宽0Mbps带宽利用率100%1套剩余带11.9Mbps带宽利用率66%8KUHDTV（7680*4320）不支持不支持不支持1.2.2256QAM模式下64QAM模式下，一路数字带宽约为50Mbps。CA、EPG、如家等数据带宽约为3Mbps，视频江苏有线泰州分公司---------H.265编码在广电网络中的应用前景分析4实际可用带宽为47Mbps。三种编码方式256QAM模式下带宽利用率列表如下（表3）（本次计算不涉及统计复用及高标清混传）表3：三种编码方式256QAM模式下带宽利用率比较MPEG-2H.264H.265SDTV（720*576）11套剩余带宽0.8Mbps带宽利用率98.3%23套剩余带宽1Mbps带宽利用率97.9%36套剩余带宽0.2Mbps带宽利用率99.6%2KHDTV(1920*1080）2套剩余带宽13Mbps带宽利用率72.3%4套剩余带宽7Mbps带宽利用率85.1%7套剩余带宽1.5Mbps带宽利用率96.8%4KUHDTV(3840*2160）不支持1套剩余带宽11.5Mbps带宽利用率75.5%2套剩余带0.8Mbps带宽利用率98.3%8KUHDTV（7680*4320）不支持不支持不支持2广电网络是否需要推广H.265编码广电网络是否需要推广H.265编码，必须从广电网络发展的实际出发，紧跟时代发展的潮流，用发展的眼光研究论证。作为新一代视频编码技术，H.265有着前面几代编码技术，如MPEG-2、H.264的无可比拟的优势，即目前没有能够与之竞争的压缩技术，因此兼容性方面也有一个很大优势。随着标准近一步统一和半导体芯片技术的发展，解决了H.265计算复杂度的瓶颈后，在超高清节目源制作应用方面，就像H.264替换之前的MPEG-2一样，H.265必然会替换现在的H.264技术。随着社会改革的进一步深入，人民群众的文化需求日益提高，4K高清将成为时代的主流。作为有线电视运营商应该紧跟时代发展的潮流，利用H.265对4K(3840×2160)和8K(7680×4320)视频的支持特性，下决心推广H.265编码。国际方面：年初的美国CES国际消费电子展会上，众多的4K分辨率的超高清电视让人耳目一新，国外许多品牌都已经推出了4K电视机及附属产品。日本，韩国、美国、法国等国家，都在加紧建设4K电视直播平台。国内方面：各大家电卖场，都以4K电视机为卖点，吸引用户购买。前一段时间，国家广播电视产品质量监督检验中心，中国电子商会发布了4K超高清电视首个行业统一标准--《4K超高清电视选购标准》，首次从屏、芯片、系统、画面提升技术等方面，对4K电视进行了全方位的严格规范。江苏有线泰州分公司---------H.265编码在广电网络中的应用前景分析5从“三网融合”的角度分析：H.265标准为电信IPTV发展2K高清提供了可能，目前电信普通家庭入户带宽达到8Mbps，一路H.265编码的2K高清只要6.5Mbps。与H.264相比码率压缩了50%，而且不影响清晰度。展望即将兴起的“三屏融合”应用：手机、平板电脑等移动设备对流播视频的数据量提出了苛刻要求，H.265在播放2K、4K超清节目时可以节约大量空间和带宽，为今后广电网络开展跨屏业务提供有力支持。因此我们认为广电网络需要推广H.265编码。3广电网络推广H.265编码方案探讨广电网络如何推广H.265编码，本报告将从前端播出平台，HFC传输网络，终端接收三个方面进行探讨。3.1推广H.265编码对前端的要求广电网络推广H.265编码是为了4K高清节目的传输。当前4K电视机用户数量有限。在确保现有电视业务安全传输的前提下，满足高端用户4K节目收视需求，安全、可行的办法就是再建一套前端播出平台，与现有播出平台共网运行。具体流程图见图2（绿色框图表示调整部分，灰色框图表示例旧）支持H.264、MPEG-2编码方式的机顶盒复用、加扰、调制HFC网（新建）复用、加扰、调制混合器MPEG-2、H.264编码信源H.265编码信源支持H.264、MPEG-2、H.265编码方式的机顶盒图2：双播出平台共网传输流程图新建播出平台应满足如下需求：（1）采用支持H.265编码标准的编码器、数字卫星接收机。（2）前端复用器支持H.265编码节目的解析，复用。复用器支持超过200Mbps码流的输入，支持最大80Mbps复用输出。（3）调制器支持256QAM或者更高阶的调制方式，射频输出频率在47—857MHZ可调。输出电平在50-61dBmv可调。输出信号EVM1%,MER40db。根据对H.265标准压缩率的估算，采用256QAM时每个通道可传输2套4K江苏有线泰州分公司---------H.265编码在广电网络中的应用前景分析6高清节目，优于64QAM时每个通道1套4K高清节目的传输效率。结合传输网络的物理现状，新建播出平台将采用256QAM调制方式。以泰州为例，若采用256QAM，目前空余8个频点可传输4K高清节目16套。第二代传输标准DVB-C2在2010年制定完成，第二代DVB标准普遍采用高阶调制，最高达到4096QAM。如果新建播出平台支持DVB-C2标准，可以大量增加入网传输的4K高清节目数量，当然这也需要我们的传输网络按照DVB-C2标准的要求进行改造，调整，优化。3.2推广H.265编码对传输网络要求传输网络的抗干扰、纠错能力取决于信道编码。H.265编码作为一种信源编码与传输网络无直接关系。我们需要关注的是采用256QAM传输H.265编码节目的网络要求。引用太原有线对256QAM方式传输高清电视的测试报告：要保证用户端收看到高质量的数字电视节目，需要同时具备以下3点条件：（1）要求有线HFC网的质量要比较好，各项技术指标符合行业标准。如：用户端的输入电平在70db左右，在BER10-4时，64QAM的MER25，256QAM的MER32。（2）有线数字电视前端的QAM调制设备可靠性要高、技术指标要好，256QAM传输高清时，输出电平≥110dBμV。（3）终端接收的高清机顶盒本身要工作稳定、质量可靠，要有3C认证，具备64QAM与256QAM的自动识别能力。下表为3C认证机顶盒国家标准要求（表4）表4：3C认证机顶盒国家标准要求序号项目单位技术要求备注1最小接收信号电平dBμV≤40(64-QAM)符号率为6.875Mbaud≤44(256-QAM)2C/N门限dB≤26(64-QAM)测量电平为60dBμV符号率为6.875Mbaud≤33(256-QAM)3机顶盒MERDb纠错前BER纠错后BER临界值23(64-QAM)＜1.0E-6＜1.0E-727(256-QAM)标准值27(64-QAM)＜1.0E-7＜1.0E-831(256-QAM)最佳值22(64-QAM)0.0E-80.0E-035(256-QAM)前段时