實(shí)現(xiàn)視頻通信業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)

凌 穎，鈕穎彬

（中國(guó)電信股份有限公司上海研究院 上海 200122）

1 概述

隨著通信市場(chǎng)的不斷發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻，移動(dòng)分流加劇，傳統(tǒng)固網(wǎng)用戶的ARPU值呈逐年下降的趨勢(shì)。在這種市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)情況下，為了保證中國(guó)電信業(yè)務(wù)的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)中國(guó)電信向綜合信息服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型的目標(biāo)，其中寬帶網(wǎng)絡(luò)和基于寬帶網(wǎng)絡(luò)上開(kāi)展的寬帶增值業(yè)務(wù)，如視頻通信業(yè)務(wù)就是轉(zhuǎn)型業(yè)務(wù)中的重要發(fā)展方向。

視頻通信業(yè)務(wù)是指基于寬帶互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，以IPTV機(jī)頂盒、PC客戶端以及3G VT手機(jī)等具有視頻編解碼能力和視頻顯示能力的設(shè)備作為終端，通過(guò)視頻互通網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)視頻通話的業(yè)務(wù)。不同網(wǎng)絡(luò)之間的視頻互通不僅能夠更好地促進(jìn)IPTV業(yè)務(wù)的發(fā)展，增加固網(wǎng)用戶的粘合度，而且還能夠加速3G移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展。

要實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)終端之間的視頻互通，就必須解決音視頻編解碼轉(zhuǎn)換、協(xié)議轉(zhuǎn)換等問(wèn)題，本文主要分析影響不同終端視頻互通的關(guān)鍵要素。

2 視頻互通的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 媒體轉(zhuǎn)換要求

由于IPTV、PC客戶端、VT手機(jī)的屏幕大小、設(shè)備性能存在差異，不同類型的終端媒體支持能力各不同，因此需要引入視頻互通網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)媒體轉(zhuǎn)換。如果要實(shí)現(xiàn)視頻互通需要解決以下幾個(gè)媒體轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。

2.1.1 分辨率轉(zhuǎn)換

視頻分辨率是指視頻成像產(chǎn)品所成圖像的大小或尺寸。由于視頻互通終端IPTV、PC、手機(jī)的屏幕大小差別很大，支持的分辨率也有所不同。

·標(biāo)清機(jī)頂盒上采用的分辨率是320 dpi×240 dpi或352 dpi×288 dpi（CIF），高清機(jī)頂盒上采用的分辨率是 640 dpi×480 dpi或 720 dpi×576 dpi（D1）。

·PC客戶端上采用的分辨率是 352 dpi×288 dpi（CIF）或 176 dpi×144 dpi（QCIF）。

·VT手機(jī)上采用的分辨率是176 dpi×144 dpi（QCIF），352 dpi×288 dpi（CIF）可選。

在視頻互通過(guò)程中，圖像分辨率通常只能適配較低的一方，即視頻互通網(wǎng)關(guān)能夠?qū)⒏叻直媛兽D(zhuǎn)換成低分辨率，但不能將低分辨率轉(zhuǎn)換成高分辨率。

在視頻互通過(guò)程中，圖像分辨率通常只能適配低的圖像分辨率，IPTV上顯示的分辨率只能與VT手機(jī)上的分辨率相同，即 CIF（352 dpi×280 dpi），顯示在 IPTV 中央，圖像尺寸為IPTV的1/4窗口大小，圖像尺寸大小可以拉伸至全屏，但分辨率不變，由電視機(jī)進(jìn)行適配。

2.1.2 幀率轉(zhuǎn)換

幀數(shù)（f/s）或者說(shuō)幀率是指1 s時(shí)間里傳輸?shù)膱D片數(shù)量，也可以理解為圖形處理器每秒鐘能夠刷新幾次。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的動(dòng)畫(huà)。

·IPTV機(jī)頂盒PAL制式的幀率是標(biāo)清不低于15 f/s，高清不低于25 f/s；

·PC客戶端的幀率是15～30 f/s；

·VT手機(jī)通話期間幀率有可能會(huì)改變，取值范圍是5～15 f/s。

幀率越高，通常碼率就會(huì)越高。在帶寬高的情況下，幀率高能夠獲得高的圖像質(zhì)量，但是如果帶寬不高的情況下，較低幀率反倒能獲得更好的圖像質(zhì)量。

2.1.3 碼率轉(zhuǎn)換

碼率是視頻碼流的傳輸速率，也就是經(jīng)過(guò)視頻壓縮后每秒產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量。同樣分辨率下，視頻文件的碼流越大，壓縮比就越小，畫(huà)面質(zhì)量就越高。

·IPTV機(jī)頂盒的碼率是標(biāo)清不低于384 kbit/s（ADSL接入），高清不低于 800 kbit/s（ADSL2+接入）；

·PC客戶端的碼率是128～768 kbit/s；

·VT手機(jī)的碼率是64 kbit/s。

通常IPTV視頻流傳輸是基于ADSL（非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路）寬帶接入的，即為用戶提供的是上、下行非對(duì)稱的傳輸速率（帶寬）。而視頻通話時(shí)，上下行的傳輸帶寬應(yīng)該是對(duì)稱，上行帶寬應(yīng)該與較低的下行帶寬相同。通過(guò)幾種配置的測(cè)試比較，對(duì)于ADSL2+的環(huán)境，碼率為384 kbit/s（最大帶寬450 kbit/s，平均帶寬230 kbit/s），幀率為25的視頻質(zhì)量比較好；對(duì)于ADSL的環(huán)境，碼率256 kbit/s（最大帶寬300 kbit/s，平均帶寬130 kbit/s），幀率為15的配置視頻質(zhì)量要比碼率200 kbit/s（最大帶寬260 kbit/s，平均帶寬170 kbit/s），幀率為15 f/s的要好些。

2.1.4 編碼格式轉(zhuǎn)換

為了適應(yīng)不同應(yīng)用的需求，在 MPEG-2、MPEG-4、H.264、VC-1等編碼標(biāo)準(zhǔn)中，都定義了檔次和等級(jí)。檔次即Profile，定義了對(duì)應(yīng)比特流語(yǔ)法的限定子集。等級(jí)即Level，根據(jù)特定檔次，定義了對(duì)應(yīng)采用的限制參數(shù)集合。一個(gè)Profile可包含一個(gè)或多個(gè)Level，不同檔次和等級(jí)組合。定義了適合一類應(yīng)用需求的解碼器能力，包括分辨率、速率和解碼參數(shù)等。檔次和等級(jí)越高，對(duì)應(yīng)的清晰度越好，相應(yīng)的速率也越高，解碼越復(fù)雜。

（1）IPTV機(jī)頂盒的視頻電話編碼標(biāo)準(zhǔn)

①視頻編碼要求

·標(biāo)清：H.264 Baseline Profile@Level 3、Main Profile@Level 3或以上，可選H.263 Profile 0 Level 10或以上。

·高 清 ：H.264 Main Profile@Level 3、High Profile@Level 3或以上，可選H.263 Profile 0 Level 10或以上。

②音頻編碼要求

機(jī)頂盒終端必須支持G.711音頻編碼格式。

（2）PC客戶端的視頻電話編碼標(biāo)準(zhǔn)

①視頻編碼要求

·PC客戶端必須支持H.263 Profile 0 Level 10。

·PC客戶端必須支持MPEG-4 Visual Simple Profile Level 0。

②音頻編碼要求

PC客戶端必須支持G.711和G.729音頻編碼格式。

（3）VT手機(jī)的視頻電話編碼標(biāo)準(zhǔn)

①視頻編碼要求

·視頻電話終端必須支持H.263 Profile 0 Level 10。

·視頻電話終端可以支持H.263 Profile 0 Level 45。

·視頻電話終端可以支持MPEG-4 Visual Simple Profile Level 0b。

·視頻電話終端可以支持H.264/AVC Baseline Profile在 Level 1，并具有 constraint_set1_flag=1。

·如果視頻電話終端同時(shí)能夠支持并具有資源使用H.264/AVC和/或MPEG-4，那么SDP提供模式中的視頻m行應(yīng)該使H.264/AVC和/或MPEG-4比H.263具有更高的優(yōu)先級(jí)。

②音頻編碼要求

·視頻電話終端必須支持EVRC或EVRC-B音頻編碼格式。

·視頻電話終端必須支持AMR音頻編碼格式。

·如果移動(dòng)終端使用的芯片支持第4代聲碼器EVRC-B，那么終端可以支持EVRC-B聲碼器。

·移動(dòng)終端可以支持13k QCELP語(yǔ)音編碼器。

·音頻應(yīng)采用速率填充、成束機(jī)制。

綜上所述，各類終端媒體需要轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵參數(shù)如表1所示。

2.2 協(xié)議轉(zhuǎn)換要求

IPTV機(jī)頂盒、PC客戶端、VT手機(jī)之間進(jìn)行視頻通話，由于都是基于IMS網(wǎng)絡(luò)，協(xié)議不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，視頻互通網(wǎng)關(guān)只要完成媒體格式轉(zhuǎn)換。

而當(dāng)IPTV機(jī)頂盒和e家客戶端進(jìn)行視頻通話時(shí)，由于機(jī)頂盒終端是基于IMS網(wǎng)絡(luò)的，而e家客戶端是基于軟交換網(wǎng)絡(luò)的，由于互通終端處于不同網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)議需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以由IMS網(wǎng)絡(luò)中的MGCF實(shí)現(xiàn)SIP和SIP-I的信令轉(zhuǎn)換，視頻互通網(wǎng)關(guān)完成媒體格式轉(zhuǎn)換。

2.3 視頻互通網(wǎng)關(guān)

實(shí)現(xiàn)IPTV機(jī)頂盒與PC客戶端/e家客戶端、VT手機(jī)視頻互通的視頻互通網(wǎng)關(guān)（VIG）的模型如圖1所示。

VIG：實(shí)現(xiàn)IPTV機(jī)頂盒與PC客戶端/e家客戶端、VT手機(jī)視頻互通的互通功能實(shí)體，VIG視頻互通網(wǎng)關(guān)中包含SIF和MIF功能模塊。

SIF：控制互通雙方在SIP信令中完成媒體協(xié)商，當(dāng)主被叫媒體類型不一致時(shí)，SIF將控制MIF參與媒體協(xié)商。

MIF：當(dāng)主被叫媒體類型不一致時(shí)，在會(huì)話建立后實(shí)施媒體流的轉(zhuǎn)換。SIF通過(guò)H.248/SIP協(xié)議控制MIF。

在IMS網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)IPTV機(jī)頂盒與PC客戶端、VT手機(jī)視頻互通時(shí)，VIG視頻互通網(wǎng)關(guān)實(shí)體設(shè)置在AS/MRF上。其中，AS進(jìn)行信令互通，實(shí)現(xiàn)SIF的功能；MRF進(jìn)行媒體互通，實(shí)現(xiàn)MIF的功能。

當(dāng)IPTV機(jī)頂盒與e家客戶端之間需要實(shí)現(xiàn)IMS網(wǎng)絡(luò)和軟交換網(wǎng)絡(luò)的視頻互通時(shí)，VIG視頻互通網(wǎng)關(guān)實(shí)體設(shè)置在MGCF/IM-MGW上。其中，MGCF控制IMS網(wǎng)絡(luò)到軟交換網(wǎng)絡(luò)信令層面的互通和媒體能力的協(xié)商，實(shí)現(xiàn)SIF的功能；當(dāng)主被叫媒體類型不一致時(shí)，IM-MGW實(shí)施IPTV機(jī)頂盒與e家客戶端的媒體流轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)MIF的功能。

在現(xiàn)網(wǎng)中，如果有些MGCF不支持VIG視頻互通轉(zhuǎn)換功能，則VIG中不實(shí)現(xiàn)IMS網(wǎng)絡(luò)到軟交換網(wǎng)絡(luò)的信令轉(zhuǎn)換，由MGCF實(shí)現(xiàn)信令轉(zhuǎn)換；VIG實(shí)現(xiàn)媒體流轉(zhuǎn)換。

VIG作為IMS網(wǎng)絡(luò)以及IMS與軟交換互通網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)體在進(jìn)行視頻互通時(shí)，采用B2BUA模式。

當(dāng)視頻互通雙方媒體能力協(xié)商不成功、無(wú)法直接互通時(shí)，可由VIG分別與互通雙方進(jìn)行進(jìn)行媒體協(xié)商，并實(shí)施媒體流的轉(zhuǎn)換。

當(dāng)視頻互通雙方媒體能力協(xié)商成功時(shí)，媒體流可直接在互通雙方間傳送，不需要經(jīng)過(guò)VIG，以節(jié)省VIG的資源。

2.4 終端要求

2.4.1 硬件要求

視頻通信能力對(duì)終端處理能力的要求是比較高的，PC的處理能力本來(lái)就很強(qiáng)，在PC上實(shí)現(xiàn)視頻通信基本沒(méi)有什么問(wèn)題。

表1 各類終端媒體需要轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵參數(shù)

支持視頻通信能力的IPTV機(jī)頂盒需要有專門(mén)處理視頻編碼的處理器，處理器的能力至少要在450 MHz以上。

而在手機(jī)終端上無(wú)論是用硬件方式，還是軟件方式實(shí)現(xiàn)音視頻實(shí)時(shí)編解碼，均對(duì)終端處理能力有較高要求。采用硬件編解碼，相對(duì)軟件方式可降低系統(tǒng)壓力，高通MSM6150以上芯片支持視頻通信業(yè)務(wù)處理，但僅對(duì)高通平臺(tái)ODM廠家開(kāi)放；而用軟件方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性音視頻編碼對(duì)CPU處理能力要求高，主要采用單芯片雙核處理器或雙芯片方案實(shí)現(xiàn)，單芯片雙核處理器方案建議至少采用高通MSM7500以上芯片系列，至少達(dá)到500 MHz的處理能力。

2.4.2 軟件要求

IPTV機(jī)頂盒與PC客戶端/e家客戶端、VT手機(jī)進(jìn)行視頻通話時(shí)，終端必須支持SIP協(xié)議，SIP消息的SDP描述必須符合以下要求。

H.264的描述遵循RFC3984，舉例如下：

m=video 49170 RTP/AVP 98

a=rtpmap:98 H264/90000

a=fmtp:98 profile-level-id=42A01E;packetization-mode=0;

sprop-parameter-sets=Z0IACpZTBYmI,aMljiA==

MPEG-4的描述遵循RFC3016，舉例如下：

m=video 49170/2 RTP/AVP 98

a=rtpmap:98 MP4V-ES/90000

a=fmtp:98 profile-level-id=1;

config=

000001B001000001B5090000010000000120008440

FA282 C2090A21F

H.263的描述遵循RFC4629，舉例如下：

m=video 5132 RTP/AVP 105

a=rtpmap:98 H263-1998/90000

a=fmtp:98 profile=1;level=10

建議支持RFC4566定義的a=framarate行，表示媒體流的最大幀率，舉例如下：

a=framerate:25

建議支持3GPP TS 26.234定義的a=framesize行，表示媒體流的分辨率，舉例如下：

a=framesize:98 352-288

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，由于IPTV、PC客戶端、3G VT終端設(shè)備本身存在的差異，要實(shí)現(xiàn)這些不同終端之間的視頻互通，就需要由視頻互通網(wǎng)關(guān)來(lái)完成視頻媒體格式的轉(zhuǎn)換，包括分辨率、幀率、碼率、視/音頻編解碼格式等視頻要素。

1 RFC3984.RTP payload format for H.264 video

2 RFC3016.RTP payload format for MPEG-4 audio/visual streams

3 RFC4629.RTP payload format for ITU-T rec H.263 video

4 RFC4566.SDP:session description protocol

5 3GPP TS 26.234.Transparent end-to-end packet-switched streaming service(PSS);protocols and codecs(release 6)