高清視頻在新一代衛星通信系統中的應用
——北京數碼視訊科技股份有限公司

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

視頻高清化、終端設備移動化是衛星通信系統的兩大趨勢，高清視頻在衛星網絡中的傳輸一直面臨帶寬占用高、信號傳輸不穩定、視頻質量低、應用方式單一等問題，極大的限制了衛星通信系統產品的發展。為解決以上問題，數碼視訊推出了基于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、衛星/4G網絡傳輸、前端智能應用的衛星通信系統整體解決方案。

一、適用于衛星通信系統的H.264/H.265編解碼技術

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

數碼視訊根植廣電行業多年，為衛星通信系統提供廣電級的視頻業務也是其一直關注的重點。通過研發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星通信系統服務，目前數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 衛星通信系統整體解決方案

H.264是ITU-T和ISO聯合研究制定的編碼效率高、網絡適應性強的最新數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絡上實時傳輸高質量視頻流。H.264定義了經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，在編解碼器的實現上具有相當大的靈活性。目前H.264編碼技術已經相當成熟，各個機構的研究方向現在主要集中在兩個方面：一是對H.264編碼算法軟件的優化，進一步的提高編碼壓縮率；一方面是對編解碼硬件的優化，提高編解碼的速度。數碼視訊結合衛星通信系統的網絡特點，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化處理，在滿足高質量高壓縮率編碼的前提下，針對衛星信道視頻傳輸的特點做了多種優化，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星通信網絡下的傳輸質量。

圖2 4G視頻傳輸網絡示意圖

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由于算法優化，可以低于1Mbps的速度實現標清數字圖像傳送；H.265則可以實現利用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，有效地節省衛星、4G、無線等傳輸網絡的帶寬資源。

真正可以實際應用在衛星通信系統中的高清視頻編碼技術必須具有其有效的優化處理單元。數碼視訊的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，有效地節省衛星傳輸的網絡資源。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，數碼視訊針對衛星通信領域特別推出了無線全高清視音頻編解碼器，具有六大優勢：全高清，采用數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，根據網絡帶寬情況自動實時切換高標清視頻傳輸的功能；低延時，采用領先的超低延時處理技術，精確同步現場圖像；全網絡，全面適應衛星、3G/4G、微波等移動無線通信網絡；多形態，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、同衛星通信系統結合使用的4G通信技術

隨著數據通信業務需求的發展，第四代移動通信技術開始興起，與傳統的通信技術相比，4G通信技術最明顯的優勢在于數據通信速度。4G技術支持100Mbps～150Mbps的下行網絡帶寬，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通信因為超高的數據傳輸速度，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，是對衛星通信系統的重要補充，多樣化的網絡信道傳輸能力擴展了衛星通信系統的應用范圍。目前4G通信網絡正在中國大陸快速推廣中，相對于3G時代大大提高的網絡速度滿足了高清視頻傳輸的需求。