關于IPTV直播視頻編碼碼率的探索

李佳

摘 要 隨著網絡的發展，新媒體的應用已經完全融入到我們的工作和生活。如何給全國1.2億IPTV用戶提供優質的圖像服務，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驗和大量的實驗數據，總結和驗證出一個適應于IPTV直播視頻碼率的標準。

關鍵詞 編碼；H.264；IPTV；碼率；PQR；PSNR；SSIM；圖像質量

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 2096-0360（2018）10-0023-02

隨著國務院關于三網融合政策的號召，全國IPTV產業如雨后春筍般迅猛發展。IPTV集成播控平臺建設實行全國統一規劃、統一標準、統一組織、統一管理。

目前IPTV視頻編碼格式，已經基本統一使用H.264作為基本標準，隨著通信運營商的寬帶大力發展，視頻編碼碼率也會隨著條件的成熟，而逐漸提升。在同樣編碼技術下，是不是碼率越大，質量越好？什么樣的碼率性價比最高？如何在線測試視頻質量的優劣？

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

編碼速率模式為CBR，這點和有線電視網VBR有本質的區別。對于多頻道復用一個頻點或一個固定帶寬情況下，VBR或ABR都有著得天獨厚的優勢。而IPTV剛好相反，固定一個帶寬跑著一個組播頻道，一定是貼近滿負荷的最佳利用率為佳。所以CBR和VBR沒有哪個好、哪個差的說法，剛好印證了一句話：沒有絕對，只有相對的完美匹配。

頻道來說，大家一般都才用Mpeg1L2，或AAC，高清有時也會采用杜比AC3或EAC3，這個要根據當地機頂盒的license是否支持來決定。采樣率都默認使用48KHZ。聲道標清都會選擇mono，高清選擇stereo或5.1。

視頻編碼碼率作為本篇論述的點，在該標準雖然有個建議范圍，標清：1.5～2.5mbps，而高清1080i：8mbps，720P：6mbps，但沒有做出絕對定義。這個其實也可以理解，應該各地的網絡情況不一，而IPTV本來就是一個視頻可以做動態調整的開發式平臺。這對各地的內容提供方來說，即是迷惑的地方，也是可以突破的地方，可以不拘一格，根據自身情況，做出最佳編碼得出最佳圖像質量。

現在我們就如何在現有帶寬條件下，編碼出最好的質量，做些測試工作。

下面我們對不同碼率的表現來做下分析。

測試目標通過專用測試儀器，測試出不同編碼器編碼質量。

測試設備如下。測試儀器：泰克PQA500；H.264IP解碼器：哈雷IRD2963；交換機：cisco2960。

通過泰克PQA500發出SD和HD-SDI標準圖像幀序列，經過視分將信號分配各廠家H.264編碼器，哈雷IRD2963解碼器把IPH.264流解碼成SDI信號，再把解出來的SDI信號 接回PQA500儀器。

PQA500會把發出和接收的圖像幀同步對比，計算出之間的差異，得出最后的PQR值，0～10分值，PQR=0表示測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已經可覺察到連續損傷，但不強；PQR=10明顯可覺察到損傷。

本次測試有標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），后續數據為編碼器的平均值，所呈現出來的數據不代表編碼產品，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試：duckstakeoff、intotree、parkjoy。

SD通過五類有代表的圖像幀來完成測試：風車、火車、足球、人臉、兵乓。

根據最終測試數據分析：

Mpeg2在17.5mbps碼率下，為得出一個性價比比較高的數值，比12mbps碼率質量大幅度提升，而比24mbps碼率會略遜色點。

H.264高清編碼在8mbps會得到一個比較優質的質量，而隨著碼率提升，質量也會隨之增加，到12mbps情況下，就顯出一個瓶頸來，更高的碼率得出的圖像質量不會明顯。H.264 12mbps和Mpeg2 17.5mbps對比，除處理水波紋外，H.264還會略占上風。這也說明另一個問題，Mpeg2在高碼率情況下，編碼復雜的圖像是具有一定優勢的，這也是用戶反映一些球賽，尤其NBA籃球等比賽轉播，有線網會比IPTV效果好的原因。但在一般的場景環境下，IPTV的高壓縮比優勢也會體現出來，所以一般電視劇等常規節目，IPTV的圖像質量還是具有優勢的。

從測試的結果來看，標清編碼器對色彩豐富的運動圖像編碼質量較差，尤其在低碼率下，損傷相當嚴重。而對人物特寫圖像處理能力較強，兩種碼率下表現都比較好。根據數據分析，標清編碼在2.5mbps情況下，可以得到一個比較優質的視頻

質量。

目前IPTV標清編碼以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。總體來說，現在IPTV在如此碼率下，都能表現出較好的特性。

而如此在集成平臺監管基帶信號到IP信號的質量情況，又是一大課題，目前采用一種類似PQA對比測試機制，是非常合適的。下面我們對IPTV一路高清頻道進行測試。

Prismon畫面質量分析對比試驗：

試驗目的：驗證Prismon畫面質量實時打分功能（LiveQM），分析臺里湖南衛視IPTV編碼后信號質量。

試驗對象：湖南衛視高清SDI信號，編碼后H.264 TS信號，碼率為8Mbit/s，編碼后H.264 TS信號，碼率為12Mbit/s。

工作原理：Primon能夠實時檢測出兩個信號的PSNR（峰值信噪比）和SSIM（結構相似度）值，來實時評價信號編碼后的質量。其中PSNR取值在0～100db之間，值越大，則畫面損失越少，通常情況下值會在20～60之間。SSIM從亮度，對比度，結構三個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。

試驗數據：根據不同類型的節目，分別取8組三個編碼后信號與編碼前基帶信號對比的PSNR與SSIM平均值。（見表3）

畫面質量主觀分析：參考上述兩個PSNR熱導圖截圖，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，可看出兩個編碼后的畫面中幾乎沒有紅色，畫面主觀觀感質量較高。其中在此時刻，8M-264流與12M-264流畫面全灰，幾乎無損失。

畫面質量客觀分析：參考上述PSNR與SSIM表格，8M-264碼流與基帶信號對比PSNR均值為46.994db，SSIM均值為0.975。12M-264碼流與基帶信號對比PSNR均值為47.291db，SSIM均值為0.988。

試驗結論：湖南衛視編碼后的264信號畫面質量很高，損失較低，8M碼流已經有了較高的質量還原度，而在11M碼率下圖像質量會略有提升。根據湖南衛視的節目的特點，一般都是綜藝、電視劇、歌唱類節目為主，很具有各大衛視節目代表性。所得出的數據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，標清在2.5mbps比較合理，高清在8mbps情況下，可以得到優質的畫質。而如果網絡資源足有豐富，高清可以考慮采用11-12mbps碼率編碼，以得到更為優秀的畫質

質量。

參考文獻

[1]工信部.IPTV業務系統總體技術要求[S].2008.

[2]高小能，郭大春.IPTV技術標準及其應用現狀[J].電信工程技術與標準化，2006，19（3）：10-13.