数字视频编解码技术标准的现状分析

'音视频数字视频编解码技术椽灌的现状分析AnalysisonActualitiesofDigitalVideoCodingStandard中国电子技术标准化研究所王一刚摘要介绍了国外数字视频编解码技术标准现引言状：MPEG一1MPEG_2、MPEG_4三大标准和H。26x~,近年来，我国音视频产业发展迅猛，已成为全世界音视准，分析了标准涉及的知识产权中的专利和专利许可情频产品生产和销售第一大国。音视频产业已成为国民经济与社会发展的重要产业，是电子信息产业的三大组成部分况，并根据当前产业需求提出了发展建议。之一。未来几年，将是中国音视频产业加快自主研发、发展关键词数字视频编解码技术标准产业应用核心技术，赶超世界先进水平的重要日寸期。在数字音视频产Abstract：ThepaperintroducesPcurrentstatusof业中，视频数据的编码压缩技术是整个产业依赖的共性技术，是音视频产业进入数字时代的关键技术，因而成为近2Otheinternationalstandardsandthedomesticstandardsof年采数字电视以及整个数字视频领域国际竞争的热点。videocoding，analysingthestatusoftheIntellectualpropertyrightsllpR)f0rthecaptionedstandards；aswellasprovides1数字视频编解码技术标准thedevelopmentproposalbasedontherequirementofactual1．1MPEG标准industry．ISO／IECJTO{／SC29／WG11运动图像专家组提出Keywords：digitalvideocodingstandard；standard；了MPEG系列标准，主要有MPEG一1、MPEG一2、MPEG-4三大标准。industryapplicationMPEG-1标准是用于数字存储媒体，总比特率1．5Mb／s!兰苎：塑堡墨垫兰堡堡垡3Qhttp：／／www{蔡0嚣}0n 鹭■，“0凡Ju，t“，““，“o(』Cflftt【，Y编码标准各方面性能的不断提高，除了在一些视频会议系统和网络视频中为了向后兼容还支持H．261外，用H．261的产品越来越少。H．263标准是H．261的增强版，在编码算法上做一些改进和完善，提高了性能和纠错能力。H．263效能LLH．261高出很多。目前还应用于视频会议系统和网络视频。H．264标准是目前基于传统技术框架的压缩效率最高的视频编码标准，应用前景非常广阔。H．265是ITU一丁VCEG正在规划中的视频编码标准，其目标是更高的压缩效率，更好的网络适应性。2知识产权现状2．1专利情况以下的运动图像及其声音信号的国际编码标准。MPEG-1标准在推动技术进步和相关产品发展的同时也涉及大标准目前主要应用于VCD制作和MP3格式(MPEG一1的量专利。表1是典型国际视频标准涉及的国家／地区及其音频第三层)。专利数量。MPEG-2标准是目前消费类电子视频设备中使用较广表1国际视频标准涉及的国家／地区泛的视频编码标准。在数字存储媒体上，应用于DVD／及其专利数量SVCD；在数字电视广播(包括地面、有线和直接卫星广播)标准MPEG-2(项)MPEG-4(项)I-I．2641AVC(项)上，SDTV和HDTV均选用MPEG-2视频标准。US113(911181(167)172(164)MPEG一4标准是目前学术界比较关注的视频编解码Jp124(92)171(154)226(224)标准之一。在应用上，MPEG一4企图涵盖从低码率(视KR44(42)6713O频64kb／s)：~0高码率(50kb／s甚至更高)的各种应用；在DE65(49)79(71)44(42)技术上，提出了面向对象编码的概念。MPEG-4的档次FR65(50)78(71)44(42)大致可以分为两组，第一组包括SP(SimDleprofile)~0CA35(33)1216ASP(advancedsimDte~orofile)，其技术框架沿袭了GB71(54)80(71)5{(49)传统的以宏块为单位的压缩框架；第二组包括其他的档次lT43(32)36(32)38(36)(CoreDrofile、main19rofile等)，其中包括面向对象SE23(17)18(15)19(18)的压缩技术、技术框架和传统的标准有很大的不同。2000NL29(24)39(36)34(33)年左右，ITU的视频编码专家组(VCEG)制定的H．264标CN27(24)5654准在沿袭传统技术框架的同时压缩效率超过了MPEG-4HK31(24)27(26)19ASP。经过协商，两个标准化组织决定成立联合视频编码TW12(10)814工作组JVT，共同制定下一代视频压缩标准，新标准在Fl14(11)9(8)16(15)ITU系统中仍然使用H．264，在ISO中被作为MPEG-4SG20(16)13(12)7的第10部分。其他203(185)128(127)251总数919(754)1020(951)1135(1124)1．2H．26x标准H．261标准是lTU的视频编码专家组提出的基于ISDN注：①数据截至2010年3月31日；的视讯电话与视频会议的视频压缩标准。目前，随着视频②0中的是目前尚在专利保护期的专利数。 从表1可见，已有专利中美国和日本是最主要的专利2．2专利许可情况技术申请国。很多国外公司利用在该领域上的技术优势，很多国外跨国巨头公司利用先进的技术优势组成专利申请了大量专利(包括很多非核心专利)，例如H．264／AVC联盟，联盟内各专利权人运用交叉许可的方式，组建专利标准中涉及到了日本松下公司在27个国家／地区申请的池统一外进行专利许可，使专利池成为打击不拥有专利377项专利。在我国，专利申请数量排在前几位的也都是国的产品竞争者的工具，从而达到垄断市场、牟取巨额利润外的公司，最多的是韩国三星、其次是松下和飞利浦。从的目的，阻碍了产业发展，损害了消费者的利益。这是全表2中可看出随着数字音视频编解码技术的不断进步，涉球范围内知识产权和标准领域面临的一个严峻挑战。目前及到我国专利的数量大幅上升，意味着中国企业要采用以在数字音视频编解码技术领域影响较大的MPEGLA维护上国际标准需被授权的专利越来越多。我国高校(如清华大的系列专利池(MPEG-2、MPEG-4、H．264)就存在这类学)、禾斗研机构(如中科院计算所)和公司(如华为)加紧研究、司题。表2是国际视频标准许可费用收费模式和收费费率通过集体创新，也有不少相关的专利。比较。表2典型视频标准许可费用收费模式和收费费率比较$许可对象MPEG-2MPEG-4MPEG-4备注H,2641AVCH．2641AVC备注绻jI簟产届解码器／每个O．2510万个以下编码器／每个25O．2550万个以下免费O10万至50万个编解码器／每个055O万个以上编码器年封顶费无120万解码器年封顶费无120万500万编解码器年封顶费无240万PC编码器解码器年封顶费无240万集团获得授权参加年封顶费无360万500万节目提供商、媒体运营商’广播服务商一按节目收费：电影／光盘／0．03(播放时间0．02与0．02与售价点播／下载／按节目收费的少于12min的售价2％12min以内免费12mJn以内免费2％的低者电视(每个节目)按o01付费)的低者O10万用户以下010万用户以下2．5万10至25万用户25万10至25万用户基于订户的视频系统运营商5万25至5O万用户5万25至50万用户(卫星、互联网、地方移动、无7．5万50至100万用户7．5万50至100万用户地方有线电视)参加费10万100至500万用户10万100万以上用户20万500至2500万用户30万2500万以上用户O10万用户以下250010至100万用户免费开放厂播服务商参加费无2500每个发射或转发设备10000100万用户以上或2500／被许可人可从以上两种编码器付费方式选择一种免费互联网视频无无无集团获得授权参加费封顶无360万500万注：此对照表仅为参考方便，具体条款和数额以相应组织的法律文件为准2010年第7期信息技术标准化1tt拧：I／www．itsces}cn。一 今年，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合，明确了“三网融合”的时间表，提出了阶段性目标。同时，具有自主知识产权视频编解码技术标准产业化进程需加速，产业成熟度还需提高。厂电部门、电信部门已在大力推动自主视频标准的应用，促进了数字音视频产业化不断深人。3．2产业发展展望我国将继续大力发展数字化广播电视网，相关视频技术向高清、全高清发展，音频技术趋向于环绕立体声，实根据MPEGLA宣布的MPEG-4、H．264／AVC的现视听内容的全部数字化。网络电视产业将蓬勃发展，将有效运用宽带有线电视网、互联网向家庭用户提供包括专利许可政策，需要缴纳专利费的厂商有两种类型：编解数字电视在内的多种交互式服务。数字电视和网络电视码产品制造商和视频节目运营商。对于中国的数字音视频产业来说，可以说是一种巨大的压力和负担。更危险的是市场规模巨大，成为“三网融合”、“三电一体”的主要载MPEGLA的专利池远未包含标准所有的必要专利，一些体之一。数字电影产业将加速发展，其中3D电影产业的兴起，国外知名公司已经宣称将单独收费。同时，标准将直接影形成电影业的第三次革命。随着3D立体显示研究不断深响芯片、软件、整机和媒体文化产业运营整个产业链条。要入，多视点编码算法等技术的不断成熟，3D投影技术和3D培育健康的、能够良性发展的数字化音视频产业，掌握自主知识产权、实施标准战略势在必行。电视的研究也将快速实现产业化和商业化。安防监控、手机电视、移动电视、视频通信等新兴产3产业发展分析业均将成为数字音视频产业发展的重要力量，形成巨大市场。3．1发展状况近年来，我国数字音视频产业发展迅猛，产业规模逐4工作建议渐壮大，数字化已成为了音视频产业发展的总趋势。(1)大力促进自主知识产权标准的产业化广播电视行业是我国音视频产业的第一大分类行业。建议在互联网视频应用、数字电视、直播卫星、安保2003年，我国全面启动了数字有线电视的转换。截至2009监控等诸多领域中，鼓励采用自主知识产权标准，建议国年第四季度，中国有线数字电视已达到6348万户，有线家相关部门进一步加大政策、资金和市场等方面的支持力数字电视改造工作到2009年第四季度已逐步的落实到位，度，特别是针对服务提供商推出切实有力的鼓励措施(例如各地运营商在一定程度上加快了数字化进程。预计到2011采用自主知识标准给予补贴或税收优惠)。只要服务提供商年我国有线数字电视用户将达到1．147亿，将基本实现有愿意采用自主标准，自然会有更多有实力的国内外企业参线电视全数字化。与，很快就会形成成熟的数字音视频产业链。互联网电视(IPTV)作为“三网融合”的主要载体之(2)加强专利政策对企业的保护、鼓励作用一，产业发展迅猛，从2003年的不足两万户，到2009年不论是企业还是科研院所，如看不到核心技术能够给初已经超过了300万户，上海已经成为全国首个IPTV用他们带来显著的收益，就不会愿意在科研(特别是基础技术户超百万的城市。据统计，国内JPTV用户数呈稳步上升研究)方面进行投入。因此，如何让企业和科研院所能够通趋势，~U2010年底中国IPTV用户预计将超过1000万户。过专利或者核心技术获得应有的收益，加强专利政策对企数字音视频产业是各种新技术聚集的领域，涉及大量业的保护、鼓励作用，是政府制定政策B寸需要考虑的核心关键核心技术，我国在核心技术掌握上不足，需要加紧研问题。匾究。我国音视频产业发展不仅仅受制于相关技术，还受到(收稿日期：2Ol0-05—10)相关行业发展政策、宽带接入技术、内容服务商等的影响。'