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2024年6月6日发(作者：)
紧盯前沿理论透析传播实践
DONGNAN
CHUANBO
瞬
IPTV
高清直播频道
H.265
编码技术研究
黄昭哄
八
、
、
八
K
（
中国电信股份有限公司福建分公司
福建
福卅
350001
）
摘
要
：
目前电信运营商广泛采用
8Mbps
H.264
CBR
编码为其
IPTV
用户提供高清直播服务
（部
分广电有线网络高清直播频道采用
16Mbps
MEPG-2
CBR
编码
）
。
提升节目的码率是提升
IPTV
用户
收视体验的重要手段
，
但节目码率提升必将带来
CDN
（
内容分发网络
）
利用率的下降，
即
：
在
CDN
总
出流能力保持不变的情况下
，
随着节目码率的提升,
CDN
服务的并发用户数随之下降
。
H.265
作为继
H.264
之后的新一代视频编码标准
，
编码效率较
H.264
有大幅提升
，在不降低用户收视体验
E
前提
下
，
即画质等效前提下
，
想要提升
CDN
的利用率
，
采用效率更优的编码方式是一种有效可行的手段
。
本文通过量化指标
：
PSNR
（
峰值信噪比
）
及
SSIM
（
结构相似性
）
，
确定
H.
265
优化后的视频是否可
等效
H.264
原视频质量
。
关键词
：
H.264 H.265
PSNR
SSIM
随着
IPTV
业务的推广普及
，
为了给用户提供更好的业
务体验
，
电信运营商纷纷采用了提升频道码率的方式
，
将热
二
、
图像质量■化评估
常用的图像质量评价方式有两类
：
1
、
主观
MOS
值
，
即
：
采用
ITU-T
P.80
0
和
P.830
建议书
，
由不同的人分别对原
门直播频道由标清
2.5M
码率提升至高清
8M
码率
。
虽然提
升节目码率能为用户带来更好的收视体验，
但同时也增加了
始视频和经过处理后的视频进行主观感觉对比
，
得出
MOS
分
（
取值
0~5
）
,
最后求平均值
。
2
、
图像质量评价客观值
CDN
的开销
，
即在原有建设规模下
，
随着频道码率提升
，
服
务用户的数量下降
。
如何在保障用户感知不变的情况下
，
有
效提升
CDN
的利用率
，
提升投资效率
，
是电信运营商面临的
一大挑战
。
PSNR+SSIM,
PSNR
（
Peak
Signalto
Noise
Ratio,
峰值信
噪比
）
:应用最普遍
、
最广泛的评鉴画质的客观量测法
，
但其
值不能很好地反映人眼主观感受。
一般取值范围
：
20-40
o
值越大,视频质量越好
。
SSIM
（
structural
similarity
index
一
、
主流视频编码的选择
H.264
是国际标准化组织
（
ISO
）
和国际电信联盟
（
ITU
）
共同提出的继
MPEG4
之后的新一代数字视频压缩格式
。
H.264
规范自
2003
年
3
月正式发布以来
，
如今上下游产业链
已十分完备成熟
，
基于
H.264
格式的视频被视频应用提供商
如
：
广电网络
、
电信运营商
IPTV,
互联网
OTT
等广泛采用
。
2013
¢1
月
，
国际电信联盟
（
ITU
）
正式批准通过
了
HEVC/H.265
标准
，
标准全称为高效视频编码
（
High
Efficiency
Video
Coding
）
o
H.265
标准旨在解决在有限带
宽下传输更高质量的网络视频
。
规范发布伊始
，
由于上下游
measurement
system,
结构相似性
）
：
衡量无失真与失真
两幅图像相似度的指标
，
能较好地反映人眼主观感受
。
一般
取值范围
：
0-1
o
值越大
，
视频质量越好
。
我们这里以客观评
价方式为主
，
结合主观评价，
比较采用
H.265
编码视频等效
H.
264
编码视频画质的视频码率
。
在客观测试实验中
，
我们选取三路直播视频源
CCTV-
I
、
CCTV2
（
代表普通场景
）
,
CCTV-5
（
代表运动场景
）
，
比
较对同一视频源通过采用不同码率
，
不同编码方式下图像质
量客观评价值
。
在码率选择上
，
根据
H.265
标准中介绍
H.265
比
H.264
编码效率提升近
1
倍
，
可节省
25%~50%
的码率
，
因此对于
相关产业链尚不成熟
，
采用
H.
265
编码的视频源较少
。
2015
年以来
，
随着
4K
业务的兴起
，大量
4K
影片采用
H.265
编码
，
产业上下游逐渐完善成熟
。
2018
年初
，
电信运
营商更是首次推出了采用
H.265
编码的
4K
直播频道
。
为了
解决标清频道提升为高清频道带来的
CDN
资源开销问题
，
我们就保障用户收视体验不下降的前提下
，
尝试采用量化方
普通场景较丰富的
2
频道
，
我们选取
H.264
8M
CBR,
H.265
4M
CBR,
H.265
5M
CBR
；
对于运动场景
较丰富的
CCTV5
频道
，
我们增加选取一路
H.265
5M
CBR,
码流分析结果如下
：
式
，
研究比较
H.265
对
H.264
编码的等效替代方案
。
PSNR
检测值
2019
年第
5
期
（
总第
177
期
）
|东南传播
三
、
结语
指标
节目
节目格式码率
PSNR
PSNR
Y
PSNR
通过上述主
、
客观测评我们可以得出以下两个结论
：
PSNR
PSNR
V
51.09
51.03
50.7
PSNR
平均
PSNR
最大
（
一
）
对于普通场景的直播视频源
（
大部分频道
）
，
用户
U
49.64
49.62
49.3
最小
22.62
主观体验上
，
h265-5M-cbr
已经十分接近
h264-8M-cbr,
客观测试值差距也仅在
0.02%~0.2%
之间
，
也十分逼近
。
（
二
）
对于运动场景尤其是球赛
（
体育频道
）
，
虽然客观
CCTV
cctv1-h264-8M-cbr
37.69
37.68
37.64
39.3
39.29
39.24
56.3
56.09
54.63
1
cctvl
-h265-5M-cbr
cctvl
-h265-4M-cbr
22.61
22.61
CCTV
cctv2-h264-8M-cbr
cctv2-h265-5M-cbr
cctv2-h265-4M-cbr
33.69
33.62
45.26
44.53
44.17
42.89
42.35
35.21
35.12
12.27
12.26
53.47
测试值差距很小
，
但用户主观体验上
，
H.264
高码率视频流
在画面流畅度
，
边缘平滑度等主观感受上要较明显优于低码
率
H.265
视频流
。
2
50.1
48.94
33.47
42.0334.96
12.27
14.72
14.71
14.71
14.71
综上，
对于大部分高清直播频道
，
完全可以采用
h265-
cctv5-h264-8M-cbr
28.81
28.84
38.78
38.57
39.56
39.34
39.24
30.34
30.36
30.32
49.03
CCTV
cctv5-h265-6M-cbr
cctv5-h265-5M-cbr
cctv5-h265-4M-cbr
48.28
48.17
5
28.8
28.72
38.47
38.2939.0730.2347.58
5M-cbr
格式编码的视频替代
h264-8M-cbr
格式编码的
视频
。
对于体育频道
，
可根据需要采用
h265-6M-cbr
格式
编码的视频或保留原
H.264
格式视频。
福建电信于
2018
年底完成主流高清直播频道的
H.265
改造
（
福建电信采用公网
、
单播方式承载
IPTV
业务
）
，
改
造后观测业务运行平稳
，
相比改造前
，
在平时节省了约
SSIM
检测值:
指标
20%CDN
出流能力
，
在除夕晚高峰时段
，
节省了约
30%CDN
出流能力
。
本项研究对点播内容编码的改造也具有参考价值
。
在
SSIM
总
0.985327
节目
节目格式码率
SSIM
SSIM
YSSIM
U
0.993685
0.993324
SSIM
V
cctv1-h264-8M-cbr
CCTV1
0.980811
0.980691
0.979984
0.955027
0.952898
0.995035
IPTV
系统架构中
，
边缘
CDN
节点存储及中心内容库存储空
90%
以上的存储空间用户存储点播内容
。
因点播内容的长
尾效应，
加上视频清晰度不断提升的需求
，
导致边缘及中心
cctv1-h265-5M-cbr
0.99471
0.985133
0.984503
0.965375
0.963045
cctvl
-h265-4M-cbr
cctv2-h264-8M-cbr
0.992767
0.994314
0.98464
内容存储不断增长
。
根据不同的
IPTV
系统架构
，
为满足命中
率要求
，
边缘节点和中心内容库存储必须保持一定比例
，
在
0.987502
0.984793
0.983498
CCTV2
cctv2-h265-5M-cbr
cctv2-h265-4M-cbr
0.981888
0.980334
不改变现有系统架构前提下
，为满足内容最大化
，
清晰度不
断提升的业务需求，
采用
H.265
作为高清点播内容的编码
，
也是一种行之有效的方法
。
0.949787
0.960497
cctv5-h264-8M-cbr
CCTV5
0.921406
0.925344
0.966886
0.963602
0.976235
0.97358
0.938125
0.93976
0.93774
0.933635
cctv5-h265-6M-cbr
cctv5-h265-5M-cbr
cctv5-h265-4M-cbr
参考文献:
0.922867
0.962251
0.959868
0.972718
0.917697
0.971152
除了计算节目源在不同码率
、
编码方式下
PSNR+SSIM
值外
，
我们挑选了
8
名受测人员
，
在事先不告知播放视频的
码率及编码方式，
让受测人员挑选自己认为视频质量最好
的一路视频流
，
对于上述三路视频流
，
主观打分情况统计如
下
：
节目
节目格式码率
票数
cctvl-h264-8M-cbr
CCTV1
3
3
cctv1-h265-5M-cbr
cctvl-h265-4M-cbr
2
2
/IEC
14496
—
10
：
2014
Information
technology
------
Coding
of
audio-visual
objects
------
Part
10
：
Advanced
Video
Coding.
/IEC
23008
—
2
：
2017
Information
technology
------
High
efficiency
coding
and
media
delivery
in
heterogeneous
environments
------
Part
2
：
High
efficiency
video
coding.
3.
Wang,
Zhou;
Bovik,
A.C.;
Sheikh,
H.R.;Simoncelli,
E.P.
Image
quality
assessment
：
from
error
visibility
to
structural
similarity
：
IEEE
Transactions
on
Image
Processing
13
（
4）
,
2004
—
04—
01
：
600
—
612.
4.
Lin
Zhang,
Lei
ch
on
Image
Quality
Assessment.
作者简介
：
黄照熙
工程师
，
现就职于中国电信福建分公司
，
从事
cctv2-h264-8M-cbr
CCTV2
cctv2-h265-5M-cbr
cctv2-h265-4M-cbr
cctv5-h264-8M-cbr
3
3
6
2
0
IPTV
平台建设
、
运维及相关研究工作，
具有十年以上相关
工作经验
，
成功组织实施福建电信
IPTV
高清平台建设
、
升
级改造及对接福建省广电播控平台等工作
。
【
责任编辑
：
林刚
】
CCTV5
cctv5-h265-6M-cbr
cctv5-h265-5M-cbr
cctv5-h265-4M-cbr
0
东南传播
2019
年第
5
期
（
总第
177
期
）
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