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王伟光
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李 扬
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李培林
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    视听新媒体技术发展与应用报告

    作者:袁敏 张伟 何晶 出版时间:2013年06月
    摘要:视听新媒体的发展离不开新技术的支撑,这些新技术是围绕进一步降低参与者信息发布的门槛、加强参与者之间的即时互动交流而演进的。文本从编解码、封装、内容生产、传输分发、接受终端盒技术标准、安全技术体系建设等层面,对近年来视听新媒体技术的发展和应用情况进行简要梳理和介绍。

    视听新媒体的发展离不开新技术的支撑,这些新技术是围绕进一步降低参与者信息发布的门槛、加强参与者之间的即时互动交流而演进的。本文从编解码、封装、内容生产、传输分发、接收终端和技术标准、安全技术体系建设等层面,对近年来视听新媒体技术的发展和应用情况进行简要梳理和介绍。

    一 视听新媒体编解码和封装技术与应用

    由于音视频信号的空间冗余度和时间冗余度很大,一直以来,编解码和封装技术不断追求在尽可能低的码率下获得尽可能好的音视频质量。视频编解码和封装流化的主流技术,包括成熟的H.264、Flash,2013年面世的H.265,自适应编码和HTTP分发等。

    (一)视频编解码技术

    视频编解码技术是音视频服务的基础,近些年来H.264技术给视听新媒体行业的发展和繁荣提供了坚实而有力的支撑,下一代的H.265技术使我们对未来也充满了期待。

    1. H.264

    H.264是国际电信联盟远程通信标准化组织(ITU-T)视频编码专家组(VCEG)和ISO动态图像专家组(MPEG)组成的联合视频组(JVT)开发的技术标准,也叫做MPEG-4第10部分(ISO 14496-10)高级视频编码(Advanced Video Coding,AVC),是被业界公认、应用最广泛、技术含量最高、代表新技术水平的视频编码格式之一。

    与MPEG-2相比,H.264能够使压缩性能显著提高,在相同的图像质量下,可以将码率减少到一半或者更少,如在移动、手持设备上的应用,适用范围更广。目前H.264已被国内各大网络视听新媒体技术平台采用,如中国网络电视台(CNTV)、优酷土豆集团及腾讯视频等均已采用。

    2. H.265

    H.265又称高效率视频编码(High Efficiency Video Coding,HEVC),是ITU-T视频编码专家组(VCEG)继H.264之后所制定的新视频编码标准。随着终端处理能力提升以及高清晰度、高帧率和高压缩率成为视频应用的主要发展趋势,现有H.264编码标准已不足以应对。H.265标准在H.264的基础上对相关的技术进行了改进,并力争实现在与H.264标准同等清晰度条件下将压缩效率提升一倍的目标。新标准的压缩率更高,意味着消耗更少的带宽,在移动视频领域传播高清视频也将变得更加容易,新标准于2013年正式发布。

    3.自适应比特率编码

    自适应比特率编码(Adaptive Bit Rate,ABR)是一项用于网络环境不稳定条件下的编码技术。自适应比特率编码的工作原理,是在编码时同时生成多条不同质量、可相互切换的码流。支持此项技术的编码器可以针对单一视频源编码出多条不同比特率的视频内容,播放器客户端根据可用的资源在不同的码流间选择合适的编码方式,以实现减少缓冲区、加快启动时间和在不同环境下的良好用户体验(见图1、图2)。

    关键帧间隔、片断时间、流的数量是影响自适应比特率编码重要的参数。

    图1 自适应比特率编码示意图

    图2 自适应编码在可用带宽变化条件下进行码率选择

    (二)音视频封装技术

    不同的音视频封装技术对应不同的媒体容器格式,其核心是描述数据元素和元数据元素在计算机文件中的存放方式。目前流行的多媒体容器格式多达10余种。是否支持先进的编解码方式,是否支持先进的字幕、章节、元数据和用户数据表示方式,是否支持流媒体以及处理开销,都是音视频封装技术的重要影响因素。

    1. WebM

    2010年,谷歌公司(Google)宣布了一项网络视频格式开源项目——WebM。目前多家浏览器如Google Chrome、Mozilla Firefox和Opera等均宣布支持WebM格式,可以通过插件实现在IE浏览器上播放WebM格式的视频,这使WebM成为网络视频的通用格式。目前YouTube支持WebM编码的360P、480P、720P和1080P的分辨率。

    2. Flash

    Flash Video(FLV)文件格式作为一种流行的网络视频格式,受到绝大多数互联网视频分享网站的支持。为了迎接高清时代,继支持H.263编码的FLV格式后,Adobe公司推出支持H.264高清编码的流媒体格式——F4V。F4V更小、更清晰、更利于在网络传播,已被大多数主流播放器兼容。现在主流的视听节目网站(如爱奇艺、土豆、酷6、优酷)大都采用H.264编码的F4V格式。在文件大小相同情况下,H.264编码的F4V文件清晰度明显比On2 VP6和H.263编码的FLV文件要好。

    (三)HTTP流化技术

    流化技术作为重要的应用层分发封装技术,大大促进了互联网视频的繁荣与发展。传统的分发封装技术主要有两大类:一类是IPTV采用的流媒体技术,如实时流协议/实时传输协议(RTSP/RTP);另一类则是目前主流视听节目网站采取