深度观察高清视频通信的技术要求和发展现状分析.doc

深度观察--高清视频通信技术要求和发展现实状况分析
工业与信息化部电信研究院 中国泰尔试验室 刘晓红
多年来, 越来越多视频会议产品厂商推出高清产品和处理方案, 技术进步和价格走低使高清化视频会议系统应用得到广泛应用成为可能, 高清产品深入快速普及, 高清市场正在逐步成熟并得到认可。
高清视频会议出现是应运而生。在很多阻碍传统视频会议行业发展原因中, 低等级视频质量、 尤其是视频清楚度不佳使得沟通效果大打折扣, 是用户埋怨首要原因。伴随网络带宽深入扩展, 编解码技术突破和处理器运算能力提升, 尤其是H.264编码协议普及, 使得以更少带宽传送更高质量图像成为可能, 高清视频会议系统得以快速发展。
下面我们从高清视频概念、 标准、 技术要求和特点等层面阐释什么是高清楚视频会议系统, 并深入分析现有主流高清视频会议系统情况以及高清视频会议发展趋势。
一．高清视频概念
“高清视频”(High Definition Television Video)概念是从专业广电行业发展起来, 美国电影电视工程师协会(SMPTE)制订最高等级高清数字电视格式为: 1920 ×1080。实际上, 高清楚数字电视(HDTV)领域要求视频解析度关键有三种格式, 即720P、 1080I、 1080P (其中“P”为逐行扫描方法, “I”为隔行扫描方法), 屏幕纵横比为16:9, 符合以上条件才能称之为高清视频, 同时要求能兼容接收其它较低格式信号。
　　传统视频会议等多媒体视频应用中, 常见视频分辨率为有CIF（352*288）和4CIF（704*576）等, 所以4CIF为标清视频会议最高图像标准。之前, 产品只能达成4CIF格式。以后, 出现支持高清视频（1280x720像素)会议电视设备, 并逐步从一般高清(720p)到全高清(1080p)。
　　用来承载高清信号视频接口必需是以下接口之一: YPbPr接口YCbCr接口（色差分量接口）、 HD-SDI接口、 HDMI接口（高清楚度多媒体接口）、 DVI接口 , 其中后三个接口传输是无压缩转换数字信号。性能最好高清接口是HD-SDI接口, 广泛应用于广电行业标准, 而视频会议中多使用HDMI和DVI高清接口。
 二、 高清视频系统特征
　　不一样于标清视频会议系统简单结构, 高清视频会议系统需要一个整体高清处理方案作为支持。也就是说, 高清系统远不止是简单地提升视频分辨率, 而是能显著提升整体用户体验, 包含语音质量、 视频质量和内容共享能力等; 一样, 高清也不是指一款产品, 而是一个系统, 包含高清视／音频信号采集设备、 关键终端本身、 网络传输、 以及显示、 麦克等外围设备等四个要素。
现在, 市面上各家厂商标榜高清标准让用户眼花缭乱, 价格也千差万别, 纵观中国视频会议系统市场, 在上百家厂商中, 能实现高清视频会议厂商不算很多, 而真正高清系统性能应达成以下基础要求:
1. 高清视／音频信号采集设备
是确保视频信号高清、 音频信号高保真基础, 外加输入视频源也必需是高清播放。高清摄像头需要支持最少720p分辨率, 摄像机和高清视频会议终端往往经过HD-SDI接口连接。   
2. 关键终端本身
  对于标清视频会议, 通常所使用视频压缩标准为H.261、 H.263/H.263+/H.263++、 H.264、 MPEG-4等, 用于处理CIF或 4CIF视频。而对于高清视频会议, 需支持H.264这一主流标准, 这是最适合高清应用编解码算法之一。一些增强H.264技术还包含交互视频差错隐消算法, 即便在网络负担过重、 不稳定或者犯错率高情况下, 都能够确保操作自如, 并提供更高品质视觉享受。
在高清视频通信中, 不能忽略是, 用户同时期待更清楚、 连续音频效果。对于传统标清视频会议, 通常采取G.711、 Ｇ.722、 Ｇ.722.1、 Ｇ.728等音频编解码标准, 音频宽度仅有50Hz～7kHz单声道。而到了高清视频会议时代, 系统能提供音频频响范围达成22kHz, 支持双声道立体声回放, 带来了高保真听觉享受。通常应支持支持AAC-LC 、 AAC-LD等编解码算法。　
高清楚数据应用应采取H.239双流技术, 实现辅助视频流或数据（如ppt、 设计图、 步骤图、 地图或者照片等）传送是高清通讯中不可或缺应用。
很多终端设备内置了MCU功效, 此时必需支持高清（最少720p）并保持30帧/秒, 才能使多点视频通话达成点对点通话效果。　
3. 一定传输带宽
为实现高质量视频会议, 一定传输带宽是确保高清音视频包传输必需条件, 现在能达成很好高清传输带宽通常在1Mbps以上。网络QoS也是必需, 它能够确保视频会议进行期间稳定效果。
4. 高清显示等外围设备
    清视频显示器（液晶、 等离子或投影仪）必需支持最低为720p水平分辨率。配有支持高清信号接口, 比如DVI-I数字接口或者分量输入接口YPbPr。实际上, 对于显示分辨率来讲, 有可支持分辨率和物理分辨率之分。可支持分辨率是指电视内部图像驱动芯片能够驱动图像分辨力; 而物理分辨率, 是能够看得到实物指标。高清显示分辨率关键是看物理分辨率。   
总而言之, 高清摄像头、 高清编解码设备、 高清显示等设备以及一定网络条件组成了高清系统, 只有高清架构才能从根本上提升了系统整体通信质量和互操作性。
　三．高清视频通信现实状况
　　从初高清产品登陆中国到现在, 三年多时间里, 高清视频会议在中国市场普及速度之快令人始料不及。不管是因为技术推进力, 还是因为视频厂商急于摆脱传统视频市场猛烈竞争, 很多大型厂商都已前后推出了自己高清处理方案, 围绕高清概念新一轮市场争夺就此展开。由此, 高清产品从小露峥嵘、 逐步成长, 到现在全方面开花, 形成一股热潮同时也深入人心, 高清通信已经成为了中国企业用户首要选择, 整个行业正在逐步走向成熟, 高清进标清退已是肯定。
在这里, 需要深入探讨一下不一样高清产品性能特点、 在视音频质量上差异、 不一样高清产品间互通性以及高清和标清系统兼容性。
现在, 一流高清产品都能够提供高清等级视频质量, 在1M带宽条件下传送720p以上分辨率、 25fps帧率视频、 采取22kHz宽频语音技术、 实现基于H.239双流传输综合多媒体应用; 支持加密; 含有内置多点功效, 且支持多画面显示高清分辨率; 可与标清系统互通; 有丰富输入输出接口。
需要注意是:
1. 相关视频性能
主流产品中, 有在1Mbps以上带宽下能够达成720p 分辨率, 并在此带宽下确保30 fps帧率。有在384kbps以上带宽下就能够达成720p 分辨率, 但视频帧率较低。
很多产品在图像质量上许可设置清楚度（sharpness）优先方法或运动性（motion）优先方法, 在较低带宽下(< 1Mbps)不一样优先级设置会影响呼叫质量感受。
比如, 当设置为sharpness优先时, 一些系统在 384 and 768 kbps使用高清分辨率是以牺牲帧率为代价（比如: 帧率仅为8 – 10 fps）, 所以, 提议此时设置系统为运动（motion）优先方法以确保连续视频感受。但有产品在以上低速率下可使用4SIF（4CIF）且达成 25 – 30 fps帧率, 相对于以牺牲帧率为代价确保高清方案来讲, 这一点大大提升了用户感知视频质量。
一些系统能够在任意呼叫速率下总是优先提供连续视频感受。在一定呼叫带宽下（比如 1152 kbps时）若设置为清楚度优先, 则强制系统使用HD720p分辨率, 在更高分辨率（如1920 kbps）时, 系统使用HD720p, 同时也确保帧频连续性。
一些系统高清性能受限, 比如, 在高清(1280x720)分辨率下, 视频编解码能力受限, 其解码帧率只能最多10fps左右。显然, 在低速运动图像下, 解码质量尚可接收, 但对于高速运动图像时, 其质量不能接收。
严格来讲, 只有支持1280x720或更高分辨率, 同时达成一定视频帧率（比如25 fps以上）时, 才能称为含有720p或更高分辨率能力。
2. 一些产品麦克风输入信号不支持立体声。
3. H.239 应用
在应用H.239双流时, 有高清设备会留出部分呼叫带宽给H.239数据信道, 即H.239数据信道带宽固定; 有产品可动态调整239信道比特率, 实际使用H.239比特率取决于图像中运动程度; 另外, 激活239可能会引发主流视频发送分辨率下降。
4. 一些终端内置MCU模块不能支持多画面显示高清分辨率
5. 一些产品存在高清输出接口输出信号不一致问题, 即在未提议呼叫时, 高清视频输出接口能够高清分辨率输出视频, 但一旦建立点对点时, 其输出取决于远端来话视频分辨率。换句话说, 假如远端来话视频为标清信号, 则只能以标清输出。这在多点通信时可能会带来部分问题。
6. 与显示器兼容
一些系统和显示器件不兼容, 比如, 只有一些显示器才可完全显示系统提供高清信号。这与设备输出信号允差和显示器允差相关。
7. 不一样高清产品间互通性以及高清和标清系统兼容性
若某个（厂家）产品高清能力受限, 与另一个含有高清能力系统互通时会出现在低帧率下发送高清分辨率视频或者以高帧率发送较低分辨率情况, 或者含有高清能力产品最高只能发送标清视频。
在384 and 768 kbps等较低呼叫带宽下,, 因为各家对分辨率和帧频协调策略不一样, 造成双方看到图像效果不对称。
一些不一样高清产品间只能以窄带语音通信。
以上展现出问题, 有些其实并不是高清阶段才出现。我们相信, 高清视频会议应用好处是毋庸置疑, 伴随技术逐步成熟, 高清产品会日臻完善。
（四）高清视频通信发展前景
清楚流畅画面质量、 同时宽频音效和低延时使与会者取得与传统视频会议完全不一样体验和享受。高清楚视频会议改变不仅仅是视频会议视觉效果, 更会对整个视频会议行业发展起到关键催化作用。从高清视频会议诞生那一刻起, 全部视频会议厂商面临竞争加剧, 市场也面临重新洗牌, 视频会议终会全方面进入高清时代, 高清将逐步替换传统视频会议市场。 从这一场技术和实力竞争中, 不一样定位产品也能够给用户更多选择。
高清产品形成早期, 存在着高清系统总体采购成本过高, 尤其是配套产品价格高问题。伴随市场竞争加剧和走向普及, 现在, 高清视频会议终端价格趋势在走低, 逐步被用户所接收。尤其是高清与标清产品以及周围产品兼容性, 使高清和标清用户、 桌面视频用户能够在一个会场上, 降低端口开销等方法, 大大降低高清视频会议整体应用成本, 保护用户原有投资同时, 有条件用户充足享受高清视频带来愉悦体验, 从投资中取得最大价值和享受。
高清显示设备价格下降和IP网络应用推广, 高清会议将会成为最大业务增加点。用户对视频会议有了更多期望, 远程教育、 远程医疗、 实况转播等应用领域都需要更高清画质和逼真声音。伴随3G时代到来, 高清也将逐步从有线网络拓展到无线多方通讯以及统一通信领域。

7月10日