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漫談高清編碼:MPEG4,H.264與微軟VC-1

作者:佚名    文章來源:htpchome    

  
        就當眾人都認定MPEG-4必是繼MPEG-1(Video CD)、MPEG-2(DVD-Video)之後的接班人時,突然有一件極令人沮喪的消息,那就是MPEG-4的技術授權費讓許多運營商難以認同,不光是費用問題,就連計費方式也遭到強烈質疑,在最初的授權預案中,如果電視內容的營運商要以MPEG-4格式來播放節目,則每分鐘要支付0.000333美元,或者是以每年每個收視用戶收取0.25美元。
        此方案一出,Apple、On2等業內廠商立即提出異議,甚至Apple原訂在QuickTime中內建MPEG-4的支持性,也因為授權異議而延緩發佈日期。

        當然,這樣的情形並不是第一次,要不是IBM收取PS/2(Personal System 2個人計算機)、MCA(Micro Channel,微信道總線)等授權費、要不是Apple收取FireWire(IEEE 1394)授權費,今日這些規格的普及度可能就有所不同,同樣的DVD在發表之初的數年幾乎是難以推廣,主要原因也一樣歸咎於授權或專利費用。

        經過幾年後,DVD的授權與專利有了進一步的妥協,DVD才有今日的普及,所以從這個角度看MPEG-4授權實已成為一種「歐美常態」,只不過這次比較不同的一點是,運營商不再願意等待,已有另辟他路的打算,類似USB 2.0超越1394,眾人將目光轉向MPEG-4的另一衍生:H.264。

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圖解:MPEG LA對H.264的授權,量產使用H.264技術的產品每件收取0.2美元,每年量產超過500萬件每件收取0.1美元,最低至少要授權10萬件,若為營運商使用則每年收取350萬~500萬美元,此外消費者一般在Internet使用MPEG-4技術是免費(如下載播放),播放使用MPEG-4技術的電視節目運營商,用來編碼須支付2,500美元(僅需付一次),然後再依據收視戶數收費,10萬戶以下免費,10萬~50萬戶收取2,500美元,50萬~100萬戶收取5,000美元,超過100萬戶一律只收取1萬美元,其餘也針對訂閱性收視、付費性收視有不同對應的技術授權費。

        MPEG-4(同時也是ISO/IEC 14496)的制訂並非只有動態視頻的編解碼而已,其中還包括諸多的環節與項目,真正與視頻直接且密切相關的,其實是MPEG-4 Part 2(也稱為MPEG-4 Visual)的部分,其餘還有用於傳送時的整合架構規範、文件格式、軟件規範、相關定義等。

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MPEG系列的標準歸屬於ISO/IEC,但另一方面以制訂國際通訊標準為主的機構:ITU-T,在完成H.263(針對視頻會議之用的串流視頻標準)後展開了更先進的H.264制訂,且新制訂是與ISO/IEC機構連手合作,由兩機構共同成立一個名為JVT(Joint Video Team)的聯合工作小組,以MPEG-4技術為基礎進行更適於視頻會議(Video Conference)運用的衍生發展,也因為是聯合制訂,因此在ITU-T方面稱為H.264,在ISO/IEC的MPEG方面就稱為MPEG-4 Part 10(第10部分,也叫ISO/IEC 14496-10),MPEG-4 Part 10的另一個代稱是MPEG-4 AVC(Advanced Video Coding,先進視頻編碼),多個名稱其實是一個意思,即H.264=MPEG-4 Part 10=ISO/IEC 14496-10=MPEG-4 AVC,不過以下本文一律以H.264表述,一方面以H.264叫法最原始也最正宗,另一方面書寫上也最簡單。

        圖解:Via授權公司對H.264技術的授權,每件運用產品收取0.25美元,營運總體收費一年250萬美元,PC隨附軟件每年400萬美元,且幾乎不依據用戶數額外收費,僅在付費性收視方面依據播放時間酌量收費,30分鐘內收取0.005美元,30~90分鐘收取0.015美元,超過則0.025美元。

       既生MPEG-4?何生H.264?

       就是希望擺脫MPEG-2非得在本地播放的局限,才另行訂立出可在網絡環境中串行(Streaming)播放的MPEG-4,而H.264的制訂用意實與原有的MPEG-4相近,如此真有必要並存兩者嗎?

       關於這個問題,H.264不僅壓縮算法比以往的MPEG-4更優異,帶寬耗用更低,還有一項最誘人的特點:授權費用比較合理,因為H.264晚於MPEG-4問世,且兩者定位接近,既然如此,H.264只好在授權費上降低定位,期盼以較寬厚的授權方式爭取被採用,而這正是對了運營商的胃口,當初許多運營商對MPEG-4的授權深表反感,之後也都熱烈擁護H.264。

       舉幾個實際案例,日本前六大的電視廣播運營商正是因為對MPEG-4的授權計價、記制感到不滿,於2004年3月宣佈采H.264標準來播放,同樣DVD的接班人:HD DVD與Blue-Ray,也分別在2004年6月、9月宣佈支持H.264格式,確定讓遠程與本地播放都可以採用H.264,而歐洲數字廣播DVB(Digital Video Broadcasters)也在2004年11月表示其數字電視播放將採用H.264(包括標準分辨率的SDTV以及高分辨率的HDTV),美國的數字電視廣播ATSC(Advanced Television Systems Committee)也將H.264為最後定案前的考慮評估。

        附註:日本運營商的數字電視播放規格為ISDB-T(Integrated Services Digital Broadcasting),這樣一來歐、日數字電視都實行H.264標準,若美國ATSC也實行,則主要市場的數字廣播視頻將一律使用H.264。

        同樣的,3GPP(GSM)、3GPP2(CDMA2000)等移動終端用的多媒體格式制訂組織也聲明支持H.264,由此來看,無論有線廣播、無線廣播、家用盤片播送、手持行動播放,統統使用H.264,如此廣大普及的響應,看來往後連手持攝影機(D8、V8)、家庭錄放機(DVR、PVR)等編碼應用也必然要支持H.264,廣泛的應用將帶來更大的普及

       附註:Apple QuickTime技術於v6版支持MPEG-4,於v7版支持H.264。

       附註:3GPP全寫為3rd Generation Partnership Project。 
  

       H.264兩大對手:MPEG-4反撲、VC-1追擊

       H.264的壓縮率、授權優於MPEG-4,說穿了就是效能與成本的領先,但在信息業界效能與成本的情況經常在變,如果MPEG-4一樣將授權費用降低,那麼H.264的授權優勢很可能減弱,另外Internet環境無時無刻朝寬帶化發展,真的需要比MPEG-4更優的壓縮效率嗎?有時倒也未必,在帶寬條件夠充裕的情況下,使用MPEG-4還是H.264並無過多差異。所以,授權方式的改變,或整體帶寬環境的改善,都會對H.264產生不利,對此H.264唯有更速搶佔市場,以高普及度來擺脫上述的不利因素。

       此外,Microsoft也對可變壓縮比的視頻、流媒體視頻等抱有很大野心,特別是2001年研發出Windows Media 9系列技術後,以此技術為基礎而開發出VC-9的視頻壓縮算法,之後改稱VC-1(VC指Video Codec),無論就市場或技術,Microsoft VC-1都將與MPEG-4、H.264等同台競爭。

       不過,VC-1目前的氣勢依然弱於H.264,也弱於MPEG-4,一方面是VC-1在技術層面上的實際表現與H.264無太大差異,VC-1同樣以MPEG-4為基礎,但並沒有特別的突出點或優越性,運營商從技術角度考慮沒有必要非選擇VC-1。

       另外,從授權角度來看VC-1是否有優勢呢?答案是三者中最不利的,礙於Microsoft一貫的推行策略,VC-1的授權來源僅只一家,授權價格與方式調整,以及後續版本的改進方向,都由微軟一手掌握,無人能左右,眼前為與MPGE-4、H.264等競爭,VC-1授權自然不敢過高,但運營商依然對未來是否會漲價表示擔心。

        相對來說,MPEG-4與H.264都是以多數參與討論來決定制訂方向,且授權上也有多種選擇,關於H.264的技術,可以向MPEG LA取得授權,或者也可以向Via Licensing公司(由Dolby Laboratories杜比實驗室所成立)取得,兩者的授權方式與計價也各有不同,運營商可依據自身的運用方式來選擇較合適的授權機構及方式。

       運營商支持進度現況

       所有運營商支持H.264的動機與策略是一致的嗎?看來未必。

        對於大廠而言,大多以求保險的心態則會盡可能支持各種視頻規格,包括對以往格式的兼容與未來的發展,所以從MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.264等都一一支持,有時甚至也包含WMV、VC-1的支持,包括音頻方面(如CD、AC-3、MP3、WMA、MPEG-4 AAC等)也盡可能都支持。另外也有運營商真的跳過MPEG-4而只採H.264,這其實是對MPEG-4的授權方式的表達不滿。此外也有些是持觀望態度,等待MPEG-4、H.264、VC-1三者間的優劣更明顯後,選擇其一、其二來支持。

        最後筆者列舉數家運營商目前的實際支持情形,以方便從事視頻應用設計的開發者能對方案及組件的近況有更多的參考評估與瞭解。

        2004年4月Broadcom(博通)收並Sand Video,並於同年12月推出BCM7411的MPEG-2/H.264合一譯碼芯片,可用於HDTV(高清電視)、STB(機頂盒)等。至於核心,Broadcom向來喜歡用MIPS,筆者相信此次也不例外。

         2004年6月Conexant收購愛爾蘭的Amphion半導體,並於之後推出IP TV之用的CX2418X(X=2或3)的H.264解碼芯片,使用200MHz的ARM926EJ-S核心。

         2005年1月5日(CES展期間)STMicroelectronics(意法微電子)針對STB之用的STB7100單芯片,STB7100內部使用300MHz的ST40處理核心(源自SuperH架構),同時支持H.264與VC-1。

         2005年1月5日Sigma Design發表SMP8630媒體處理芯片,適合用在IP TV用途的STB、HDDVD播放機內,SMP8630同時支持MPEG-2/MPEG-4/H.264/VC-1,執行處理方面使用300MHz的MIPS核心,同年4月也將原先既有的EM8620媒體處理芯片加增對H.264及VC-1的支持。

        2005年2月8日Renesas(瑞薩)發表SH73380的手機處理器芯片(研發代號:SH-Mobile3A),SH73380內建VPU4(Video Processing Unit 4),支持H.264運算執行。
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