為HEVC、4K測試和監測做準備

體驗質量成為焦點

整個廣播生態系統正在發生顯著的變化。為了適應4K/UHD傳輸，視頻壓縮方式必須大幅改進。從MPEG-2和AVC/H.264轉換到HEVC/H.265將創造新機遇，但也將伴隨風險以及可能抵消傳輸成本節省的潛在隱藏成本。

對許多廣播機構、有線運營商及其他視頻服務提供商來說，4K/UHD轉換提供競爭利器和產生新收入的手段。不過，要到這一程度最重要的是找到恰當的壓縮編碼方案以及顯著提升服務質量（QoS）和體驗質量（QoE）監測，還包括其它許多設施的提升。

高效率視頻編碼（HEVC或H.265）旨在使用約一半的帶寬提供與高級視頻編碼（AVC或H.265）相同的視覺質量。它支持當前包括4K和8K在內的所有分辨率，并允許內容分配商以降低的帶寬成本，通過移動數據網向移動裝置分發HD視頻，以及分發4K及更高分辨率視頻到家。HEVC基本上滿足現在采用H.264/AVC的所有應用的要求，同時提供更高的視頻分辨率和增加使用并行處理架構。

通過把相同數據擠壓進較少的比特從而降低傳輸成本可能節省，但這改變不了4K碼流在其它方面提高成本的事實。例如，采集、存儲、保護和轉碼更密集壓縮的HEVC數據流的成本更高。盡管帶寬很重要，但它只是任何視頻工作流程總成本的一部分。

接下來的大問題是不光從技術角度還從商業角度來看4K轉換是否有意義。一些人懷疑4K是否能夠吸引消費者的注意，而轉用HEVC將要求蘋果和安卓在它們的裝置內包含HEVC支持。編碼器和自適應碼率流媒體（ABR）軟件提供商（僅舉幾例），也必須參與。

不管怎樣，4K最引人注目的是其極好的視頻質量，這也最吸引消費者。最先看到機會的是DirecTV，它于2014年12月推出了一個新4K視頻點播服務，成為提供商業4K的首家多頻道視頻提供商。DirecTV計劃向其美國和拉丁美洲的3200萬訂戶提供30多部UHD片子。Netflix也在提供一些節目的4K流媒體版本，最引人注目的是《紙牌屋》系列劇。

其它圍繞著4K的跡象也很樂觀。例如ABI Research預測到2017年北美5%的電視機將為4K，而到2018年底百分比有望倍增。最終結論是業界必須著手為HEVC和4K訂立計劃。

考慮轉換到HEVC和4K時，投資質量監測工具很關鍵。“相當好”4K沒有抓住要領：它或極好或不夠好。為4K付出額外費用的消費者，希望有高端的產品。如果訂戶購買4K，獲得的是與過去HD-樣的內容，將面臨客戶滿意度問題。因此4K體驗質量將比現在更關鍵。

但情況并不像看起來的那樣壞。升級系統以便分發UHD圖像可以在其它方面獲益。升級后能夠監測4K質量的系統更有能力監測SD和HD碼流。這種全系統提高總的說來有可能令訂戶更開心，使該投資更容易得到合理性證明。

掌握HEVC

視頻壓縮標準（如HEVC）非常復雜且牽涉對不同應用中壓縮視頻的效率和互操作性非常重要的許多因素。因此，采用一種提供碼流對壓縮標準的符合性驗證、視頻和音頻流詳細的分析與統計、編輯及發現和改正碼流錯誤的工具、與原始不壓縮碼流的保真度比較，以及檢查任何視頻和音頻延遲的能力之分析儀非常關鍵。這允許視頻設計師和工程師能夠測試各種壓縮產品的符合性、互操作性和性能。

高效編碼器對達到使用HEVC預計的碼率降低（同時保持質量不變）很關鍵。比較視頻編碼器時，有相同視頻質量條件下來自不同編碼器的統計數字有幫助，例如，觀察它們中的每一種是否在產生合乎標準的碼流，或者是否在解碼時有影響解碼器的緩沖區違規等因素。

HEVC為基于塊的編解碼，包含更大的其大小由編碼器選擇的“編碼樹單元”塊（類似于宏塊）。在要求很少或無編碼的場合（更多壓縮），編碼器決定使用較大的編碼單元，而在要求更多編碼的場合，選擇較小的編碼單元。編碼單元大小可以有16、32或64個樣本不等，大尺寸支持更好的壓縮。

HEVC內一個視頻幀包括許多編碼樹單元，它反過來由編碼單元構建。任何編碼樹單元或編碼單元將有由編碼器選擇的不同編碼參數。分析工具可提供編碼器如何工作的洞察力。

例如，如圖1所示，一個CU（編碼單元）尺寸分布圖顯示編碼器選擇的不同大小的CU。在圖像的均勻分布區域的情況下，編碼單元尺寸越大，壓縮將越好。預計更復雜的場景將使用較小的CU尺寸，原因是相比大CU塊，它們能更高效編碼精細的細節。

一旦壓縮的視頻流語法和語義正確得以確定（依據HEVC編解碼標準合法），那么下一步就是檢查原始視頻和解碼的HEVC視頻之間的視覺差異。完成此任務有大量不同的方式和算法。

最基本的就是在兩個不同的視頻監視器上播放源和解碼的視頻，并請觀眾評價視覺差異。由于每個觀眾用自己的個人偏好決定視頻質量高低，這種方式非常主觀。使用真人的不利因素是當事實上兩個視頻片段完全相同時，人們偶爾會說它們稍有不同。相反的情況也是如此。

采用觀眾評價時，最佳方式需要一間嚴格控制的觀摩室及大量取樣的觀眾，以便給出有效的統計結果。因為這樣的檢驗成本很高，在與用于確定視頻質量的數學模型法較量中處于下風。當前最常用的方式包括峰值信噪比（PSNR）、差異平均評價得分（DMOS）和圖像質量評價（PQR）。

隨著向4K轉換，對QoS和QoE的關注比以往任何時候都要多。QoS強調與比特物理分發有關的低層次因素以及它們是否有序準時到達。不過，好QoS并不一定意味著從觀眾角度一切皆好。QoS可能完美，但由于這些工具無法查看包內容，實際收到的圖像質量可能不符合標準。圖2和圖3提供一個完美QoS沒有提高音頻和視頻QoE的例子。

在4K情況下，QoE可能成為焦點。QoE重點在于建立直接影響觀眾體驗的度量指標和衡量尺度。大多數情況下，對UHD來說，QoE背后的原則將與現在的保持一致。至于QoE可能變化的是探測器——置于整個網絡測量和監測QoS和QoE水平的硬件和軟件組件。

在網絡轉向4K時，把重點放在如需增加的探測器數量、它們的放置地點，以及如何以一種產生有用數據的方式程序控制和管理它們這樣的因素將很重要。與此同時，安全保護必須落實到位，避免信息過載。

探測器布置至關重要。考慮到在一個高度壓縮、高碼率數據流內差錯的可能性，漫無目的的方案不大可能充分。如SCTE-168等的指引可能有幫助，理論上應適用于HEVC和4K環境。

大多數情況下，這些指引提出一種頗有常識的檢查可能影響QoE以及避免影響剩余者的參數之探測器布置方式。特別地，在轉換點集中探測器是明智的做法。

后續的一個問題是決定各種探測器的作用。QoS較簡單，因此并不是大問題，QoE設置則不一樣。探測器重要任務之一是確保語法正確且不產生降低圖像質量的失真。由于可以任何寬容度設置探測器，保護QoE所必需的數據和告警有足夠的靈敏度非常重要。

質量保證的重要性可能是一個指標，對于4K，至少在最初階段寧可靈敏。采用帶根源分析軟件的探測和監測解決方案將有助于自動分類告警以便確定實際的問題。

HEVC的到來，無論轉還是不轉換到4K，都對必須處理的視頻質量監測增加了新的一個方面。與此同時，它為提高服務水平，創造新收入機會提高了可能性。

不過，只有密切注意QoS和QoE，才會到達這個時代。