AVS+技術(shù)在地面數(shù)字電視的運(yùn)用

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摘要：本文主要介紹了我國地面數(shù)字電視的發(fā)展現(xiàn)狀，我國自主研發(fā)的音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)avs+以及AVS+音視頻標(biāo)準(zhǔn)相比于H.264和MPEG-2這兩個(gè)國際標(biāo)準(zhǔn)所具有的優(yōu)點(diǎn)，最后，結(jié)合湖南省地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)建設(shè)情況，簡述了AVS+編碼方式在地面數(shù)字電視中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：AVS+；視頻編碼H.264；地面數(shù)字電視

在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，電視，依然在人們的生活中扮演著不可替代的角色。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國電視機(jī)保有量已經(jīng)接近4億臺(tái)。隨著國家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平也在不斷提高，對(duì)電視節(jié)目質(zhì)量的需求也在穩(wěn)步上升。近年來，模擬電視數(shù)字化得到了快速發(fā)展，數(shù)字電視具有清晰度高、音頻效果好、抗干擾性能好、頻道資源利用率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，數(shù)字電視終將會(huì)取代傳統(tǒng)模擬電視。目前，我國有線數(shù)字電視用戶僅1.6億戶，而且主要分布在城鎮(zhèn)，其余兩億多戶收看電視的主要方式就是地面數(shù)字電視了。在廣大農(nóng)村及城郊，居民需要更加豐富多彩的節(jié)目，地面數(shù)字電視是解決這一問題最便捷、安全和有效的手段。

1地面數(shù)字電視發(fā)展現(xiàn)狀

地面數(shù)字電視相對(duì)有線數(shù)字電視和衛(wèi)星數(shù)字電視來說，頻率資源顯得十分稀缺，但在屬地性業(yè)務(wù)和覆蓋中小收視群、移動(dòng)電視業(yè)務(wù)等方面卻有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。因其涉及面廣、影響大，地面電視的數(shù)字化難度也比較大，2008年北京奧運(yùn)會(huì)前，地面數(shù)字電視有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用開始起步，由此啟動(dòng)了我國地面數(shù)字電視的新篇章。在國家廣電總局的統(tǒng)一部署下，由總局直屬無線電臺(tái)管理局負(fù)責(zé)實(shí)施的中央節(jié)目地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)建設(shè)一期工程開始在天津、上海、廣州等試點(diǎn)城市啟動(dòng)，并向300個(gè)地級(jí)市進(jìn)行延伸建設(shè)，該項(xiàng)目完成了全國337個(gè)城市以及10個(gè)縣的中央節(jié)目地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)站點(diǎn)建設(shè)任務(wù)。國家廣電總局在2001年制定的《廣播影視科技“十五”計(jì)劃和2010年遠(yuǎn)景計(jì)劃》中明確提出，到2020年，全國地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)基本建成，地面數(shù)字電視綜合覆蓋率基本達(dá)到現(xiàn)有模擬電視覆蓋水平，地面數(shù)字電視接收機(jī)全面普及，地面電視公共服務(wù)水平得到較大提升，地面模擬電視信號(hào)停止播出，地面電視實(shí)現(xiàn)由模擬向數(shù)字的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。

2AVS+技術(shù)的發(fā)展歷程

AVS（AudioandVideocodingStandard）是我國自主研發(fā)的數(shù)字音視頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，近年來在數(shù)字音視頻領(lǐng)域逐步得到應(yīng)用，特別是在廣播電視領(lǐng)域。2012年7月，原國家廣電總局頒布《廣播電視先進(jìn)音視頻編解碼第1部分：視頻》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，簡稱AVS+。2014年3月18日，國家新聞出版廣電總局與工業(yè)和信息化部聯(lián)合《廣播電視先進(jìn)視頻編解碼（AVS+）技術(shù)應(yīng)用實(shí)施指南》（以下簡稱《指南》），按照“快速推進(jìn)、平穩(wěn)過渡、增量優(yōu)先、兼顧存量”的原則，明確了分類、分步驟推進(jìn)AVS+在衛(wèi)星、有線、地面數(shù)字電視及互聯(lián)網(wǎng)電視和IPTV等領(lǐng)域應(yīng)用的時(shí)間表。按照計(jì)劃，從2014年7月1日起，AVS+將在全國廣電高清領(lǐng)域全面鋪開，這是我國音視頻領(lǐng)域的一件大事，也是我國廣播電視運(yùn)營和相關(guān)制造業(yè)的一件大事。AVS是自主創(chuàng)新的一面旗幟，首先是因?yàn)锳VS是基于我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)性國家標(biāo)準(zhǔn)，已被國際電信聯(lián)盟IPTV（網(wǎng)絡(luò)電視）標(biāo)準(zhǔn)選為三大標(biāo)準(zhǔn)視頻之一，也是我國數(shù)字電視機(jī)必須支持的唯一一個(gè)視頻解碼標(biāo)準(zhǔn)，不僅在我國廣泛使用，而且已經(jīng)在海外多個(gè)國家得到應(yīng)用，在我國數(shù)字視聽產(chǎn)業(yè)“由大變強(qiáng)”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型中發(fā)揮了重要作用，是技術(shù)創(chuàng)新支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展的典型案例。

3AVS+與H.264和MPEG-2的比較

AVS+與MPEG標(biāo)準(zhǔn)都采用混合編碼框架，包括變換、量化、熵編碼、幀內(nèi)預(yù)測(cè)、幀間預(yù)測(cè)、環(huán)路濾波等技術(shù)模塊，這是當(dāng)前主流的技術(shù)路線。AVS+的主要?jiǎng)?chuàng)新在于提出了一批具體的優(yōu)化技術(shù)，在較低的復(fù)雜度下實(shí)現(xiàn)了與國際標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)?shù)募夹g(shù)性能，但并未使用國際標(biāo)準(zhǔn)背后的大量復(fù)雜的專利。AVS+當(dāng)中具有特征性的核心技術(shù)包括：8x8整數(shù)變換、量化、幀內(nèi)預(yù)測(cè)、1/4精度像素插值、特殊的幀間預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、二維熵編碼、去塊效應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波等。AVS+視頻標(biāo)準(zhǔn)定義了I幀、P幀和B幀三種不同類型的圖像，I幀中的宏塊只進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)，P幀和B幀中的宏塊則需要進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)，圖中So是預(yù)測(cè)模式選擇開關(guān)。預(yù)測(cè)殘差進(jìn)行8x8整數(shù)變換（ICT）和量化，然后對(duì)量化系數(shù)進(jìn)行zig-zag掃描（隔行編碼塊使用另一種掃描方式），得到一維排列的量化系數(shù)，最后對(duì)量化系數(shù)進(jìn)行熵編碼。AVS+視頻標(biāo)準(zhǔn)的量化和變換只需要加減法和移位操作，用16位精度即可完成。AVS+視頻標(biāo)準(zhǔn)使用環(huán)路濾波器對(duì)重建圖像濾波，一方面可以消除方塊效應(yīng)，改善重建圖像的主觀質(zhì)量；另一方面能夠提高編碼效率。AVS+與H.264和MPEG-2的技術(shù)特點(diǎn)比較見下表1：根據(jù)國家新聞出版廣電總局的總體部署和計(jì)劃，到2020年，全國地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)將基本建成，地面模擬電視信號(hào)將停止播出。到目前為止，全國已有多個(gè)城市建成了地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)，在這里筆者以所在城市長沙市為例，著重介紹AVS+編碼技術(shù)在湖南省地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)的應(yīng)用情況。

4AVS+在地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)中的應(yīng)用

湖南省是一個(gè)多丘陵與高山的地區(qū)，農(nóng)村人口比重大，有線電視與網(wǎng)絡(luò)電視到達(dá)率低。近年來，湖南付費(fèi)無線數(shù)字電視發(fā)展得紅紅火火，導(dǎo)致無線頻率使用混亂且無法管理，另外這幾年通信技術(shù)迅速發(fā)展而廣泛民用，使得電磁環(huán)境非常惡劣，致使無線模擬電視接收效果越來越差。因此，全省地面數(shù)字電視公益覆蓋網(wǎng)的建設(shè)十分必要。湖南省地面數(shù)字電視公益覆蓋網(wǎng)建設(shè)正式開始于2013年，于2014年1月1日正式開播，目前采用2臺(tái)德國進(jìn)口的液冷數(shù)字電視發(fā)射機(jī)，實(shí)現(xiàn)了全省境內(nèi)覆蓋，24小時(shí)播出包括中央臺(tái)在內(nèi)的十多套節(jié)目。在建設(shè)初期，對(duì)于前端編碼方式的選擇，經(jīng)歷了多次試驗(yàn)對(duì)比，最初采用H.264編碼方式，在18M的視頻帶寬里壓縮了16套標(biāo)清節(jié)目，對(duì)比付費(fèi)地面數(shù)字電視效果要好很多，但考慮到公益覆蓋收視人群龐大，如果采用H.264會(huì)有專利費(fèi)用問題，違背了我們國家公益無線數(shù)字電視的初衷。于是采用了具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的AVS編碼標(biāo)準(zhǔn)，為了對(duì)比測(cè)試結(jié)果，也編碼了16套標(biāo)清節(jié)目，與之前的H.264直觀對(duì)比，同時(shí)將兩個(gè)碼流傳輸至數(shù)字發(fā)射機(jī)無線發(fā)射，用同一個(gè)機(jī)頂盒收看，發(fā)現(xiàn)AVS固定碼率的編碼效果還是要差。在2013年的CCBN展會(huì)上，總局隆重推出廣電行業(yè)最新的編碼標(biāo)準(zhǔn)——AVS+，于是迅速引進(jìn)了廣州柯維新的AVS+編碼器。在相同的節(jié)目源下，對(duì)比了H.264、AVS+和AVS，發(fā)現(xiàn)AVS+表現(xiàn)出了超越H.264的性能。最終，湖南省地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)選用了AVS+編碼方式。地面數(shù)字電視系統(tǒng)前端接收來自衛(wèi)星或光纖的節(jié)目，如果節(jié)目源是AVS+碼流，則將其直接復(fù)用、調(diào)制和地面發(fā)射等環(huán)節(jié)處理，通過地面無線信道傳輸；如果節(jié)目源是MPEG-2碼流，則將其轉(zhuǎn)換成AVS+碼流，再將轉(zhuǎn)碼后的AVS+碼流進(jìn)行復(fù)用、調(diào)制和地面發(fā)射等環(huán)節(jié)處理，通過地面無線信道傳輸。在系統(tǒng)終端，利用AVS+地面數(shù)字電視機(jī)頂盒，接收地面無線數(shù)字電視信號(hào)并進(jìn)行AVS+解碼，供觀眾收看。

5結(jié)束語

近年來，我國高清電視頻道數(shù)量逐步增多，3D電視頻道已經(jīng)開播，無論是衛(wèi)星、有線還是地面數(shù)字電視系統(tǒng)，隨著開播頻道的增多，傳輸帶寬日趨緊張。AVS+是我國自主創(chuàng)新的視頻編碼技術(shù)，具有更高的編碼效率，與同類國際標(biāo)準(zhǔn)H.264效率相當(dāng)，用AVS+標(biāo)準(zhǔn)作為廣播電視的視頻編碼，可有效解決廣播電視行業(yè)面臨的頻道資源問題。2014年3月，國家新聞出版廣電總局聯(lián)合工業(yè)和信息化部制定了《廣播電視先進(jìn)視頻編解碼（AVS+）技術(shù)應(yīng)用實(shí)施指南》，相信在國家政策的推動(dòng)下，AVS+標(biāo)準(zhǔn)在衛(wèi)星、有線、地面數(shù)字電視及互聯(lián)網(wǎng)電視和IPTV等領(lǐng)域?qū)⒌玫礁鼜V泛的應(yīng)用。

作者:陸嘉 李兆 單位:國家新聞出版廣電總局 國家新聞出版廣電總局西安監(jiān)測(cè)臺(tái)

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