AVS在廣播電視領域中應用

黃家東

摘 要：我國明確表示促進電視、互聯(lián)網(wǎng)和電信三網(wǎng)融合后，廣播電視領域面向數(shù)字化和網(wǎng)絡化方向快速發(fā)展，經(jīng)過近幾年不斷完善和優(yōu)化我國數(shù)字電視規(guī)模已經(jīng)面向全民普及，與此同時廣播電視這樣普及大眾的傳媒工具已經(jīng)成為人們廣泛關注的熱點?？梢源_認的是利用AVS編碼技術結合先進網(wǎng)絡管理平臺使得廣播電視系統(tǒng)充分發(fā)揮即時監(jiān)控管理作用，并具有高度安全性和穩(wěn)定性，基于AVS標準廣播電視服務也處在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化高峰期。

關鍵詞：AVS；廣播電視；編碼標準

過去很長一段時間內(nèi)我國受到?jīng)]有自己音頻和視頻編碼標準核心技術困擾，不得不花費高額的代價向國外購買標準專利與技術使用權，比如曾經(jīng)備受推崇DVD產(chǎn)業(yè)最終也淪為專利限制下的犧牲品，以至到后來日本廠商透露出對數(shù)碼相機專利收取費用意向便讓國內(nèi)各大企業(yè)風聲鶴唳，因此我國后續(xù)出臺的863計劃中明確提出自主研發(fā)先進編碼技術標準。經(jīng)過信息技術行業(yè)和AVS工作組共同努力，具有自主專利和知識產(chǎn)權信源標準AVS成功問世，經(jīng)過不斷完善和優(yōu)化AVS標準內(nèi)容，形成低廉而高質量核心編碼技術。如今這項技術已經(jīng)普及到各行各業(yè)，就廣播電視領域而言，AVS應用推進超高清和立體廣播電視傳播網(wǎng)絡快速發(fā)展。

AVS標準

我國在21世紀初期正式成立數(shù)字音頻和視頻編解碼技術標準AVS工作組，自主研發(fā)出第二代信源編碼標準，這套標準解決數(shù)字音頻和視頻海量數(shù)據(jù)編碼壓縮問題，對后續(xù)數(shù)字信息傳輸、存儲和播放等功能實現(xiàn)提供基礎，因此也是數(shù)字化音頻和視頻之間共性標準。經(jīng)過近十年發(fā)展，現(xiàn)行較為通用信源標準除了AVS還有MPEG-2、MPEG-4、AVC，后面這三個標準是由MPEG專家組制定的，與我國自主研發(fā)AVS相比，AVS與AVC編碼效率都遠遠高于MPEG-2與MPEG-4，AVC局限是單一的視頻編碼標準，而AVS則屬于包括視頻、音頻、系統(tǒng)在內(nèi)整套標準體系，因此我們可以推測MPEG-2畢竟屬于第一代信源標準早晚被完全淘汰，MPEG-4專利政策過于苛刻注定不受廣大運營商推崇，AVS將是未來十年信源標準優(yōu)先選擇。

AVS的基本理論

AVS編碼流程是根據(jù)視頻序列中不同色度、亮度區(qū)分出基本編碼單位，其單位稱之為宏塊。先將序列中第一幀或隨機讀取幀定位初始幀，以幀內(nèi)編碼方式對初始幀開始編碼，再以幀間編碼方式對后續(xù)幀編碼，同時編碼器中內(nèi)含解碼器會自動模擬解碼過程重構解碼圖像，提供給下一幀或下一塊編碼預測，解碼流程主要是對量化過系數(shù)進行反量化、再變換，這樣可以得出預測誤差。

3 AVS的關鍵技術

我國擁有自主知識產(chǎn)權AVS突破國外專利技術壁壘，雖然與AVC、MPEG等編碼技術具有相似編碼框架，但在具體技術指標基礎上，額外增加了4項技術：

3. 高級熵編碼技術（AEC）

為使信源編碼技術成本和計算難度更低，開發(fā)基于上下文算術編碼的熵編碼技術，這項技術使整個編碼流程分為二值化過程、概率模型選擇和對數(shù)域編碼3個基本步驟，較其他基準的信源編碼，提高10%左右編碼效率，而且能夠全面兼容。

3. 圖像級自適應加權量化技術（AWQ）

這是針對信號量化和轉換過程而新增自適應量化矩陣，在量化環(huán)節(jié)上實現(xiàn)編碼器縮放需求，在轉換過程中將16位信號源轉化為整數(shù)8X8數(shù)塊矩陣，實現(xiàn)DCT轉換系數(shù)量化要求，能夠使圖像層靈活調整編碼質量，并且降低編碼碼率。

3.3 同極性場跳過模式編碼技術（PField Skip）

這項技術主要應用于隔行視頻中，增加PB幀編碼預測標志，對SKip宏塊默認參考圖像進行跳過模式修改，同時調整亮度矢量導出計算方式，使該項編碼模式能更適用廣播場編碼模式。

3.4 增強場編碼技術（BField Enhanced）

這項技術也同樣是針對隔行掃描應用而設計的，主要用于相似選擇B幀模式默認參考圖像，并對skip/direct宏塊矢量運動加以推導，這延伸動態(tài)視頻圖像預測補償功能。

4 AVS在廣播電視中的應用

4. AVS在數(shù)字電視系統(tǒng)中應用

數(shù)字電視運營中數(shù)字電視信源傳輸耗費是一個重要的環(huán)節(jié)，采用AVS更改播出節(jié)目格式，可以有效降低信源數(shù)據(jù)傳輸成本。在原有MPEG-2編碼器基礎上新增AVS特有轉碼模塊，基本不用更改原有數(shù)字設備前端便可實現(xiàn)節(jié)目信號輸出變更為特定AVS碼流。近幾年各大電視運營商皆體驗到應用AVS后巨大回報，同樣的節(jié)目效果和節(jié)目量，采用AVS節(jié)省大約一半的信道帶寬，這說明可控傳輸容量相比于過去采用MPEG的格式擴大一倍左右。而對于數(shù)字電視制造商而言，需要根據(jù)不同地區(qū)市場需求而制造出對應標準數(shù)字電視接收機，以美國為例前后就定義了多達18種信源格式，這對于制造商來說簡直就是災難。但是AVS標準同樣是以解碼芯片為載體完成物理實現(xiàn)，與其他信源標準采用統(tǒng)一接口標準，制造商僅僅在實現(xiàn)不同信源標準要求接收機上替換對應的解碼芯片便能使產(chǎn)品兼容支持更多信源標準，這意味著AVS已經(jīng)具備同時進入國際和國內(nèi)市場相互準入技術水平。

4. 在手機電視中的應用

手機電視運營過程大致與IPTV相同，略有區(qū)別的是我國目前沒有明確手機電視國家標準。我國AVS工作組針對移動視頻量身定制移動多媒體解決方案AVS-M，在當前各種無線網(wǎng)絡如4G通信、GPRS和WLAN環(huán)境下都能兼容支持，并且編碼率可與H.264相當穩(wěn)定在20kb/s～4MB/s左右，這說明AVS在手機電視中應用能夠實現(xiàn)復雜運算與編碼效率同步平衡，能夠滿足不同級別設備需求。同時它在解碼過程中占用計算資源更低，并且能有效保證數(shù)據(jù)傳輸效率和數(shù)據(jù)丟包等基本問題，根據(jù)測試數(shù)據(jù)表明AVS-M應用與傳統(tǒng)MPEG-2標準在通標準峰值信噪比下運算比較，丟包率低了15%，這已經(jīng)完全是當前國際上先進水平。而且AVS技術方案更為簡潔，沒有冗余垃圾模塊可以節(jié)省大量無線信道資源，芯片實現(xiàn)也更為方便，這顯然更適用低硬件、低資源特性要求移動終端電視需求。

4.3 交互式網(wǎng)絡電視

交互式網(wǎng)絡電視IPTV是在全面信息化趨勢下提出基于互聯(lián)網(wǎng)、通訊和多媒體技術于一體全新交互式電視服務，該項技術應用能夠對教育、醫(yī)療、政務和娛樂等眾多領域全面覆蓋，2007年AVS正式被列為IPTV中標準視頻解碼格式，此后AVS被列為AVS-IPTV國家標準。IPTV系統(tǒng)涉及數(shù)字版權技術、寬帶介入網(wǎng)絡技術、IP機頂盒技術和音頻視頻解碼技術，其中音視頻解碼技術中應用AVS標準后，節(jié)目運營商將節(jié)目源信號轉為AVS格式后再提供給IPTV服務運營商，在這個傳輸過程中會對運營商業(yè)務內(nèi)容提供接口并對電子節(jié)目單進行單向管理，這樣有助于費用計算和鑒權認證，同時能實現(xiàn)與商業(yè)、運營支撐系統(tǒng)交互通信，更方便運營管理。而業(yè)務運營系統(tǒng)一部分用于準備引入CP/SP提供接入功能，另一部分預留給系統(tǒng)業(yè)務提供商，然后由內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)將各節(jié)目源通過AVS媒體數(shù)據(jù)流形式傳輸?shù)接脩裘媲?，用戶終端上經(jīng)過一定的緩沖后開始播放。

5 結語

雖然目前除AVS以外還有其他較為匹配的信源編碼技術供以選擇，如上文提及AVC，MPEG-2等，但在具體技術指標和性能參數(shù)上AVS擁有更為明顯的優(yōu)勢，同時就我國自己內(nèi)部市場而言，選擇擁有自主知識技術產(chǎn)權的技術不需要高額專利使用費，因此目前我國ITU、IPTV和手機電視標準均已全面普及應用AVS視頻編碼和解碼標準，從最近幾年運營情況來看AVS應用在廣播電視領域非常穩(wěn)定，相信在不斷優(yōu)化和技術進步后我國自主研發(fā)的AVS將在國際視頻編碼標準競爭中占有一席之地。

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