關(guān)于AVS+編碼技術(shù)的探討與應(yīng)用

摘 要：在我國的國家三網(wǎng)融合戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，廣播電視系統(tǒng)正以網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的形態(tài)進(jìn)行覆蓋和普及，我國數(shù)字電視功能上的完善與優(yōu)化，使數(shù)字電視規(guī)模與層次駛?cè)肓税l(fā)展的快車道，作為大眾傳媒的普及性工具，廣播電視系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性能是大家關(guān)注的話題，在AVS+編碼平臺網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的支持下，新型的網(wǎng)絡(luò)管理知識和先進(jìn)的AVS+編碼技術(shù)，可以讓廣播電視系統(tǒng)實(shí)時(shí)、穩(wěn)定地運(yùn)行監(jiān)控和管理功能，發(fā)揮新聞前線的戰(zhàn)斗作用。

關(guān)鍵詞：廣播電視系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；AVS編碼

我國普遍運(yùn)用衛(wèi)星傳播通訊手段來進(jìn)行數(shù)字電視的傳輸，在衛(wèi)星傳輸?shù)膫鞑ヂ窂街校鸺夹g(shù)支撐指導(dǎo)作用的是信源編碼標(biāo)準(zhǔn)和信道傳輸標(biāo)準(zhǔn)，在認(rèn)識AVS+的強(qiáng)大功能之前，其前身是AVS，其全稱是：信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼系列標(biāo)準(zhǔn)。它是一種共性的信源基礎(chǔ)編碼標(biāo)準(zhǔn)，而在其基礎(chǔ)之上的新型的AVS+編碼平臺，處于數(shù)字電視系統(tǒng)的前沿，是實(shí)現(xiàn)AVS+編碼格式的應(yīng)用系統(tǒng)，是基于SNMP的協(xié)議前提之下，運(yùn)用C＼S的軟件構(gòu)架設(shè)計(jì)而成的，具有強(qiáng)大的數(shù)字邏輯功能，對廣播電視系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能起到了不可估量的重要作用。

1 AVS+產(chǎn)生的背景與概念

多年以來，我國一直沒有自主的音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)核心技術(shù)，曾花費(fèi)了昂貴的資金代價(jià)和苛刻的相關(guān)政策的管制，曾經(jīng)繁華一時(shí)的DVD產(chǎn)業(yè)就成為了西方專利政策的犧牲品，隨著我國信息產(chǎn)業(yè)和AVS工作聯(lián)盟的研發(fā)和努力，成功地研發(fā)了具有自主產(chǎn)權(quán)的第一代信源標(biāo)準(zhǔn)即：MPEG-2和第二代信源標(biāo)準(zhǔn)即：H.264和AVS，同時(shí)為了進(jìn)一步推動(dòng)我國瓶頸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，又增加和修改了AVS的標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容，升級出新的AVS+編碼信源標(biāo)準(zhǔn)，它在性能上更進(jìn)一步得到了優(yōu)化，通過增加四種新型的技術(shù)，使AVS+編碼技術(shù)成為了成本低廉而編碼質(zhì)量更優(yōu)的核心技術(shù)，經(jīng)過聯(lián)合工作組的綜合測試和評議，形成了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支撐下的AVS+標(biāo)準(zhǔn)文本方案，并制訂了相關(guān)規(guī)定和制度，將這項(xiàng)AVS+技術(shù)普及應(yīng)用于廣播電視系統(tǒng)當(dāng)中，促成高清和立體的電視傳播網(wǎng)絡(luò)。

2 自主研發(fā)的第二代標(biāo)準(zhǔn)：AVS+和H.264之間的比較分析

在對第二代信源編碼標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)當(dāng)中，重要的是其圖像成型內(nèi)容的顯示質(zhì)量方面，圖像顯示的亮度和顏色對比度是質(zhì)量的參考因素。對AVS+信源編碼和H.264信源編碼進(jìn)行測量的基礎(chǔ)上，才能進(jìn)行優(yōu)勢性比較，PQA600A是測量圖像視頻誤差的基準(zhǔn)診斷設(shè)備，它通過技術(shù)預(yù)測得出PQR分值的高低，分值越低的測量結(jié)果顯示視頻圖像的質(zhì)量越高、效果越好，通過對靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的圖像測試，可以比較得出：AVS+信源編碼技術(shù)下的PQR分值比H.264信源編碼技術(shù)的PQR分值要低，編碼質(zhì)量更好。它在新的技術(shù)工具的添加應(yīng)用上，兼容性能更高，主要體現(xiàn)在以下四項(xiàng)新型技術(shù)方面：

2.1 高級熵編碼技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)是在編碼流程中的最后一項(xiàng)，為了實(shí)現(xiàn)AVS+信源編碼的低成本和計(jì)算的低難度，開發(fā)啟用了一種基于上下文的算術(shù)編碼，即CBAC，這種技術(shù)有效地提高了編碼的效率，實(shí)現(xiàn)了全面兼容。

2.2 圖像級自適應(yīng)加權(quán)量化技術(shù)

這種技術(shù)是在變換和量化的部分新增的內(nèi)容，其“Qmode”的加權(quán)量化模式，主要體現(xiàn)為四種形式：默認(rèn)、關(guān)注細(xì)節(jié)、關(guān)注非細(xì)節(jié)和均關(guān)注模式，從變換的角度上看，轉(zhuǎn)化為了16位整數(shù)8×8；從量化的角度看，實(shí)現(xiàn)了編碼器的縮放功能。

2.3 同極性場跳過模式編碼技術(shù)

該技術(shù)增加了PB幀場編碼預(yù)測標(biāo)志，對圖像視頻的亮度運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行了直接和跳過模式的修改，通過亮度運(yùn)動(dòng)矢量導(dǎo)出的計(jì)算方式調(diào)整，增減了矢量狀態(tài)的導(dǎo)出；并且，對視頻圖像底層和頂層默認(rèn)圖像的修改，將最近場修改為同極性場。

2.4 增強(qiáng)場編碼技術(shù)

這種新型技術(shù)拓展了視頻圖像的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測功能，AVS+信源編碼修改了底場默認(rèn)的skip/direct模式參考圖像，改變參考圖像的運(yùn)動(dòng)矢量導(dǎo)出方法，增強(qiáng)了其中場編碼的技術(shù)內(nèi)容。

3 AVS+編碼平臺網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的軟件模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 AVS+編碼平臺網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的功能內(nèi)容

這個(gè)系統(tǒng)是針對數(shù)字電視前端平臺進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控與管理，在良好的交互界面下，用戶與網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)有效的對接，在實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)前提下，進(jìn)行故障的排除和穩(wěn)定性的監(jiān)控。主要有以下內(nèi)容：（1）展現(xiàn)良好的視圖界面功能。在規(guī)范化的設(shè)計(jì)指導(dǎo)下，用直觀的信源編碼流程圖和網(wǎng)絡(luò)之間的連接圖示，實(shí)現(xiàn)良好性能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理工作。（2）動(dòng)態(tài)管理設(shè)備基本信息的功能。網(wǎng)絡(luò)管理過程中，需要對音視頻設(shè)備進(jìn)行基礎(chǔ)信息的把握，通過設(shè)備之間的連接，固定設(shè)備的定位狀態(tài)，便于網(wǎng)絡(luò)管理員進(jìn)行故障判斷與處理。（3）運(yùn)行設(shè)備的參數(shù)調(diào)整功能。在網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中，音視頻設(shè)備在傳輸?shù)倪\(yùn)行狀態(tài)下，需要管理員進(jìn)行傳輸控制，對音視頻設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)清晰、完整的數(shù)據(jù)輸出。（4）Trap信息處理功能。管理系統(tǒng)設(shè)備通過Trap信息的發(fā)送與接收手段，在一旦發(fā)生故障預(yù)警時(shí)，可以主動(dòng)發(fā)送陷阱報(bào)文，讓管理控制員及時(shí)處理。

3.2 AVS+網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總略

該系統(tǒng)肩負(fù)進(jìn)行廣播電視傳輸?shù)闹卮笫姑瓿蓴?shù)字電視前端的安全傳送，通過對前端設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，在C/S軟件框架下，采用集中式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，清晰地分為三個(gè)層面，通過采集層、存儲層和呈現(xiàn)層的模塊實(shí)現(xiàn)，開發(fā)出面向用戶的Qt庫。（1）采集層模塊設(shè)計(jì)。這一模塊設(shè)計(jì)主要是突出網(wǎng)管設(shè)備代理的基礎(chǔ)功能，不同的參數(shù)環(huán)境下，不同的設(shè)備獲取不同的信息，諸如：設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、聯(lián)系人及IP地址等基本狀態(tài)信息，并在一旦發(fā)生故障預(yù)警時(shí)，可以自動(dòng)發(fā)送Trap報(bào)文，這些相關(guān)信息都會存在數(shù)據(jù)庫中，成為其中的一個(gè)基礎(chǔ)層。（2）存儲層模塊設(shè)計(jì)。該模塊是為了數(shù)據(jù)的便捷有效而采取的內(nèi)在存儲設(shè)計(jì)，在采集層的數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，存儲層進(jìn)行預(yù)處理和分類存儲的內(nèi)在強(qiáng)大功能，這是為數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確定位和精準(zhǔn)操作而設(shè)計(jì)的模塊，可以更有效地實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)設(shè)備的維護(hù)和監(jiān)控。（3）呈現(xiàn)層模塊設(shè)計(jì)。這一模塊是直觀性的人機(jī)交互顯示狀態(tài)，根據(jù)不同參數(shù)配置的設(shè)備類型，選取相對應(yīng)的獲取信息，實(shí)現(xiàn)用戶的定制功能顯示；同時(shí)，在界面顯示的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下，以顏色顯示的報(bào)警形式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.3 AVS+網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

這種新型的AVS+網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)流程操作步驟為：首先，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺之下，對需求用戶進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證，經(jīng)過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對用戶的相關(guān)基礎(chǔ)信息進(jìn)行符合性分析之后，進(jìn)行匹配驗(yàn)證錄入；然后，需求用戶才可以進(jìn)行系統(tǒng)化操作，在對相關(guān)設(shè)備如：編碼器和交換機(jī)等進(jìn)行添加的同時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)配置實(shí)施監(jiān)視和控制。在上述流程操作程序中，核心內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的連接與統(tǒng)轄，先是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的初始化環(huán)節(jié)，再實(shí)現(xiàn)用戶的數(shù)據(jù)庫登錄驗(yàn)證環(huán)節(jié)，在這兩個(gè)核心環(huán)節(jié)之中，重點(diǎn)是對用戶的用戶名和密碼進(jìn)行匹配性對接，最終實(shí)現(xiàn)AVS+網(wǎng)絡(luò)管理的相關(guān)功能。

4 AVS+信源編碼技術(shù)的推進(jìn)與應(yīng)用

為了全面鋪開AVS+信源編碼，在《廣播電視先進(jìn)視頻編解碼（AVS+）技術(shù)應(yīng)用實(shí)施指南》的原則下，全國廣電高清領(lǐng)域展開了熱點(diǎn)性的議論和關(guān)注，主要關(guān)于以下幾個(gè)方面：（1）相關(guān)過渡期的并播應(yīng)用問題。《指南》規(guī)定，我國已上星的高清電視都要采用AVS+信源編碼標(biāo)準(zhǔn)，如何進(jìn)行合理性過渡，是電視應(yīng)用方面要探討的重要問題，現(xiàn)在的過渡期內(nèi)必然是要實(shí)現(xiàn)雙碼流并發(fā)，采用多上一個(gè)碼流、或者多上一個(gè)載波，只是時(shí)間的早晚的問題，要把上星的高清視頻由原來的H.264轉(zhuǎn)換為更為先進(jìn)的AVS+，要從編碼器和接收設(shè)備兩方面同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以達(dá)到《指南》的要求。同時(shí)，對目前現(xiàn)有的電視視頻不支持AVS+的現(xiàn)實(shí)情況，采取留有空間的手段，允許電視前端的AVS+信號轉(zhuǎn)換為H.264作為過渡，待終端支持后再實(shí)現(xiàn)AVS+的信號傳輸。（2）AVS+編碼技術(shù)的拓寬規(guī)模應(yīng)用問題。在AVS+的產(chǎn)業(yè)鏈上，不但可以在廣電傳播領(lǐng)域中使用，而且還可以拓展到多媒體上的相關(guān)企業(yè)網(wǎng)和社區(qū)網(wǎng)等處，通過AVS+的編碼器和轉(zhuǎn)碼器的市場專業(yè)化應(yīng)用，推動(dòng)國際化市場。（3）AVS+編碼技術(shù)在手持式智能終端上的應(yīng)用。在全球化的網(wǎng)絡(luò)背景環(huán)境下，網(wǎng)絡(luò)智能終端由原來固定式的裝備轉(zhuǎn)為更便捷的隨身裝置，例如：智能手機(jī)、平板電腦等，都成為了人們喜愛的便攜式信息工具。AVS產(chǎn)業(yè)鏈可以與智能手機(jī)芯片供應(yīng)商進(jìn)行溝通，使手機(jī)智能的芯片支持AVS+，參考WAPI標(biāo)準(zhǔn)，在入網(wǎng)認(rèn)證時(shí)嵌入AVS產(chǎn)業(yè)技術(shù)。（4）AVS+編碼技術(shù)在視頻監(jiān)控上的應(yīng)用。我國要大力發(fā)展AVS+技術(shù)，由于欠缺支持AVS標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式編解碼芯片，導(dǎo)致我國的視頻監(jiān)控領(lǐng)域的AVS應(yīng)用發(fā)展遲滯，要制訂出監(jiān)控視頻傳感服務(wù)器的解決方案，用具有優(yōu)化性能的AVS編碼器，完成在TMSDM6446平臺之上的移植和封裝，實(shí)現(xiàn)D1分辨率的嵌入式實(shí)時(shí)編碼，利用協(xié)議將編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的網(wǎng)絡(luò)上；同時(shí)，將AVS解碼器移植到OMAP3530平臺上，實(shí)現(xiàn)同分辨率的實(shí)時(shí)編碼，這樣，就可以完成整套視頻監(jiān)控系統(tǒng)對AVS+技術(shù)的支持，從而推動(dòng)AVS+產(chǎn)業(yè)鏈的豐富和發(fā)展。（5）未來將AVS+編碼技術(shù)與H.265實(shí)現(xiàn)同步的宏觀展望。近一兩年來，4K電視取得了一定的發(fā)展，在未來的時(shí)間里，4K電視的視頻傳輸必然要采用比H.264更為先進(jìn)而高效的H.265標(biāo)準(zhǔn)，H.265標(biāo)準(zhǔn)也稱“高效率視頻編碼”，其壓縮效率比H.264提高了一半，在相同質(zhì)量的數(shù)字視頻文件中，它能夠明顯降低成本，進(jìn)行文件的有效存儲和分發(fā)。為了與未來的H.265實(shí)現(xiàn)同步，AVS+編碼技術(shù)需要更為高效的演進(jìn)，我國的國家總局正在考慮用AVS+編碼技術(shù)支持高清電視，用更進(jìn)一步的AVS2技術(shù)來支持4K超高清電視，加快H.265的隔行掃描技術(shù)，實(shí)現(xiàn)未來的AVS+的演進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈與H.265同步推進(jìn)，加速AVS+產(chǎn)業(yè)的升級換代進(jìn)程。

5 結(jié)束語

在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，各種新型技術(shù)不斷地得以研發(fā)和更新?lián)Q代，其中AVS+編碼平臺網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)便是我國自主研發(fā)的新型技術(shù)，音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)核心技術(shù)曾是我國的技術(shù)瓶頸，為國外的專利費(fèi)用所制約，經(jīng)過我國技術(shù)人員多年的開發(fā)和研究，在第一代和第二代信源編碼技術(shù)的進(jìn)程發(fā)展中，我國運(yùn)用AVS+編碼技術(shù)以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，包括：廣播數(shù)字電視、移動(dòng)智能終端和可視化的視頻監(jiān)控、地面數(shù)字電視等內(nèi)容，利用AVS+編碼平臺網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的軟件模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控管理和有效的數(shù)據(jù)庫存儲及分析，需求用戶在系統(tǒng)協(xié)議允許的范圍內(nèi)進(jìn)行權(quán)限內(nèi)使用，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫在初始化和驗(yàn)證匹配的前提下，用戶才能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互對接，完成AVS+編碼的實(shí)踐性應(yīng)用。

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