數(shù)字電視前端中AVS+信源的傳輸技術(shù)方案及圖像質(zhì)量分析

程培鴻

（福建廣電網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)股份有限公司，福建　福州　350001）

數(shù)字電視前端中AVS+信源的傳輸技術(shù)方案及圖像質(zhì)量分析

程培鴻

（福建廣電網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)股份有限公司，福建福州350001）

文章講述了我國自主產(chǎn)權(quán)的AVS+標(biāo)準(zhǔn)的電視節(jié)目在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的接收及傳送方式，并對目前市場上幾款主流的編轉(zhuǎn)碼設(shè)備進(jìn)行了圖像質(zhì)量分析對比，以尋找最合適的傳送方式及最優(yōu)的設(shè)備，對AVS+設(shè)備在廣播電視行業(yè)中的推廣和普及具有重大的參考價值。

AVS+；圖像質(zhì)量分析；數(shù)字電視前端；轉(zhuǎn)碼；廣播電視

數(shù)字音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)（Audio Video Coding Standard，AVS+）是2012年7月發(fā)布的《廣播電視先進(jìn)音視頻編解碼第一部分：視頻》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即GY/T257.1—2012，其在AVS-P2基礎(chǔ)上增加了算術(shù)編碼（AEC），加權(quán)量化（AWQ），P幀前向預(yù)測（PEF），B幀前向預(yù)測（BEF）4個技術(shù)工具，對硬件資源的消耗更少，相比H.264可節(jié)省國內(nèi)音視頻產(chǎn)業(yè)的專利費。

1　AVS+信源在有線數(shù)字前端接收的技術(shù)方案

在推廣AV S+的進(jìn)程中，鑒于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中均為H.264/MPGE-2的高清機頂盒，需要將AVS+節(jié)目轉(zhuǎn)成MEPG-2或H.264格式，以解決存量終端對新增高清節(jié)目的兼容接收問題。有兩種方式可以對衛(wèi)星下行的AVS+格式節(jié)目進(jìn)行處理。第一種是轉(zhuǎn)碼方式：使用衛(wèi)星接收機解調(diào)AVS+節(jié)目流，用IP方式輸出至AVS+轉(zhuǎn)碼器，直接將AVS+節(jié)目流轉(zhuǎn)成系統(tǒng)中使用的MPEG-2或H.264格式。第二種是重編碼方式：使用衛(wèi)星接收機接收AVS+節(jié)目并解碼，輸出SDI信號，再用編碼器將SDI信號編成目前需要的MPEG-2或H.264格式。

使用不同廠家的設(shè)備對這兩種方式進(jìn)行分析對比。

1.1圖像質(zhì)量測試方案及測試設(shè)備介紹

1.1.1圖像質(zhì)量測試方案

利用全程質(zhì)量檢測認(rèn)證（Process Quality Assurance，PQA）設(shè)備發(fā)出一個SDI節(jié)目源，送到某品牌的國標(biāo)編碼器，把信源編成AVS+信號后送出（固定碼率（Constant Bitrate，CBR），11.5M，作為高清AVS+基準(zhǔn)信源），之后用轉(zhuǎn)碼器（見圖1）或是衛(wèi)星接收機+編碼器（見圖2）將此AVS+節(jié)目處理成為H.264格式，最后把這個H.264信號送回PQA圖像質(zhì)量分析儀，與源圖像相比較得出一系列指標(biāo)結(jié)果，對比測試結(jié)果選擇出較好的AVS+處理方案。測試拓?fù)淙鐖D1—2所示。

圖1　轉(zhuǎn)碼方式測試拓?fù)?/p>

圖2　重編碼方式測試拓?fù)?/p>

1.1.2測試設(shè)備介紹

目前有4款A(yù)VS+轉(zhuǎn)碼器可以用來處理AVS+信號；同時有兩款H264編碼器，分別配合同一臺衛(wèi)星接收機處理AVS+信號。為了方便說明，依次將4種轉(zhuǎn)碼器記作A，B，C，D轉(zhuǎn)碼，衛(wèi)星接收機配編碼器記為接收機+E編碼、接收機+F編碼。

在圖像質(zhì)量測試中，本系統(tǒng)使用了泰克PQA600圖像質(zhì)量分析儀。

1.1.3圖像質(zhì)量測試指標(biāo)介紹

以前人們評價視頻質(zhì)量常用的方法有兩種：平均主觀評分（MOS）和剛可變差異（JND）。MOS是將測試圖像與圖像質(zhì)量最好及最差的兩個參考視頻相比較，然后打分；而JND是讓一群人看兩個圖像（測試VS最好，或測試VS最差），然后評價是否可以區(qū)分哪個更好，按是否可區(qū)分比例最后得出JND值。

現(xiàn)在PQA600產(chǎn)品運用了3種指標(biāo)，分別是PQR，DMOS以及PSNR。其中PQR是圖像質(zhì)量計分；DMOS是差值平均主觀評分（測試結(jié)果僅在與質(zhì)量最差的參考視頻的內(nèi)容相比較時才有意義，每一個DMOS均有預(yù)置的最差質(zhì)量參考視頻）；PSNR是峰值信雜比（圖像間的絕對差值）。PQR是由JND演變而來，DMOS則由MOS演變而來。

PQR計分范圍為0～∞：0=理想質(zhì)量（不能察覺與參考圖像的差異）；1=幾乎不能察覺損傷；3～4=可以看出損傷，但不明顯（類似于復(fù)合視頻）；5=類似于10Mb/s SD MPEG-2；7～8=類似于4Mb/s SD MPEG-2；10=可明顯觀察到的損傷（類似于2Mb/s SD MPEG-2）；>10=與人眼測試的相關(guān)性很弱。

DMOS類似于MOS，評分在0～100之間：0=理想質(zhì)量（與原始圖像幾乎無差異）；0～20=好；20～40=中間值；40～100=差；100+=非常差（與質(zhì)量最差的參考視頻一樣甚至更差）。

PSNR（dB）=20*log10（信號峰值/差值）；信號峰值=255（有時為239）；差值=參考像素值-損傷像素值。

表1是這3種測試方法的比較。

PQR：如果PQR測量值普遍較高，則意義不大；DMOS：在使用同一質(zhì)量最差的視頻片段或同一廠家提供的測量（例如006 HD Broadcast DMOS）時，是唯一可與其他DMOS 或MOS評分相比較的測量方法，適用于所有測量結(jié)果；PSNR：最常用的測量方法。

表1　3種測試方法的比較

本次試驗在PQA600中測試的8個指標(biāo)其實就是測試了PQR，DMOS以及PSNR這3大項中的幾個小項。

1.1.4圖像質(zhì)量測試結(jié)果

圖3—5和表2是4種轉(zhuǎn)碼器和衛(wèi)星接收機配兩種編碼器的圖像質(zhì)量分析的測試截圖及結(jié)果統(tǒng)計表（由于測試量較多，截圖展示只選取了A轉(zhuǎn)碼的3項主要指標(biāo)002 HD Broadcast PQR，006 HD Broadcast DMOS及020 PSNR）。

圖3　002 HD Broadcast PQR

圖4　006 HD Broadcast DMOS

圖5　020 PSNR

表2　測試結(jié)果統(tǒng)計

1.1.5圖像質(zhì)量測試結(jié)果分析

在以上這8個測試項中，前兩項002，006與人眼視覺特性相關(guān)，即這兩項得分的優(yōu)劣基本與用戶觀看時的感覺一致，因此在對比圖像質(zhì)量時，這兩項值起決定性作用。

觀察以上數(shù)據(jù)，可以判斷AVS+信號經(jīng)過處理后圖像質(zhì)量由好到壞排列依次為：C轉(zhuǎn)碼，D轉(zhuǎn)碼，A轉(zhuǎn)碼，接收機+E編碼，B轉(zhuǎn)碼，接收機+F編碼。

這里取前3個C，D，A轉(zhuǎn)碼器作深入比較，以A轉(zhuǎn)碼器的得分作基準(zhǔn)，與C，D轉(zhuǎn)碼器的差值如表3所示。

表3　A 轉(zhuǎn)碼器與C，D轉(zhuǎn)碼器差值比較

相對于0～80/100的取值區(qū)間，這些零點幾的差值就可以基本忽略，可認(rèn)為兩者之間效果基本一致，故此得出結(jié)論，A轉(zhuǎn)碼比C，D轉(zhuǎn)碼略差，C轉(zhuǎn)碼效果最好。

2　AVS+信源接收與傳輸方案建議

綜合上述分析，針對AVS+節(jié)目在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的傳送，以目前市場上的主流設(shè)備來比較，推薦使用C轉(zhuǎn)碼器配合衛(wèi)星接收機來進(jìn)行處理。

［1］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T 20090—2006信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼［S］.北京：國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2006.

［2］國家廣播電影電視總局廣播科學(xué)研究院電視研究所.GY/T 134—1998數(shù)字電視圖像質(zhì)量主觀評價方法［S］.北京：國家廣播電影電視總局標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃研究所，1998.

［3］高文.AVS+標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用［M］北京：北京大學(xué)數(shù)字媒體研究所，2007.

［4］張偉民.AVS+標(biāo)準(zhǔn)的主觀圖像質(zhì)量對比分析［J］.電視技術(shù)，2013（21）：9-11.

Analysis of transmission scheme and image quality of AVS+ program in digital TV head-end

Cheng Peihong
（Fujian Broadcasting&TV Network Group， Fuzhou 350001， China）

This article discussed about the way of receiving and transmitting AVS+ program inCATV network.In order to fnd the most appropriate way of transmission and the optimal equipment， we had some comparison with a few of mainstream encoding/transcoding device on the market.It has significant reference value for AVS+ equipment in the promotion and popularization of broadcasting&TV industry.

AVS+； image quality analysis； digital TV head-end； transcoding； broadcasting&TV

程培鴻（1977— ），男，福建閩侯，本科，工程師；研究方向：數(shù)字電視前端。