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、互聯網和電信三網融合后，廣播電視領域面向數字化和網絡化方向快速發展，經過近幾年不斷完善和優化我國數字電視規模已經面向全民普及，與此同時廣播電視這樣普及大眾的傳媒工具已經成為人們廣泛關注的熱點。可以確認的是利用AVS編碼技術結合先進網絡管理平臺使得廣播電視系統充分發揮即時監控管理作用，并具有高度安全性和穩定性，基于AVS標準廣播電視服務也處在大規模產業化高峰期。

關鍵詞：AVS；廣播電視；編碼標準

過去很長一段時間內我國受到沒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，比如曾經備受推崇DVD產業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碼相機專利收取費用意向便讓國內各大企業風聲鶴唳，因此我國后續出臺的863計劃中明確提出自主研發先進編碼技術標準。經過信息技術行業和AVS工作組共同努力，具有自主專利和知識產權信源標準AVS成功問世，經過不斷完善和優化AVS標準內容，形成低廉而高質量核心編碼技術。如今這項技術已經普及到各行各業，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絡快速發展。

AVS標準

我國在21世紀初期正式成立數字音頻和視頻編解碼技術標準AVS工作組，自主研發出第二代信源編碼標準，這套標準解決數字音頻和視頻海量數據編碼壓縮問題，對后續數字信息傳輸、存儲和播放等功能實現提供基礎，因此也是數字化音頻和視頻之間共性標準。經過近十年發展，現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、系統在內整套標準體系，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先選擇。

AVS的基本理論

AVS編碼流程是根據視頻序列中不同色度、亮度區分出基本編碼單位，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，以幀內編碼方式對初始幀開始編碼，再以幀間編碼方式對后續幀編碼，同時編碼器中內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，在量化環節上實現編碼器縮放需求，在轉換過程中將16位信號源轉化為整數8X8數塊矩陣，實現DCT轉換系數量化要求，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在數字電視系統中應用

數字電視運營中數字電視信源傳輸耗費是一個重要的環節，采用AVS更改播出節目格式，可以有效降低信源數據傳輸成本。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字設備前端便可實現節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，同樣的節目效果和節目量，采用AVS節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。而對于數字電視制造商而言，需要根據不同地區市場需求而制造出對應標準數字電視接收機，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，與其他信源標準采用統一接口標準，制造商僅僅在實現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品兼容支持更多信源標準，這意味著AVS已經具備同時進入國際和國內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，在當前各種無線網絡如4G通信、GPRS和WLAN環境下都能兼容支持，并且編碼率可與H.264相當穩定在20kb/s～4MB/s左右，這說明AVS在手機電視中應用能夠實現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，并且能有效保證數據傳輸效率和數據丟包等基本問題，根據測試數據表明AVS-M應用與傳統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省大量無線信道資源，芯片實現也更為方便，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 交互式網絡電視

交互式網絡電視IPTV是在全面信息化趨勢下提出基于互聯網、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系統涉及數字版權技術、寬帶介入網絡技術、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，節目運營商將節目源信號轉為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務內容提供接口并對電子節目單進行單向管理，這樣有助于費用計算和鑒權認證，同時能實現與商業、運營支撐系統交互通信，更方便運營管理。而業務運營系統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業務提供商，然后由內容分發網將各節目源通過AVS媒體數據流形式傳輸到用戶面前，用戶終端上經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上AVS擁有更為明顯的優勢，同時就我國自己內部市場而言，選擇擁有自主知識技術產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定，相信在不斷優化和技術進步后我國自主研發的AVS將在國際視頻編碼標準競爭中占有一席之地。

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