AVS+在衛(wèi)星廣播電視中的應用
2014/11/15 16:49:44 點擊：
引 言：隨著AVS+標準的頒布和實施應用指南的發(fā)布，AVS+視頻編碼技術將會逐步應用于許多相關領域，本文就AVS+編碼技術應用于廣播電視衛(wèi)星傳輸領域，進行了相關設計方案的探析。
全球首款AVS+綜合接收解碼器，AVS+工程機
一、AVS+的背景
2006年，具有我國自主知識產權的AVS-P2標準頒布，開創(chuàng)了中國音視頻編解碼技術自主創(chuàng)新的新時代，但與H.264存在較大的差距，不能滿足廣播電視高質量播出的要求，影響標準的產業(yè)化推廣。2012年 “AVS技術應用聯(lián)合推進工作組”啟動AVS技術的產業(yè)化應用工作，最終形成AVS+標準技術草案。2012年7月10日，國家廣電總局頒布《廣播電視先進音視頻編碼第一部分：視頻》行業(yè)標準（簡稱AVS+)。2014年4月18日正式發(fā)布《AVS+技術應用實施指南》。
二、AVS+的關鍵技術
AVS+是我國唯一擁有自主音視頻編碼技術體系的國家，它突破了國外的技術壟斷和專利壁壘，實現了標準和知識產權的完全自主可控，它使視頻編碼技術達到了世界先進水平。AVS+在兼容AVS1-P2的基礎上，增加了4項技術：
1、高級熵編碼（AEC）：算術編碼，用于熵編碼；
2、自適應加權量化（AWQ）：自適應量化矩陣，用于DCT變換后系數的量化；
3、同極性跳過模式編碼（PField Skip）：隔行視頻中P場skip宏塊的運動矢量推導；
4、增強場編碼技術（BField Enhanced）：隔行視頻中B場skip與direct宏塊運動矢量推導。
三、AVS+在衛(wèi)星廣播電視中的應用
1、AVS+在廣播電視衛(wèi)星傳輸中應用的意義
廣播電視衛(wèi)星傳輸中采用AVS+標準的重要意義在于：(1) ，隨著上星衛(wèi)視頻道的增多，衛(wèi)星傳輸帶寬日趨緊張。AVS+是我國自主創(chuàng)新的視頻編碼技術，具有更高的編碼效率，與同類國際標準H.264/AVC編碼效率相當，用AVS+標準作為廣播電視的視頻編碼，可解決廣播電視行業(yè)面臨的頻道資源問題。(2) 音視頻解碼芯片是衛(wèi)星接收機內最核心、最重要芯片，相當于計算機的CPU(中央處理器)，每年數千萬臺衛(wèi)星接收機采用自主解碼芯片將有力推動我國芯片產業(yè)的發(fā)展；(3) AVS+標準達到了國際最新水平，解決了相應國際標準背后高昂的專利許可費問題，顯著提高我國衛(wèi)星數字電視系統(tǒng)的技術自主性。 (4) 采用自主芯片的接收機，完全清除了安全隱患，而且價格可控制在較合理范圍內，有利于全國范圍內各個地區(qū)廣泛推廣。
2、基于AVS+的廣播電視衛(wèi)星傳輸方案
總局對我國高清上星電視實施指導方案里建議：上星的高清數字電視頻道，視頻應采用AVS+標準中的廣播類（broadcast profile）、級6.0.1.08.60壓縮編碼方式，建議視音頻總碼率不低于12Mbps，音頻支持環(huán)繞聲，建議壓縮碼率不低于384Kbps。
（1）基于AVS+傳輸方案的設計
衛(wèi)星傳輸分發(fā)數字電視系統(tǒng)前端將電視臺播出的節(jié)目直接進行AVS+編碼，再進行復用、加擾、調制和上星等環(huán)節(jié)處理，通過衛(wèi)星傳輸分發(fā)；在數字電視網絡前端，相應的衛(wèi)星節(jié)目信號有AVS+衛(wèi)星綜合接收解碼器接收。
如果節(jié)目源是AVS+碼流，則將其直接進行復用、調制和上星，通過衛(wèi)星信道傳輸；如果節(jié)目源是MPEG-2碼流，則將其轉碼為AVS +碼流，再將轉碼后的AVS+碼流進行復用、加擾、調制和上星等環(huán)節(jié)處理，再通過衛(wèi)星信道進行傳輸。 為基于AVS+視頻編碼的傳輸方案設計框圖。信號源為電視臺通過光纖或微波送來的未編碼的高清SDI信號，音視頻節(jié)目通過SDI接口輸入給AVS+編碼器，編碼后形成的TS流通過ASI接口輸入給復用器，復用器將節(jié)目TS流以及業(yè)務信息發(fā)送器送來的節(jié)目信息復用形成TS流，TS流經加擾后，通過ASI接口輸入給調制器，TS流經過調制、變頻、功放后通過信道傳輸。接收機接收信道傳輸信號，進行解調，將TS流通過ASI接口輸入給轉碼器，轉碼器將AVS+基本流轉碼為MPEG-2或H.264格式的碼流，MPEG-2/H.264的接收解碼器接收信道傳輸信號，進行解調、解復用、解擾以及MPEG-2/H.264解碼，并輸出節(jié)目。
（2）基于AVS+監(jiān)控傳輸方案的設計
為保障廣播電視信號的傳輸安全，各省級地球站都會配置相應環(huán)節(jié)的畫面監(jiān)測和多類型的報警系統(tǒng)，由于現有的監(jiān)測系統(tǒng)多為MPEG-2編碼格式，因此如圖2所示的AVS+視頻編碼傳輸系統(tǒng)監(jiān)測報警方案中采用了基于AVS+的TeleSight多畫面碼流實時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是國際上最新一代的高性價比數字多畫面、多碼流、多格式碼流技術診斷和碼流格式分析檢測產品，能在對多達幾十甚至上百路的數字壓縮輸入信號的實時解碼顯示的同時，再加上龐大的實時的碼流數據分析功能，真正意義上實現了多路數字碼流中每一路視音頻節(jié)目的可視化監(jiān)視和各種底層壓縮數據的信號檢測，確保了各種數字壓縮信號從上傳、發(fā)布到接收等各個環(huán)節(jié)上的各種壓縮格式中的視音頻信號與數據的正確性、完整性和安全性。該傳輸方案從系統(tǒng)各個關鍵點采樣，然后用AVS+專業(yè)解碼器解出信號后送到該監(jiān)測系統(tǒng)，從而實現對各環(huán)節(jié)信號實時采樣監(jiān)測。同時，地球站原有的頻譜監(jiān)測、臺標報警、音頻報警等報警軟件也可加入到該系統(tǒng)中，以更好的保障廣播電視信號的安全播出。
四、結束語
隨著2014年《AVS+技術應用實施指南》的頒布，總局對衛(wèi)星分發(fā)傳送數字電視指導意見為:2014年1月1日起，新上星的高清數字電視，視頻應采用AVS+標準;2014年12月31日前，已上星的高清頻道，視頻應轉換為 AVS+標準。因此，AVS+視頻編碼的應用會逐步深入的展開，本文只是根據現有衛(wèi)星地球站的設備配置，粗淺的探析了一些基于AVS+視頻編碼的衛(wèi)星傳輸設計方案，隨著以后AVS+標準的廣泛投入使用，將會有更多更完善、詳實的設計方案出爐。
參考文獻：
【1】廣播電視先進視頻編解碼（AVS+）技術應用實施指南
【2】尹芝,潘華.AVS+視頻壓縮技術及其應用.軟件導刊,2013(12).
一、AVS+的背景
2006年，具有我國自主知識產權的AVS-P2標準頒布，開創(chuàng)了中國音視頻編解碼技術自主創(chuàng)新的新時代，但與H.264存在較大的差距，不能滿足廣播電視高質量播出的要求，影響標準的產業(yè)化推廣。2012年 “AVS技術應用聯(lián)合推進工作組”啟動AVS技術的產業(yè)化應用工作，最終形成AVS+標準技術草案。2012年7月10日，國家廣電總局頒布《廣播電視先進音視頻編碼第一部分：視頻》行業(yè)標準（簡稱AVS+)。2014年4月18日正式發(fā)布《AVS+技術應用實施指南》。
二、AVS+的關鍵技術
AVS+是我國唯一擁有自主音視頻編碼技術體系的國家，它突破了國外的技術壟斷和專利壁壘，實現了標準和知識產權的完全自主可控，它使視頻編碼技術達到了世界先進水平。AVS+在兼容AVS1-P2的基礎上，增加了4項技術：
1、高級熵編碼（AEC）：算術編碼，用于熵編碼；
2、自適應加權量化（AWQ）：自適應量化矩陣，用于DCT變換后系數的量化；
3、同極性跳過模式編碼（PField Skip）：隔行視頻中P場skip宏塊的運動矢量推導；
4、增強場編碼技術（BField Enhanced）：隔行視頻中B場skip與direct宏塊運動矢量推導。
三、AVS+在衛(wèi)星廣播電視中的應用
1、AVS+在廣播電視衛(wèi)星傳輸中應用的意義
廣播電視衛(wèi)星傳輸中采用AVS+標準的重要意義在于：(1) ，隨著上星衛(wèi)視頻道的增多，衛(wèi)星傳輸帶寬日趨緊張。AVS+是我國自主創(chuàng)新的視頻編碼技術，具有更高的編碼效率，與同類國際標準H.264/AVC編碼效率相當，用AVS+標準作為廣播電視的視頻編碼，可解決廣播電視行業(yè)面臨的頻道資源問題。(2) 音視頻解碼芯片是衛(wèi)星接收機內最核心、最重要芯片，相當于計算機的CPU(中央處理器)，每年數千萬臺衛(wèi)星接收機采用自主解碼芯片將有力推動我國芯片產業(yè)的發(fā)展；(3) AVS+標準達到了國際最新水平，解決了相應國際標準背后高昂的專利許可費問題，顯著提高我國衛(wèi)星數字電視系統(tǒng)的技術自主性。 (4) 采用自主芯片的接收機，完全清除了安全隱患，而且價格可控制在較合理范圍內，有利于全國范圍內各個地區(qū)廣泛推廣。
2、基于AVS+的廣播電視衛(wèi)星傳輸方案
總局對我國高清上星電視實施指導方案里建議：上星的高清數字電視頻道，視頻應采用AVS+標準中的廣播類（broadcast profile）、級6.0.1.08.60壓縮編碼方式，建議視音頻總碼率不低于12Mbps，音頻支持環(huán)繞聲，建議壓縮碼率不低于384Kbps。
（1）基于AVS+傳輸方案的設計
衛(wèi)星傳輸分發(fā)數字電視系統(tǒng)前端將電視臺播出的節(jié)目直接進行AVS+編碼，再進行復用、加擾、調制和上星等環(huán)節(jié)處理，通過衛(wèi)星傳輸分發(fā)；在數字電視網絡前端，相應的衛(wèi)星節(jié)目信號有AVS+衛(wèi)星綜合接收解碼器接收。
如果節(jié)目源是AVS+碼流，則將其直接進行復用、調制和上星，通過衛(wèi)星信道傳輸；如果節(jié)目源是MPEG-2碼流，則將其轉碼為AVS +碼流，再將轉碼后的AVS+碼流進行復用、加擾、調制和上星等環(huán)節(jié)處理，再通過衛(wèi)星信道進行傳輸。 為基于AVS+視頻編碼的傳輸方案設計框圖。信號源為電視臺通過光纖或微波送來的未編碼的高清SDI信號，音視頻節(jié)目通過SDI接口輸入給AVS+編碼器，編碼后形成的TS流通過ASI接口輸入給復用器，復用器將節(jié)目TS流以及業(yè)務信息發(fā)送器送來的節(jié)目信息復用形成TS流，TS流經加擾后，通過ASI接口輸入給調制器，TS流經過調制、變頻、功放后通過信道傳輸。接收機接收信道傳輸信號，進行解調，將TS流通過ASI接口輸入給轉碼器，轉碼器將AVS+基本流轉碼為MPEG-2或H.264格式的碼流，MPEG-2/H.264的接收解碼器接收信道傳輸信號，進行解調、解復用、解擾以及MPEG-2/H.264解碼，并輸出節(jié)目。
（2）基于AVS+監(jiān)控傳輸方案的設計
為保障廣播電視信號的傳輸安全，各省級地球站都會配置相應環(huán)節(jié)的畫面監(jiān)測和多類型的報警系統(tǒng)，由于現有的監(jiān)測系統(tǒng)多為MPEG-2編碼格式，因此如圖2所示的AVS+視頻編碼傳輸系統(tǒng)監(jiān)測報警方案中采用了基于AVS+的TeleSight多畫面碼流實時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是國際上最新一代的高性價比數字多畫面、多碼流、多格式碼流技術診斷和碼流格式分析檢測產品，能在對多達幾十甚至上百路的數字壓縮輸入信號的實時解碼顯示的同時，再加上龐大的實時的碼流數據分析功能，真正意義上實現了多路數字碼流中每一路視音頻節(jié)目的可視化監(jiān)視和各種底層壓縮數據的信號檢測，確保了各種數字壓縮信號從上傳、發(fā)布到接收等各個環(huán)節(jié)上的各種壓縮格式中的視音頻信號與數據的正確性、完整性和安全性。該傳輸方案從系統(tǒng)各個關鍵點采樣，然后用AVS+專業(yè)解碼器解出信號后送到該監(jiān)測系統(tǒng)，從而實現對各環(huán)節(jié)信號實時采樣監(jiān)測。同時，地球站原有的頻譜監(jiān)測、臺標報警、音頻報警等報警軟件也可加入到該系統(tǒng)中，以更好的保障廣播電視信號的安全播出。
四、結束語
隨著2014年《AVS+技術應用實施指南》的頒布，總局對衛(wèi)星分發(fā)傳送數字電視指導意見為:2014年1月1日起，新上星的高清數字電視，視頻應采用AVS+標準;2014年12月31日前，已上星的高清頻道，視頻應轉換為 AVS+標準。因此，AVS+視頻編碼的應用會逐步深入的展開，本文只是根據現有衛(wèi)星地球站的設備配置，粗淺的探析了一些基于AVS+視頻編碼的衛(wèi)星傳輸設計方案，隨著以后AVS+標準的廣泛投入使用，將會有更多更完善、詳實的設計方案出爐。
參考文獻：
【1】廣播電視先進視頻編解碼（AVS+）技術應用實施指南
【2】尹芝,潘華.AVS+視頻壓縮技術及其應用.軟件導刊,2013(12).
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