AVS在广播电视领域中应用

黄家东

摘 要：我国明确表示促进电视、互联网和电信三网融合后，广播电视领域面向数字化和网络化方向快速发展，经过近几年不断完善和优化我国数字电视规模已经面向全民普及，与此同时广播电视这样普及大众的传媒工具已经成为人们广泛关注的热点。可以确认的是利用AVS编码技术结合先进网络管理平台使得广播电视系统充分发挥即时监控管理作用，并具有高度安全性和稳定性，基于AVS标准广播电视服务也处在大规模产业化高峰期。

关键词：AVS；广播电视；编码标准

过去很长一段时间内我国受到没有自己音频和视频编码标准核心技术困扰，不得不花费高额的代价向国外购买标准专利与技术使用权，比如曾经备受推崇DVD产业最终也沦为专利限制下的牺牲品，以至到后来日本厂商透露出对数码相机专利收取费用意向便让国内各大企业风声鹤唳，因此我国后续出台的863计划中明确提出自主研发先进编码技术标准。经过信息技术行业和AVS工作组共同努力，具有自主专利和知识产权信源标准AVS成功问世，经过不断完善和优化AVS标准内容，形成低廉而高质量核心编码技术。如今这项技术已经普及到各行各业，就广播电视领域而言，AVS应用推进超高清和立体广播电视传播网络快速发展。

AVS标准

我国在21世纪初期正式成立数字音频和视频编解码技术标准AVS工作组，自主研发出第二代信源编码标准，这套标准解决数字音频和视频海量数据编码压缩问题，对后续数字信息传输、存储和播放等功能实现提供基础，因此也是数字化音频和视频之间共性标准。经过近十年发展，现行较为通用信源标准除了AVS还有MPEG-2、MPEG-4、AVC，后面这三个标准是由MPEG专家组制定的，与我国自主研发AVS相比，AVS与AVC编码效率都远远高于MPEG-2与MPEG-4，AVC局限是单一的视频编码标准，而AVS则属于包括视频、音频、系统在内整套标准体系，因此我们可以推测MPEG-2毕竟属于第一代信源标准早晚被完全淘汰，MPEG-4专利政策过于苛刻注定不受广大运营商推崇，AVS将是未来十年信源标准优先选择。

AVS的基本理论

AVS编码流程是根据视频序列中不同色度、亮度区分出基本编码单位，其单位称之为宏块。先将序列中第一帧或随机读取帧定位初始帧，以帧内编码方式对初始帧开始编码，再以帧间编码方式对后续帧编码，同时编码器中内含解码器会自动模拟解码过程重构解码图像，提供给下一帧或下一块编码预测，解码流程主要是对量化过系数进行反量化、再变换，这样可以得出预测误差。

3 AVS的关键技术

我国拥有自主知识产权AVS突破国外专利技术壁垒，虽然与AVC、MPEG等编码技术具有相似编码框架，但在具体技术指标基础上，额外增加了4项技术：

3. 高级熵编码技术（AEC）

为使信源编码技术成本和计算难度更低，开发基于上下文算术编码的熵编码技术，这项技术使整个编码流程分为二值化过程、概率模型选择和对数域编码3个基本步骤，较其他基准的信源编码，提高10%左右编码效率，而且能够全面兼容。

3. 图像级自适应加权量化技术（AWQ）

这是针对信号量化和转换过程而新增自适应量化矩阵，在量化环节上实现编码器缩放需求，在转换过程中将16位信号源转化为整数8X8数块矩阵，实现DCT转换系数量化要求，能够使图像层灵活调整编码质量，并且降低编码码率。

3.3 同极性场跳过模式编码技术（PField Skip）

这项技术主要应用于隔行视频中，增加PB帧编码预测标志，对SKip宏块默认参考图像进行跳过模式修改，同时调整亮度矢量导出计算方式，使该项编码模式能更适用广播场编码模式。

3.4 增强场编码技术（BField Enhanced）

这项技术也同样是针对隔行扫描应用而设计的，主要用于相似选择B帧模式默认参考图像，并对skip/direct宏块矢量运动加以推导，这延伸动态视频图像预测补偿功能。

4 AVS在广播电视中的应用

4. AVS在数字电视系统中应用

数字电视运营中数字电视信源传输耗费是一个重要的环节，采用AVS更改播出节目格式，可以有效降低信源数据传输成本。在原有MPEG-2编码器基础上新增AVS特有转码模块，基本不用更改原有数字设备前端便可实现节目信号输出变更为特定AVS码流。近几年各大电视运营商皆体验到应用AVS后巨大回报，同样的节目效果和节目量，采用AVS节省大约一半的信道带宽，这说明可控传输容量相比于过去采用MPEG的格式扩大一倍左右。而对于数字电视制造商而言，需要根据不同地区市场需求而制造出对应标准数字电视接收机，以美国为例前后就定义了多达18种信源格式，这对于制造商来说简直就是灾难。但是AVS标准同样是以解码芯片为载体完成物理实现，与其他信源标准采用统一接口标准，制造商仅仅在实现不同信源标准要求接收机上替换对应的解码芯片便能使产品兼容支持更多信源标准，这意味着AVS已经具备同时进入国际和国内市场相互准入技术水平。

4. 在手机电视中的应用

手机电视运营过程大致与IPTV相同，略有区别的是我国目前没有明确手机电视国家标准。我国AVS工作组针对移动视频量身定制移动多媒体解决方案AVS-M，在当前各种无线网络如4G通信、GPRS和WLAN环境下都能兼容支持，并且编码率可与H.264相当稳定在20kb/s～4MB/s左右，这说明AVS在手机电视中应用能够实现复杂运算与编码效率同步平衡，能够满足不同级别设备需求。同时它在解码过程中占用计算资源更低，并且能有效保证数据传输效率和数据丢包等基本问题，根据测试数据表明AVS-M应用与传统MPEG-2标准在通标准峰值信噪比下运算比较，丢包率低了15%，这已经完全是当前国际上先进水平。而且AVS技术方案更为简洁，没有冗余垃圾模块可以节省大量无线信道資源，芯片实现也更为方便，这显然更适用低硬件、低资源特性要求移动终端电视需求。

4.3 交互式网络电视

交互式网络电视IPTV是在全面信息化趋势下提出基于互联网、通讯和多媒体技术于一体全新交互式电视服务，该项技术应用能够对教育、医疗、政务和娱乐等众多领域全面覆盖，2007年AVS正式被列为IPTV中标准视频解码格式，此后AVS被列为AVS-IPTV国家标准。IPTV系统涉及数字版权技术、宽带介入网络技术、IP机顶盒技术和音频视频解码技术，其中音视频解码技术中应用AVS标准后，节目运营商将节目源信号转为AVS格式后再提供给IPTV服务运营商，在这个传输过程中会对运营商业务内容提供接口并对电子节目单进行单向管理，这样有助于费用计算和鉴权认证，同时能实现与商业、运营支撑系统交互通信，更方便运营管理。而业务运营系统一部分用于准备引入CP/SP提供接入功能，另一部分预留给系统业务提供商，然后由内容分发网将各节目源通过AVS媒体数据流形式传输到用户面前，用户终端上经过一定的缓冲后开始播放。

5 结语

虽然目前除AVS以外还有其他较为匹配的信源编码技术供以选择，如上文提及AVC，MPEG-2等，但在具体技术指标和性能参数上AVS拥有更为明显的优势，同时就我国自己内部市场而言，选择拥有自主知识技术产权的技术不需要高额专利使用费，因此目前我国ITU、IPTV和手机电视标准均已全面普及应用AVS视频编码和解码标准，从最近几年运营情况来看AVS应用在广播电视领域非常稳定，相信在不断优化和技术进步后我国自主研发的AVS将在国际视频编码标准竞争中占有一席之地。

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