從《廣播電視先進視頻編解碼（AVS+）技術應用實施指南》談起 （上）

【摘要】最近，工業和信息化部與國家新聞出版廣電總局聯合發布《廣播電視先進視頻編解碼（AVS+）技術應用實施指南》，這對加快實現AVS+技術端到端的應用推廣，推動AVS+標準在廣播電視領域的應用，帶動電子信息產業發展，具有重要意義。本文從AVS+與AVS、以及MPEG-4、H.264等第二代視頻信源編碼標準的發生、發展過程，進行對比和闡述，以提高業內人士的關注

【關鍵詞】信源編碼 AVS+ AVS H.264 MPEG-4 MPEG-2

一.序 言

為加快我國自主創新AVS（Audio Video Coding Standard：音視頻編解碼標準）產業化和推廣應用，工業和信息化部與國家新聞出版廣電總局于2012年初，共同成立了“AVS技術應用聯合推進工作組”。經過兩年的努力，聯合推進工作取得了顯著進展，AVS的相關技術、產品日趨完善、成熟，基本形成了從芯片、前端設備、接收終端到應用系統的完整產業鏈。

2014年3月18日，工業和信息化部與國家新聞出版廣電總局聯合發布《廣播電視先進視頻編解碼（AVS+）技術應用實施指南》新廣電發 [2014] 75號文件，這對加快實現AVS+（AVS的優化標準）技術端到端的應用推廣，推動AVS+在廣播電視領域的應用，帶動電子信息產業發展，具有重要意義。

文件按照“快速推進、平穩過渡、增量優先、兼顧存量”的原則，明確了分類、分步驟推進AVS+在衛星、有線、地面數字電視及互聯網電視和IPTV等領域應用的時間（見表1）。

二.AVS的誕生導致全球第二代音視頻信源編解碼標準“三足鼎立”

從數字圖像傳輸技術系統來分，數字電視有信源編解碼和信道編解碼兩大系統。而模擬電視沒有信源編解碼系統，只有信道編解碼系統，這也是數字電視與模擬電視的最大區別。

在模擬電視時代，全球的電視標準都是以信道編解碼技術來命名的。到了數字電視時代，全球的電視標準雖然還是以信道編解碼技術來命名，但數字電視信源編解碼技術標準的制定和運用，一直都是全球電視市場爭奪的重點。

所謂信源，即信息的源頭。由于信源編碼技術解決的是數字音視頻海量數據（即初始數據、信源）的編碼壓縮問題，是其后數字信息傳輸、存儲、播放等環節的前提。因此，音視頻信源編碼標準又是全球數字音視頻產業共性的基礎標準。

AVS+和AVS都是信源編解碼標準，是父子關系，AVS是父親、AVS+兒子；父親名稱很大，既是國家標準、又是國際標準；兒子雖然勝似父親，但只是我國廣電部門的行業標準。

AVS是《信息技術先進音視頻編碼》系列標準的簡稱，是我國具備自主知識產權的第二代信源編碼標準 —— 2006年3月被確定為國家標準（國家標準號：GB/T 20090.2-2006）；AVS又是全球數字音視頻產業的共性的基礎標準 —— 2007年被ITU-T（國際電信聯盟-電信標準化組織）確定為國際標準。

從全球第一代到第二代數字音視頻信源編碼技術的發展情況來看，AVS的誕生，導致了全球范圍內可選的第二代數字音視頻信源編解碼技術的國際標準，呈現出MPEG-4、H.264和AVS “三足鼎立”的局面（見表2）。

三.AVS+兼容AVS 這在全球電視市場的競爭中及為重要

AVS+是在AVS（即《信息技術先進音視頻編碼》）系列標準中的《廣播電視先進音視頻編解碼 第1部分：視頻》章節中，新增了若干關鍵技術，于2012年7月1日，國家廣播電影電視總局正式頒布的廣播電影電視行業標準（廣電行業標準號：GY/T257.1-2012），并于頒布之日起實施的行業標準。

從國家標準體系方面看：AVS+對應AVS系列標準中的《信息技術先進音視頻編碼第1部分：視頻》這一章節，也就是講，AVS+只是AVS系列標準中的一個部分。

從具體的技術體系方面看：AVS+是在AVS1-P2（即國標GB/T 20090.2-2006）的基礎上，新增了若干關鍵技術，其中有4項技術（見表3）顯著提高了編碼效率，更加適合我國廣播電視的應用和發展。

從標準版本兼容方面看：由于目前的AVS+包括基準類和廣播類，AVS1-P2只包括基準類，因此AVS+兼容AVS1-P2，而AVS1-P2不兼容AVS+；簡明地講，AVS+兼容AVS，即廣電的行業標準兼容了國家標準和國際標準，反之則不可；這在全球電視市場的競爭中及為重要。

四.全球音視頻信源編碼技術正處在從第一代向第二代的過渡期

2011年3月，國際數字電視歐洲委員會宣布：“誕生近20年的MPEG-2信源編解碼技術已完成它的歷史使命，將被更新的技術替代，政府將在2012年1月開始推行新設備補貼政策，通過制造一種MPEG-4轉換設備，強行推進從MPEG-2向MPEG-4，再由MPEG-4向H.264信源編解碼技術的轉換。”

2011年11月，我國也出臺了《地面數字電視終端接收機通用規范》和《地面數字電視終端接收器通用規范》等六項《數字電視新國標》，規定“2012年11月1日后，國家生產和銷售的數字電視接收機（器）必須符合該標準，其中我國自主研發的AVS和DRA（我國自主知識產權的音頻編碼標準，國家標準號SJ/T11368-2006）作為強制配置的必選項，MPEG-2和杜比數字+列為可選配置的可選項。”

這是因為電視圖像數字化后，數據量很大，非常不利于節目的制作和傳輸，因此數據壓縮技術成為關鍵。從上世紀60年代開始，人們投入大量的人力物力，不斷研發數字電視的各種壓縮技術，其主要集中在數字電視的信源編解碼方面。由于知識產權利益的驅動，新的數字電視信源編碼技術又成為研發和應用工作的重中之重。

五.歐美牢牢把握全球電視市場更新的主動權

就全球而言，在數字電視領域，歐美取得極大的成功，一個重要因素是醒得早、搶了先，抓住了《數字音視頻信源編碼》等標準的制定/完成的重要機遇，憑借其早期在數字音視頻技術開發中，積累的深厚基礎理論、研究成果以及具體應用技術，迅猛研發，牢牢把握住了數字電視技術標準在全球電視市場更新換代的主動權。

1988年元旦剛過，歐美成立了MPEG組織，其宗旨是“致力于研究、開發數字壓縮標準，以保證活動圖象質量的前提下，壓縮傳輸碼率。” 1988年5月召開“MPEG的第一次會議”，有25名國際級的音頻、視頻編碼壓縮方面的專家參加。

如今，MPEG會議已經成為每年召開三次（3月、7月和11月）例行大會，是20多個國家200多家公司400多名專家參與的組織，其開發的標準，均被ISO/IEC（國際標準化組織/國際電工委員會）批準為國際標準，形成MPEG系列標準。

六.第一代音視頻信源編碼國際標準MPEG-1和MPEG-2

MPEG-1和MPEG-2是IEEE（電氣電子工程師學會）的MPEG專家組制訂的第一代數字音視頻信源編碼國際標準。

1. MPEG-1主要用于CD-ROM、VCD或T1（E1）線路傳輸，碼率為固定的1.5Mbps。

2.MPEG-2主要用于數字電視，支持標準分辨率的16∶9寬屏及HDTV（高清晰度電視）等多種格式，碼率在3～40Mbps之間可調；由于其采用不同的層級（見文后解釋）組合，滿足從家庭級（DVD）到廣播級（衛星電視、廣播電視微波傳輸）以及HDTV等不同級別的質量要求，其應用面很廣，世界各國基本上都采用過這一標準。

3.由于MPEG-2的出色性能表現，又適用于HDTV，使得原打算為HDTV設計的MPEG-3，還沒出世就被拋棄了。促使MPEG專家組將工作重點放在MPEG-4的研發上。

七.第二代音視頻信源編碼標準MPEG-4和H.264

1.MPEG-4

MPEG-4通過幀重建技術、數據壓縮，以求用最少的數據獲得最佳的圖像質量；主要應用于視像電話、視像電子郵件等，對傳輸速率要求較低，在4800～6400bits/s之間；是針對一定比特率下的視頻、音頻編碼，更加注重多媒體系統的交互性和靈活性；是MPEG系列標準中發展潛力最大的一個。MPEG-4與MPEG-1和MPEG-2相比之下具有三大優勢：

（1）MPEG-4在支持交互應用的同時，能與原格式（如：JPEG、MPEG-1、MPEG-2、H.261和H.263）反向兼容，具有很強的兼容性。如：利用計算機在Flask MPEG程序下，選擇每秒110 kB的數據率，近1∶1的實時播放，將MPEG-2轉換成MPEG-4格式后的圖像質量非常出色。

（2）MPEG-4“算法”出的數據量僅為MPEG-2的十一分之一，同時對數據的損失很小，非常適合游戲機使用的交互式訪問以及無線網絡傳輸的可調式視頻訪問。

（3）如今互聯網上的高清晰數字電影，壓縮格式一般為MPEG-4的Simple Profile（簡易版）和Advanced Simple Profile（高級簡易版），配上MP3（MPEG-1 Audio Layer 3：MPEG-1的第三層）音效，圖像質量接近DVD，聲音質量接近CD，深受網友歡迎，為家庭數字音像提供了方便。

但MPEG-4存在著不同規格版本間的兼容性和昂貴技術授權費兩大主要問題。

（1）目前MPEG-4標準派生出各種規格（如DivX、XviD等），代表著不同規格利益的商業集團和一些支持免費共享資源的技術團體相互爭斗，導致各種MPEG-4規格的兼容性很差。

（2）2002年初，MPEG-LA（是代表18家電子消費品公司的許可證組織，對MPEG-4擁有多項專利權）宣布“每個使用MPEG-4編解碼器的電子產品將收取專利授權費25美分，每年每項授權收費以100萬美元封頂。”昂貴的收費標準讓生產廠商望而卻步。

一段時間內，業內認為MPEG-4將是MPEG-2的繼承者，長期處于支配地位。然而，H.264的出世，對MPEG-4的生存構成嚴重威脅；要不是H.264出來攪局，整個消費電子領域都將可能是MPEG-4的天下。

2.H.264

H.264是人們的通稱，全名是MPEG-4 AVC，又稱AVC（高級視頻編碼）或JVT（聯合視頻組）。

H.264是2003年7月經ITU批準通過的國際視頻壓縮標準，是由ITU-T的VCEG（視頻編碼專家組）和ISO/IEC的MPEG的JVT共同開發的標準，它既是ITU-T的H.264，也可稱為MPEG-4 H.264；又是ISO/IEC的MPEG-4 Part10（MPEG-4的第10部分），也可稱為AVC；在一些行業協會又稱之為MPEG-4 AVC。其主要特點如下：

（1）H.264最大的特點或最具價值的部分無疑是“更高的數據壓縮比”。在同等的圖像質量條件下，H.264的數據壓縮比能比DVD系統中使用的MPEG-2高兩倍以上，比MPEG-4高1.5～2倍，總體節省碼率在50%以上。

傳輸同樣的節目，又要達到同等的圖像質量， MPEG-2要6Mbps傳輸速率，H.264只要1Mbps～2Mbps傳輸速率。

（2）H.264的“算法”復雜程度比MPEG-2高出兩倍以上，其兼容全格式是非常必要，如今H.264已成為網絡流媒體、IPTV等業務的主流格式標準。“電視機”+“IP機頂盒”或“電視機”+“各類機頂盒”的方式已成發展主流。

H.264市場占有率已對新生的AVS構成威脅，是AVS發展和應用的主要競爭對手。

八.第二代音視頻信源編碼標準AVS

作為“后入山門”的AVS， “復制”了歐美和日本在模擬和數字電視技術標準爭斗中的“手法”，在同國際標準MPEG-2、MPEG-4、H.264等技術標準的角力中站穩了腳跟。

1.AVS與MPEG-2、MPEG-4、H.264比較

從制定時間來看： MPEG-2 —— 1994年完成；MPEG-4 —— 2000年完成；H.264 —— 2003年完成；AVS —— 2007年完成。

從制訂組織來看：前三個標準是MPEG專家組制定。第四個標準是我國自主制定。

從發展階段來看：MPEG-2為第一代音視頻信源標準，其余三個為第二代音視頻信源標準。

從編碼效率來看：MPEG-4是MPEG-2的1.4倍，AVS和H.264相當，都是MPEG-2的2倍以上。

從標準的系統性、技術方案及圖像的編碼效率及技術及專利收費等方面來看：

首先，MPEG-2技術陳舊、收費較高，將退出歷史舞臺；其次，MPEG-4前階段出臺的新專利許可政策被認為過于苛刻令人無法接受，前途未卜。這也是（前面文章已提及）2011年3月，國際數字電視歐洲委員會宣布的“最終向H.264信源編解碼技術的轉換”的原因所在；再次，H.264僅是一個視頻編碼標準比，而AVS是一套包含系統、視頻、音頻、媒體版權管理和一致性測試等完整標準體系，為數字音視頻產業提供更全面的解決方案。BP

（未完待續）