關于AVS+編碼技術的探討與應用

摘 要：在我國的國家三網融合戰(zhàn)略的指導下，廣播電視系統(tǒng)正以網絡化和數(shù)字化的形態(tài)進行覆蓋和普及，我國數(shù)字電視功能上的完善與優(yōu)化，使數(shù)字電視規(guī)模與層次駛入了發(fā)展的快車道，作為大眾傳媒的普及性工具，廣播電視系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性能是大家關注的話題，在AVS+編碼平臺網絡管理系統(tǒng)的支持下，新型的網絡管理知識和先進的AVS+編碼技術，可以讓廣播電視系統(tǒng)實時、穩(wěn)定地運行監(jiān)控和管理功能，發(fā)揮新聞前線的戰(zhàn)斗作用。

關鍵詞：廣播電視系統(tǒng)；網絡技術；AVS編碼

我國普遍運用衛(wèi)星傳播通訊手段來進行數(shù)字電視的傳輸，在衛(wèi)星傳輸?shù)膫鞑ヂ窂街校鸺夹g支撐指導作用的是信源編碼標準和信道傳輸標準，在認識AVS+的強大功能之前，其前身是AVS，其全稱是：信息技術先進音視頻編碼系列標準。它是一種共性的信源基礎編碼標準，而在其基礎之上的新型的AVS+編碼平臺，處于數(shù)字電視系統(tǒng)的前沿，是實現(xiàn)AVS+編碼格式的應用系統(tǒng)，是基于SNMP的協(xié)議前提之下，運用C＼S的軟件構架設計而成的，具有強大的數(shù)字邏輯功能，對廣播電視系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性能起到了不可估量的重要作用。

1 AVS+產生的背景與概念

多年以來，我國一直沒有自主的音視頻編碼標準核心技術，曾花費了昂貴的資金代價和苛刻的相關政策的管制，曾經繁華一時的DVD產業(yè)就成為了西方專利政策的犧牲品，隨著我國信息產業(yè)和AVS工作聯(lián)盟的研發(fā)和努力，成功地研發(fā)了具有自主產權的第一代信源標準即：MPEG-2和第二代信源標準即：H.264和AVS，同時為了進一步推動我國瓶頸產業(yè)的發(fā)展，又增加和修改了AVS的標準和內容，升級出新的AVS+編碼信源標準，它在性能上更進一步得到了優(yōu)化，通過增加四種新型的技術，使AVS+編碼技術成為了成本低廉而編碼質量更優(yōu)的核心技術，經過聯(lián)合工作組的綜合測試和評議，形成了網絡技術支撐下的AVS+標準文本方案，并制訂了相關規(guī)定和制度，將這項AVS+技術普及應用于廣播電視系統(tǒng)當中，促成高清和立體的電視傳播網絡。

2 自主研發(fā)的第二代標準：AVS+和H.264之間的比較分析

在對第二代信源編碼標準的技術當中，重要的是其圖像成型內容的顯示質量方面，圖像顯示的亮度和顏色對比度是質量的參考因素。對AVS+信源編碼和H.264信源編碼進行測量的基礎上，才能進行優(yōu)勢性比較，PQA600A是測量圖像視頻誤差的基準診斷設備，它通過技術預測得出PQR分值的高低，分值越低的測量結果顯示視頻圖像的質量越高、效果越好，通過對靜止狀態(tài)和運動狀態(tài)的圖像測試，可以比較得出：AVS+信源編碼技術下的PQR分值比H.264信源編碼技術的PQR分值要低，編碼質量更好。它在新的技術工具的添加應用上，兼容性能更高，主要體現(xiàn)在以下四項新型技術方面：

2.1 高級熵編碼技術

這項技術是在編碼流程中的最后一項，為了實現(xiàn)AVS+信源編碼的低成本和計算的低難度，開發(fā)啟用了一種基于上下文的算術編碼，即CBAC，這種技術有效地提高了編碼的效率，實現(xiàn)了全面兼容。

2.2 圖像級自適應加權量化技術

這種技術是在變換和量化的部分新增的內容，其“Qmode”的加權量化模式，主要體現(xiàn)為四種形式：默認、關注細節(jié)、關注非細節(jié)和均關注模式，從變換的角度上看，轉化為了16位整數(shù)8×8；從量化的角度看，實現(xiàn)了編碼器的縮放功能。

2.3 同極性場跳過模式編碼技術

該技術增加了PB幀場編碼預測標志，對圖像視頻的亮度運動，進行了直接和跳過模式的修改，通過亮度運動矢量導出的計算方式調整，增減了矢量狀態(tài)的導出；并且，對視頻圖像底層和頂層默認圖像的修改，將最近場修改為同極性場。

2.4 增強場編碼技術

這種新型技術拓展了視頻圖像的運動補償預測功能，AVS+信源編碼修改了底場默認的skip/direct模式參考圖像，改變參考圖像的運動矢量導出方法，增強了其中場編碼的技術內容。

3 AVS+編碼平臺網絡管理系統(tǒng)的軟件模塊設計與實現(xiàn)

3.1 AVS+編碼平臺網絡管理系統(tǒng)的功能內容

這個系統(tǒng)是針對數(shù)字電視前端平臺進行實時的監(jiān)控與管理，在良好的交互界面下，用戶與網絡可以實現(xiàn)有效的對接，在實時的網絡信息服務前提下，進行故障的排除和穩(wěn)定性的監(jiān)控。主要有以下內容：（1）展現(xiàn)良好的視圖界面功能。在規(guī)范化的設計指導下，用直觀的信源編碼流程圖和網絡之間的連接圖示，實現(xiàn)良好性能的網絡系統(tǒng)管理工作。（2）動態(tài)管理設備基本信息的功能。網絡管理過程中，需要對音視頻設備進行基礎信息的把握，通過設備之間的連接，固定設備的定位狀態(tài)，便于網絡管理員進行故障判斷與處理。（3）運行設備的參數(shù)調整功能。在網絡管理系統(tǒng)中，音視頻設備在傳輸?shù)倪\行狀態(tài)下，需要管理員進行傳輸控制，對音視頻設備的參數(shù)進行調節(jié)，以實現(xiàn)清晰、完整的數(shù)據(jù)輸出。（4）Trap信息處理功能。管理系統(tǒng)設備通過Trap信息的發(fā)送與接收手段，在一旦發(fā)生故障預警時，可以主動發(fā)送陷阱報文，讓管理控制員及時處理。

3.2 AVS+網絡管理系統(tǒng)的設計總略

該系統(tǒng)肩負進行廣播電視傳輸?shù)闹卮笫姑瓿蓴?shù)字電視前端的安全傳送，通過對前端設備的遠程控制，在C/S軟件框架下，采用集中式的網絡結構，清晰地分為三個層面，通過采集層、存儲層和呈現(xiàn)層的模塊實現(xiàn)，開發(fā)出面向用戶的Qt庫。（1）采集層模塊設計。這一模塊設計主要是突出網管設備代理的基礎功能，不同的參數(shù)環(huán)境下，不同的設備獲取不同的信息，諸如：設備運行時間、聯(lián)系人及IP地址等基本狀態(tài)信息，并在一旦發(fā)生故障預警時，可以自動發(fā)送Trap報文，這些相關信息都會存在數(shù)據(jù)庫中，成為其中的一個基礎層。（2）存儲層模塊設計。該模塊是為了數(shù)據(jù)的便捷有效而采取的內在存儲設計，在采集層的數(shù)據(jù)庫基礎上，存儲層進行預處理和分類存儲的內在強大功能，這是為數(shù)據(jù)的準確定位和精準操作而設計的模塊，可以更有效地實現(xiàn)對系統(tǒng)設備的維護和監(jiān)控。（3）呈現(xiàn)層模塊設計。這一模塊是直觀性的人機交互顯示狀態(tài)，根據(jù)不同參數(shù)配置的設備類型，選取相對應的獲取信息，實現(xiàn)用戶的定制功能顯示；同時，在界面顯示的設備運行狀態(tài)下，以顏色顯示的報警形式實現(xiàn)實時監(jiān)控。

3.3 AVS+網絡管理系統(tǒng)的設計實現(xiàn)

這種新型的AVS+網絡管理系統(tǒng)，其實現(xiàn)流程操作步驟為：首先，在網絡系統(tǒng)平臺之下，對需求用戶進行權限驗證，經過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對用戶的相關基礎信息進行符合性分析之后，進行匹配驗證錄入；然后，需求用戶才可以進行系統(tǒng)化操作，在對相關設備如：編碼器和交換機等進行添加的同時，根據(jù)系統(tǒng)配置實施監(jiān)視和控制。在上述流程操作程序中，核心內容是實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的連接與統(tǒng)轄，先是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的初始化環(huán)節(jié)，再實現(xiàn)用戶的數(shù)據(jù)庫登錄驗證環(huán)節(jié)，在這兩個核心環(huán)節(jié)之中，重點是對用戶的用戶名和密碼進行匹配性對接，最終實現(xiàn)AVS+網絡管理的相關功能。

4 AVS+信源編碼技術的推進與應用

為了全面鋪開AVS+信源編碼，在《廣播電視先進視頻編解碼（AVS+）技術應用實施指南》的原則下，全國廣電高清領域展開了熱點性的議論和關注，主要關于以下幾個方面：（1）相關過渡期的并播應用問題。《指南》規(guī)定，我國已上星的高清電視都要采用AVS+信源編碼標準，如何進行合理性過渡，是電視應用方面要探討的重要問題，現(xiàn)在的過渡期內必然是要實現(xiàn)雙碼流并發(fā)，采用多上一個碼流、或者多上一個載波，只是時間的早晚的問題，要把上星的高清視頻由原來的H.264轉換為更為先進的AVS+，要從編碼器和接收設備兩方面同時進行轉換，以達到《指南》的要求。同時，對目前現(xiàn)有的電視視頻不支持AVS+的現(xiàn)實情況，采取留有空間的手段，允許電視前端的AVS+信號轉換為H.264作為過渡，待終端支持后再實現(xiàn)AVS+的信號傳輸。（2）AVS+編碼技術的拓寬規(guī)模應用問題。在AVS+的產業(yè)鏈上，不但可以在廣電傳播領域中使用，而且還可以拓展到多媒體上的相關企業(yè)網和社區(qū)網等處，通過AVS+的編碼器和轉碼器的市場專業(yè)化應用，推動國際化市場。（3）AVS+編碼技術在手持式智能終端上的應用。在全球化的網絡背景環(huán)境下，網絡智能終端由原來固定式的裝備轉為更便捷的隨身裝置，例如：智能手機、平板電腦等，都成為了人們喜愛的便攜式信息工具。AVS產業(yè)鏈可以與智能手機芯片供應商進行溝通，使手機智能的芯片支持AVS+，參考WAPI標準，在入網認證時嵌入AVS產業(yè)技術。（4）AVS+編碼技術在視頻監(jiān)控上的應用。我國要大力發(fā)展AVS+技術，由于欠缺支持AVS標準的嵌入式編解碼芯片，導致我國的視頻監(jiān)控領域的AVS應用發(fā)展遲滯，要制訂出監(jiān)控視頻傳感服務器的解決方案，用具有優(yōu)化性能的AVS編碼器，完成在TMSDM6446平臺之上的移植和封裝，實現(xiàn)D1分辨率的嵌入式實時編碼，利用協(xié)議將編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的網絡上；同時，將AVS解碼器移植到OMAP3530平臺上，實現(xiàn)同分辨率的實時編碼，這樣，就可以完成整套視頻監(jiān)控系統(tǒng)對AVS+技術的支持，從而推動AVS+產業(yè)鏈的豐富和發(fā)展。（5）未來將AVS+編碼技術與H.265實現(xiàn)同步的宏觀展望。近一兩年來，4K電視取得了一定的發(fā)展，在未來的時間里，4K電視的視頻傳輸必然要采用比H.264更為先進而高效的H.265標準，H.265標準也稱“高效率視頻編碼”，其壓縮效率比H.264提高了一半，在相同質量的數(shù)字視頻文件中，它能夠明顯降低成本，進行文件的有效存儲和分發(fā)。為了與未來的H.265實現(xiàn)同步，AVS+編碼技術需要更為高效的演進，我國的國家總局正在考慮用AVS+編碼技術支持高清電視，用更進一步的AVS2技術來支持4K超高清電視，加快H.265的隔行掃描技術，實現(xiàn)未來的AVS+的演進產業(yè)鏈與H.265同步推進，加速AVS+產業(yè)的升級換代進程。

5 結束語

在當前網絡信息技術高速發(fā)展的今天，各種新型技術不斷地得以研發(fā)和更新?lián)Q代，其中AVS+編碼平臺網絡管理系統(tǒng)便是我國自主研發(fā)的新型技術，音視頻編碼標準核心技術曾是我國的技術瓶頸，為國外的專利費用所制約，經過我國技術人員多年的開發(fā)和研究，在第一代和第二代信源編碼技術的進程發(fā)展中，我國運用AVS+編碼技術以適應不同的應用場景，包括：廣播數(shù)字電視、移動智能終端和可視化的視頻監(jiān)控、地面數(shù)字電視等內容，利用AVS+編碼平臺網絡管理系統(tǒng)的軟件模塊設計與實現(xiàn)，進行實時的監(jiān)控管理和有效的數(shù)據(jù)庫存儲及分析，需求用戶在系統(tǒng)協(xié)議允許的范圍內進行權限內使用，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫在初始化和驗證匹配的前提下，用戶才能實現(xiàn)人機交互對接，完成AVS+編碼的實踐性應用。

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