淺談AVS+視頻編碼及其在廣播電視衛星傳輸中的應用

歐蓮惠 王壽華 江科湖（廣西廣播電視地球站）

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淺談AVS+視頻編碼
及其在廣播電視衛星傳輸中的應用

歐蓮惠 王壽華 江科湖
（廣西廣播電視地球站）

［摘 要］隨著廣播電視先進視頻編解碼（AVS+）標準及其應用指南的頒布，AVS+視頻編碼技術越來越廣泛應用于廣播電視領域，本文對AVS+視頻編碼技術的優勢及其應用于廣播電視衛星傳輸領域進行分析，并提出相關技術方案。

［關鍵詞］AVS+；廣播電視；衛星傳輸

一、背景

2012年，國家廣電總局正式頒布《廣播電視先進音視頻編解碼 第1部分：視頻》行業標準，即GY/T 257.1-2012，簡稱AVS+。2014年正式發布《AVS+技術應用實施指南》。AVS+是我國具有自主知識產權的視頻編碼技術，具有更高的編碼效率，壓縮效率是傳統的MPEG2標準2倍以上，與國外同類標準H.264/AVC編碼效率相當。

近年來，隨著中央電視臺和各省級衛視高清頻道的逐漸增多，無論是在廣播電視衛星傳輸、有線網絡、數字微波還是地面數字電視系統，傳輸帶寬日趨緊張，因此，采用編碼效率更高的AVS+標準作為廣播電視傳輸系統的視頻編碼，可以有效的解決廣播電視傳輸系統的傳輸帶寬和頻道資源問題以及專利費用問題。2015年央視衛星頻道已經部分轉為AVS+編碼方式，所有已上星的省級高清衛視節目已經全部轉為AVS+編碼方式，部分采用AVS+編碼的高清衛視節目如圖一，而以后上星的省級高清衛視節目也必須采用AVS+編碼方式；同時國家新聞出版廣電總局正在實施的中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程，地面數字電視視頻編碼已采用AVS+標準。

二、AVS+的關鍵技術

1AVS+新技術

AVS+作為我國具有自主知識產權的視頻編碼技術，是在原來AVS-P2 即GB/T20090.2-2006基準檔次（jizhun profile）上的優化和演進，是科學技術進步的結果。在AVS-P2的基礎上增加了算術編碼（AEC）、加權量化（AWQ）、P幀前向預測（PEF）、B幀前向預測（BEF）四個新技術工具，如下表1所示：

序號技術名稱　說明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

圖一 部分采用AVS+編碼的高清衛視節目

2AVS+與MPEG-2、H.264的對比

AVS+和H.264都采用基于塊的運動補償混合編碼框架，包括變換、量化、熵編碼、幀內預測、幀間預測、環路濾波等當前主流技術模塊。AVS+與MPEG-2、H.264相比具有以下4個特點：（1）性能高，編碼效率比MPEG-2高兩倍以上，與H.264的編碼效率相當；（2）算法復雜度比H.264低；（3）軟硬件實現難度比H.264低；（4）專利授權模式簡單，成本費用遠低于同類標準。

2013年8月，國家廣播電影電視總局廣播電視計量檢測中心對AVS+高清編碼器的圖像質量進行了主觀評價，并與市場上頂級的H.264高清編碼器編碼圖像質量進行了對比。視頻碼率設置為12Mbps，采用8個國內外高清測試序列，圖像質量相對于源圖像的質量下降百分比平均值分別為9.0%（AVS+ Dualpass）、9.8% （AVS+ Singlepass）、8.8%（H.264）。測試結果表明，AVS+ Dual-Pass編碼器將差距縮小到了誤差范圍之內的2%，可以認為主觀質量與世界頂級H.264編碼器一致，如圖二AVS+與H.264編碼效果比對。

Dual-Pass技術也稱為雙步編碼技術，使得碼率分配能完全根據視頻的復雜度進行，對復雜的場景切換應付自如，能自動選擇最優的圖像編碼模式，其對視頻編碼差異化的三大方向都提供了明顯改善：Dual-Pass技術的核心是通過兩個編碼引擎進行編碼，第一編碼引擎負責提取視頻序列中的場景變換，壓縮復雜度，運動矢量，模式判斷等基本信息，并將信息提供給第二個編碼引擎進行編碼，使得主觀和客觀質量都更上一層樓，將AVS+的潛力充分發揮出來。在實際應用中，Dual-Pass技術和統計復用技術聯合使用，可以產生接近代差的質量差別，AVS+技術在編碼系統層面已經能夠全面和H.264/AVC系統媲美和競爭。

圖二 AVS+與H.264編碼效果比對

三、AVS+在廣播電視衛星傳輸中的應用

1廣西衛視高清頻道衛星傳輸的意義

圖三 基于AVS+的廣播電視衛星傳輸系統

目前廣西衛視已開播高清頻道，但僅在有線電視網中傳送，對全國覆蓋面不足，使用衛星傳輸覆蓋可有效解決此問題。在這些新形勢新要求下，有必要采用AVS+等新技術通過衛星傳輸廣西衛視高清頻道。

根據國家新聞出版廣電總局在高清電視節目上星實施指導方案中的建議，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，音頻支持環繞聲，建議壓縮碼率不低于384Kbps。按傳統MPEG-2標準進行壓縮編碼，音視頻總碼率需要18Mbps以上，按DVB-S傳輸標準對應傳輸帶寬為16.2MHz，而采用AVS+標準進行編碼可減少1/3傳輸帶寬，按目前衛星轉發器租用費30萬元/年MHz計算，每年將節省租用費162萬元以上。

2基于AVS+的廣播電視衛星傳輸系統方案

基于AVS+的廣播電視衛星傳輸系統包括前端系統、上行系統和地面接收系統。

廣西電視臺前端系統將播出的高清節目直接進行AVS+編碼，通過光纖傳輸網絡或數字微波傳至地球站，地球站上行系統對其進行復用、調制、上變頻和上星等環節處理，通過衛星信道傳輸分發，在相關地面數字電視覆蓋網，由AVS+衛星接收解碼器接收相應衛星節目信號。系統示意圖如圖三所示。

如節目源已轉碼為AVS+碼流，則將其直接進行復用、調制、上變頻、上星，通過衛星信道傳輸；如節目源為MPEG-2碼流，則需先轉碼為AVS +碼流，再將轉碼后的AVS+碼流進行復用、調制、上變頻和上星等環節處理，再通過衛星信道進行傳輸。信號源為電視臺通過光纖或數字微波傳送的未編碼的高清SDI信號，音視頻節目通過SDI接口輸入給AVS+編碼器，編碼后形成的TS流通過ASI/IP接口輸入給復用器，復用器將節目TS流以及業務信息發送器送來的節目信息復用形成TS流，再通過ASI/IP接口輸入給調制器，TS流經過調制、上變頻、高功放后通過信道傳輸至衛星轉發器。

四、結束語

隨著廣播電視高清化的發展趨勢，以及中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程的推進，AVS+視頻編碼技術會更多的應用于廣播電視行業各個系統，將極大提高廣播電視系統的傳輸效率和質量。為了滿足日后廣西廣播電視傳輸覆蓋發展的需求，同時為了廣西衛視高清頻道與其他省市衛視高清上星頻道接軌，采用AVS+編碼方式上星傳輸，將增強廣西衛視頻道的綜合競爭力，使全國區域看到廣西衛視高清晰度節目，加強廣西的對外宣傳能力，擴大范圍影響力，產生良好的社會效益。