數(shù)字電視前端中AVS+信源的傳輸技術(shù)方案及圖像質(zhì)量分析

程培鴻

（福建廣電網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)股份有限公司，福建　福州　350001）

數(shù)字電視前端中AVS+信源的傳輸技術(shù)方案及圖像質(zhì)量分析

程培鴻

（福建廣電網(wǎng)絡(luò)集團(tuán)股份有限公司，福建福州350001）

文章講述了我國(guó)自主產(chǎn)權(quán)的AVS+標(biāo)準(zhǔn)的電視節(jié)目在有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)中的接收及傳送方式，并對(duì)目前市場(chǎng)上幾款主流的編轉(zhuǎn)碼設(shè)備進(jìn)行了圖像質(zhì)量分析對(duì)比，以尋找最合適的傳送方式及最優(yōu)的設(shè)備，對(duì)AVS+設(shè)備在廣播電視行業(yè)中的推廣和普及具有重大的參考價(jià)值。

AVS+；圖像質(zhì)量分析；數(shù)字電視前端；轉(zhuǎn)碼；廣播電視

數(shù)字音頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)（Audio Video Coding Standard，AVS+）是2012年7月發(fā)布的《廣播電視先進(jìn)音視頻編解碼第一部分：視頻》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即GY/T257.1—2012，其在A(yíng)VS-P2基礎(chǔ)上增加了算術(shù)編碼（AEC），加權(quán)量化（AWQ），P幀前向預(yù)測(cè)（PEF），B幀前向預(yù)測(cè)（BEF）4個(gè)技術(shù)工具，對(duì)硬件資源的消耗更少，相比H.264可節(jié)省國(guó)內(nèi)音視頻產(chǎn)業(yè)的專(zhuān)利費(fèi)。

1　AVS+信源在有線(xiàn)數(shù)字前端接收的技術(shù)方案

在推廣AV S+的進(jìn)程中，鑒于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中均為H.264/MPGE-2的高清機(jī)頂盒，需要將AVS+節(jié)目轉(zhuǎn)成MEPG-2或H.264格式，以解決存量終端對(duì)新增高清節(jié)目的兼容接收問(wèn)題。有兩種方式可以對(duì)衛(wèi)星下行的AVS+格式節(jié)目進(jìn)行處理。第一種是轉(zhuǎn)碼方式：使用衛(wèi)星接收機(jī)解調(diào)AVS+節(jié)目流，用IP方式輸出至AVS+轉(zhuǎn)碼器，直接將AVS+節(jié)目流轉(zhuǎn)成系統(tǒng)中使用的MPEG-2或H.264格式。第二種是重編碼方式：使用衛(wèi)星接收機(jī)接收AVS+節(jié)目并解碼，輸出SDI信號(hào)，再用編碼器將SDI信號(hào)編成目前需要的MPEG-2或H.264格式。

使用不同廠(chǎng)家的設(shè)備對(duì)這兩種方式進(jìn)行分析對(duì)比。

1.1圖像質(zhì)量測(cè)試方案及測(cè)試設(shè)備介紹

1.1.1圖像質(zhì)量測(cè)試方案

利用全程質(zhì)量檢測(cè)認(rèn)證（Process Quality Assurance，PQA）設(shè)備發(fā)出一個(gè)SDI節(jié)目源，送到某品牌的國(guó)標(biāo)編碼器，把信源編成AVS+信號(hào)后送出（固定碼率（Constant Bitrate，CBR），11.5M，作為高清AVS+基準(zhǔn)信源），之后用轉(zhuǎn)碼器（見(jiàn)圖1）或是衛(wèi)星接收機(jī)+編碼器（見(jiàn)圖2）將此AVS+節(jié)目處理成為H.264格式，最后把這個(gè)H.264信號(hào)送回PQA圖像質(zhì)量分析儀，與源圖像相比較得出一系列指標(biāo)結(jié)果，對(duì)比測(cè)試結(jié)果選擇出較好的AVS+處理方案。測(cè)試拓?fù)淙鐖D1—2所示。

圖1　轉(zhuǎn)碼方式測(cè)試拓?fù)?/p>

圖2　重編碼方式測(cè)試拓?fù)?/p>

1.1.2測(cè)試設(shè)備介紹

目前有4款A(yù)VS+轉(zhuǎn)碼器可以用來(lái)處理AVS+信號(hào)；同時(shí)有兩款H264編碼器，分別配合同一臺(tái)衛(wèi)星接收機(jī)處理AVS+信號(hào)。為了方便說(shuō)明，依次將4種轉(zhuǎn)碼器記作A，B，C，D轉(zhuǎn)碼，衛(wèi)星接收機(jī)配編碼器記為接收機(jī)+E編碼、接收機(jī)+F編碼。

在圖像質(zhì)量測(cè)試中，本系統(tǒng)使用了泰克PQA600圖像質(zhì)量分析儀。

1.1.3圖像質(zhì)量測(cè)試指標(biāo)介紹

以前人們?cè)u(píng)價(jià)視頻質(zhì)量常用的方法有兩種：平均主觀(guān)評(píng)分（MOS）和剛可變差異（JND）。MOS是將測(cè)試圖像與圖像質(zhì)量最好及最差的兩個(gè)參考視頻相比較，然后打分；而JND是讓一群人看兩個(gè)圖像（測(cè)試VS最好，或測(cè)試VS最差），然后評(píng)價(jià)是否可以區(qū)分哪個(gè)更好，按是否可區(qū)分比例最后得出JND值。

現(xiàn)在PQA600產(chǎn)品運(yùn)用了3種指標(biāo)，分別是PQR，DMOS以及PSNR。其中PQR是圖像質(zhì)量計(jì)分；DMOS是差值平均主觀(guān)評(píng)分（測(cè)試結(jié)果僅在與質(zhì)量最差的參考視頻的內(nèi)容相比較時(shí)才有意義，每一個(gè)DMOS均有預(yù)置的最差質(zhì)量參考視頻）；PSNR是峰值信雜比（圖像間的絕對(duì)差值）。PQR是由JND演變而來(lái)，DMOS則由MOS演變而來(lái)。

PQR計(jì)分范圍為0～∞：0=理想質(zhì)量（不能察覺(jué)與參考圖像的差異）；1=幾乎不能察覺(jué)損傷；3～4=可以看出損傷，但不明顯（類(lèi)似于復(fù)合視頻）；5=類(lèi)似于10Mb/s SD MPEG-2；7～8=類(lèi)似于4Mb/s SD MPEG-2；10=可明顯觀(guān)察到的損傷（類(lèi)似于2Mb/s SD MPEG-2）；>10=與人眼測(cè)試的相關(guān)性很弱。

DMOS類(lèi)似于MOS，評(píng)分在0～100之間：0=理想質(zhì)量（與原始圖像幾乎無(wú)差異）；0～20=好；20～40=中間值；40～100=差；100+=非常差（與質(zhì)量最差的參考視頻一樣甚至更差）。

PSNR（dB）=20*log10（信號(hào)峰值/差值）；信號(hào)峰值=255（有時(shí)為239）；差值=參考像素值-損傷像素值。

表1是這3種測(cè)試方法的比較。

PQR：如果PQR測(cè)量值普遍較高，則意義不大；DMOS：在使用同一質(zhì)量最差的視頻片段或同一廠(chǎng)家提供的測(cè)量（例如006 HD Broadcast DMOS）時(shí)，是唯一可與其他DMOS 或MOS評(píng)分相比較的測(cè)量方法，適用于所有測(cè)量結(jié)果；PSNR：最常用的測(cè)量方法。

表1　3種測(cè)試方法的比較

本次試驗(yàn)在PQA600中測(cè)試的8個(gè)指標(biāo)其實(shí)就是測(cè)試了PQR，DMOS以及PSNR這3大項(xiàng)中的幾個(gè)小項(xiàng)。

1.1.4圖像質(zhì)量測(cè)試結(jié)果

圖3—5和表2是4種轉(zhuǎn)碼器和衛(wèi)星接收機(jī)配兩種編碼器的圖像質(zhì)量分析的測(cè)試截圖及結(jié)果統(tǒng)計(jì)表（由于測(cè)試量較多，截圖展示只選取了A轉(zhuǎn)碼的3項(xiàng)主要指標(biāo)002 HD Broadcast PQR，006 HD Broadcast DMOS及020 PSNR）。

圖3　002 HD Broadcast PQR

圖4　006 HD Broadcast DMOS

圖5　020 PSNR

表2　測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)

1.1.5圖像質(zhì)量測(cè)試結(jié)果分析

在以上這8個(gè)測(cè)試項(xiàng)中，前兩項(xiàng)002，006與人眼視覺(jué)特性相關(guān)，即這兩項(xiàng)得分的優(yōu)劣基本與用戶(hù)觀(guān)看時(shí)的感覺(jué)一致，因此在對(duì)比圖像質(zhì)量時(shí)，這兩項(xiàng)值起決定性作用。

觀(guān)察以上數(shù)據(jù)，可以判斷AVS+信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后圖像質(zhì)量由好到壞排列依次為：C轉(zhuǎn)碼，D轉(zhuǎn)碼，A轉(zhuǎn)碼，接收機(jī)+E編碼，B轉(zhuǎn)碼，接收機(jī)+F編碼。

這里取前3個(gè)C，D，A轉(zhuǎn)碼器作深入比較，以A轉(zhuǎn)碼器的得分作基準(zhǔn)，與C，D轉(zhuǎn)碼器的差值如表3所示。

表3　A 轉(zhuǎn)碼器與C，D轉(zhuǎn)碼器差值比較

相對(duì)于0～80/100的取值區(qū)間，這些零點(diǎn)幾的差值就可以基本忽略，可認(rèn)為兩者之間效果基本一致，故此得出結(jié)論，A轉(zhuǎn)碼比C，D轉(zhuǎn)碼略差，C轉(zhuǎn)碼效果最好。

2　AVS+信源接收與傳輸方案建議

綜合上述分析，針對(duì)AVS+節(jié)目在有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò)中的傳送，以目前市場(chǎng)上的主流設(shè)備來(lái)比較，推薦使用C轉(zhuǎn)碼器配合衛(wèi)星接收機(jī)來(lái)進(jìn)行處理。

［1］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB/T 20090—2006信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼［S］.北京：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2006.

［2］國(guó)家廣播電影電視總局廣播科學(xué)研究院電視研究所.GY/T 134—1998數(shù)字電視圖像質(zhì)量主觀(guān)評(píng)價(jià)方法［S］.北京：國(guó)家廣播電影電視總局標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃研究所，1998.

［3］高文.AVS+標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用［M］北京：北京大學(xué)數(shù)字媒體研究所，2007.

［4］張偉民.AVS+標(biāo)準(zhǔn)的主觀(guān)圖像質(zhì)量對(duì)比分析［J］.電視技術(shù)，2013（21）：9-11.

Analysis of transmission scheme and image quality of AVS+ program in digital TV head-end

Cheng Peihong
（Fujian Broadcasting&TV Network Group， Fuzhou 350001， China）

This article discussed about the way of receiving and transmitting AVS+ program inCATV network.In order to fnd the most appropriate way of transmission and the optimal equipment， we had some comparison with a few of mainstream encoding/transcoding device on the market.It has significant reference value for AVS+ equipment in the promotion and popularization of broadcasting&TV industry.

AVS+； image quality analysis； digital TV head-end； transcoding； broadcasting&TV

程培鴻（1977— ），男，福建閩侯，本科，工程師；研究方向：數(shù)字電視前端。