數字電視前端中AVS+信源的傳輸技術方案及圖像質量分析

程培鴻

（福建廣電網絡集團股份有限公司，福建　福州　350001）

數字電視前端中AVS+信源的傳輸技術方案及圖像質量分析

程培鴻

（福建廣電網絡集團股份有限公司，福建福州350001）

文章講述了我國自主產權的AVS+標準的電視節目在有線電視網絡中的接收及傳送方式，并對目前市場上幾款主流的編轉碼設備進行了圖像質量分析對比，以尋找最合適的傳送方式及最優的設備，對AVS+設備在廣播電視行業中的推廣和普及具有重大的參考價值。

AVS+；圖像質量分析；數字電視前端；轉碼；廣播電視

數字音頻編解碼標準（Audio Video Coding Standard，AVS+）是2012年7月發布的《廣播電視先進音視頻編解碼第一部分：視頻》行業標準，即GY/T257.1—2012，其在AVS-P2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）4個技術工具，對硬件資源的消耗更少，相比H.264可節省國內音視頻產業的專利費。

1　AVS+信源在有線數字前端接收的技術方案

在推廣AV S+的進程中，鑒于現有網絡中均為H.264/MPGE-2的高清機頂盒，需要將AVS+節目轉成MEPG-2或H.264格式，以解決存量終端對新增高清節目的兼容接收問題。有兩種方式可以對衛星下行的AVS+格式節目進行處理。第一種是轉碼方式：使用衛星接收機解調AVS+節目流，用IP方式輸出至AVS+轉碼器，直接將AVS+節目流轉成系統中使用的MPEG-2或H.264格式。第二種是重編碼方式：使用衛星接收機接收AVS+節目并解碼，輸出SDI信號，再用編碼器將SDI信號編成目前需要的MPEG-2或H.264格式。

使用不同廠家的設備對這兩種方式進行分析對比。

1.1圖像質量測試方案及測試設備介紹

1.1.1圖像質量測試方案

利用全程質量檢測認證（Process Quality Assurance，PQA）設備發出一個SDI節目源，送到某品牌的國標編碼器，把信源編成AVS+信號后送出（固定碼率（Constant Bitrate，CBR），11.5M，作為高清AVS+基準信源），之后用轉碼器（見圖1）或是衛星接收機+編碼器（見圖2）將此AVS+節目處理成為H.264格式，最后把這個H.264信號送回PQA圖像質量分析儀，與源圖像相比較得出一系列指標結果，對比測試結果選擇出較好的AVS+處理方案。測試拓撲如圖1—2所示。

圖1　轉碼方式測試拓撲

圖2　重編碼方式測試拓撲

1.1.2測試設備介紹

目前有4款AVS+轉碼器可以用來處理AVS+信號；同時有兩款H264編碼器，分別配合同一臺衛星接收機處理AVS+信號。為了方便說明，依次將4種轉碼器記作A，B，C，D轉碼，衛星接收機配編碼器記為接收機+E編碼、接收機+F編碼。

在圖像質量測試中，本系統使用了泰克PQA600圖像質量分析儀。

1.1.3圖像質量測試指標介紹

以前人們評價視頻質量常用的方法有兩種：平均主觀評分（MOS）和剛可變差異（JND）。MOS是將測試圖像與圖像質量最好及最差的兩個參考視頻相比較，然后打分；而JND是讓一群人看兩個圖像（測試VS最好，或測試VS最差），然后評價是否可以區分哪個更好，按是否可區分比例最后得出JND值。

現在PQA600產品運用了3種指標，分別是PQR，DMOS以及PSNR。其中PQR是圖像質量計分；DMOS是差值平均主觀評分（測試結果僅在與質量最差的參考視頻的內容相比較時才有意義，每一個DMOS均有預置的最差質量參考視頻）；PSNR是峰值信雜比（圖像間的絕對差值）。PQR是由JND演變而來，DMOS則由MOS演變而來。

PQR計分范圍為0～∞：0=理想質量（不能察覺與參考圖像的差異）；1=幾乎不能察覺損傷；3～4=可以看出損傷，但不明顯（類似于復合視頻）；5=類似于10Mb/s SD MPEG-2；7～8=類似于4Mb/s SD MPEG-2；10=可明顯觀察到的損傷（類似于2Mb/s SD MPEG-2）；>10=與人眼測試的相關性很弱。

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

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

表1是這3種測試方法的比較。

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

表1　3種測試方法的比較

本次試驗在PQA600中測試的8個指標其實就是測試了PQR，DMOS以及PSNR這3大項中的幾個小項。

1.1.4圖像質量測試結果

圖3—5和表2是4種轉碼器和衛星接收機配兩種編碼器的圖像質量分析的測試截圖及結果統計表（由于測試量較多，截圖展示只選取了A轉碼的3項主要指標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　測試結果統計

1.1.5圖像質量測試結果分析

在以上這8個測試項中，前兩項002，006與人眼視覺特性相關，即這兩項得分的優劣基本與用戶觀看時的感覺一致，因此在對比圖像質量時，這兩項值起決定性作用。

觀察以上數據，可以判斷AVS+信號經過處理后圖像質量由好到壞排列依次為：C轉碼，D轉碼，A轉碼，接收機+E編碼，B轉碼，接收機+F編碼。

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

表3　A 轉碼器與C，D轉碼器差值比較

相對于0～80/100的取值區間，這些零點幾的差值就可以基本忽略，可認為兩者之間效果基本一致，故此得出結論，A轉碼比C，D轉碼略差，C轉碼效果最好。

2　AVS+信源接收與傳輸方案建議

綜合上述分析，針對AVS+節目在有線電視網絡中的傳送，以目前市場上的主流設備來比較，推薦使用C轉碼器配合衛星接收機來進行處理。

［1］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，國家標準化管理委員會.GB/T 20090—2006信息技術先進音視頻編碼［S］.北京：國家標準化管理委員會，2006.

［2］國家廣播電影電視總局廣播科學研究院電視研究所.GY/T 134—1998數字電視圖像質量主觀評價方法［S］.北京：國家廣播電影電視總局標準化規劃研究所，1998.

［3］高文.AVS+標準及其應用［M］北京：北京大學數字媒體研究所，2007.

［4］張偉民.AVS+標準的主觀圖像質量對比分析［J］.電視技術，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：數字電視前端。