AVS+格式压缩技术在卫星广播电视中的应用

2014年11月18日
引 言:随着AVS+标准的颁布和实施应用指南的发布,AVS+视频编码技术将会逐步应用于许多相关领域,本文就AVS+编码技术应用于广播电视卫星传输领域,进行了相关设计方案的探析。
AVS+综合解码器
全球首款AVS+综合接收解码器AVS+工程机
一、AVS+的背景
    2006年,具有我国自主知识产权的AVS-P2标准颁布,开创了中国音视频编解码技术自主创新的新时代,但与H.264存在较大的差距,不能满足广播电视高质量播出的要求,影响标准的产业化推广。2012年 “AVS技术应用联合推进工作组”启动AVS技术的产业化应用工作,最终形成AVS+标准技术草案。2012年7月10日,国家广电总局颁布《广播电视先进音视频编码第一部分:视频》行业标准(简称AVS+)。2014年4月18日正式发布《AVS+技术应用实施指南》。

二、AVS+的关键技术
    AVS+是我国唯一拥有自主音视频编码技术体系的国家,它突破了国外的技术垄断和专利壁垒,实现了标准和知识产权的完全自主可控,它使视频编码技术达到了世界先进水平。AVS+在兼容AVS1-P2的基础上,增加了4项技术:
    1、高级熵编码(AEC):算术编码,用于熵编码;
    2、自适应加权量化(AWQ):自适应量化矩阵,用于DCT变换后系数的量化;
    3、同极性跳过模式编码(PField Skip):隔行视频中P场skip宏块的运动矢量推导;
    4、增强场编码技术(BField Enhanced):隔行视频中B场skip与direct宏块运动矢量推导。

三、AVS+在卫星广播电视中的应用
    1、AVS+在广播电视卫星传输中应用的意义
    广播电视卫星传输中采用AVS+标准的重要意义在于:(1) ,随着上星卫视频道的增多,卫星传输带宽日趋紧张。AVS+是我国自主创新的视频编码技术,具有更高的编码效率,与同类国际标准H.264/AVC编码效率相当,用AVS+标准作为广播电视的视频编码,可解决广播电视行业面临的频道资源问题。(2) 音视频解码芯片是卫星接收机内最核心、最重要芯片,相当于计算机的CPU(中央处理器),每年数千万台卫星接收机采用自主解码芯片将有力推动我国芯片产业的发展;(3) AVS+标准达到了国际最新水平,解决了相应国际标准背后高昂的专利许可费问题,显著提高我国卫星数字电视系统的技术自主性。 (4) 采用自主芯片的接收机,完全清除了安全隐患,而且价格可控制在较合理范围内,有利于全国范围内各个地区广泛推广。
    2、基于AVS+的广播电视卫星传输方案
    总局对我国高清上星电视实施指导方案里建议:上星的高清数字电视频道,视频应采用AVS+标准中的广播类(broadcast profile)、级6.0.1.08.60压缩编码方式,建议视音频总码率不低于12Mbps,音频支持环绕声,建议压缩码率不低于384Kbps。
(1)基于AVS+传输方案的设计
    卫星传输分发数字电视系统前端将电视台播出的节目直接进行AVS+编码,再进行复用、加扰、调制和上星等环节处理,通过卫星传输分发;在数字电视网络前端,相应的卫星节目信号有AVS+卫星综合接收解码器接收。
    如果节目源是AVS+码流,则将其直接进行复用、调制和上星,通过卫星信道传输;如果节目源是MPEG-2码流,则将其转码为AVS +码流,再将转码后的AVS+码流进行复用、加扰、调制和上星等环节处理,再通过卫星信道进行传输。 为基于AVS+视频编码的传输方案设计框图。信号源为电视台通过光纤或微波送来的未编码的高清SDI信号,音视频节目通过SDI接口输入给AVS+编码器,编码后形成的TS流通过ASI接口输入给复用器,复用器将节目TS流以及业务信息发送器送来的节目信息复用形成TS流,TS流经加扰后,通过ASI接口输入给调制器,TS流经过调制、变频、功放后通过信道传输。接收机接收信道传输信号,进行解调,将TS流通过ASI接口输入给转码器,转码器将AVS+基本流转码为MPEG-2或H.264格式的码流,MPEG-2/H.264的接收解码器接收信道传输信号,进行解调、解复用、解扰以及MPEG-2/H.264解码,并输出节目。
(2)基于AVS+监控传输方案的设计
    为保障广播电视信号的传输安全,各省级地球站都会配置相应环节的画面监测和多类型的报警系统,由于现有的监测系统多为MPEG-2编码格式,因此如图2所示的AVS+视频编码传输系统监测报警方案中采用了基于AVS+的TeleSight多画面码流实时监测系统。该系统是国际上最新一代的高性价比数字多画面、多码流、多格式码流技术诊断和码流格式分析检测产品,能在对多达几十甚至上百路的数字压缩输入信号的实时解码显示的同时,再加上庞大的实时的码流数据分析功能,真正意义上实现了多路数字码流中每一路视音频节目的可视化监视和各种底层压缩数据的信号检测,确保了各种数字压缩信号从上传、发布到接收等各个环节上的各种压缩格式中的视音频信号与数据的正确性、完整性和安全性。该传输方案从系统各个关键点采样,然后用AVS+专业解码器解出信号后送到该监测系统,从而实现对各环节信号实时采样监测。同时,地球站原有的频谱监测、台标报警、音频报警等报警软件也可加入到该系统中,以更好的保障广播电视信号的安全播出。

四、结束语
    随着2014年《AVS+技术应用实施指南》的颁布,总局对卫星分发传送数字电视指导意见为:2014年1月1日起,新上星的高清数字电视,视频应采用AVS+标准;2014年12月31日前,已上星的高清频道,视频应转换为 AVS+标准。因此,AVS+视频编码的应用会逐步深入的展开,本文只是根据现有卫星地球站的设备配置,粗浅的探析了一些基于AVS+视频编码的卫星传输设计方案,随着以后AVS+标准的广泛投入使用,将会有更多更完善、详实的设计方案出炉。

参考文献:
【1】广播电视先进视频编解码(AVS+)技术应用实施指南
【2】尹芝,潘华.AVS+视频压缩技术及其应用.软件导刊,2013(12).
来源:广州鼎铭视讯器材有限公司

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