AVS+技术在地面数字电视的运用

摘要：本文主要介绍了我国地面数字电视的发展现状，我国自主研发的音视频编码标准AVS+以及AVS+音视频标准相比于H.264和MPEG-2这两个国际标准所具有的优点，最后，结合湖南省地面数字电视覆盖网建设情况，简述了AVS+编码方式在地面数字电视中的应用。

关键词：AVS+；视频编码H.264；地面数字电视

在互联网飞速发展的今天，电视，依然在人们的生活中扮演着不可替代的角色。据统计，目前我国电视机保有量已经接近4亿台。随着国家经济的不断发展，人们的生活水平也在不断提高，对电视节目质量的需求也在稳步上升。近年来，模拟电视数字化得到了快速发展，数字电视具有清晰度高、音频效果好、抗干扰性能好、频道资源利用率高等诸多优点，因此，数字电视终将会取代传统模拟电视。目前，我国有线数字电视用户仅1.6亿户，而且主要分布在城镇，其余两亿多户收看电视的主要方式就是地面数字电视了。在广大农村及城郊，居民需要更加丰富多彩的节目，地面数字电视是解决这一问题最便捷、安全和有效的手段。

1地面数字电视发展现状

地面数字电视相对有线数字电视和卫星数字电视来说，频率资源显得十分稀缺，但在属地性业务和覆盖中小收视群、移动电视业务等方面却有着不可替代的优势。因其涉及面广、影响大，地面电视的数字化难度也比较大，2008年北京奥运会前，地面数字电视有关标准的应用开始起步，由此启动了我国地面数字电视的新篇章。在国家广电总局的统一部署下，由总局直属无线电台管理局负责实施的中央节目地面数字电视覆盖网建设一期工程开始在天津、上海、广州等试点城市启动，并向300个地级市进行延伸建设，该项目完成了全国337个城市以及10个县的中央节目地面数字电视覆盖网站点建设任务。国家广电总局在2001年制定的《广播影视科技“十五”计划和2010年远景计划》中明确提出，到2020年，全国地面数字电视覆盖网基本建成，地面数字电视综合覆盖率基本达到现有模拟电视覆盖水平，地面数字电视接收机全面普及，地面电视公共服务水平得到较大提升，地面模拟电视信号停止播出，地面电视实现由模拟向数字的战略转型。

2AVS+技术的发展历程

AVS（AudioandVideocodingStandard）是我国自主研发的数字音视频技术标准，近年来在数字音视频领域逐步得到应用，特别是在广播电视领域。2012年7月，原国家广电总局颁布《广播电视先进音视频编解码第1部分：视频》行业标准，简称AVS+。2014年3月18日，国家新闻出版广电总局与工业和信息化部联合《广播电视先进视频编解码（AVS+）技术应用实施指南》（以下简称《指南》），按照“快速推进、平稳过渡、增量优先、兼顾存量”的原则，明确了分类、分步骤推进AVS+在卫星、有线、地面数字电视及互联网电视和IPTV等领域应用的时间表。按照计划，从2014年7月1日起，AVS+将在全国广电高清领域全面铺开，这是我国音视频领域的一件大事，也是我国广播电视运营和相关制造业的一件大事。AVS是自主创新的一面旗帜，首先是因为AVS是基于我国自主知识产权的基础性国家标准，已被国际电信联盟IPTV（网络电视）标准选为三大标准视频之一，也是我国数字电视机必须支持的唯一一个视频解码标准，不仅在我国广泛使用，而且已经在海外多个国家得到应用，在我国数字视听产业“由大变强”的战略转型中发挥了重要作用，是技术创新支撑产业发展的典型案例。

3AVS+与H.264和MPEG-2的比较

AVS+与MPEG标准都采用混合编码框架，包括变换、量化、熵编码、帧内预测、帧间预测、环路滤波等技术模块，这是当前主流的技术路线。AVS+的主要创新在于提出了一批具体的优化技术，在较低的复杂度下实现了与国际标准相当的技术性能，但并未使用国际标准背后的大量复杂的专利。AVS+当中具有特征性的核心技术包括：8x8整数变换、量化、帧内预测、1/4精度像素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵编码、去块效应环内滤波等。AVS+视频标准定义了I帧、P帧和B帧三种不同类型的图像，I帧中的宏块只进行帧内预测，P帧和B帧中的宏块则需要进行帧内预测或帧间预测，图中So是预测模式选择开关。预测残差进行8x8整数变换（ICT）和量化，然后对量化系数进行zig-zag扫描（隔行编码块使用另一种扫描方式），得到一维排列的量化系数，最后对量化系数进行熵编码。AVS+视频标准的量化和变换只需要加减法和移位操作，用16位精度即可完成。AVS+视频标准使用环路滤波器对重建图像滤波，一方面可以消除方块效应，改善重建图像的主观质量；另一方面能够提高编码效率。AVS+与H.264和MPEG-2的技术特点比较见下表1：根据国家新闻出版广电总局的总体部署和计划，到2020年，全国地面数字电视广播覆盖网将基本建成，地面模拟电视信号将停止播出。到目前为止，全国已有多个城市建成了地面数字电视覆盖网，在这里笔者以所在城市长沙市为例，着重介绍AVS+编码技术在湖南省地面数字电视覆盖网的应用情况。

4AVS+在地面数字电视覆盖网中的应用

湖南省是一个多丘陵与高山的地区，农村人口比重大，有线电视与网络电视到达率低。近年来，湖南付费无线数字电视发展得红红火火，导致无线频率使用混乱且无法管理，另外这几年通信技术迅速发展而广泛民用，使得电磁环境非常恶劣，致使无线模拟电视接收效果越来越差。因此，全省地面数字电视公益覆盖网的建设十分必要。湖南省地面数字电视公益覆盖网建设正式开始于2013年，于2014年1月1日正式开播，目前采用2台德国进口的液冷数字电视发射机，实现了全省境内覆盖，24小时播出包括中央台在内的十多套节目。在建设初期，对于前端编码方式的选择，经历了多次试验对比，最初采用H.264编码方式，在18M的视频带宽里压缩了16套标清节目，对比付费地面数字电视效果要好很多，但考虑到公益覆盖收视人群庞大，如果采用H.264会有专利费用问题，违背了我们国家公益无线数字电视的初衷。于是采用了具有我国自主知识产权的AVS编码标准，为了对比测试结果，也编码了16套标清节目，与之前的H.264直观对比，同时将两个码流传输至数字发射机无线发射，用同一个机顶盒收看，发现AVS固定码率的编码效果还是要差。在2013年的CCBN展会上，总局隆重推出广电行业最新的编码标准——AVS+，于是迅速引进了广州柯维新的AVS+编码器。在相同的节目源下，对比了H.264、AVS+和AVS，发现AVS+表现出了超越H.264的性能。最终，湖南省地面数字电视覆盖网选用了AVS+编码方式。地面数字电视系统前端接收来自卫星或光纤的节目，如果节目源是AVS+码流，则将其直接复用、调制和地面发射等环节处理，通过地面无线信道传输；如果节目源是MPEG-2码流，则将其转换成AVS+码流，再将转码后的AVS+码流进行复用、调制和地面发射等环节处理，通过地面无线信道传输。在系统终端，利用AVS+地面数字电视机顶盒，接收地面无线数字电视信号并进行AVS+解码，供观众收看。

5结束语

近年来，我国高清电视频道数量逐步增多，3D电视频道已经开播，无论是卫星、有线还是地面数字电视系统，随着开播频道的增多，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效率相当，用AVS+标准作为广播电视的视频编码，可有效解决广播电视行业面临的频道资源问题。2014年3月，国家新闻出版广电总局联合工业和信息化部制定了《广播电视先进视频编解码（AVS+）技术应用实施指南》，相信在国家政策的推动下，AVS+标准在卫星、有线、地面数字电视及互联网电视和IPTV等领域将得到更广泛的应用。

作者:陆嘉 李兆 单位:国家新闻出版广电总局 国家新闻出版广电总局西安监测台

参考文献：

[1]黄铁军.我视频编码国家标准AVS与国际标准MPEG的比较[J].实用影音技术，2012（4）.

[2]高文，黄铁军.信源编码标准AVS及其在数字电视中的应用[J].电视技术，2013（11）.

[3]周义，李衍奎.浅谈湖南地面数字电视公益覆盖网的建设[J].现代电视技术，2014（1）.