浅谈AVS+视频编码及其在广播电视卫星传输中的应用

欧莲惠 王寿华 江科湖（广西广播电视地球站）



浅谈AVS+视频编码
及其在广播电视卫星传输中的应用

欧莲惠 王寿华 江科湖
（广西广播电视地球站）

［摘 要］随着广播电视先进视频编解码（AVS+）标准及其应用指南的颁布，AVS+视频编码技术越来越广泛应用于广播电视领域，本文对AVS+视频编码技术的优势及其应用于广播电视卫星传输领域进行分析，并提出相关技术方案。

［关键词］AVS+；广播电视；卫星传输

一、背景

2012年，国家广电总局正式颁布《广播电视先进音视频编解码 第1部分：视频》行业标准，即GY/T 257.1-2012，简称AVS+。2014年正式发布《AVS+技术应用实施指南》。AVS+是我国具有自主知识产权的视频编码技术，具有更高的编码效率，压缩效率是传统的MPEG2标准2倍以上，与国外同类标准H.264/AVC编码效率相当。

近年来，随着中央电视台和各省级卫视高清频道的逐渐增多，无论是在广播电视卫星传输、有线网络、数字微波还是地面数字电视系统，传输带宽日趋紧张，因此，采用编码效率更高的AVS+标准作为广播电视传输系统的视频编码，可以有效的解决广播电视传输系统的传输带宽和频道资源问题以及专利费用问题。2015年央视卫星频道已经部分转为AVS+编码方式，所有已上星的省级高清卫视节目已经全部转为AVS+编码方式，部分采用AVS+编码的高清卫视节目如图一，而以后上星的省级高清卫视节目也必须采用AVS+编码方式；同时国家新闻出版广电总局正在实施的中央广播电视节目无线数字化覆盖工程，地面数字电视视频编码已采用AVS+标准。

二、AVS+的关键技术

1AVS+新技术

AVS+作为我国具有自主知识产权的视频编码技术，是在原来AVS-P2 即GB/T20090.2-2006基准档次（jizhun profile）上的优化和演进，是科学技术进步的结果。在AVS-P2的基础上增加了算术编码（AEC）、加权量化（AWQ）、P帧前向预测（PEF）、B帧前向预测（BEF）四个新技术工具，如下表1所示：

序号技术名称　说明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

图一 部分采用AVS+编码的高清卫视节目

2AVS+与MPEG-2、H.264的对比

AVS+和H.264都采用基于块的运动补偿混合编码框架，包括变换、量化、熵编码、帧内预测、帧间预测、环路滤波等当前主流技术模块。AVS+与MPEG-2、H.264相比具有以下4个特点：（1）性能高，编码效率比MPEG-2高两倍以上，与H.264的编码效率相当；（2）算法复杂度比H.264低；（3）软硬件实现难度比H.264低；（4）专利授权模式简单，成本费用远低于同类标准。

2013年8月，国家广播电影电视总局广播电视计量检测中心对AVS+高清编码器的图像质量进行了主观评价，并与市场上顶级的H.264高清编码器编码图像质量进行了对比。视频码率设置为12Mbps，采用8个国内外高清测试序列，图像质量相对于源图像的质量下降百分比平均值分别为9.0%（AVS+ Dualpass）、9.8% （AVS+ Singlepass）、8.8%（H.264）。测试结果表明，AVS+ Dual-Pass编码器将差距缩小到了误差范围之内的2%，可以认为主观质量与世界顶级H.264编码器一致，如图二AVS+与H.264编码效果比对。

Dual-Pass技术也称为双步编码技术，使得码率分配能完全根据视频的复杂度进行，对复杂的场景切换应付自如，能自动选择最优的图像编码模式，其对视频编码差异化的三大方向都提供了明显改善：Dual-Pass技术的核心是通过两个编码引擎进行编码，第一编码引擎负责提取视频序列中的场景变换，压缩复杂度，运动矢量，模式判断等基本信息，并将信息提供给第二个编码引擎进行编码，使得主观和客观质量都更上一层楼，将AVS+的潜力充分发挥出来。在实际应用中，Dual-Pass技术和统计复用技术联合使用，可以产生接近代差的质量差别，AVS+技术在编码系统层面已经能够全面和H.264/AVC系统媲美和竞争。

图二 AVS+与H.264编码效果比对

三、AVS+在广播电视卫星传输中的应用

1广西卫视高清频道卫星传输的意义

图三 基于AVS+的广播电视卫星传输系统

目前广西卫视已开播高清频道，但仅在有线电视网中传送，对全国覆盖面不足，使用卫星传输覆盖可有效解决此问题。在这些新形势新要求下，有必要采用AVS+等新技术通过卫星传输广西卫视高清频道。

根据国家新闻出版广电总局在高清电视节目上星实施指导方案中的建议，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。按传统MPEG-2标准进行压缩编码，音视频总码率需要18Mbps以上，按DVB-S传输标准对应传输带宽为16.2MHz，而采用AVS+标准进行编码可减少1/3传输带宽，按目前卫星转发器租用费30万元/年MHz计算，每年将节省租用费162万元以上。

2基于AVS+的广播电视卫星传输系统方案

基于AVS+的广播电视卫星传输系统包括前端系统、上行系统和地面接收系统。

广西电视台前端系统将播出的高清节目直接进行AVS+编码，通过光纤传输网络或数字微波传至地球站，地球站上行系统对其进行复用、调制、上变频和上星等环节处理，通过卫星信道传输分发，在相关地面数字电视覆盖网，由AVS+卫星接收解码器接收相应卫星节目信号。系统示意图如图三所示。

如节目源已转码为AVS+码流，则将其直接进行复用、调制、上变频、上星，通过卫星信道传输；如节目源为MPEG-2码流，则需先转码为AVS +码流，再将转码后的AVS+码流进行复用、调制、上变频和上星等环节处理，再通过卫星信道进行传输。信号源为电视台通过光纤或数字微波传送的未编码的高清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/IP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，再通过ASI/IP接口输入给调制器，TS流经过调制、上变频、高功放后通过信道传输至卫星转发器。

四、结束语

随着广播电视高清化的发展趋势，以及中央广播电视节目无线数字化覆盖工程的推进，AVS+视频编码技术会更多的应用于广播电视行业各个系统，将极大提高广播电视系统的传输效率和质量。为了满足日后广西广播电视传输覆盖发展的需求，同时为了广西卫视高清频道与其他省市卫视高清上星频道接轨，采用AVS+编码方式上星传输，将增强广西卫视频道的综合竞争力，使全国区域看到广西卫视高清晰度节目，加强广西的对外宣传能力，扩大范围影响力，产生良好的社会效益。