一.試驗(yàn)背景

在視音頻編碼方面，我國組織了大量的力量開展了相關(guān)的技術(shù)研發(fā)和科技攻關(guān)工作，目前，已經(jīng)研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的視音頻編碼技術(shù)，頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，芯片等關(guān)鍵器件的研發(fā)工作也取得了突破性進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果表明，我國自主研發(fā)的視音頻編碼技術(shù)在技術(shù)先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)可行性方面具有世界領(lǐng)先水平。

根據(jù)技術(shù)發(fā)展規(guī)律，我國視音頻編碼技術(shù)已經(jīng)從標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)階段進(jìn)入到集成共用技術(shù)階段，需要進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的現(xiàn)場技術(shù)試驗(yàn)。為此，國家新聞出版廣電總局下發(fā)了《廣電總局關(guān)于同意在廣東珠三角開展“AVS+和DRA”視音頻標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視地面廣播試驗(yàn)的批復(fù)》文件（廣局[2012]382號），同意以《廣播電視先進(jìn)視音頻編解碼 第1部分：視頻》GY/T257.1-2012（簡稱AVS+）和《多聲道數(shù)字音頻編解碼技術(shù)規(guī)范》（簡稱DRA（Digital Rise Audio））為核心技術(shù)，在廣東珠江三角洲因地制宜地選擇3個發(fā)射臺站，采用地面數(shù)字電視國家標(biāo)準(zhǔn)DTMB、信道調(diào)制使用總局推薦的工作模式7，搭建國內(nèi)首個基于數(shù)字電視地面廣播的“AVS+和DRA”視音頻試驗(yàn)平臺，開展“AVS+和DRA”視音頻標(biāo)準(zhǔn)的集成試驗(yàn)和應(yīng)用示范。

二.試驗(yàn)?zāi)康呐c意義

根據(jù)總局下發(fā)的任務(wù)要求，其主要工作內(nèi)容是在廣東珠江三角洲搭建國內(nèi)首個基于數(shù)字電視地面廣播的“AVS+和DRA”視音頻試驗(yàn)平臺，在采用DTMB標(biāo)準(zhǔn)的地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)絡(luò)上開展“AVS+和DRA”雙標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，藉此實(shí)現(xiàn)如下工作任務(wù)：

·按照總局批復(fù)要求，在研究了AVS+、DRA和DTMB標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合廣州市現(xiàn)有廣播電視基礎(chǔ)設(shè)施、傳輸分配鏈路實(shí)際情況，結(jié)合單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃仿真分析結(jié)果，進(jìn)行單頻網(wǎng)方案設(shè)計(jì)和系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，為“AVS+和DRA”試驗(yàn)搭建地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)覆蓋試驗(yàn)平臺；

·為在國標(biāo)地面數(shù)字電視廣播體系（DTMB）中采用“AVS+和DRA”視音頻編解碼技術(shù)的可行性和先進(jìn)性提供試驗(yàn)驗(yàn)證；

·在保障高/標(biāo)清視頻編碼質(zhì)量的情況下，為采用視頻標(biāo)準(zhǔn)AVS+和音頻標(biāo)準(zhǔn)DRA提出適用碼率參考取值和相關(guān)技術(shù)建議；

·為自主知識產(chǎn)權(quán)的“AVS+和DRA”視音頻標(biāo)準(zhǔn)在廣電行業(yè)推廣應(yīng)用提供技術(shù)參考依據(jù)

·進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)設(shè)備性能提升改進(jìn)，推動AVS+和DRA產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，推動自主創(chuàng)新戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

該項(xiàng)目作為國家廣電總局對AVS+和DRA雙標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)字電視地面廣播的推廣應(yīng)用的第一個試驗(yàn)和應(yīng)用示范項(xiàng)目，將加速AVS+和DRA標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)字電視地面廣播的全面推廣，促進(jìn)“AVS+和DRA”視音頻的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，推動基于我國自主創(chuàng)新技術(shù)的數(shù)字視音頻產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，對加快國家數(shù)字電視地面廣播專項(xiàng)工程項(xiàng)目的實(shí)施，確保未來我國數(shù)字電視的健康、可持續(xù)發(fā)展，進(jìn)一步滿足廣大人民群眾享受公眾文化信息服務(wù)的需要，具有重要的意義和巨大社會效益。

同時，AVS+和DRA兩個具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)的整合集成，捆綁應(yīng)用，激活了DRA音頻標(biāo)準(zhǔn)在數(shù)字電視廣播的應(yīng)用市場，隨著AVS+和DRA標(biāo)準(zhǔn)的整合集成和產(chǎn)業(yè)化推廣應(yīng)用，AVS+和DRA標(biāo)準(zhǔn)將代替我國目前普遍使用的MPEG-2、H.264等編碼標(biāo)準(zhǔn)，從而避免我國陷入聯(lián)合視頻組和MPEG聯(lián)合工作組等國際組織收取巨額專利費(fèi)的被動局面，為我國數(shù)字視音頻產(chǎn)業(yè)節(jié)省上千億美元的專利費(fèi)。

三.試驗(yàn)內(nèi)容及試驗(yàn)方法

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，?xiàng)目組基于科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)、全面、公平、公正、開放的原則，在前端搭建了端到端的閉路環(huán)境試驗(yàn)平臺以及現(xiàn)場開路環(huán)境試驗(yàn)平臺，試驗(yàn)內(nèi)容如圖1所示：

第一，通過在前端閉路環(huán)境下，采用客觀測量和主觀評估相結(jié)合的評估方法，完成與MPEG-2標(biāo)/高清相同音視頻質(zhì)量下，AVS+和DRA的最佳碼率配置試驗(yàn)；

第二，為保障開路現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性，首先在開路現(xiàn)場環(huán)境下，采用客觀測量和主觀評估相結(jié)合的評估方法，對“AVS+和DRA”視音頻數(shù)字電視地面廣播試驗(yàn)環(huán)境的覆蓋效果進(jìn)行摸底測試，同時為后續(xù)“AVS+和DRA”試驗(yàn)選取抽樣區(qū)域提供借鑒；

第三，通過對多款被測接收終端室外、室內(nèi)固定接收主觀、客觀接收性能測試，完成地面數(shù)字電視廣播體系中采用“AVS+和DRA”雙標(biāo)準(zhǔn)視音頻編解碼技術(shù)的可行性驗(yàn)證、“AVS+和DRA”視音頻編解碼的集成兼容性試驗(yàn)、為不同產(chǎn)品的性能提高提供基礎(chǔ)測試數(shù)據(jù)以及目前“AVS+和DRA”產(chǎn)品成熟度的摸底評估。

四.試驗(yàn)系統(tǒng)

1.閉路試驗(yàn)系統(tǒng)

圍繞試驗(yàn)任務(wù)，搭建的前端閉路試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示。在該平臺上，采用客觀測量和主觀評估相結(jié)合的方法，開展了視頻客觀評估、音頻客觀評估、視音頻客觀評估、視音頻主觀評估四大項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容。

視頻客觀動態(tài)評估試驗(yàn)數(shù)據(jù)集如圖3所示，試驗(yàn)系統(tǒng)由采用了基于人類視覺系統(tǒng)模型研制的可復(fù)現(xiàn)、客觀的視頻質(zhì)量分析儀PQA600A播出10個標(biāo)清、6個高清的經(jīng)典參考序列，通過被測的編解碼設(shè)備以測試序列的形式回饋給視頻質(zhì)量分析儀，通過比對參考序列與測試序列之間的PQR值、PSNR值和DMOS值，來評估數(shù)字編解碼系統(tǒng)的質(zhì)量損傷，測量數(shù)值為AVS+應(yīng)用提供適用碼率的數(shù)據(jù)支撐。

音頻、視音頻客觀評估試驗(yàn)數(shù)據(jù)集如圖4所示，系統(tǒng)由信號發(fā)生器產(chǎn)生標(biāo)/高清視音頻碼流，經(jīng)過被測的編解碼設(shè)備輸出給示波器，測量音視頻時延，同時解嵌出音頻信號，通過音頻質(zhì)量分析儀，評估音頻信號的幅頻特性、總諧波失真、音頻信噪比等相關(guān)技術(shù)特性。

視音頻主觀評估試驗(yàn)數(shù)據(jù)集如圖5所示，試驗(yàn)系統(tǒng)由播放器播出未經(jīng)壓縮受損的原始素材，經(jīng)被測編碼設(shè)備進(jìn)行視頻AVS+和音頻DRA集成編碼后，進(jìn)入調(diào)制器進(jìn)行信道調(diào)制、經(jīng)衰減器進(jìn)入被測接收終端經(jīng)信道解調(diào)、解碼、信源解碼還原顯示，主觀評估視頻質(zhì)量、音頻質(zhì)量、音視頻是否同步。為此，項(xiàng)目組組織了行業(yè)內(nèi)數(shù)位專家組成了五人的主觀評估試驗(yàn)小組，分別針對晚會、風(fēng)景、運(yùn)動三個音視頻段、八種編碼碼率、四種編碼設(shè)備、七款接收終端，在該平臺上進(jìn)行了端到端的視頻、音頻、視音頻同步主觀評估。

2.開路試驗(yàn)系統(tǒng)

廣東珠江三角洲數(shù)字電視地面廣播單頻示范網(wǎng)設(shè)計(jì)是一個系統(tǒng)性、科學(xué)性的工程，包括前端信源系統(tǒng)、傳輸分配系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)乃至接收終端多方面的設(shè)計(jì)工作，系統(tǒng)在保證各部分優(yōu)化的基礎(chǔ)上，相互協(xié)調(diào)，共同達(dá)到對目標(biāo)覆蓋區(qū)域較理想的覆蓋效果。

圍繞試驗(yàn)任務(wù)，搭建的開路試驗(yàn)平臺系統(tǒng)總框圖如圖6所示，可分為兩大部分：發(fā)射端部分和接收端部分。發(fā)射端主要將信號源，經(jīng)編碼、復(fù)用、單頻網(wǎng)適配器、進(jìn)入激勵器經(jīng)同步調(diào)制、上變頻后通過發(fā)射機(jī)完成功率放大，經(jīng)發(fā)射天線以電磁波的形式，從空中無線發(fā)射出去；試播節(jié)目為中央電視臺綜合頻道高清節(jié)目（CCTV-1高清）以及中央電視臺綜合頻道（CCTV-1）、軍事農(nóng)業(yè)頻道（CCTV-7）、新聞頻道（CCTV-新聞）標(biāo)清節(jié)目，其中CCTV-1和CCTV-7采用MPEG-2信源編碼，CCTV-1高清和CCTV-新聞信源編碼采用AVS+和DRA信源編碼。接收端主要由地面數(shù)字電視測試儀、地面數(shù)字電視多徑測試儀完成客觀指標(biāo)的測量；由多款接收機(jī)解調(diào)、解碼經(jīng)顯示器還原顯示完成音視頻質(zhì)量的主觀評價；由測試車開至測試點(diǎn)，完成室外固定接收測試，整個接收端測試系統(tǒng)置于測試車中，接收天線置于測試車頂部。

在這個平臺上，采用客觀測量和主觀評估相結(jié)合的方法，開展了試驗(yàn)環(huán)境覆蓋效果評估、地面數(shù)字電視廣播體系中采用“AVS+和DRA”雙標(biāo)準(zhǔn)視音頻編解碼技術(shù)的可行性試驗(yàn)兩大項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容。同時，為了驗(yàn)證試驗(yàn)平臺是否滿足總局的文件要求，項(xiàng)目組特請廣播電視規(guī)劃院，對本次試驗(yàn)的試驗(yàn)平臺進(jìn)行了第三方的驗(yàn)證測試。

結(jié)合試驗(yàn)環(huán)境覆蓋效果的理論仿真結(jié)果，規(guī)劃移動測試路線，并采用地面數(shù)字電視測試儀客觀測量記錄接收電平、調(diào)制誤差比MER、載噪比、誤碼率等客觀指標(biāo)，完成試驗(yàn)環(huán)境覆蓋效果的評估工作。

可行性試驗(yàn)，一方面采用碼流分析儀分別對AVS+和DRA編碼器輸出、復(fù)用器輸出、單頻網(wǎng)適配器輸出碼流的碼率大小、CBR碼率抖動范圍、碼流格式等進(jìn)行檢測，以驗(yàn)證AVS+和DRA視音頻集成編碼在地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)系統(tǒng)中信源前端系統(tǒng)中的穩(wěn)定性和可行性。另一方面，如圖7所示，基于單頻網(wǎng)覆蓋效果評估結(jié)果，針對不同信號特征、地貌特點(diǎn)與信道環(huán)境的覆蓋區(qū)域，參照均勻分布的原則，離散抽樣50個室外測試點(diǎn)、10個室內(nèi)測試點(diǎn)，采用客觀測量和主觀評估相結(jié)合的綜合測試方法對不同信道解調(diào)芯片、不同信源解碼芯片、不同品牌組成的九款接收終端進(jìn)行接收可行性試驗(yàn)。由測試人員完成抽樣點(diǎn)的頻譜、載波電平、載噪比值、以及被測接收終端的圖像質(zhì)量（馬賽克、靜幀、黑場、解碼連續(xù)性等）的監(jiān)看情況、聲音信號質(zhì)量（無聲音、噼啪噪音等）的監(jiān)聽工作、被測接收機(jī)音視頻同步情況、從加電啟動到圖像正常顯示的時間等指標(biāo)的測量，從而完成地面數(shù)字電視廣播體系中采用“AVS+和DRA”雙標(biāo)準(zhǔn)視音頻編解碼技術(shù)的可行性試驗(yàn)工作。

試驗(yàn)平臺驗(yàn)證工作，測試內(nèi)容主要圍繞試驗(yàn)平臺的工作頻率、工作模式、發(fā)射功率、發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)等技術(shù)參數(shù)是否符合總局的文件要求，發(fā)射機(jī)的指標(biāo)是否符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求、是否單頻組網(wǎng)等方面來展，為試驗(yàn)系統(tǒng)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性提供技術(shù)支撐。

五.試驗(yàn)結(jié)論

通過在前端搭建端到端的閉路試驗(yàn)環(huán)境和現(xiàn)場開路試驗(yàn)環(huán)境，采用客觀測量和主觀評估相結(jié)合的試驗(yàn)方法，完成了碼率配置試驗(yàn)、覆蓋效果評估、可行性驗(yàn)證三大項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容。

期間共有兩款A(yù)VS+和DRA標(biāo)/高清編碼器、兩款信源解碼芯片、兩款信道解碼芯片、四種解調(diào)+解碼的芯片解決方案、八家終端品牌九款終端產(chǎn)品參加了試驗(yàn)，使試驗(yàn)平臺與試驗(yàn)項(xiàng)目囊括了最廣泛的產(chǎn)業(yè)支持，一方面保證了試驗(yàn)結(jié)果公正公允，能夠代表目前行業(yè)設(shè)備主流性能；另一方面也對各自參加試驗(yàn)廠家的設(shè)備進(jìn)行了從解調(diào)到解碼多角度多環(huán)境下綜合指標(biāo)的集成試驗(yàn)，經(jīng)過對采集的大量第一手?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)過多維度分析，試驗(yàn)結(jié)論如下：

1）視頻碼率配置

·針對高清節(jié)目內(nèi)容，被測的AVS+和DRA編碼器在6～8Mb/s碼率設(shè)置下，接收效果與MPEG-2高清編碼器18Mb/s碼率設(shè)置相當(dāng)；

·標(biāo)清節(jié)目內(nèi)容，試驗(yàn)編碼器在2～2.5Mb/s設(shè)置碼率下，接收效果與MPEG-2標(biāo)清編碼器3.75碼率時輸出效果相當(dāng)。

2）音頻性能

·AVS+和DRA編碼器的總諧波失真保持在一個較低比率，在0.11%以下，符合GY/T271-2013標(biāo)準(zhǔn)要求的0.5%以下；

·音頻信噪比（不加權(quán)）通過音頻信號輸出電平與關(guān)斷音頻信號源后1kHz噪聲信號輸出電平之差計(jì)算，AVS+和DRA編解碼器音頻信噪比指標(biāo)符合GY/T271-2013標(biāo)準(zhǔn)要求的≥70dB；

·按照GB/T 22150-2008的要求，“由編解碼器引入的音視頻相對定時誤差應(yīng)在±2ms以內(nèi)”，編碼器的視音頻時延存在調(diào)優(yōu)和提升空間。

3）可行性試驗(yàn)

·充分驗(yàn)證了目前階段“AVS+和DRA”集成編碼技術(shù)的穩(wěn)定性與先進(jìn)性；

·充分驗(yàn)證了“AVS+和DRA”集成編碼技術(shù)在地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用可行性。

六.結(jié)束語

本試驗(yàn)和應(yīng)用示范項(xiàng)目按照總局文件（廣局[2012]382號）任務(wù)要求，在研究AVS+、DRA和DTMB三大標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，在廣東珠江三角洲搭建了國內(nèi)首個基于DTMB單頻網(wǎng)的“AVS+和DRA”音視頻集成應(yīng)用試驗(yàn)平臺，并開展了多方面多層次的“AVS+和DRA”視音頻技術(shù)的試驗(yàn)，獲得了豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，充分驗(yàn)證了AVS+、DRA與DTMB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)同工作的可行性，在國內(nèi)首次提出了采用“AVS+和DRA”適用碼率的參考取值和相關(guān)技術(shù)建議，有力地推動了AVS+、DRA等數(shù)字音視頻產(chǎn)品設(shè)備的研發(fā)和質(zhì)量提升，促進(jìn)了相關(guān)數(shù)字電視產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，對加快推進(jìn)我國地面數(shù)字電視廣播和相關(guān)自主創(chuàng)新戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，具有重要意義。