文/羅通

1. AVS+技術概述

我國數(shù)字化建設發(fā)展達到一定程度后，需要在原有建設基礎上對設備技術體系進行優(yōu)化升級，采用功能更加強大、性能更加穩(wěn)定的編解碼技術，以提供穩(wěn)定的數(shù)字電視和相關應用領域的技術支持。在數(shù)字音視頻建設方面，必須強化自主研發(fā)，而AVS+技術則屬于這種形式。通過自主研發(fā)技術標準，可對我國的數(shù)字電視和數(shù)字地面應用產(chǎn)生巨大的支持作用。隨著該技術的不斷優(yōu)化完善，目前已經(jīng)實現(xiàn)了廣泛應用。為了進一步推廣地面數(shù)字電視建設，近年來，國家加大相關領域的投入，通過制定行業(yè)標準，規(guī)范相應的建設。

2012年7 月頒布的《廣播電視先進音視頻編解碼第1部分：視頻》中對行業(yè)標準進行了進一步明確，該標準就是AVS+技術的實施規(guī)范。之后發(fā)布的《廣播電視先進視頻編解碼（AVS+）技術應用實施指南》中，強調(diào)了“快速推進、平穩(wěn)過渡、增量優(yōu)先、兼顧存量”的建設指導原則，將AVS+技術的應用領域覆蓋衛(wèi)星、IPTV、地面數(shù)字電視、有線電視等多個領域，并明確了具體建設應用的時間節(jié)點。自2014年7月，AVS+技術應用在高清電視等領域的建設全面開始，這極大地促進了我國信息化社會的建設，對整個國民經(jīng)濟和社會全面建設都有非常重要的推動作用。

2. AVS+技術在地面數(shù)字電視中的應用

數(shù)字化建設不僅要覆蓋城市地區(qū)，對于一些較為分散的區(qū)域，要實現(xiàn)數(shù)字化電視服務，就需要借助衛(wèi)星等傳播方式，將數(shù)字信號進行有效通信，使得這些地區(qū)也可以使用數(shù)字終端設備進行相應的生產(chǎn)生活活動。從其現(xiàn)實的影響來看，對于我國這樣一個幅員遼闊、地形復雜的國家來說，有著非常重要的價值和意義。國家加大相關方面的投入，不僅出于對地面數(shù)字電視等應用領域的考慮，也包括未來的高質量信息化建設，都需要在相關方面加強，這是必然的趨勢。

2.1 AVS+技術應用現(xiàn)狀

地面數(shù)字電視只是AVS+技術在現(xiàn)實應用中的一個領域，因為地面數(shù)字電視信號傳輸采用單向廣播式模式，相比其他通信技術來說實現(xiàn)更為容易一些。但對于數(shù)字電視來說，最重要的性能就是要保證數(shù)據(jù)的容量和傳輸質量，這對于信息的編解碼技術有著非常具體和更高標準的要求，與目前在用的有線數(shù)字電視以及衛(wèi)星電視相比，其在播放和傳輸性能表現(xiàn)上優(yōu)勢非常顯著。目前，因為AVS+技術應用相關建設程度不夠，導致在頻率資源方面非常稀缺，但其優(yōu)勢體現(xiàn)在對于確定地域和群體市場上的業(yè)務，尤其是移動電視領域有非常突出的應用優(yōu)勢。該技術形式涵蓋的范圍非常廣泛，地面電視徹底實現(xiàn)數(shù)字化的難度較為突出，加之之前的技術標準問題，使得整個建設與實際需求上有較為嚴重的滯后。

AVS+技術是基于AVS技術發(fā)展而來，而AVS技術屬于我國自主知識產(chǎn)權的創(chuàng)新發(fā)展技術標準，對于國家在相關領域的建設有著極為重要的戰(zhàn)略性價值。對于信息傳輸來說，編解碼技術標準有著尤其重要的價值，擁有自己的技術標準，就可以不受制于人，在系統(tǒng)開發(fā)和應用環(huán)節(jié)，可以有更多的發(fā)揮空間和自由度。隨著應用范圍和領域的不斷擴大，該技術規(guī)范的影響力會越來越大，包括對系統(tǒng)的升級和優(yōu)化，可以按照我國自己的節(jié)奏和步調(diào)完成，不必害怕中間存在技術漏洞和隱患問題。目前，AVS+技術已經(jīng)達到了國際公認的技術標準，是國際電信聯(lián)盟認可的三大視頻標準之一，是我國力主推動的數(shù)字電視視頻編解碼標準，并在多個國家的廣電建設領域得到非常充分的開發(fā)和應用。借助該項技術，我國從被動的數(shù)字視聽技術接受國變?yōu)檩敵鰢?，相關產(chǎn)業(yè)也逐漸由大變強，在整個技術創(chuàng)新過程中發(fā)揮著更加重要的支撐作用。

2.2 AVS+技術的工作原理

2.2.1 AVS+技術框架設計

從具體的技術角度來看，AVS+技術相比于MPEG技術，在實施標準上均選擇了混合編碼的框架設計，在該技術框架內(nèi)，整合了數(shù)據(jù)信息的量化變換、熵編碼、幀內(nèi)與幀間預測、環(huán)路濾波等功能單元模塊，這些模塊的功能發(fā)揮對于目前主流的視頻和音頻內(nèi)容有很好的兼容性效果，是主要技術路線的穩(wěn)定保障。與MPEG技術模式不同的地方，AVS+技術在一些優(yōu)化技術方面進行了更多的創(chuàng)新和發(fā)展，這些創(chuàng)新技術可以提供低復雜背景下滿足高性能的技術標準，與國際通用技術標準有很好的相當性，并具備了因自主知識產(chǎn)權所帶來的框架優(yōu)勢。

在AVS+技術應用中，其具有典型特征的核心框架設計技術內(nèi)容涵蓋了多個方面：幀內(nèi)預測、整數(shù)變換、數(shù)據(jù)量化處理、精度像素插值處理、幀間預測運動補償功能、二維熵編碼功能、去塊效應環(huán)內(nèi)濾波功能等。通過這些框架功能的定位，AVS+技術對用于視頻處理的I幀、P 幀和B幀三種類型圖像的標準進行了定義，通常I幀宏塊采取定義方式為幀內(nèi)預測，而P 幀及B幀則要同時完成幀內(nèi)及幀間的預測。完成這些預測算法后，需要對殘差整數(shù)變換同時進行數(shù)字量化，并比照量化標準完成相應的掃描任務，通過掃描獲取一維模式的排列系數(shù)，進而實現(xiàn)量化系數(shù)的熵編碼功能。采用AVS+技術標準的視頻量化以及格式轉換功能的完成需要通過采用加減移位方式進行計算操作，此時只需確保16位的計算精度就能夠滿足算法和功能需要。在框架設計中，還要考慮AVS+技術的視頻標準圖像濾波問題，為此，需要采用環(huán)路濾波器作為圖像創(chuàng)建的基本過濾單元，將圖像中存在的噪聲干擾和方塊效應進行有效消除，通過這種設計和算法的使用，能夠有效改善圖像質量，同時，還可以最大程度地提升編碼運行的質量和效率。

2.2.2 電源模塊設計

電源部分是整個AVS+技術在地面數(shù)字電視網(wǎng)絡系統(tǒng)中最基本的功能單元，是確保系統(tǒng)中的中央處理器以及數(shù)字處理單元對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行有效處理的基本保證。隨著系統(tǒng)的功能整合程度更加深入，同時對設備用電的穩(wěn)定性要求也在持續(xù)提升，電源模塊的重要性更加凸顯，對其最大的設計要求是輸出電流穩(wěn)定性和電壓波峰數(shù)值標準上。在針對AVS+技術系統(tǒng)的地面數(shù)字電視應用的電源系統(tǒng)設計，除了采用更加精巧和低電容大容量的硬件設計外，AVS+技術的應用可以引入熱設計質量更高的電源系統(tǒng)，其還可以實現(xiàn)電壓輸出波動性更小，且恢復周期更短的設計，這些設計方式的采用，能夠有效解決模塊快速響應和動態(tài)控制的需求，這一特點更加適合較大電流和較低電壓的應用領域。

2.2.3 AVS+技術應用工作流程

對于滿足閉環(huán)式AVS+技術標準的功能系統(tǒng)而言，其功能配置需要提供一些基本元件，主要包括三部分：一是內(nèi)置于系統(tǒng)主板上數(shù)據(jù)處理器的電源控制模塊APC；二是集成了PWI功能的從屬器管理單元模塊；三是完成連接功能和數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇锌偩€。這些功能單元各自發(fā)揮作用，形成系統(tǒng)總體功能的優(yōu)化和完善。具體來說，其功能的實現(xiàn)包括以下幾個關鍵的步驟。

一是信息采集。系統(tǒng)所采集的信息與負載情況密切相關，通過獲取這些信息計算系統(tǒng)的運行狀態(tài)，整個計算過程由系統(tǒng)專用軟件自動完成，硬件設備也在這個過程中起到有效的支撐作用。軟件功能的有效發(fā)揮，需要與操作系統(tǒng)形成良性的兼容關系，通過函數(shù)進行應用程序的調(diào)用，并對調(diào)用次數(shù)進行計數(shù)和記錄，根據(jù)不同的算法衡量系統(tǒng)各種硬件設備的工作狀態(tài)。中央處理器完成數(shù)據(jù)的計算和處理功能，對負載使用情況和性能發(fā)揮進行有效預測，比如Freecscale中集成的軟件系統(tǒng)i.Mx3.1，利用對核心單元信號的采集，判斷Cache、總線和內(nèi)存等資源的利用狀態(tài)。信息的采集功能可以提供計算功能的完整性和精確性，同時還可以降低對中央處理器的資源占用負擔，在進行視頻數(shù)據(jù)流處理時可以發(fā)揮出良好的性能優(yōu)勢。

二是需求預測。預測和預判是提高系統(tǒng)運行效率的常用設計方法，準確高效地進行預測需要系統(tǒng)的應用軟件完成高質量的數(shù)據(jù)整理和處理功能。具體來說，需要對系統(tǒng)運行狀態(tài)下的各功能單元情況進行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)分析結果以及正常情況預測整個系統(tǒng)接下來的性能表現(xiàn)，根據(jù)預測情況及時調(diào)整資源調(diào)用相關程序，形成預操作等步驟，最終提升系統(tǒng)的總體運營水平。

3. AVS+在地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)中的應用

3.1 AVS+技術地面數(shù)字電視應用方案

AVS+技術用于地面數(shù)字電視系統(tǒng)，其實際的應用方案選擇大致有三種，在這三種應用方案的架構設計中，采用AVS+技術的源壓縮解碼不存在中間進行系統(tǒng)解碼的過程。AVS+編碼壓縮架構技術也可以與MPEG-2/H.264及MPEG-2格式進行配合，而AVS+技術需要在過程中進行解碼。通過這些設計，可以確保該技術在實際應用中的充分兼容性，是系統(tǒng)設備必須考慮的一項技術內(nèi)容。

3.1.1 源端編碼及終端解碼應用方案

在該應用方案中，AVS+技術實現(xiàn)了端到端的編解碼功能，系統(tǒng)在源端的信號輸出采用AVS+編碼技術進行數(shù)據(jù)壓縮，而在地面數(shù)字電視的應用端再通過AVS+技術對接收到的數(shù)據(jù)進行解碼操作。整個過程中都采用AVS+編碼數(shù)據(jù)流，因此無需進行中間環(huán)節(jié)的轉換和解碼操作。在地面數(shù)字電視接收端，所有電視節(jié)目都需要利用SDI端口進行接收，并將接收到的音視頻信息輸送至AVS+編碼器。而AVS+編碼器完成電視節(jié)目的編碼，通過通訊接口輸出數(shù)據(jù)流，該輸出格式為TS形式，再利用ASI接口傳輸給復用器。在此過程中，相關的業(yè)務信息經(jīng)由發(fā)生器將節(jié)目信息傳給復用器，復用器完成數(shù)據(jù)選擇的優(yōu)化處理，繼續(xù)將節(jié)目數(shù)據(jù)發(fā)送至調(diào)制器，TS數(shù)據(jù)流經(jīng)充分調(diào)制完成數(shù)據(jù)輸送任務；最后，經(jīng)由AVS+解碼器對接收的信號實施調(diào)制和解碼等操作，在電視上輸出節(jié)目內(nèi)容。

3.1.2 AVS+源端編碼應用方案

該方案的設計采用在源端進行AVS+技術的編碼，整個輸送過程中的信號前端采用AVS+壓縮格式，而在終端接收設備的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)則采用MPEG-2/H.264格式進行接收和處理。該應用方案需要在中間環(huán)節(jié)對傳輸?shù)男盘枌嵤┺D碼操作，以滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息的有效控制需要。地面數(shù)字電視節(jié)目數(shù)據(jù)信息經(jīng)過有效的調(diào)制后被直接傳輸給接收機完成數(shù)據(jù)的解調(diào)操作，完成解調(diào)后再送至轉碼器，將數(shù)據(jù)中TS格式的信號利用ASI接口完成轉碼操作。進行轉碼時，系統(tǒng)會按照MPEG-2或H.264格式對節(jié)目內(nèi)容中的音視頻信息重新進行編碼。經(jīng)過該環(huán)節(jié)，可以使節(jié)目流轉為另外格式的編碼信號，經(jīng)轉碼后形成的數(shù)據(jù)流格式為MPEG-2或H.264，該格式可以在用戶終端處進行直接使用。

3.1.3 源端MPEG-2編碼應用方案

該應用方案利用源端MPEG-2編碼，在終端則采用AVS+格式進行接收，節(jié)目信號進行傳輸過程中需要轉碼節(jié)目信號。這些節(jié)目信號利用SDI接口進一步送給MPEG-2編碼器，經(jīng)ASI接口再將節(jié)目信息傳輸至復用器。在此過程中，業(yè)務信息發(fā)生器會自動生成數(shù)據(jù)流相關信息，并和MPEG-2編碼器信號一起送給復用器。此時，復用器的功能就是對接收信息優(yōu)化整合，之后這些數(shù)據(jù)傳遞給地面電視接收機完成數(shù)據(jù)解調(diào)，之后，數(shù)據(jù)信號經(jīng)ASI傳到轉碼器，利用轉碼器完成數(shù)據(jù)流的格式轉換，經(jīng)轉換后數(shù)據(jù)格式變?yōu)锳VS+格式。利用有效的信道方式將節(jié)目信號流輸送給AVS+解碼器完成數(shù)據(jù)的解碼，最終在用戶電視上輸出高清電視節(jié)目。

3.2 AVS+技術的地面數(shù)字電視應用范例

按照國家相關部門的計劃，預計到2020年，我國全面實現(xiàn)全國范圍內(nèi)的地面數(shù)字電視廣播覆蓋，屆時地面模擬電視信號就可以全部停播。至目前，該項工作正有條不紊地進行，就H省來說，通過AVS+技術架構地面數(shù)字電視網(wǎng)絡建設，有力地推動了該領域的全面建設水平。從地理上看，H省多丘陵高山，有線及網(wǎng)絡電視的覆蓋率較低。但因為社會需要，導致近些年付費無線數(shù)字電視得到較快發(fā)展，無線頻率應用和管理都較為混亂，電磁環(huán)境非常惡劣，因此，地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)建設顯得非常必要。

H省地面數(shù)字電視網(wǎng)建設始于2013年，經(jīng)過1年時間基本完成大部分建設項目。在建設初期，編碼技術形式選用H.264編碼，利用18M帶寬承載16套標清電視節(jié)目。但因為專利費用過高，難以實現(xiàn)公益性發(fā)展無線數(shù)字電視的目標?；诖?，選擇我國自主創(chuàng)新發(fā)展擁有知識產(chǎn)權的AVS技術編碼，但通過實際播放測試，對比播放效果發(fā)現(xiàn)，同樣編碼16套標清電視節(jié)目，相比H.264格式，直觀觀看對比，采用AVS技術進行編解碼的效果稍差一些。為解決播放質量問題，H省相關建設單位通過2013年CCBN展會引進滿足國家新技術標準的廣州柯維新研制的AVS+技術編碼器。相同情況下，對包括H.264、AVS和AVS+在內(nèi)的三種應用模式進行對比，AVS+編解碼技術總體表現(xiàn)顯然最優(yōu)。基于此，H省地面數(shù)字電視以AVS+技術為建設選擇。

結語

綜上所述，當前，我國正全面鋪開AVS+技術在地面數(shù)字電視系統(tǒng)等領域的建設，為此，國家廣電部門特別出臺相關的指導標準和建設計劃，對建設內(nèi)容和相關環(huán)節(jié)進行明確。隨著這些項目建設的逐漸推進，對我國的信息化建設有極大的促進作用。AVS+技術是我國自主開發(fā)的技術標準，其在地面數(shù)字電視等領域的全面應用不但有助于數(shù)字化建設的深度實施，而且促進了國內(nèi)相關技術的推廣和發(fā)展，對于整個信息產(chǎn)品的發(fā)展都有較大幫助作用，并對我國的自主創(chuàng)新能力和社會全面建設具有較大的促進作用。