数字电视前端中AVS+信源的传输技术方案及图像质量分析

程培鸿

（福建广电网络集团股份有限公司，福建　福州　350001）

数字电视前端中AVS+信源的传输技术方案及图像质量分析

程培鸿

（福建广电网络集团股份有限公司，福建福州350001）

文章讲述了我国自主产权的AVS+标准的电视节目在有线电视网络中的接收及传送方式，并对目前市场上几款主流的编转码设备进行了图像质量分析对比，以寻找最合适的传送方式及最优的设备，对AVS+设备在广播电视行业中的推广和普及具有重大的参考价值。

AVS+；图像质量分析；数字电视前端；转码；广播电视

数字音频编解码标准（Audio Video Coding Standard，AVS+）是2012年7月发布的《广播电视先进音视频编解码第一部分：视频》行业标准，即GY/T257.1—2012，其在AVS-P2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）4个技术工具，对硬件资源的消耗更少，相比H.264可节省国内音视频产业的专利费。

1　AVS+信源在有线数字前端接收的技术方案

在推广AV S+的进程中，鉴于现有网络中均为H.264/MPGE-2的高清机顶盒，需要将AVS+节目转成MEPG-2或H.264格式，以解决存量终端对新增高清节目的兼容接收问题。有两种方式可以对卫星下行的AVS+格式节目进行处理。第一种是转码方式：使用卫星接收机解调AVS+节目流，用IP方式输出至AVS+转码器，直接将AVS+节目流转成系统中使用的MPEG-2或H.264格式。第二种是重编码方式：使用卫星接收机接收AVS+节目并解码，输出SDI信号，再用编码器将SDI信号编成目前需要的MPEG-2或H.264格式。

使用不同厂家的设备对这两种方式进行分析对比。

1.1图像质量测试方案及测试设备介绍

1.1.1图像质量测试方案

利用全程质量检测认证（Process Quality Assurance，PQA）设备发出一个SDI节目源，送到某品牌的国标编码器，把信源编成AVS+信号后送出（固定码率（Constant Bitrate，CBR），11.5M，作为高清AVS+基准信源），之后用转码器（见图1）或是卫星接收机+编码器（见图2）将此AVS+节目处理成为H.264格式，最后把这个H.264信号送回PQA图像质量分析仪，与源图像相比较得出一系列指标结果，对比测试结果选择出较好的AVS+处理方案。测试拓扑如图1—2所示。

图1　转码方式测试拓扑

图2　重编码方式测试拓扑

1.1.2测试设备介绍

目前有4款AVS+转码器可以用来处理AVS+信号；同时有两款H264编码器，分别配合同一台卫星接收机处理AVS+信号。为了方便说明，依次将4种转码器记作A，B，C，D转码，卫星接收机配编码器记为接收机+E编码、接收机+F编码。

在图像质量测试中，本系统使用了泰克PQA600图像质量分析仪。

1.1.3图像质量测试指标介绍

以前人们评价视频质量常用的方法有两种：平均主观评分（MOS）和刚可变差异（JND）。MOS是将测试图像与图像质量最好及最差的两个参考视频相比较，然后打分；而JND是让一群人看两个图像（测试VS最好，或测试VS最差），然后评价是否可以区分哪个更好，按是否可区分比例最后得出JND值。

现在PQA600产品运用了3种指标，分别是PQR，DMOS以及PSNR。其中PQR是图像质量计分；DMOS是差值平均主观评分（测试结果仅在与质量最差的参考视频的内容相比较时才有意义，每一个DMOS均有预置的最差质量参考视频）；PSNR是峰值信杂比（图像间的绝对差值）。PQR是由JND演变而来，DMOS则由MOS演变而来。

PQR计分范围为0～∞：0=理想质量（不能察觉与参考图像的差异）；1=几乎不能察觉损伤；3～4=可以看出损伤，但不明显（类似于复合视频）；5=类似于10Mb/s SD MPEG-2；7～8=类似于4Mb/s SD MPEG-2；10=可明显观察到的损伤（类似于2Mb/s SD MPEG-2）；>10=与人眼测试的相关性很弱。

DMOS类似于MOS，评分在0～100之间：0=理想质量（与原始图像几乎无差异）；0～20=好；20～40=中间值；40～100=差；100+=非常差（与质量最差的参考视频一样甚至更差）。

PSNR（dB）=20*log10（信号峰值/差值）；信号峰值=255（有时为239）；差值=参考像素值-损伤像素值。

表1是这3种测试方法的比较。

PQR：如果PQR测量值普遍较高，则意义不大；DMOS：在使用同一质量最差的视频片段或同一厂家提供的测量（例如006 HD Broadcast DMOS）时，是唯一可与其他DMOS 或MOS评分相比较的测量方法，适用于所有测量结果；PSNR：最常用的测量方法。

表1　3种测试方法的比较

本次试验在PQA600中测试的8个指标其实就是测试了PQR，DMOS以及PSNR这3大项中的几个小项。

1.1.4图像质量测试结果

图3—5和表2是4种转码器和卫星接收机配两种编码器的图像质量分析的测试截图及结果统计表（由于测试量较多，截图展示只选取了A转码的3项主要指标002 HD Broadcast PQR，006 HD Broadcast DMOS及020 PSNR）。

图3　002 HD Broadcast PQR

图4　006 HD Broadcast DMOS

图5　020 PSNR

表2　测试结果统计

1.1.5图像质量测试结果分析

在以上这8个测试项中，前两项002，006与人眼视觉特性相关，即这两项得分的优劣基本与用户观看时的感觉一致，因此在对比图像质量时，这两项值起决定性作用。

观察以上数据，可以判断AVS+信号经过处理后图像质量由好到坏排列依次为：C转码，D转码，A转码，接收机+E编码，B转码，接收机+F编码。

这里取前3个C，D，A转码器作深入比较，以A转码器的得分作基准，与C，D转码器的差值如表3所示。

表3　A 转码器与C，D转码器差值比较

相对于0～80/100的取值区间，这些零点几的差值就可以基本忽略，可认为两者之间效果基本一致，故此得出结论，A转码比C，D转码略差，C转码效果最好。

2　AVS+信源接收与传输方案建议

综合上述分析，针对AVS+节目在有线电视网络中的传送，以目前市场上的主流设备来比较，推荐使用C转码器配合卫星接收机来进行处理。

［1］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.GB/T 20090—2006信息技术先进音视频编码［S］.北京：国家标准化管理委员会，2006.

［2］国家广播电影电视总局广播科学研究院电视研究所.GY/T 134—1998数字电视图像质量主观评价方法［S］.北京：国家广播电影电视总局标准化规划研究所，1998.

［3］高文.AVS+标准及其应用［M］北京：北京大学数字媒体研究所，2007.

［4］张伟民.AVS+标准的主观图像质量对比分析［J］.电视技术，2013（21）：9-11.

Analysis of transmission scheme and image quality of AVS+ program in digital TV head-end

Cheng Peihong
（Fujian Broadcasting&TV Network Group， Fuzhou 350001， China）

This article discussed about the way of receiving and transmitting AVS+ program inCATV network.In order to fnd the most appropriate way of transmission and the optimal equipment， we had some comparison with a few of mainstream encoding/transcoding device on the market.It has significant reference value for AVS+ equipment in the promotion and popularization of broadcasting&TV industry.

AVS+； image quality analysis； digital TV head-end； transcoding； broadcasting&TV

程培鸿（1977— ），男，福建闽侯，本科，工程师；研究方向：数字电视前端。