H.264和AVS编码在数字电视地面广播系统的应用

H.264和AVS编码在数字电视地面广播系统的应用

黄少俊 童龙文 陈智基

［摘要］本文介绍了H.264和AVS两种先进信源编码方式在数字电视地面广播系统(DTTB)的应用。同时，提出了一种在现有的MPEG-2编码系统中同时实现H.264和AVS码流混合传输的方法，以及接收终端的实现。

［关键词］数字电视地面广播(DTTB)；H.264；AVS；MPEG-2 ［中图分类号］ TN949.197 ［文献标识码］ A

The application of H.264 and AVS in digital television terrestrial broadcasting

［Abstract］ The application of the advanced coding, H.264 and AVS in digital television terrestrial broadcasting is introduced in this paper. A method is proposed to allow H.264 and AVS perform at the same time in the existing coding system based on MPEG-2, and the realization of the receiving terminals is submitted.

［key words］Digital Television Terrestrial Broadcasting(DTTB)；H.264；AVS；MPEG-2 1 广东地面数字电视系统DTTB介绍

广东DTTB项目于2004年11月1日正开播，目前建成以广州越秀山电视发射塔为主基站，由六台功率不等(600W～2.5KW)发射机组成地面单频网SFN，采用DS28发射，QPSK调制、1/4保护间隔、3/4卷积率、系统总码率Rb=7.46Mbps，前端采用一套法国Thomson超级MPEG-2编码器、统计复用系统，共复用广东移动，广东卫视、中央台等六套节目。系统拓朴图如下所示。

2 H.264和AVS编码标准

自上世纪九十年代产生MPEG-2第一代信源编码以来，随着无线通信和广播电视技术的快速发展，催生了各种各先进的信源/信道编码技术的进步。H.264和AVS标准的推出，是视频编码标准的一次重要进步，它与现有的MPEG-2、MPEG-4 SP及H.263相比，具有明显的优越性，特别是在编码效率上的提高，使之能用于诸如DTTB、CMMB等丢包率高、干扰严重、编码效率要求高的无线信道传输领域。这对目前地面数字电视运营商而言，面对紧缺的频率资源和复用更多节目套数的矛盾，将是一个较好的技术解决方法。笔者也是基于解决上述矛盾的需要，在现有的MPEG-2编码复用系统中试验多种信源编码混合传输方法，达到预期目的。 2.1. H.264编码标准简介

1) H.264是由ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG(活动图像编码专家组)联合组建的联合视频组(JVT：joint video team)提出的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264/AVC(（Advanced Video Coding），又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分(14496-10/MPEG-4 AVC)。而国内业界通常所说的MPEG-4是指MPEG-4的第2部分。

2) 国际电视组织及媒体运营商如欧洲标准组织DVB、美国 ATSC、韩国DMB及日本的 ISDB-T已批准MPEG-4 AVC/ H.264 用于地面多媒体广播，近年来国内掀起的IPTV和CMMB项目基本也采用H.264作为信源编码标准。

3) H.264编码器厂家众多，绝大部分主流编码器厂家均有产品供应市场，且都推出基于H.264的高清编码器，如国内SumA（数码视讯）、Topreal（腾锐）、汇视源等，国外有法国Envivio、THOMSON（汤姆逊）、哈雷、Skystream、科学亚特兰大、Tandberg、Optibase等。

4) H.264解码芯片的厂家有深圳的海思、上海富瀚微电子、Broadcom、意法半导体(ST)和美国Sigma Designs、科胜讯系统(Conexant Systems) 、Qpixel科技、富士通、杭州国芯等。

5) 在专利费上，H.264吸取了MPEG2及MPEG4 part2的经验和教训，推出了较之前标准更低和操作性更强的许可政策。例如，AVC许可政策每台产品0.20美元的收费，与MPEG-2每个终端收费4-6美元(2002年前)和2.5美元(2002年之后)相比，降价幅度超过一个数量级。具体专利费如下表所示［2］。

机顶盒（编解码器）厂家专利费 0-10万单位/年 超过10万单位/年 超过500万单位/年 每年最高费用(封顶费用)

无费用 0.2美元/单位 0.1美元/单位 500万美元/年

终端用户支付的费用 按次12分钟以内的内容 付费（点12分钟以上的内容 播） 0-10万用户/年 订购付费25-50万用户/年 （包50-100万用户/年 月） 超过100万用户/年 每年最高费用(封顶费用) 2.2．AVS编码标准简介

1) AVS标准是《信息技术先进音视频编码》系列标准的简称，AVS标准包括系统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准和一致性测试等支撑标准。

AVS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准⑴，它以当前国际上最先进的

MPEG-4 AVC/H.264框架为基础，强调自主知识产权，降低芯片实现复杂度，其性能可媲美H.264标准。

2) AVS已形成产业联盟，很多企业已经从“观望”走向了“直接参与”。其工作组成员已达到160多家，产业联盟内的企业几乎覆盖了整个产业链，包括前端设备、系统提供商、芯片供应商、机顶盒厂商等。

3) AVS编码器厂家目前在市面有三家，分别是北京的联合信源、上海上广电、法国Envivio，此外，北京数码视迅、汇视源等国内厂家也将推出产品。

4) AVS解码芯片的厂家比较多，包括上海展迅、上海龙晶、厦门中星威、宁波中科、杭州国芯科技、美国博通等，这些公司都可以提供AVS解码芯片和机顶盒解决方案。 5) 专利费情况，AVS作为我国第一个音视频领域的基础性标准，在专利费方面远远比MPEG-4和H.264这两种国际标准低，对每台终端只是象征性地收取1元人民币，并且对加入其体系的内容提供商及运营商不再加收其他费用。

6) 应用情况（1）IPTV 中国网通在大连进行了一个AVS在IPTV的试点工作非常成功，在整个大连实验基础之上，网通将继续推进AVS标准。同时中国电信也正在进行AVS标准的测试。（2）移动电视 杭州文广集团采用DS38进行双国标地面数字电视试验：AVS信源压缩编码、16QAM调制、多载波C=3780、编码效率2/3、系统总码率Rb=16.3Mbps，在模拟8Mhz带宽中复用21套电视节目和10套FM广播及数据广播业务，平均每套节目流码率约550Kbps，基本达到标清画质，支持移动/固定接收，发射系统由一台2kw和二台

10-25万用户/年 无费用 终端用户付费的2%或0.02美元/内容/次，取两者中较低者 无费用 2.5万美元 5万美元 7.5万美元 10万美元 500万美元/年 3kw东芝发射机构建了地面单频覆盖网。此外，上海东方明珠电视塔也搭建一个单点双国标试验平台，同样采用AVS作信源压缩编码，国标单载波方式C=1，32QAM调制，系统总码率Rb=25.8Mbps，复用16套电视标清节目，覆盖半径大约40KM。 3 前端多编码混合系统建设

经过一个多月的技术准备工作，邀请了国内外知名设备生产商参与，于2008年12月正式进行了H.264、AVS、MPEG-2多种信源编码混合传输测试工作。

利用现有的DTTB前端MPEG-2编码复用及发射系统，在不影响安全播出、系统码率不变的情况下，先对THOMSON主复用器进行适当软件升级并调配出合适的码率带宽

(1.2Mbps)，用于再复用二套H.264和AVS不同编码格式节目，然后逐一对各个H.264和AVS编码器输出进行主客观指标测试评分。 3.1系统搭建

首先搭建一个多编码复用测试平台，如下图所示。

为了不影响原有播出系统中的MPEG-2编码节目，在原有播出系统中加入了H.264/AVS编码器和SCOPUS复用器。两路节目信号CCTV3/5经过H.264/AVS编码后输出到SCOPUS复用器中，SCOPUS复用器将复用后的TS节目流再传输至THOMSON主复用器中，最后进入发射机进行无线发射。

同时，我们还搭建了信号接收及测试平台，如下图所示，进行主观质量评价。

笔者还对H.264/AVS编码后的TS流直接解调，送至泰克VM700音视频分析仪，按照相关标准GB3659-83［3］，对解调后的视音频信号进行客观指标测试，如测试视频频响、音频频响、亮度非线性失真、DP、DG等指标，如下图所示。

在测试中，笔者进行多种情况的实验，分别是两套节目均为H.264格式编码、两套节目均为AVS格式编码、一套H.264格式编码另一套AVS格式编码，均取得预期结果，机顶盒顺利接收到不同编码方式的八或七套节目。 3.2测试评估

由支持DVB-T的H264/AVS无线机顶盒接收到无线信号，经过信道解调及信源解码（H.264/AVS解码）后，输出的视音频信号提供给液晶显示屏，进行主观评分。

在表一、表二中，两套节目CCTV3/5均分别同时使用法国Envivio H.264和AVS编码格式，其中进行主观评价的选用了快速运动画面较多的央视五套体育节目，设置三档不同节目流码率，在不同分辨率水平下进行评估，其它厂家产品评估结果在此不作赘述。

表一

序号 节目编码码率 分辨率 1/2 D1 (352*576) 384kbps V=320kbps A=64kbps 528*576 3/4 D1 (544*576) D1 (720*576) 2 512kbps 1/2 D1 H.264编码图像质量评分 4 3 3+ 1 3+ 4

V=448kbps A=64kbps (352*576) 528*576 3/4 D1 (544*576) D1 (720*576) 1/2 D1 (352*576) 4 4+ 4 4 4 4+ 3 700-800kbps 528*576 V=650kbps 3/4 D1 A=64kbps (544*576) D1 (720*576) 表二

4 序号 节目编码码率 分辨率 1/4 D1 (352*288) H.264编码图像质量评分 2 1 384kbps V=320kbps A=64kbps 1/2 D1 (352*576) D1 (720*576) 1/4 D1 (352*288) 3+ 3 4 2 512kbps V=448kbps A=64kbps 1/2 D1 (352*576) D1 (720*576) 1/4 D1 (352*288) 4 4 4+ 3 700-800kbps 1/2 D1 V=650kbps (352*576) A=64kbps D1 (720*576) 4+ 4 4、接收终端实现

本次测试采用北京腾锐Topreal提供的H.264机顶盒及上海上广电SVA提供的AVS机顶盒，两者均支持欧州标准DVB-T，且能分别同时支持MPEG-2和H.264或AVS两种编码标准的解码。其中信道解码采用法国DiBcom的7070P芯片，支持移动接收，H.264机顶盒采用富士通单芯片MB86H20M作为基带解码，AVS机顶盒则采用上海龙晶AVS1.0解码专用芯片DS1000，其实现原理图如下所示。

5、小结

H.264和AVS标准采用多项先进压缩处理技术，在支持同样图像质量上，比MPEG-2节约50%以上的比特开销，在较低带宽(384Kbps～750kbps)上提供标清质量图像，1.5Mbps以上码率则可支持一套高清节目。虽然H.264的算法复杂度是现有编码压缩标准的4倍以上，随着集成电路技术的快速发展，H.264的应用已日趋成熟。可喜的是我国在发展具有自主知识产权的信源编码技术也取得突破，AVS芯片实现复杂度比H.264更低，但性能与其相当。 从本次测试结果看，无论是H.264还是AVS编码，在750Kbps节目码率下，均能在大屏幕较好支持一套快速运动图像，达到良好接收效果。在384Kbps系统码率条件下，国外H.264和AVS编码器性能显示出优越的品质。 参考文献

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pcg5.html