2013年12月29日，國家新聞出版廣電總局科技司在廣州組織召開了《“AVS+和DRA”音視頻標準數字電視地面廣播試驗》項目驗收會。這是我國自主研發的廣播電視先進視頻編解碼技術（AVS+）和多聲道數字音視頻編碼技術（DRA）在我國自主創新數字電視地面廣播系統（DTMB）中首次成功應用。國家新聞出版廣電總局科技司王效杰司長和總局科技委副主任杜百川出席驗收會，該項目促進了相關數字電視產品的產業化進程，對加快推進我國地面數字電視廣播和相關自主創新戰略性新興產業發展，具有重要意義，并深受廣電業內各專家的好評。
劉恒 廣州珠江移動多媒體信息有限公司
白鶴 張國庭 國家新聞出版廣電總局廣播科學研究院
左蔚 國家開發銀行股份有限公司信息科技局
一．試驗背景
在視音頻編碼方面，我國組織了大量的力量開展了相關的技術研發和科技攻關工作，目前，已經研發出具有自主知識產權的視音頻編碼技術，頒布了行業標準，芯片等關鍵器件的研發工作也取得了突破性進展。實驗室測試結果表明，我國自主研發的視音頻編碼技術在技術先進性和經濟可行性方面具有世界領先水平。
根據技術發展規律，我國視音頻編碼技術已經從標準研發階段進入到集成共用技術階段，需要進行實際應用環境的現場技術試驗。為此，國家新聞出版廣電總局下發了《廣電總局關于同意在廣東珠三角開展“AVS+和DRA”視音頻標準數字電視地面廣播試驗的批復》文件（廣局[2012]382號），同意以《廣播電視先進視音頻編解碼 第1部分：視頻》GY/T257.1-2012（簡稱AVS+）和《多聲道數字音頻編解碼技術規范》（簡稱DRA（Digital Rise Audio））為核心技術，在廣東珠江三角洲因地制宜地選擇3個發射臺站，采用地面數字電視國家標準DTMB、信道調制使用總局推薦的工作模式7，搭建國內首個基于數字電視地面廣播的“AVS+和DRA”視音頻試驗平臺，開展“AVS+和DRA”視音頻標準的集成試驗和應用示范。
二．試驗目的與意義
根據總局下發的任務要求，其主要工作內容是在廣東珠江三角洲搭建國內首個基于數字電視地面廣播的“AVS+和DRA”視音頻試驗平臺，在采用DTMB標準的地面數字電視覆蓋網絡上開展“AVS+和DRA”雙標準試驗，藉此實現如下工作任務：
·按照總局批復要求，在研究了AVS+、DRA和DTMB標準的基礎上，結合廣州市現有廣播電視基礎設施、傳輸分配鏈路實際情況，結合單頻網網絡規劃仿真分析結果，進行單頻網方案設計和系統總體設計，為“AVS+和DRA”試驗搭建地面數字電視廣播單頻網覆蓋試驗平臺；
·為在國標地面數字電視廣播體系（DTMB）中采用“AVS+和DRA”視音頻編解碼技術的可行性和先進性提供試驗驗證；
·在保障高/標清視頻編碼質量的情況下，為采用視頻標準AVS+和音頻標準DRA提出適用碼率參考取值和相關技術建議；
·為自主知識產權的“AVS+和DRA”視音頻標準在廣電行業推廣應用提供技術參考依據
·進產業鏈相關設備性能提升改進，推動AVS+和DRA產業化進程，推動自主創新戰略新興產業的發展。
該項目作為國家廣電總局對AVS+和DRA雙標準在數字電視地面廣播的推廣應用的第一個試驗和應用示范項目，將加速AVS+和DRA標準在數字電視地面廣播的全面推廣，促進“AVS+和DRA”視音頻的產業化應用，推動基于我國自主創新技術的數字視音頻產業的健康發展，對加快國家數字電視地面廣播專項工程項目的實施，確保未來我國數字電視的健康、可持續發展，進一步滿足廣大人民群眾享受公眾文化信息服務的需要，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權標準的整合集成，捆綁應用，激活了DRA音頻標準在數字電視廣播的應用市場，隨著AVS+和DRA標準的整合集成和產業化推廣應用，AVS+和DRA標準將代替我國目前普遍使用的MPEG-2、H.264等編碼標準，從而避免我國陷入聯合視頻組和MPEG聯合工作組等國際組織收取巨額專利費的被動局面，為我國數字視音頻產業節省上千億美元的專利費。
三．試驗內容及試驗方法
根據試驗目的，項目組基于科學、嚴謹、全面、公平、公正、開放的原則，在前端搭建了端到端的閉路環境試驗平臺以及現場開路環境試驗平臺，試驗內容如圖1所示：
圖1 試驗內容
第一，通過在前端閉路環境下，采用客觀測量和主觀評估相結合的評估方法，完成與MPEG-2標/高清相同音視頻質量下，AVS+和DRA的最佳碼率配置試驗；
第二，為保障開路現場試驗數據的有效性，首先在開路現場環境下，采用客觀測量和主觀評估相結合的評估方法，對“AVS+和DRA”視音頻數字電視地面廣播試驗環境的覆蓋效果進行摸底測試，同時為后續“AVS+和DRA”試驗選取抽樣區域提供借鑒；
第三，通過對多款被測接收終端室外、室內固定接收主觀、客觀接收性能測試，完成地面數字電視廣播體系中采用“AVS+和DRA”雙標準視音頻編解碼技術的可行性驗證、“AVS+和DRA”視音頻編解碼的集成兼容性試驗、為不同產品的性能提高提供基礎測試數據以及目前“AVS+和DRA”產品成熟度的摸底評估。
四．試驗系統
1.閉路試驗系統
圍繞試驗任務，搭建的前端閉路試驗系統如圖2所示。在該平臺上，采用客觀測量和主觀評估相結合的方法，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試驗內容。
圖2 閉路試驗系統平臺
視頻客觀動態評估試驗數據集如圖3所示，試驗系統由采用了基于人類視覺系統模型研制的可復現、客觀的視頻質量分析儀PQA600A播出10個標清、6個高清的經典參考序列，通過被測的編解碼設備以測試序列的形式回饋給視頻質量分析儀，通過比對參考序列與測試序列之間的PQR值、PSNR值和DMOS值，來評估數字編解碼系統的質量損傷，測量數值為AVS+應用提供適用碼率的數據支撐。
圖3 視頻客觀動態評估試驗數據集
音頻、視音頻客觀評估試驗數據集如圖4所示，系統由信號發生器產生標/高清視音頻碼流，經過被測的編解碼設備輸出給示波器，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、音頻信噪比等相關技術特性。
圖4 音頻質量評估試驗數據集
視音頻主觀評估試驗數據集如圖5所示，試驗系統由播放器播出未經壓縮受損的原始素材，經被測編碼設備進行視頻AVS+和音頻DRA集成編碼后，進入調制器進行信道調制、經衰減器進入被測接收終端經信道解調、解碼、信源解碼還原顯示，主觀評估視頻質量、音頻質量、音視頻是否同步。為此，項目組組織了行業內數位專家組成了五人的主觀評估試驗小組，分別針對晚會、風景、運動三個音視頻段、八種編碼碼率、四種編碼設備、七款接收終端，在該平臺上進行了端到端的視頻、音頻、視音頻同步主觀評估。
圖5 視音頻主觀評估試驗數據集
2.開路試驗系統
廣東珠江三角洲數字電視地面廣播單頻示范網設計是一個系統性、科學性的工程，包括前端信源系統、傳輸分配系統、發射系統乃至接收終端多方面的設計工作，系統在保證各部分優化的基礎上,相互協調,共同達到對目標覆蓋區域較理想的覆蓋效果。
圍繞試驗任務，搭建的開路試驗平臺系統總框圖如圖6所示，可分為兩大部分：發射端部分和接收端部分。發射端主要將信號源，經編碼、復用、單頻網適配器、進入激勵器經同步調制、上變頻后通過發射機完成功率放大，經發射天線以電磁波的形式，從空中無線發射出去；試播節目為中央電視臺綜合頻道高清節目（CCTV-1高清）以及中央電視臺綜合頻道（CCTV-1）、軍事農業頻道（CCTV-7）、新聞頻道（CCTV-新聞）標清節目，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字電視測試儀、地面數字電視多徑測試儀完成客觀指標的測量；由多款接收機解調、解碼經顯示器還原顯示完成音視頻質量的主觀評價；由測試車開至測試點，完成室外固定接收測試，整個接收端測試系統置于測試車中，接收天線置于測試車頂部。
圖6 試驗平臺總框圖
在這個平臺上，采用客觀測量和主觀評估相結合的方法，開展了試驗環境覆蓋效果評估、地面數字電視廣播體系中采用“AVS+和DRA”雙標準視音頻編解碼技術的可行性試驗兩大項試驗內容。同時，為了驗證試驗平臺是否滿足總局的文件要求，項目組特請廣播電視規劃院，對本次試驗的試驗平臺進行了第三方的驗證測試。
結合試驗環境覆蓋效果的理論仿真結果，規劃移動測試路線，并采用地面數字電視測試儀客觀測量記錄接收電平、調制誤差比MER、載噪比、誤碼率等客觀指標，完成試驗環境覆蓋效果的評估工作。
可行性試驗，一方面采用碼流分析儀分別對AVS+和DRA編碼器輸出、復用器輸出、單頻網適配器輸出碼流的碼率大小、CBR碼率抖動范圍、碼流格式等進行檢測，以驗證AVS+和DRA視音頻集成編碼在地面數字電視廣播單頻網系統中信源前端系統中的穩定性和可行性。另一方面，如圖7所示，基于單頻網覆蓋效果評估結果，針對不同信號特征、地貌特點與信道環境的覆蓋區域，參照均勻分布的原則，離散抽樣50個室外測試點、10個室內測試點，采用客觀測量和主觀評估相結合的綜合測試方法對不同信道解調芯片、不同信源解碼芯片、不同品牌組成的九款接收終端進行接收可行性試驗。由測試人員完成抽樣點的頻譜、載波電平、載噪比值、以及被測接收終端的圖像質量（馬賽克、靜幀、黑場、解碼連續性等）的監看情況、聲音信號質量（無聲音、噼啪噪音等）的監聽工作、被測接收機音視頻同步情況、從加電啟動到圖像正常顯示的時間等指標的測量，從而完成地面數字電視廣播體系中采用“AVS+和DRA”雙標準視音頻編解碼技術的可行性試驗工作。
圖7 可行性開路試驗數據集
試驗平臺驗證工作，測試內容主要圍繞試驗平臺的工作頻率、工作模式、發射功率、發射機的工作狀態等技術參數是否符合總局的文件要求，發射機的指標是否符合相關的標準要求、是否單頻組網等方面來展，為試驗系統與試驗數據的有效性提供技術支撐。
五．試驗結論
通過在前端搭建端到端的閉路試驗環境和現場開路試驗環境，采用客觀測量和主觀評估相結合的試驗方法，完成了碼率配置試驗、覆蓋效果評估、可行性驗證三大項試驗內容。
期間共有兩款AVS+和DRA標/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+解碼的芯片解決方案、八家終端品牌九款終端產品參加了試驗，使試驗平臺與試驗項目囊括了最廣泛的產業支持，一方面保證了試驗結果公正公允，能夠代表目前行業設備主流性能；另一方面也對各自參加試驗廠家的設備進行了從解調到解碼多角度多環境下綜合指標的集成試驗，經過對采集的大量第一手數據經過多維度分析，試驗結論如下：
1)視頻碼率配置
·針對高清節目內容，被測的AVS+和DRA編碼器在6～8Mb/s碼率設置下，接收效果與MPEG-2高清編碼器18Mb/s碼率設置相當；
·標清節目內容，試驗編碼器在2～2.5Mb/s設置碼率下，接收效果與MPEG-2標清編碼器3.75碼率時輸出效果相當。
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標準要求的0.5%以下；
·音頻信噪比（不加權）通過音頻信號輸出電平與關斷音頻信號源后1kHz噪聲信號輸出電平之差計算，AVS+和DRA編解碼器音頻信噪比指標符合GY/T271-2013標準要求的≥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在±2ms以內”，編碼器的視音頻時延存在調優和提升空間。
3)可行性試驗
·充分驗證了目前階段“AVS+和DRA”集成編碼技術的穩定性與先進性；
·充分驗證了“AVS+和DRA”集成編碼技術在地面數字電視廣播網絡中應用可行性。
六．結束語
本試驗和應用示范項目按照總局文件（廣局[2012]382號）任務要求，在研究AVS+、DRA和DTMB三大標準的基礎上，在廣東珠江三角洲搭建了國內首個基于DTMB單頻網的“AVS+和DRA”音視頻集成應用試驗平臺，并開展了多方面多層次的“AVS+和DRA”視音頻技術的試驗，獲得了豐富的試驗數據，充分驗證了AVS+、DRA與DTMB技術標準協同工作的可行性，在國內首次提出了采用“AVS+和DRA”適用碼率的參考取值和相關技術建議，有力地推動了AVS+、DRA等數字音視頻產品設備的研發和質量提升，促進了相關數字電視產品的產業化進程，對加快推進我國地面數字電視廣播和相關自主創新戰略性新興產業發展，具有重要意義。