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中國音視訊編解碼标準(AVS+) 認證體系研究

針對國内外相關音視訊産業标準、認證技術進行研究,本文結合我國自主知識産權的廣播電視先進音視訊編解碼标準(AVS+)産業發展,對AVS+産品的特點進行分析,确定認證要素:認證範圍、認證特性、認證标準、認證模式、檢測方法和檢測平台、監督方式、認證标志等,建立AVS+産品認證體系。

人類獲得的絕大部分資訊都是通過視覺和聽覺得到的,音視訊資訊在人類生活中發揮着重要作用,《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020年)》明确将以視、音頻服務為主體的數字媒體内容平台列入了優先發展的主題。

數字音視訊信源編解碼技術作為資訊産業的核心和基礎技術之一,長期被國外企業和研究機關壟斷。近年來,在行業主管部門的大力扶持以及衆多科研工作者的艱辛努力下,我國在自主知識産權的數字音視訊編解碼技術領域取得了跨越式的進展,已掌握了數字音視訊編解碼的核心基礎技術,并在數字音視訊編解碼及應用标準制定工作方面取得突破,釋出了系列國家标準和行業标準。廣播電視先進視訊編碼(AVS+)作為可廣泛應用于電子資訊技術領域晶片、軟體、整機、媒體營運的新一代信源編碼标準,具有廣闊的市場應用前景。

本文通過對國内外相關音視訊編解碼标準發展,以及對國内外相關音視訊産業技術标準認證進行研究分析,調研我國相關産業現狀的基礎上,借鑒國内外已有的認證制度,研究确定認證要素,包括:認證範圍、認證特性、認證标準、認證模式、檢測方法和檢測平台、監督方式、認證标志等,建立适合我國國情、符合産業發展特點的AVS+認證體系。

1 相關産業标準發展現狀

1.1 國際音視訊信源标準比較

目前全球可以選擇的視訊編碼标準有五個:MPEG-2、MPEG-4、H.264、AVS、VC-1。從制訂者分,前三個标準是由ISO/IEC運動圖像專家組(Moving Pictures Experts Group,MPEG)和ITU-T VCEG專家組完成的,第四個是我國自主制定的,第五個是SMPTE的标準,由微軟公司主導的。從發展階段分, MPEG-2是第一代信源标準,MPEG-4可以算1.5代,其餘三個為第二代标準。從主要技術名額——編碼效率比較:MPEG-4是MPEG-2的1.4倍,H.264和AVS相當,都是MPEG-2兩倍以上,根據國外測試,VC-1的效率稍低于H.264。

1.2 國内音視訊信源标準發展現狀

為推動我國具有自主知識産權的多媒體信源标準發展,2002年6月,“數字音視訊編解碼技術标準工作組”由原資訊産業部準許成立,開始起草AVS系列标準。其中,視訊标準GB/T 20090.2《資訊技術 先進音視訊編碼 第2部分:視訊》于2006年3月1日正式實施,标志着我國在數字音視訊編解碼領域的基礎标準布局開始成形,長期受知識産權之苦的數字電視和數字音視訊産業有了翻身和跨越發展的基礎。

為加快自主創新AVS标準産業化和推廣應用,工業和資訊化部與國家新聞出版廣電總局于2012年初共同成立了AVS技術應用聯合推進工作組。經過兩年多的努力,AVS+标準(AVS的優化标準)的相關技術和産品日趨完備成熟,基本形成了從晶片、前端裝置、接收終端到應用系統的完整産業鍊。2012年7月10日,廣電總局正式頒布了行業标準GY/T 257.1-2012《廣播電視先進音視訊編解碼 第1部分:視訊》,簡稱AVS+,于頒布之日起實施;從技術上講,AVS+在AVS1-P2(即GB/T 20090.2-2006)的基礎上,增加了若幹關鍵技術,編碼效率得到了顯著地提高,更适合廣播電視應用。目前,AVS+包括基準類和廣播類,AVS1-P2隻包括基準類,是以AVS+相容AVS1-P2,而AVS1-P2不相容AVS+。

目前,中央電視台、湖南廣播電視台、安徽廣播電視台等已率先采用AVS+标準播出了高清電視節目,标志着AVS+标準的産業化和應用推廣取得了階段性重大突破。随着我國高清電視訊道數量逐漸增多,3D 電視訊道已經開播,無論是衛星、有線還是地面數字電視系統,傳輸帶寬日趨緊張。作為我國自主創新的視訊編碼技術AVS,具有更高的編碼效率,在數字電視領域,AVS标準與MPEG-2及H.264相比具有節省帶寬、節省投資、節省營運成本等優勢,可解決廣播電視行業面臨的頻道資源問題。

2 相關産業技術标準認證研究

國際普遍采用産品認證推動标準的實施,這是一種國際通行的做法。現例舉相關技術标準認證進行介紹分析,為AVS+标準認證體系建設提供借鑒。

1)美國政府于2007年強制推廣美國ATSC标準化委員會的數字電視技術标準,2009年ATSC與消費電子協會(CEA)合作,推出相關認證計劃,ATSC為符合此标準的産品制定了一種移動數字電視認證标志“MDTV”。廣電裝置供應商和消費電子制造商通過認證标志标示其産品符合新A/153 ATSC移動數字電視标準。此計劃主要基于業界成員的自我認證,也包括提供專家審查、獨立實驗室測試和檢驗以确定符合性。

2)DivX是一種數字視訊格式,支援MPEG-4, H.264和最新H.265标準的視訊,分辨率可高達4K超高清。DivX已于2013年9月推出全球第一款支援H.265标準,可進行4K超高清視訊編解碼的軟體。DivX認證過程必須經過嚴格測試,測試要求包括:VIDEO、AUDIO及多媒體要求等,通過認證可滿足高可視标準品質要求。DivX對消費電子裝置進行認證,按照螢幕尺寸大小、所能支援的分辨率高低、是否可以聯網流播,從手機、平闆、DVD機、機頂盒、PS3到藍光機、全高清(1080p)電視機,再到超高清(4K)電視機,DivX都有對應的認證等級與其比對。圖1列舉了DivX認證由低到高的等級,高等級向下相容低等級的功能。

中國音視訊編解碼标準(AVS+) 認證體系研究

圖1 DivX認證等級和标志

3)杜比數字(Dolby® Digital)又稱 AC-3,是一種先進的音頻編碼/解碼技術,目前全球大約有近 6000 萬個數字有線和衛星機頂盒,由配備了 5.1 聲道杜比數字解碼技術的 3000 多萬個音頻/視訊接收器提供支援,杜比認證已經成為企業走向國際市場的必備的通行證,其标志見圖2。杜比認證測試主要包括:主音軌聽音、雙音軌聽音、主音軌電性能、雙音軌電性能、推薦測試(頻率響應和低音、信噪比等)。

杜比開發了商标和品質控制授權,1998年杜比開始在中國提供使用杜比技術的授權認證。隸屬中國電子技術标準化研究院的國家數字音視訊及多媒體産品品質監督檢驗中心(ADTC)可按照相關技術要求開展地面數字電視産品(機頂盒、一體機、接收子產品等)的杜比認證測試服務。

中國音視訊編解碼标準(AVS+) 認證體系研究

圖2 Dolby® Digital 标志

4)隸屬中國電子技術标準化研究院(以下簡稱CESI)的北京賽西認證有限責任公司(以下簡稱CESI認證)針對音視訊領域技術标準已經開展了多項産品認證,包括:數字電視清晰度、機卡分離、立體(3D)顯示、DRA音頻解碼、地面數字電視接收等,以第三方的産品認證對我國産業标準實施起到了很好的推動作用。

MPEG-2等國際标準在制定的同時,支援該國際标準的國際大公司HP、Tektronix和Adherent等都推出了各自的碼流分析儀等标準符合性測試系統,這極大地促進了MPEG-2标準的成功和産業化。是以,我國自主研發相關測試軟體系統、測試碼流和标準解碼器等,盡快搭建成AVS+标準符合性測試平台,建立AVS+認證體系,對國内市場銷售的AVS+産品進行測試認證,這對于推進我國自主标準AVS+的産業化,在與MPEG标準的競争中取得主動,是至關重要的。同時,是在AVS+産業化過程中,保證AVS+标準的順利實施、保證AVS+産品的相容性、産品的普及推廣及維護我國消費者權益的必要條件。

3 AVS+認證體系的研究

産品認證是證明産品符合标準和其他規範性檔案規定要求的一種方式。采用國際上通行的産品認證制度開展AVS+标準符合性測試認證,推進AVS+标準化工作開展。建立AVS+标準認證體系需要研究确定認證要素,包括:認證範圍、認證特性、認證标準、認證模式、檢測方法和檢測平台、監督方式、認證标志等,制定相應産品認證明施規則。

基于我國自主知識産權AVS+标準研發的晶片、編解碼器、終端裝置等已被廣泛應用,相關技術和産品在高清電視、3D電視等廣播電視新業務中的應用也在被積極推動。認證要素的确定要結合這些産品的特點來進行。

3.1 認證範圍和特性

1)認證範圍:

認證範圍适用于采用了AVS+視訊編解碼技術的晶片、編碼器、解碼器、接收機、接收器等産品。

2)認證特性:

基于上述産品,認證特性确定應考慮如下因素:對于自主AVS+技術的應用,視訊編解碼性能、圖像品質的符合性是必須的;對于終端裝置,整機性能的符合性也是關鍵;同時,應關注各産品相容性,才能充分保證AVS+産業化應用。

3)認證申請單元:

硬體産品的認證申請單元通常情況下按産品型号劃分,同時需要控制對認證特性有重要影響的關鍵零部件。是以,AVS+産品認證申請時原則上按産品型号申請認證,産品關鍵件均相同的同類産品作為一個申請單元。同一制造商、同一型号、不同生産廠生産的産品作為不同申請單元。關鍵件包括編碼晶片、解碼晶片、編解碼軟體;獲證後上述關鍵件的型号/版本号及制造商變更需要控制。

3.2 認證标準

産品認證需選擇适宜的認證标準或制定技術規範,如國家标準、行業标準等。

我國在數字音視訊編解碼及應用标準方面釋出了系列國家标準和行業标準,目前的标準可涵蓋相應認證特性,适用于認證,又因AVS+相容AVS,故本文研究的AVS+認證體系也包含AVS。

認證标準和型式試驗标準可如下選擇:

1)

Video Clarity視訊品質測試系統支援采集、播放具有音頻的SD/HD視訊序列,并存儲為YUV/V.210或RGB格式。支援視訊的主/客觀品質測量分析:

2) 晶片、編碼器、解碼器産品:

GY/T 257.1-2012 《國家廣播電視先進音視訊編解碼 第1部分:視訊》;GY/T 257.2-2014《廣播電視先進音視訊編解碼 第2部分:視訊符合性測試》;GY/T 271-2013 《AVS+高清編碼器技術要求和測量方法》。

3) 接收機、接收器等終端裝置:

GB/T 20090.16《資訊技術 先進音視訊編碼 第16部分:視訊》;

3.3 認證模式

認證模式反映了産品認證過程應包括的主要活動,包括對檢測/檢查、評價、複核、監督等認證活動的選擇。AVS+應用于晶片、編解碼器、終端等産品均為硬體産品,資訊産品硬體裝置的品質除設計開發外,與連續生産的過程緊密相關,是以,認證特性與相應标準的符合性,除樣品檢測外,對工廠品質保證能力和獲證産品一緻性同樣需要确認,此類産品的認證模式通常為:型式試驗 + 初次工廠檢查 + 獲證後的監督。

目前國家對産品持續加大品質監管力度,同時為兼顧時效性及經濟性,可減少初次工廠檢查,加強監督檢查。是以,AVS+硬體産品的認證模式可以确定為:型式試驗 + 獲證後的監督。

3.4 産品檢測

對我國自主知識産權的AVS+标準進行符合性測試,自主研發相關測試驗證工具,建立AVS+測試驗證平台,提供AVS+産品标準符合性、産品相容性、整機性能、圖像品質分析和主客觀評價檢測。AVS+标準測試平台搭建完成後由CNAS對AVS+标準符合性測試能力進行認可。

測試驗證工具包括:AVS+标準解碼器:支援HD-SDI輸出接口、ASI輸入接口或IP輸入接口;AVS+标準符合性測試碼流:碼流至少應覆寫AVS+标準的基準檔次和廣播檔次,滿足标準的各種邊界條件,支援各種分辨率、不同碼率、不同編碼參數配置(分辨率包括QVGA、标清、高清,碼率包括從256K至200M之間的典型碼率,編碼參數配置包括場編碼、幀編碼、恒定碼率等);碼流分析儀:針對AVS+标準的視訊部分的測試分析系統,能夠分析傳送流和節目流的系統層和視訊層資料。

3.5 監督方式

監督是有計劃地重複初次認證所經曆的有關活動,但不必重複初次認證時的全部活動,可以減少、也可以不同。通常,硬體産品認證特性的一緻性與産品連續生産過程緊密相關,監督活動需在工廠現場進行監督檢查,必要時要進行産品監督檢測。這裡的“必要時”一般指對獲證産品認證特性的一緻性有置疑時。

綜上,AVS+認證監督采用:工廠品質保證能力監督檢查和獲證産品一緻性檢查+抽樣檢測(必要時)。

3.6 認證标志

認證标志應依照《中華人民共和國認證認可條例》、國家質檢總局第63号文《認證證書和認證标志管理辦法》設計。認證标志的式樣(包括使用的符号)、文字、圖案和名稱的設計可辨別出産品的認證特性,如AVS+,使用可被普遍了解的符号表示。在認證明施規則中明确認證标志樣式及要求,報國家認監委備案。使用認證标志,對企業來說,可提高商品的競争力,增強使用者的信任度。帶有認證标志的産品面對社會公衆更加清晰明了。

4 結束語

通過上述研究,CESI遵循國際通行的産品認證制度,依據AVS+标準編寫《AVS+産品認證明施規則》,并向國家認監委進行備案。

本文旨在通過對我國自主視訊編碼标準的研究和分析,及認證體系的研究和建立,以第三方認證檢測機構的标準符合性檢測和認證推動産品對技術标準的符合,推進AVS+标準貫徹實施的步伐,促進産業的健康快速發展。

本文轉自《電視技術》