摘 要：統(tǒng)計復(fù)用作為節(jié)省編碼碼率的主要技術(shù)手段在廣電系統(tǒng)中得以廣泛應(yīng)用，選擇合理的統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)對于提高編碼復(fù)用系統(tǒng)的帶寬利用率起決定性作用。我站使用的Reflex統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)在保證畫面質(zhì)量的前提下有效地縮減了視頻編碼碼率，使編碼復(fù)用節(jié)目平臺在有限的帶寬內(nèi)傳輸更多的節(jié)目，提高了節(jié)目平臺的傳輸能力。

關(guān)鍵詞：統(tǒng)計復(fù)用;Reflex;編碼碼率

一、引 言

我站數(shù)字節(jié)目平臺采用的是泰德電視公司Reflex統(tǒng)計復(fù)用系統(tǒng)。數(shù)字電視系統(tǒng)中所使用到的統(tǒng)計復(fù)用是把編碼和復(fù)用結(jié)合起來進(jìn)行，根據(jù)編碼節(jié)目源的需要為節(jié)目動態(tài)地分配碼率，并通過對時間偏移包的預(yù)運算達(dá)到避免多個節(jié)目同時需要很大碼率，導(dǎo)致節(jié)目流的總碼率溢出的情況[1]。通過Tandberg獨有的Reflex統(tǒng)計復(fù)用功能，系統(tǒng)的帶寬利用率可以提升20%～30%。

二、Reflex統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)原理

多臺已編程編碼器和1臺復(fù)用器通過交換機組成1套編碼復(fù)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)作為1個Reflex分組。復(fù)用器接受編碼器的輸出并形成多節(jié)目傳送流(MPTS)。

復(fù)用器中運行的Reflex運算法則通過專用以太網(wǎng)與編碼器進(jìn)行通信。每一幀中，復(fù)用器都會給Reflex組中的所有編碼器發(fā)送一個信息用來進(jìn)行速率分配。編碼器通過單一傳播信息對復(fù)用器進(jìn)行應(yīng)答，應(yīng)答中包括Reflex運算法則要求的質(zhì)量測量。在標(biāo)準(zhǔn)配置中，Reflex信息造成的以太網(wǎng)負(fù)載不得超過2%。

復(fù)用器在編碼器和Reflex組之間對可用比特率進(jìn)行動態(tài)分配，而不是對各個編碼器使用固定的恒定比特率(CBR)。可以保證編碼器使用特定的變化比特率(VBR)運行模式，使編碼器的編碼速率能在大范圍內(nèi)變動而不造成接收器緩沖區(qū)的上溢或下溢。Reflex能調(diào)整各個編碼器幀區(qū)間的比特率，因此，可以與編碼器比率緩沖區(qū)管理相互作用，無必要再使用更快的更新比率。

Reflex運算法則使編碼器維持在預(yù)期畫面質(zhì)量。為了達(dá)到此種效果，各個編碼器持續(xù)控制其畫面質(zhì)量并向復(fù)用器報告相應(yīng)的值。運算法則在計算出新比特率分配前，將各個編碼器的目標(biāo)質(zhì)量和實際質(zhì)量相比較。超過目標(biāo)質(zhì)量的編碼器將減少比特率，并將減少的比特率分配到未達(dá)到目標(biāo)質(zhì)量的編碼器上。而所有編碼器的總比特率保持不變。

如果整體的比特率不足以讓各個編碼器達(dá)到目標(biāo)質(zhì)量，系統(tǒng)將按如下方式分配可用比特率：所有編碼器獲得達(dá)到同等比率目標(biāo)質(zhì)量的比特率。另一方面，如果所有編碼器都達(dá)到其目標(biāo)質(zhì)量，未分配的部分既能用來進(jìn)一步提高各個頻道的畫面質(zhì)量，也能用來處理隨機數(shù)據(jù)。

三、Reflex統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)在編碼復(fù)用系統(tǒng)中的應(yīng)用

(一)編碼復(fù)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

我站節(jié)目平臺系統(tǒng)編碼器采用Tandberg公司生產(chǎn)的DVB/MPEG-2編碼器E5710，最低支持256Kbps的輸出碼率。復(fù)用器采用Tandberg公司生產(chǎn)的MX5640復(fù)用器。如圖1所示，12臺編碼器和1臺復(fù)用器連接在1臺交換機上，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各自的閉環(huán)統(tǒng)計復(fù)用。

(二)編碼速率的可變性[2]

持續(xù)的高質(zhì)量畫面要求不同類型的畫面素材具有不同的比特率。大多數(shù)沒有運動和/或少量細(xì)節(jié)的靜止圖片，如藍(lán)天風(fēng)景畫或新聞播報員，較易于編碼;而快速移動的素材較難編碼，特別是單個場景短期內(nèi)出現(xiàn)多種變化的情況。例如，圖2顯示了某高速運動素材的比特率要求。由圖可知，短期內(nèi)靜止的圖像要求的碼率可降低至2Mbit/s或更低，在圖像的峰值對圖像進(jìn)行無壓縮編碼時，應(yīng)選擇6Mbit/s的固定比特率。但大多數(shù)時間內(nèi)，比特率要求要低于6Mbit/s。

圖2中的短期比特率變化是因為場景變化而不是因為不同圖片編碼類型。畫面類別和編碼模式造成的速率變化在速率緩沖器中被吸收，一般不傳送到頻道中。

若干個視頻圖像進(jìn)行一組統(tǒng)計復(fù)用時，可以保證一個頻道為了得到高質(zhì)量畫面而分配高編碼速率，其他頻道將共享剩余的編碼速率。

Reflex統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)之所以能夠在保證畫面質(zhì)量的前提下為每臺編碼器分配合理的編碼速率取決于其質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)。Reflex質(zhì)量測量是統(tǒng)計復(fù)用系統(tǒng)的重要部分。它應(yīng)該反應(yīng)電視觀眾可以感知的畫面質(zhì)量。多個頻道使用統(tǒng)計復(fù)用時，由于其空間和瞬時特性不一(細(xì)節(jié)&運動)，很難達(dá)到這一點。編碼器需要獲得所有必要信息，以確定畫面質(zhì)量，如畫面分辨率、動態(tài)、干擾和量化參數(shù)。

編碼器的質(zhì)量測量和復(fù)用器中比特率分配運算法則構(gòu)成了一個閉路系統(tǒng)。能夠?qū)σ曨l輸入中的臨界變化做出快速反應(yīng)，例如場景轉(zhuǎn)換。可使用雙行程編碼達(dá)到這種效果。在這種情況下，一個編碼器用來預(yù)算視頻信號的比特率要求，第二個編碼器(輸入相應(yīng)延后)用來對素材進(jìn)行實際編碼。另一種方式是使用預(yù)分析，在預(yù)處理階段對視頻信號中的變化做出預(yù)告。

Reflex在編碼器和復(fù)用器之間包含有質(zhì)量報告。用0至100內(nèi)的數(shù)字表示質(zhì)量，而且可以使用系統(tǒng)控制器中的診斷法進(jìn)行控制。使用這種協(xié)議能夠在編碼器內(nèi)部對質(zhì)量測量進(jìn)行完善，且不改變基本系統(tǒng)。

四、統(tǒng)計復(fù)用圖像質(zhì)量主觀評價

圖像質(zhì)量評價可分為客觀評價與主觀評價兩類，客觀評價是使用規(guī)定的測試信號及測試方法，利用測試儀器定量地測試出信號的損傷程度，例如均方根信噪比、峰值信噪比等是客觀評價的重要參數(shù)。對于數(shù)字電視系統(tǒng)，客觀測量方法尚在研究和完善之中，因而對數(shù)字電視圖像質(zhì)量進(jìn)行主觀評價就顯得尤為重要。

經(jīng)過廣泛研究及論證，國際上認(rèn)為電視圖像最終是由人眼來感知的，因此數(shù)字電視圖像的質(zhì)量評定應(yīng)建立在主觀評價的基礎(chǔ)之上。今天，主觀評價已經(jīng)成為數(shù)字電視評測最有效、最可靠的手段。

主觀評價采用通用的分級標(biāo)準(zhǔn)，ITU-R將主觀評價標(biāo)準(zhǔn)分為損傷制、質(zhì)量制與比較制三類，其中標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視(SDTV)圖像采用5級評分制，如表1所示[3]。

(一)測試框圖

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對我站使用Reflex統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)的節(jié)目平臺編碼復(fù)用后的節(jié)目進(jìn)行主觀評價，測試框圖如圖3所示。測試中該節(jié)目平臺系統(tǒng)提供包括新聞、體育、文藝、廣告等類型的11套節(jié)目作為輔助信號，數(shù)字錄像機提供1套未壓縮數(shù)字視頻節(jié)目作為主觀評價用測試圖像。

(二)測試結(jié)論

測試信號經(jīng)編碼壓縮和統(tǒng)計復(fù)用后，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)解碼器解碼，圖像質(zhì)量主觀評價結(jié)果達(dá)到4分以上。

五、結(jié)束語

Reflex統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)在保證畫面質(zhì)量的前提下有效地縮減了視頻編碼碼率，使編碼復(fù)用節(jié)目平臺在有限的帶寬內(nèi)傳輸更多的節(jié)目，提高了該平臺的傳輸能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉達(dá).數(shù)字電視技術(shù)(第2版)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2007. [2] APPLICATION NOTE Reflex，TANDBERG Television， ST.AN. REFLEX.1080.1，Issue1. 國家廣播電影電視總局.GY/T 134-1998，數(shù)字電視圖像質(zhì)量主觀評價方法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.