论文部分内容阅读
摘 要：介绍了AVS的优势及其核心技术。
关键词：AVS 编解码标准
1 AVS的优势
(1)可应用于各种视频压缩技术应用领域；
(2)AVS性能与ITU／H.264相当，比H.261、H263、Mp-eg-1、Mpeg-2 Mpeg-等压缩算法有明显的优势；
(3)码率控制方面，AVS的专利技术已经被JVT所采用，成为最新标准ITU／H.264的一部分；
(4)AVS视频定义了基准档次。基准档次又分为6个级别，分别对应高清晰度、标准清晰度与CIF应用。与MPEG-4 AVC／H.264的Baseline Profile相比，AVS视频增加了B帧、Interlace等技术，压缩效率明显提高；而与MPE-G-4 AVC／H，264的Main ProFde相比，又减少了CABLC等实现难度大的技术，从而增强了可实现性。
2 AVS-视频的核心技术
AVS-视频当中具有特征性的核心技术包括：8×8整数变换、量化、帧内预测、1／4精度像素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵编码、去块效应环内滤波等。
2.1 变换量化
AVS的8×8变换与量化可以在16位处理器上无失配地实现，从而克服了MPEG-4 AVC／H.264之前所有视频压缩编码国际标准中采用的8×8 DCT变换存在失配的固有问题。AVS采用了64级量化，可以完全适应不同的应用与业务对码率和质量的要求。所采用的8×8变换与量化方案，即适合于16位DSP或其它软件方式的快速实现，也适合于ASIC的优化实现。
2.2 帧内预测
AVS的帧内预测技术用相邻块的像素预测当前块，采用代表空间域纹理方向的多种预测模式。但AVS亮度和色度帧内预测都是以8×8块为单位的。亮度块采用5种预测模式，色度块采用4种预测模式。而这4种模式中又有3种和亮度块的预测模式相同。在编码质量相当的前提下，AVS采用较少的预测模式，使方案更加简洁、实现的复杂度大为降低。
2.3 帧间预测
AVS标准采用了16×16，16×8，8×16和8×8的块模式进行运动补偿，能更好地刻画物体运动，提高运动搜索的准确性。实验表明，对于高分辨率视频，AVS选用的块模式已经能够精细地表达物体的运动。较少的块模式，能降低运动矢量和块模式传输的开销，从而提高压缩效率、降低编解码实现的复杂度。
AVS采用了4抽头滤波器进行半像素插值和1/4像素插值，在不降低性能的情况下减少插值所需要的参考像素点，减小了数据存取带宽需求，在高分辨率视频压缩应用中是非常有意义的。
AVS中P帧可以利用至多2帧的前向参考帧，而B帧采用前后各一个参考帧。P帧与B帧(包括后向参考帧)的参考帧数相同，其参考帧存储空间与数据存取的开销并不比传统视频编码的标准大，而恰恰是充分利用了必须预留的资源。
AVS的B帧的双向预测使用了直接模式、对称模式和跳过模式。使用对称模式时，码流只需要传送前向运动矢量，后向运动矢量可由前向运动矢量导出，从而节省后向运动矢量的编码开销；对于直接模式，由于当前块的前、后向运动矢量都是由后向参考图像相应位置块的运动矢量导出，无需传输运动矢量，因此也可以节省运动矢量的编码开销；跳过模式的运动矢量的导出方法和直接模式的相同，跳过模式编码的块其运动补偿的残差也均为零，即该模式下宏块只需要传输模式信号，而不需要传输运动矢量、补偿残差等附加信息。
2.4 熵编码
AVS熵编码采用自适应变长编码技术。在AVS熵编码过程中，所有的语法元素和残差数据都是以指数哥伦布码的形式映射成二进制比特流。采用指数哥伦布码的优势在于：一方面，其硬件复杂度比较低，可以根据闭合公式解析码字，无需查表；另一方面，可以根据编码元素的概率分布灵活地确定以k阶指数哥伦布码编码，如果k选得恰当，则编码效率可以逼近信息熵。
当前level、run的不同概率分布趋势，自适应改变指数哥伦布码的阶数。预测残差的块变换系数，经扫描形成(level、run)对串，level、run不是独立事件，而存在着很强的相关性，在AVS中level、run采用二维联合编码。
2.5 环路滤波
在AVS1-P2中，由于最小预测块、变换都是基于8×8的，环路滤波也只在8×8块边缘进行，其滤波边数为H.264的1/4。同时由于AVS1-P2滤波点数、滤波强度分类数都比H.264中的少，减少了判断、计算的次数。AVS1-P7虽然也是基于4×4块进行滤波，但其判断、计算量也都大大降低，从而降低了环路滤波的复杂度，这对解码器来讲十分重要。
3 AVS与其它主要编解码标准比较
AVS与国际标准MPEG-4和H.264三种编解码标准各有所长：MPEG-4是新一代全球多媒体标准，能够在各种带宽范围内提供专业质量的音频和视频流服务，是目前商用化程度最高的标准，同时在节目源基础方面占有先天优势；H.264采用了多项提高图像质量和增加压缩比的技术措施，比MPEG-4节约50％的码率，具有较强的抗干扰性，容易获得稳定的图像，在编码技术上。H.264比MPEG-4更先进：AVS是我国第一个具有自主知识产权、达到国际先进水平的数字音视频编解码标准，可用于高清晰数字电视、高清晰度激光视盘机、网络电视、视频通信等领域。与MPEG-4相比，又减少了CABAC等实现难度大的技术，从而增强了可实现性。
4 结束语
在未来推动AVS产业化方面，作为各种音视频领域发展的基础，AVS将选取重点方向进行重点突破。主要应用方向有：高清数字电视、直播卫星、网络电视、手机视频、高清晰度光盘机、视频监控、视频会议等。
关键词：AVS 编解码标准
1 AVS的优势
(1)可应用于各种视频压缩技术应用领域；
(2)AVS性能与ITU／H.264相当，比H.261、H263、Mp-eg-1、Mpeg-2 Mpeg-等压缩算法有明显的优势；
(3)码率控制方面，AVS的专利技术已经被JVT所采用，成为最新标准ITU／H.264的一部分；
(4)AVS视频定义了基准档次。基准档次又分为6个级别，分别对应高清晰度、标准清晰度与CIF应用。与MPEG-4 AVC／H.264的Baseline Profile相比，AVS视频增加了B帧、Interlace等技术，压缩效率明显提高；而与MPE-G-4 AVC／H，264的Main ProFde相比，又减少了CABLC等实现难度大的技术，从而增强了可实现性。
2 AVS-视频的核心技术
AVS-视频当中具有特征性的核心技术包括：8×8整数变换、量化、帧内预测、1／4精度像素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵编码、去块效应环内滤波等。
2.1 变换量化
AVS的8×8变换与量化可以在16位处理器上无失配地实现，从而克服了MPEG-4 AVC／H.264之前所有视频压缩编码国际标准中采用的8×8 DCT变换存在失配的固有问题。AVS采用了64级量化，可以完全适应不同的应用与业务对码率和质量的要求。所采用的8×8变换与量化方案，即适合于16位DSP或其它软件方式的快速实现，也适合于ASIC的优化实现。
2.2 帧内预测
AVS的帧内预测技术用相邻块的像素预测当前块，采用代表空间域纹理方向的多种预测模式。但AVS亮度和色度帧内预测都是以8×8块为单位的。亮度块采用5种预测模式，色度块采用4种预测模式。而这4种模式中又有3种和亮度块的预测模式相同。在编码质量相当的前提下，AVS采用较少的预测模式，使方案更加简洁、实现的复杂度大为降低。
2.3 帧间预测
AVS标准采用了16×16，16×8，8×16和8×8的块模式进行运动补偿，能更好地刻画物体运动，提高运动搜索的准确性。实验表明，对于高分辨率视频，AVS选用的块模式已经能够精细地表达物体的运动。较少的块模式，能降低运动矢量和块模式传输的开销，从而提高压缩效率、降低编解码实现的复杂度。
AVS采用了4抽头滤波器进行半像素插值和1/4像素插值，在不降低性能的情况下减少插值所需要的参考像素点，减小了数据存取带宽需求，在高分辨率视频压缩应用中是非常有意义的。
AVS中P帧可以利用至多2帧的前向参考帧，而B帧采用前后各一个参考帧。P帧与B帧(包括后向参考帧)的参考帧数相同，其参考帧存储空间与数据存取的开销并不比传统视频编码的标准大，而恰恰是充分利用了必须预留的资源。
AVS的B帧的双向预测使用了直接模式、对称模式和跳过模式。使用对称模式时，码流只需要传送前向运动矢量，后向运动矢量可由前向运动矢量导出，从而节省后向运动矢量的编码开销；对于直接模式，由于当前块的前、后向运动矢量都是由后向参考图像相应位置块的运动矢量导出，无需传输运动矢量，因此也可以节省运动矢量的编码开销；跳过模式的运动矢量的导出方法和直接模式的相同，跳过模式编码的块其运动补偿的残差也均为零，即该模式下宏块只需要传输模式信号，而不需要传输运动矢量、补偿残差等附加信息。
2.4 熵编码
AVS熵编码采用自适应变长编码技术。在AVS熵编码过程中，所有的语法元素和残差数据都是以指数哥伦布码的形式映射成二进制比特流。采用指数哥伦布码的优势在于：一方面，其硬件复杂度比较低，可以根据闭合公式解析码字，无需查表；另一方面，可以根据编码元素的概率分布灵活地确定以k阶指数哥伦布码编码，如果k选得恰当，则编码效率可以逼近信息熵。
当前level、run的不同概率分布趋势，自适应改变指数哥伦布码的阶数。预测残差的块变换系数，经扫描形成(level、run)对串，level、run不是独立事件，而存在着很强的相关性，在AVS中level、run采用二维联合编码。
2.5 环路滤波
在AVS1-P2中，由于最小预测块、变换都是基于8×8的，环路滤波也只在8×8块边缘进行，其滤波边数为H.264的1/4。同时由于AVS1-P2滤波点数、滤波强度分类数都比H.264中的少，减少了判断、计算的次数。AVS1-P7虽然也是基于4×4块进行滤波，但其判断、计算量也都大大降低，从而降低了环路滤波的复杂度，这对解码器来讲十分重要。
3 AVS与其它主要编解码标准比较
AVS与国际标准MPEG-4和H.264三种编解码标准各有所长：MPEG-4是新一代全球多媒体标准，能够在各种带宽范围内提供专业质量的音频和视频流服务，是目前商用化程度最高的标准，同时在节目源基础方面占有先天优势；H.264采用了多项提高图像质量和增加压缩比的技术措施，比MPEG-4节约50％的码率，具有较强的抗干扰性，容易获得稳定的图像，在编码技术上。H.264比MPEG-4更先进：AVS是我国第一个具有自主知识产权、达到国际先进水平的数字音视频编解码标准，可用于高清晰数字电视、高清晰度激光视盘机、网络电视、视频通信等领域。与MPEG-4相比，又减少了CABAC等实现难度大的技术，从而增强了可实现性。
4 结束语
在未来推动AVS产业化方面，作为各种音视频领域发展的基础，AVS将选取重点方向进行重点突破。主要应用方向有：高清数字电视、直播卫星、网络电视、手机视频、高清晰度光盘机、视频监控、视频会议等。