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【中國集群通信網(wǎng)】AVS標(biāo)準(zhǔn)簡介

　　世界各國對重要標(biāo)準(zhǔn)的選擇，都是基于本國或本地區(qū)產(chǎn)業(yè)利益的。對于數(shù)字音視頻，各國對信源編碼標(biāo)準(zhǔn)的選擇是有所不同的。我國在選擇數(shù)字音視頻標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，更應(yīng)該發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，選擇有利于產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展、有利于形成具有國際影響的音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，AVS正是這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

　　中國作為一個(gè)消費(fèi)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費(fèi)大國，完全應(yīng)該利用可以自主控制的技術(shù)形成自主信源編碼標(biāo)準(zhǔn)。更重要的是，MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)完成于1994年，近10年技術(shù)不斷進(jìn)步，MPEG-2技術(shù)已經(jīng)落后，新的編碼技術(shù)可以提高一倍或更高的壓縮效率。國際上在研究制定新的國際標(biāo)準(zhǔn)MPEG-4AVC/H.264，我國的科研機(jī)構(gòu)積極參與了制定并做出了一定的貢獻(xiàn)。同時(shí)，組織制定我國自主知識產(chǎn)權(quán)的音視頻編碼壓縮標(biāo)準(zhǔn)AVS。

　　AVS-視頻當(dāng)中具有特征性的核心技術(shù)包括：8x8整數(shù)變換、量化、幀內(nèi)預(yù)測、1/4精度像素插值、特殊的幀間預(yù)測運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、二維熵編碼、去塊效應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波等。

　　AVS 的核心技術(shù)

　　1、變換量化：AVS的8x8變換與量化可以在16位處理器上無失配地實(shí)現(xiàn)，從而克服了MPEG-4 AVC/ H.264之前所有視頻壓縮編碼國際標(biāo)準(zhǔn)中采用的8x8 DCT變換存在失配的固有問題。而MPEG-4 AVC/ H.264所采用的4x4整數(shù)變換在高分辨率的視頻圖像上的去相關(guān)性能不及8x8的變換有效。AVS采用了64級量化，可以完全適應(yīng)不同的應(yīng)用和業(yè)務(wù)對碼率和質(zhì)量的要求。在解決了16位實(shí)現(xiàn)的問題后，目前AVS所采用的8x8變換與量化方案，即適合于16位DSP或其他軟件方式的快速實(shí)現(xiàn)，也適合于ASIC的優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。

　　2、幀內(nèi)預(yù)測：AVS的幀內(nèi)預(yù)測技術(shù)沿襲了MPEG-4 AVC/ H.264幀內(nèi)預(yù)測的思路，用相鄰塊的像素預(yù)測當(dāng)前塊，采用代表空間域紋理方向的多種預(yù)測模式。但AVS亮度和色度幀內(nèi)預(yù)測都是以8x8塊為單位的。亮度塊采用5種預(yù)測模式，色度塊采用4種預(yù)測模式，而這4種模式中又有3種和亮度塊的預(yù)測模式相同。在編碼質(zhì)量相當(dāng)?shù)那疤嵯拢珹VS采用較少的預(yù)測模式，使方案更加簡潔、實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度大為降低。

　　3、幀間預(yù)測：幀間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償編碼是混合編碼技術(shù)框架中最重要的部分之一。AVS標(biāo)準(zhǔn)采用了16×16，16×8，8×16和8×8的塊模式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，而去除了MPEG-4 AVC/ H.264標(biāo)準(zhǔn)中的8×4，4×8，4×4的塊模式，目的是能更好地刻畫物體運(yùn)動(dòng)，提高運(yùn)動(dòng)搜索的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)表明，對于高分辨率視頻，AVS選用的塊模式已經(jīng)能足夠精細(xì)地表達(dá)物體的運(yùn)動(dòng)。較少的塊模式，能降低運(yùn)動(dòng)矢量和塊模式傳輸?shù)拈_銷，從而提高壓縮效率、降低編解碼實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

　　4、1/4精度像素插值：AVS和MPEG-4 AVC/ H.264都采用了1/4像素精度的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)。MPEG-4 AVC/ H.264采用6抽頭濾波器進(jìn)行半像素插值并采用雙線性濾波器進(jìn)行1/4像素插值。而AVS采用了不同的4抽頭濾波器進(jìn)行半像素插值和1/4像素插值，在不降低性能的情況下減少插值所需要的參考像素點(diǎn)，減小了數(shù)據(jù)存取帶寬需求，這在高分辨率視頻壓縮應(yīng)用中是非常有意義的。

　　5、特殊的幀間預(yù)測運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償：在傳統(tǒng)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)(MPEG-x系列與H.26x系列)中，雙向預(yù)測幀B幀都只有一個(gè)前向參考幀與一個(gè)后向參考幀，而前向預(yù)測幀P 幀則只有一個(gè)前向參考幀。而新近的MPEG-4 AVC/ H.264充分地利用圖片之間的時(shí)域相關(guān)性，允許P幀和B幀有多個(gè)參考幀，最多可以有31個(gè)參考幀。多幀參考技術(shù)在提高壓縮效率的同時(shí)也將極大地增加存儲空間與數(shù)據(jù)存取的開銷。AVS中P幀可以利用至多2幀的前向參考幀，而B幀采用前后各一個(gè)參考幀，P幀與B幀(包括后向參考幀)的參考幀數(shù)相同，其參考幀存儲空間與數(shù)據(jù)存取的開銷并不比傳統(tǒng)視頻編碼的標(biāo)準(zhǔn)大，而恰恰是充分利用了必須預(yù)留的資源。

　　AVS的B幀的雙向預(yù)測使用了直接模式(direct mode)、對稱模式(symmetric mode)和跳過模式(skip mode)。使用對稱模式時(shí)，碼流只需要傳送前向運(yùn)動(dòng)矢量，后向運(yùn)動(dòng)矢量可由前向運(yùn)動(dòng)矢量導(dǎo)出，從而節(jié)省后向運(yùn)動(dòng)矢量的編碼開銷。對于直接模式，當(dāng)前塊的前、后向運(yùn)動(dòng)矢量都是由后向參考圖像相應(yīng)位置塊的運(yùn)動(dòng)矢量導(dǎo)出，無需傳輸運(yùn)動(dòng)矢量，因此也可以節(jié)省運(yùn)動(dòng)矢量的編碼開銷。跳過模式的運(yùn)動(dòng)矢量的導(dǎo)出方法和直接模式的相同，跳過模式編碼的塊，其運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)臍埐钜簿鶠榱�，即該模式下宏塊只需要傳輸模式信號，而不需要傳輸運(yùn)動(dòng)矢量、補(bǔ)償殘差等附加信息。

　　6、熵編碼：AVS熵編碼采用自適應(yīng)變長編碼技術(shù)。在AVS熵編碼過程中，所有的語法元素和殘差數(shù)據(jù)都是以指數(shù)哥倫布碼的形式映射成二進(jìn)制比特流。采用指數(shù)哥倫布碼的優(yōu)勢在于：一方面，它的硬件復(fù)雜度比較低，可以根據(jù)閉合公式解析碼字，無需查表;另一方面，它可以根據(jù)編碼元素的概率分布靈活地確定以k階指數(shù)哥倫布碼編碼，如果k選得恰當(dāng)，則編碼效率可以逼近信息熵。

　　對預(yù)測殘差的塊變換系數(shù)，經(jīng)掃描形成(level、run)對串，level、run不是獨(dú)立事件，而存在著很強(qiáng)的相關(guān)性，在AVS中l(wèi)evel、run采用二維聯(lián)合編碼，并根據(jù)當(dāng)前l(fā)evel、run的不同概率分布趨勢，自適應(yīng)改變指數(shù)哥倫布碼的階數(shù)。

　　AVS的標(biāo)準(zhǔn)名是中國數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。