IPTV编解码标准综述

3 AVS标准简介

　　AVS是基于我国创新技术和部分公开技术的自主标准，AVS标准包括系统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准和一致性测试等支撑标准。2002年，在信息产业部支持下，成立了"数字音视频编解码技术标准"工作组（简称AVS工作组），2003年，国家发展和改革委员会批准了《数字音视频编解码技术标准AVS研究开发与测试验证重大专项》。在国内外上百家企业和科研单位共同参与下，AVS标准制定工作进展顺利，其中最重要的视频编码标准于2005年通过国家广电总局测试，2006年1月得到信息产业部批准，2月国家标准化管理委员会正式颁布，3月1日起实施。
　　AVS视频编解码的核心技术包括：8x8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、二维熵编码等。
　　（1）变换量化
　　AVS的8x8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H.264之前所有视频压缩编码国际标准中采用的8x8 DCT变换存在失配的固有问题。而H.264所采用的4x4整数变换在高分辨率的视频图像上的去相关性能不及8x8的变换有效。AVS采用了64级量化，可以完全适应不同的应用和业务对码率和质量的要求。
　　（2）帧内预测
　　AVS的帧内预测技术沿袭了H.264帧内预测的思路，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8x8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。
　　（3）帧间预测
　　帧间运动补偿编码是混合编码技术框架中最重要的部分之一。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，而去除了H.264标准中的8×4，4×8，4×4的块模式，目的是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足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和H.264都采用了1/4像素精度的运动补偿技术。H.264采用6抽头滤波器进行半像素插值并采用双线性滤波器进行1/4像素插值。而AVS采用了不同的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。
　　在传统的视频编码标准中，双向预测帧B帧都只有一个前向参考帧与一个后向参考帧，而前向预测帧P 帧则只有一个前向参考帧。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(direct mode)、对称模式(symmetric mode)和跳过模式(skip mode)。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，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，跳过模式编码的块运动补偿的残差为零，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。
　　（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，它的硬件复杂度比较低，可以根据闭合公式解析码字，无需查表；另一方面，它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。对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，并根据当前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。