我国视频编码国家标准AVS与国际标准MPEG的比较

本文从技术角度对MPEG-2的视频标准、MPEG-4 AVC/H.264和AVS视频(GB/T 200090.2) 三个视频标准进行对比，包括技术方案、主观测试、客观测试、复杂度等四个方面。

一、技术对比
AVS视频与MPEG标准都采用混合编码框架（见图1），包括变换、量化、熵编码、 帧内预测、帧间预测、环路滤波等技术模块，这是当前主流的技术路线。AVS的主要创新 在于提出了一批具体的优化技术，在较低的复杂度下实现了与国际标准相当的技术性能， 但并未使用国际标准背后的大量复杂的专利。AVS-视频当中具有特征性的核心技术包括：

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、去块效应环内滤波等。

AVS视频编码器框图如下图所示。

AVS视频标准定义了I帧、P帧和B帧三种不同类型的图像，I帧中的宏块只进行帧内预 测，P帧和B帧的宏块则需要进行帧内预测或帧间预测，图中S0是预测模式选择开关。预测 残差进行8×8整数变换（ICT）和量化，然后对量化系数进行zig-zag扫描（隔行编码块使 用另一种扫描方式），得到一维排列的量化系数，最后对量化系数进行熵编码。AVS视频标 准的变换和量化只需要加减法和移位操作，用16位精度即可完成。

AVS视频标准使用环路滤波器对重建图像滤波，一方面可以消除方块效应，改善重建 图像的主观质量；另一方面能够提高编码效率。滤波强度可以自适应调整。

AVS标准支持多种视频业务，考虑到不同业务之间的互操作性，AVS标准定义了档次 （profile）和级别（level）。档次是AVS定义的语法、语义及算法的子集；级别是在某一 档次下对语法元素和语法元素参数值的限定集合。为了满足高清晰度/标准清晰度数字电视 广播、数字存储媒体等业务的需要，AVS视频标准定义了基准档次（Jizhun profile）和4 个级别（4.0、4.2、6.0和6.2），支持的最大图像分辨率从720×576到1920×1080，最大比 特率从10 Mbit/s到30 Mbit/s。

DCT（Discrete Cosine Transform）：离散余弦变换
VLC（Variable Length Coding）：变长编码
CAVLC（Context-based Adaptive Variable Length Coding）：基于上下文的自适应变长码
CABAC（Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding）：基于上下文的自适应二进制算术编码
FMO（Flexible Macroblock Ordering）：灵活的宏块排序
ASO（Arbitrary Slice Ordering）：任意条带排列

二、主观评价和客观测试

压缩效果的评价标准有主观评价和客观评价两种，各有优缺点。主观评判是聘请专门 的评价人员来比较压缩之后再恢复的视听效果和原始效果的差异，通常是在专门的视听环 境中按照一定的规则进行主观评分。客观评判则是通过一种具体的算法来统计多媒体数据 压缩结果的损失，例如信噪比SNR（即信号与噪声之比的对数）。主观评判和客观评判有 时相差很大，因此衡量一个算法的好坏就需要在这二者之间找到一个平衡点。对一套标准 的评价，通常开发过程中采用客观评价的方法，但最终要得到主观评价的确认。

1．MPEG-4 AVC视频标准主观测试
2002年10-12月，MPEG 组织了专题组对AVC (ISO/IEC 14496-10 | ITU-T Rec. H.264) 与MPEG-4 Visual (ISO/IEC 14496-2)和MPEG-2 Video (ISO/IEC 13818-2)标准进行了测试。 测试在FUB/ISCTI (意大利)、NIST (美国)和TUM (德国)进行，测试结果表明AVC的编码 性能有显著提高。

本次测试标准清晰度（SD）和高清晰度（HD）采用的测试条件（视频序列和码率）

如下表：

图像质量主观评价试验依据ITU-R BT.500-11 《Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures（电视图像质量主观评价方法）》（下面可以看到AVS的两次主观测试同样采用的是这个测试标准）。测试结果如下表：

由表可以看出，12个可比项中有8个的N大于等于1.5，有3个大于等于2，有一个
等于4。

由表可以看出，AVC与MPEG-2参考软件比，12个可比项中有9个的N大于等于1.8，
有2个大于等于4。

由表可以看出，AVC与优化的MPEG-2高清编码器比，9个可比项中有7个的N大于
等于1.7，有3个大于等于2，有一个等于3.3。

由表可以看出，AVC与MPEG-2参考软件比，9个可比项中有8个的N大于等于1.7，
有4个大于等于2。

总体上讲，AVC与MPEG-2对比，85个比对中66对MPEG-2的码率要达到1.5倍才能与AVC达到同样质量，其中51对MPEG-2码率要达到AVC的2倍才能达到AVC的质量。换句话说，在60%的情况下，AVC的编码效率能够达到MPEG-2的两倍。

鉴于AVC的编码效率能够达到MPEG-2的2倍，我国有关测试机构