AVS是中國(guó)自主制定的音視頻編碼技 術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。AVS工作組成立于2002年6月，當(dāng)年8月開(kāi)始了第一次的工作會(huì)議。經(jīng)過(guò)7次AVS正式工作會(huì)議和3次視頻組附加會(huì)議，經(jīng)歷一年半的時(shí)間，審議 了182個(gè)提案，先后采納了41項(xiàng)提案，2003年12月19日AVS視頻部分終于定稿！ 當(dāng)前，AVS視頻主要面向高清晰度電視、高密度光存儲(chǔ)媒體等應(yīng)用中的視頻壓縮。

　　在2002年的最初幾次會(huì)議中，視頻組專(zhuān)家統(tǒng)一了以當(dāng)前國(guó)際上最先進(jìn)的MPEG-4 AVC/ H.264框架為起點(diǎn)，自主制定適合既定應(yīng)用的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，其中強(qiáng)調(diào)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)充分考慮實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

　　一、AVS-視頻的核心技術(shù)

　　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(cè)、1/4精度像素插值、特殊的幀間預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、二維熵編碼、去塊效應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波等。

　　1.變換量化

AVS的8x8變換與量化可以在16位處理器上無(wú)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中采用的8x8 DCT變換存在失配的固有問(wèn)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(jí)量化，可以完全適應(yīng)不同的應(yīng)用和業(yè)務(wù)對(duì)碼 率和質(zhì)量的要求。在解決了16位實(shí)現(xiàn)的問(wèn)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(cè)

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

　　3.幀間預(yù)測(cè)

　　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(huà)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(duì)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_(kāi)銷(xiāo)，從而提高壓縮效率、降低編解碼實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。

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。

　　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(cè)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(cè)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(chǔ) 空間與數(shù)據(jù)存取的開(kāi)銷(xiāo)。AVS中P幀可以利用至多2幀的前向參考幀，而B(niǎo)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(chǔ)空間與數(shù)據(jù)存取的開(kāi)銷(xiāo)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(cè)使用了直接模 式(direct mode)、對(duì)稱(chēng)模式(symmetric mode)和跳過(guò)模式(skip mode)。使用對(duì)稱(chēng)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(kāi)銷(xiāo)。對(duì)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(wú)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(kāi)銷(xiāo)。跳過(guò)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(guò)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(hào)，而不需要傳輸運(yùn)動(dòng)矢量、補(bǔ)償殘差等附加信息。

　　4.熵編碼

　　AVS熵編碼采用自適應(yīng)變長(zhǎng)編碼技術(shù)。

在AVS熵編碼過(guò)程中，所有的語(yǔ)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(shì)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(wú)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(duì)預(yù)測(cè)殘差的塊變換系數(shù)，經(jīng)掃描形成（level、run）對(duì)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(shì)，自適應(yīng)改變指數(shù)哥倫布碼的階數(shù)。

　　二、AVS-視頻目前的性能與應(yīng)用

　　AVS-視頻目前定義了一個(gè)檔次（profile）即基準(zhǔn)檔次。該基準(zhǔn)檔次又分為4個(gè)級(jí)別(level)，分別對(duì)應(yīng)高清晰度與標(biāo)準(zhǔn)清晰度應(yīng)用。

與MPEG-4 AVC/ H.264的baseline profile相比，AVS-視頻增加了B幀、interlace等技術(shù)，因此其壓縮效率明顯提高，而與MPEG-4 AVC/ H.264的main profile相比，又減少了CABAC等實(shí)現(xiàn)難度大的技術(shù)，從而增強(qiáng)了可實(shí)現(xiàn)性。

　　AVS-視頻的主要特點(diǎn)是應(yīng)用目標(biāo)明確，技術(shù)有針對(duì)性。因此在高分辨率應(yīng)用中，其壓縮效率明顯比現(xiàn)在在數(shù)字電視、光存儲(chǔ)媒體中常用的MPEG-2視頻提高一個(gè)層次。在壓縮效率相當(dāng)?shù)那疤嵯?，又較MPEG-4 AVC/ H.264的 main profile的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度大為降低。

　　目前的AVS-視頻技術(shù)可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)清晰度（CCIR 601或相當(dāng)清晰度）、低清晰度（CIF、SIF）等不同格式視頻的壓縮，但針對(duì)此類(lèi)應(yīng)用的壓縮效率還有待提高，這應(yīng)當(dāng)是AVS-視頻下一步的工作重點(diǎn)。


----《中國(guó)多媒體通信》