S視頻編碼技術(shù)發(fā)展淺談?wù)撐?/p>
論文摘要：是基于我國創(chuàng)新技術(shù)和部分公開技術(shù)的自主標(biāo)準(zhǔn)，了解AVS應(yīng)用的主要技術(shù)，對提高壓縮效率，改進(jìn)AVS解碼速度，推動我國數(shù)字音視頻標(biāo)準(zhǔn)AVS的應(yīng)用具有重要意義。
論文關(guān)鍵詞：視頻編碼,壓縮技術(shù)
一、引言
所謂視頻編碼方式就是指通過特定的壓縮技術(shù)，將某個視頻格式的文件轉(zhuǎn)換成另一種視頻格式文件的方式。視頻壓縮發(fā)展到現(xiàn)在己有幾十年的歷史。1948年，Oliver提出了第一個編碼理論脈沖編碼調(diào)制(PulseCodingModulation，簡稱PCM);同年，Shannon的經(jīng)典論文“通信的數(shù)學(xué)原理”首次提出了信息率失真函數(shù)的概念;1959年，Shannon進(jìn)一步確立了碼率失真理論;而Berger在1971年所著的《信息率失真理論》一書則對率失真理論做了系統(tǒng)地論述和擴(kuò)展;以上各項(xiàng)工作奠定了信息編碼的理論基礎(chǔ)。
二、AVS基本介紹
AVS是基于我國創(chuàng)新技術(shù)和部分公開技術(shù)的自主標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)方案簡潔，芯片實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，達(dá)到了第二代標(biāo)準(zhǔn)的`最高水平；而且，AVS通過簡潔的一站式許可政策，是開放式制訂的國家、國際標(biāo)準(zhǔn)，易于推廣；此外，AVS是一套包含系統(tǒng)、視頻、音頻、媒體版權(quán)管理在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)體系，為數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)提供更全面的解決方案。綜上所述，AVS可稱第二代信源標(biāo)準(zhǔn)的上選。
三、AVS主要技術(shù)
AVS采用的主要技術(shù)包括：8x8整數(shù)變換量化技術(shù)、幀內(nèi)預(yù)測、半像素與1/4精度像素插值、特殊的幀間預(yù)測運(yùn)動補(bǔ)償、二維熵編碼、去塊效應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波等：
1.整數(shù)變換量化：AVS為了避開H.264的專利問題，選擇了以往標(biāo)準(zhǔn)廣泛采用的8×8變換，這樣可以在16位處理器上無失配地實(shí)現(xiàn)。AVS采用的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。目前AVS所采用的8x8變換與量化方案大大降低了芯片的實(shí)現(xiàn)難度。
2.幀內(nèi)預(yù)測：AVS采用的幀內(nèi)預(yù)測技術(shù)，是用相鄰塊的像素預(yù)測當(dāng)前塊，同時采用代表空間域紋理方向的多種預(yù)測模式。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)測運(yùn)動補(bǔ)償：幀間運(yùn)動補(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8×84種用于運(yùn)動補(bǔ)償?shù)暮陦K模式，去除了MPEG-4AVC/H.264標(biāo)準(zhǔn)中的8×4，4×8，4×4的塊模式，這樣可以更好地刻畫物體運(yùn)動，提高運(yùn)動搜索的準(zhǔn)確性。
4.半像素與1/4精度像素插值：AVS通過4抽頭濾波器（-1，5，5，-1）得到半像素點(diǎn)，再通過4抽頭濾波器（1，7，7，1）和均值濾波器得到1/4像素點(diǎn)，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.預(yù)測模式：AVS的B幀雙向預(yù)測使用了直接模式、對稱模式和跳躍模式。使用對稱模式時，碼流只需要傳送前向運(yùn)動矢量，后向運(yùn)動矢量可由前向運(yùn)動矢量導(dǎo)出，從而節(jié)省后向運(yùn)動矢量的編碼開銷；對于直接模式，前塊的前、后向運(yùn)動矢量都是由后向參考圖像相應(yīng)位置塊的運(yùn)動矢量按比例分配導(dǎo)出，因此也可以節(jié)省運(yùn)動矢量的編碼開銷；跳躍模式的運(yùn)動矢量導(dǎo)出方法和直接模式的相同，跳躍模式編碼塊都不編碼運(yùn)動補(bǔ)償?shù)臍埐睿膊粋魉瓦\(yùn)動矢量，即該模式下宏塊只需要傳輸模式信號則可。
6.二維熵編碼：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，定長碼用來編碼具有均勻分布的語法元素，指數(shù)哥倫布碼用以編碼可變概率分布的語法元素。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確定k階指數(shù)哥倫布碼編碼，如果k選得恰當(dāng)，編碼效率可以逼近信息熵。預(yù)測殘差的塊變換系數(shù)后，經(jīng)掃描形成（level、run）對串，level、run不是獨(dú)立事件，而存在很強(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)。
四、總結(jié)與展望
目前AVS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)清晰度、相當(dāng)清晰度、低清晰度等不同格式視頻的壓縮，但針對此類應(yīng)用的壓縮效率還有待不斷提高，這應(yīng)當(dāng)是AVS視頻技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的重點(diǎn)所在：著力AVS編解碼的實(shí)際應(yīng)用研究，優(yōu)化AVS運(yùn)動搜索算法，提高AVS解碼速度，從而推動我國數(shù)字音視頻標(biāo)準(zhǔn)AVS的推廣和應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
1 陳亮 AVS先進(jìn)編碼技術(shù)研究 華中科技大學(xué)
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