【摘 要】AVS：2002 年，中國信息產(chǎn)業(yè)部成立的音視頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) （AVS）工作組宣布準(zhǔn)備針對移動(dòng)多媒體、廣播、DVD等應(yīng)用編寫一份國家標(biāo)準(zhǔn)。AVS是我國第一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。AVS標(biāo)準(zhǔn)在國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃中的正式名稱為《信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼》，它是我國第一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、達(dá)到國際先進(jìn)水平的數(shù)字音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，是高清晰度數(shù)字電視、高清晰度激光視盤機(jī)、網(wǎng)絡(luò)電視、視頻通信等重大音視頻應(yīng)用所共同采用的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)。

H.264：H.264標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T的VCEG（視頻編碼專家組）和ISO/IEC的MPEG（活動(dòng)圖像專家組）的聯(lián)合視頻組（JVT，Joint Video Team）開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，也稱為MPEG-4 AVC，它作為MPEG-4 Part10，是“高級視頻編碼”。H.264具有很強(qiáng)的抗誤碼特性，可適應(yīng)丟包率高、干擾嚴(yán)重的信道中的視頻傳輸。

一、H.264和AVS核心技術(shù)分析及對比

H.264和以前的標(biāo)準(zhǔn)一樣，還是采用的混合編碼的框架，AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)采用了與H.264類似的技術(shù)框架，包括變換、量化、熵編碼、幀內(nèi)預(yù)測、幀間預(yù)測、環(huán)路濾波等模塊。他們核心技術(shù)的不同包括以下幾點(diǎn)：

1、變換和量化

H.264對殘差數(shù)據(jù)采用基于塊的變換編碼，去除原始圖像的空間冗余，使圖像能力集中在小部分系數(shù)上，直流系數(shù)值一般來說是最大的，這樣可以提高壓縮比、增強(qiáng)抗干擾能力。先前標(biāo)準(zhǔn)一般采用DCT變換，這種變換的缺點(diǎn)是會(huì)出現(xiàn)失配現(xiàn)象，原始數(shù)據(jù)經(jīng)過變換和反變換恢復(fù)后會(huì)有一個(gè)差值，由于是實(shí)數(shù)運(yùn)算計(jì)算量也比較大。H.264采用的是基于4×4塊的整數(shù)變換。

AVS采用8×8的整數(shù)變換，可以在16位處理器上無失配地實(shí)現(xiàn)。對高分辨率的視頻圖像去相關(guān)性要比4×4變換有效，采用了64級量化，可以適應(yīng)不同的應(yīng)用和業(yè)務(wù)對碼流和質(zhì)量的要求。

2、幀內(nèi)預(yù)測

H.264和AVS技術(shù)都采用幀內(nèi)預(yù)測的方式，用相鄰的像素預(yù)測當(dāng)前塊，采用代表空間域紋理的多種預(yù)測模式。H.264的亮度預(yù)測有4×4塊和16×16塊2種預(yù)測方式，對于4×4的塊：從-135度到+22.5度方向加上一個(gè)直流預(yù)測一共是9種預(yù)測方向；對于16×16塊：有4種預(yù)測方向。色度預(yù)測是8×8塊，有4種預(yù)測模式，類似于幀內(nèi)16×16預(yù)測的4種模式，其中DC為模式0、水平為模式1、垂直為模式2、平面為模式3。

3、幀間預(yù)測

H.264幀間預(yù)測是利用以編碼視頻幀和基于塊的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)念A(yù)測模式，與以往標(biāo)準(zhǔn)幀間預(yù)測的區(qū)別在于塊尺寸范圍更廣、亞像素運(yùn)動(dòng)矢量的使用和多參考幀的運(yùn)用。

H.264有16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8和4×4一共8種宏塊及子宏塊劃分，而AVS只有16×16、16×8、8×16和8×8一共4種宏塊劃分方式。

H.264支持使用多個(gè)不同的參考幀對幀間宏塊和片進(jìn)行預(yù)測，AVS中P幀可以利用至多2幀的前向參考幀，B幀采用前后各一個(gè)參考幀。

4、熵編碼

H.264制定了基于信息量的熵編碼效率，一種是對所有的待編碼的符號采用統(tǒng)一的可變長編碼（UVLC），另一種是采用基于內(nèi)容的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼（CABAC， Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding），大大減少了塊編碼相關(guān)性冗余，提高了編碼效率。UVLC計(jì)算復(fù)雜度較低，主要針對對編碼時(shí)間很嚴(yán)格的應(yīng)用，缺點(diǎn)就是效率低，碼率較高。CABAC是一種效率很高的熵編碼方法，其編碼效率比UVLC編碼高50%。

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)閉合公式解析碼子，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)。

二、應(yīng)用前景

直播衛(wèi)星電視和高清電視是其中進(jìn)展最快的項(xiàng)目。與整機(jī)廠商互動(dòng)，AVS標(biāo)準(zhǔn)組可以實(shí)際應(yīng)用中得到反饋，對標(biāo)準(zhǔn)、實(shí)現(xiàn)算法、軟件、IP內(nèi)核、專用芯片進(jìn)行及時(shí)的修改和改進(jìn)，從而真正適應(yīng)產(chǎn)業(yè)的需求。廣電主持的衛(wèi)星電視實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)項(xiàng)目中的AVS編碼器則采用了“轉(zhuǎn)碼器+DSP”的實(shí)現(xiàn)方案。該系統(tǒng)高度兼容MPEG-2，這是由于MPEG-2的節(jié)目較多，所以AVS與它有一個(gè)融合-取代的過程。如：加密、用戶管理、收費(fèi)系統(tǒng)、編輯系統(tǒng)等其他配套系統(tǒng)不變。AVS最直接的產(chǎn)業(yè)化成果是未來10年我國需要的幾億顆解碼芯片，最直接效益是節(jié)省超過數(shù)十億美元的專利費(fèi)，AVS最大的應(yīng)用價(jià)值是利用面向標(biāo)清的數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)能夠直接提供高清業(yè)務(wù)、利用當(dāng)前的光盤技術(shù)制造出新一代高清晰度激光視盤機(jī)，從而為我國數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)的跨越發(fā)展提供了難得契機(jī)。

三、總結(jié)

由上分析可知，兩種視頻解碼器結(jié)構(gòu)有很多共同之處。目前，關(guān)于H.264視頻解碼器的優(yōu)化、硬件移植的方法及其應(yīng)用很多，這些也可被AVS-M采納。本文根據(jù)優(yōu)化H.264的相關(guān)文獻(xiàn)中的一些方法對AVS-M作過軟件上的優(yōu)化。算法上的優(yōu)化主要包括插值、環(huán)路濾波和熵解碼的優(yōu)化。插值時(shí)可以將像素分為內(nèi)部像素和邊界像素，避免重復(fù)的判斷。熵解碼時(shí)，可通過重新建表減少轉(zhuǎn)化程序。代碼上的優(yōu)化主要包括程序結(jié)構(gòu)優(yōu)化、循環(huán)展開、數(shù)據(jù)類型選擇和數(shù)據(jù)的移動(dòng)等，例如：Decode one macroblock函數(shù)中，可根據(jù)宏塊類型采用不同的函數(shù)來解碼，對臨時(shí)的緩存區(qū)可簡化。H. 264是國際通用標(biāo)準(zhǔn)，面AVS-M是我國自主制定的標(biāo)準(zhǔn)，因而，兩標(biāo)準(zhǔn)兼容的視頻解碼器的出現(xiàn)是種必然。本課題接下來的工作即是在對已有結(jié)構(gòu)對比分析的基礎(chǔ)上結(jié)合兩套代碼，將兩解碼器結(jié)構(gòu)相同部分進(jìn)行復(fù)用，不同部分通過開關(guān)進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)對兩種不同格式的碼流進(jìn)行識(shí)別并實(shí)時(shí)解碼。