聞洋

（國家新聞出版廣電總局無線電臺管理局五四二臺，北京 102445）

AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)研究與優(yōu)化實現(xiàn)

聞洋

（國家新聞出版廣電總局無線電臺管理局五四二臺，北京 102445）

隨著科技的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)、通信以及多種終端技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，近年來，數(shù)字音視頻壓縮技術(shù)的發(fā)展勢頭也是非常的迅猛，為了適應(yīng)不同的應(yīng)用，各種各樣的音視頻編碼應(yīng)運而生。國外在數(shù)字音視頻技術(shù)領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位，由于我國在核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面的欠缺，在數(shù)字音視頻技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展一直受制于國外的相關(guān)組織。為了改變這一現(xiàn)狀，我國于2002年成立了自己的AVS工作組，該工作組的工作重心就是開發(fā)一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。2005年，AVS工作組發(fā)布了我國第一部針對數(shù)字音視頻編碼的標(biāo)準(zhǔn)。本論文針對AVS編碼復(fù)雜度高，編碼速度慢而難于實時應(yīng)用的問題，本文通過對具體程序以及運用的分析，對AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵技術(shù)研究與優(yōu)化實現(xiàn)進(jìn)行了細(xì)致的闡述。

AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn) 研究 關(guān)鍵技術(shù) 優(yōu)化

1 AVS視頻編碼概述與發(fā)展現(xiàn)狀

為了改變國外對數(shù)字音頻技術(shù)的壟斷，2002年6月，經(jīng)信息產(chǎn)業(yè)部批準(zhǔn)，我國正式成立了“數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組”，也就是我們熟知的AVS工作組，到2013年為止，工作組的成員已經(jīng)有230多家，給國內(nèi)該領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)提供了大量的技術(shù)支持，國內(nèi)數(shù)字音頻技術(shù)的發(fā)展迎來了春天。AVS是由我國自主研發(fā)制定的，主要包括系統(tǒng)、視頻、音頻和數(shù)字版權(quán)等。當(dāng)AVS標(biāo)準(zhǔn)提出并開始實施后，國內(nèi)越來越多的技術(shù)人員開始關(guān)注并研究該標(biāo)準(zhǔn)，其中最主要研究的方向是算法標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化，其目的是最大限度的提高視頻在壓縮方面的效率和質(zhì)量，與此同時，降低視頻的碼率。從而盡快的開發(fā)出較為適用的視頻編碼軟件和硬件，為各個領(lǐng)域的視頻需求提供便利。

目前來說，國內(nèi)AVS芯片商還不是很多，其中具有代表性的廠商有美視、復(fù)旦微納米、聯(lián)合信源等廠商，數(shù)字音頻產(chǎn)業(yè)已于2010年超過通信產(chǎn)業(yè)，預(yù)計在明年將成為國內(nèi)國民經(jīng)濟最大產(chǎn)業(yè)，為我國構(gòu)建技術(shù)專利到文化產(chǎn)業(yè)鏈條的轉(zhuǎn)變提供發(fā)展機遇。

2 AVS視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的原理

2.1 視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)概述

文字、聲音、圖像和視頻等是多媒體信息技術(shù)的基本組成部分，其中，視頻為多媒體信息中最為重要的組成部分。但是，由于視頻的信息量較大，其傳輸和存儲都十分不方便。故，只有經(jīng)過較大的壓縮才能更好的進(jìn)行交流，在這樣的背景下，視頻編碼就變得十分的具有必要。視頻壓縮編碼的核心就是通過減少視頻序列間的相關(guān)性，減少視屏內(nèi)容間重復(fù)、繁雜的部分，大幅度的減少視屏內(nèi)容的比特數(shù)，從而實現(xiàn)對視頻的壓縮處理。壓縮編碼總共分為以下四個方面，即空間冗余度的壓縮、時間冗余度的壓縮、統(tǒng)計冗余度的壓縮和視覺冗余度的壓縮。

2.2 AVSS視頻壓縮編碼的關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 幀內(nèi)預(yù)測

AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)采用的是空間內(nèi)各個方向的幀內(nèi)預(yù)測技術(shù)，這種觀測技術(shù)可以提高預(yù)測精度，從而提高編碼的效率。通過一個8X8塊大小，亮度分類的5種預(yù)測模式分別對應(yīng)水平、垂直、均值、左下角、右下角5個方向；色度分量的4種預(yù)測模式分別對應(yīng)水平、均值、平面和垂直4個方向。除此之外，幀內(nèi)預(yù)測還可以通過濾波處理來屏蔽噪音，從而提高編碼的精準(zhǔn)度。

2.2.2 幀間預(yù)測

幀間預(yù)測主要是通過從前面幾幀圖像中找尋更完美的匹配，從而提高編碼的效率，AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，視頻的參考幀數(shù)最多為兩個：一個用于搜索匹配，一個用于降低編碼的復(fù)雜度。幀間編碼模塊主要是利用視頻場或視頻幀的運動進(jìn)行補償編碼，這種編碼模式主要是通過運動圖像時間上的關(guān)聯(lián)來進(jìn)行壓縮編碼，通過對每個已知的圖像板塊進(jìn)行運動估計，找出誤差最小的對于板塊，從而進(jìn)行最為精確的匹配，并對運動矢量和圖像的誤差進(jìn)行計算。這樣匹配出來的圖像一般不存在誤差，大大提高了壓縮比。

2.2.3 B幀宏塊編碼模式

在AVS預(yù)測中，雙向預(yù)測采用的是空域和時域相結(jié)合的預(yù)測模式，這種模式較為直接，在這樣的預(yù)測模式基礎(chǔ)上，添加了運動矢量舍入控制技術(shù)，除此之外，AVS標(biāo)準(zhǔn)還提出了對稱模式，即通過前向運動矢量的預(yù)測導(dǎo)出后向運動矢量，加大預(yù)測效率，實現(xiàn)對稱的雙向預(yù)測模式。

2.2.4 熵編碼

AVS熵編碼采用的是自適應(yīng)變化編碼技術(shù)，編碼過程中所以的語言和數(shù)據(jù)都可以映射成二進(jìn)制比特流，發(fā)揮閉合公式直接解析的優(yōu)點，對預(yù)測誤差的塊變換系數(shù)，經(jīng)過統(tǒng)一掃描，然后統(tǒng)一進(jìn)行二維編碼，并根據(jù)不同的概率分布，自適應(yīng)改變指數(shù)的階數(shù)。

3 AVS視頻編碼的優(yōu)化實現(xiàn)

（1）C語言的優(yōu)化。通常對熱點進(jìn)行匯編優(yōu)化，先需要對C語言進(jìn)行優(yōu)化，這個過程還需要為匯編優(yōu)化考慮數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)存結(jié)構(gòu)。

（2）表達(dá)式優(yōu)化。表達(dá)式優(yōu)化是較為簡單的一種優(yōu)化方式，對表達(dá)式中運行緩慢的部分進(jìn)行優(yōu)化，比如乘法、除法、取模等都是運行較為緩慢的運行方式。

（3）分支語句的優(yōu)化。語句分支是計算機操作系統(tǒng)中，最基本的語言操作之一。有些分支可能會擾亂指令的流暢運行，因此，我們需要對一些運行緩慢的分支語句進(jìn)行優(yōu)化，分支語句分為條件分支和非條件分支兩種。由于條件分支需要執(zhí)行分支預(yù)測，故通常來說，對分支語句的優(yōu)化就是指對條件語句的優(yōu)化。

（4）循環(huán)語句的優(yōu)化。循環(huán)具有高重復(fù)性，運行次數(shù)的不斷增加就使其成為了最常見的熱點。由于數(shù)據(jù)存在相關(guān)性，如果熱點的執(zhí)行時間不同步，就會讓指令發(fā)生錯誤，因此，除去數(shù)據(jù)的相關(guān)性就可以大大提高執(zhí)行效率。

4 結(jié)語

我國為了打破國外對數(shù)字音頻的壟斷，成立了AVS研究組，自己掌握了視頻壓縮的核心技術(shù)，AVS編碼在我國的發(fā)展也是越來越好，通過對AVS視頻編碼的關(guān)鍵技術(shù)的研究，使得AVS編碼技術(shù)的運用越來越廣，最后，在一些指令運行方面，AVS標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化。AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)正逐步走向完美。

［1］高文.多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2002，1—30.

［2］張春田，蘇月婷，張靜.圖像編碼基礎(chǔ).北京：2009，374—390.

［3］王幀.AVS通訊.2008年第1-2期.

［4］代飛，王勇.淺析AVS編碼標(biāo)準(zhǔn).重慶：重慶出版社，2013.13—18.