AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)和H.264核心技術(shù)的區(qū)別

AVS的誕生可以說(shuō)是一個(gè)歷史的機(jī)遇，面對(duì)H.264以及MPEG-2等標(biāo)準(zhǔn)高額的專(zhuān)利費(fèi)，我國(guó)數(shù)字視頻產(chǎn)業(yè)面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)。加上我國(guó)致力于提高國(guó)內(nèi)數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，由國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部科學(xué)技術(shù)司于2006年6月批準(zhǔn)成立了“數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組”，聯(lián)合國(guó)內(nèi)從事數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)研發(fā)的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)，針對(duì)我國(guó)音視頻產(chǎn)業(yè)的需求，提出了我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)―――《信息技術(shù) 先進(jìn)音視頻編碼》系列標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱(chēng)AVS(audio video coding standard).自主的AVS標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)和性能上處于國(guó)際先進(jìn)水平，如果抓住這次機(jī)遇，我國(guó)在技術(shù)－專(zhuān)利－標(biāo)準(zhǔn)－芯片－系統(tǒng)－產(chǎn)業(yè)這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈上，就有可能具有全面的主動(dòng)權(quán)。

H.264和AVS核心技術(shù)分析及對(duì)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(lèi)似的技術(shù)框架，包括變換、量化、熵編碼、幀內(nèi)預(yù)測(cè)、幀間預(yù)測(cè)、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)：

一、變換和量化

H.264對(duì)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(lái)說(shuō)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(guò)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(wú)失配地實(shí)現(xiàn)。對(duì)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(jí)量化，可以適應(yīng)不同的應(yīng)用和業(yè)務(wù)對(duì)碼流和質(zhì)量的要求。

二、幀內(nèi)預(yù)測(cè)

H.264和AVS技術(shù)都采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)的方式，用相鄰的像素預(yù)測(cè)當(dāng)前塊，采用代表空間域紋理的多種預(yù)測(cè)模式。H.264的亮度預(yù)測(cè)有4×4塊和16×16塊2種預(yù)測(cè)方式，對(duì)于4×4的塊：從－135度到＋22.5度方向加上一個(gè)直流預(yù)測(cè)一共是9種預(yù)測(cè)方向；對(duì)于16×16塊：有4種預(yù)測(cè)方向。色度預(yù)測(cè)是8×8塊，有4種預(yù)測(cè)模式，類(lèi)似于幀內(nèi)16×16預(yù)測(cè)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。

三、幀間預(yù)測(cè)

H.264幀間預(yù)測(cè)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(cè)模式，與以往標(biāo)準(zhǔn)幀間預(yù)測(cè)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(duì)幀間宏塊和片進(jìn)行預(yù)測(cè)，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。

四、熵編碼

H.264制定了基于信息量的熵編碼效率，一種是對(duì)所有的待編碼的符號(hào)采用統(tǒng)一的可變長(zhǎng)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(duì)對(duì)編碼時(shí)間很?chē)?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(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)閉合公式解析碼子，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)。

另外，在AVS中沒(méi)有SI、SP幀。可以這樣說(shuō)，AVS是在H.264的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，吸收了H.264的精華，但為了繞過(guò)專(zhuān)利的困擾，又不得不放棄H.264的一些核心算法。換

來(lái)的代價(jià)就是，編碼效率稍微降低一點(diǎn)的情況下，復(fù)雜度極大得降低了。

AVS是我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在還沒(méi)有大規(guī)模使用，處在起步階段。大多數(shù)企業(yè)處于觀望狀態(tài)，沒(méi)有資金大量投入，面臨重重困難，但是它的廣闊前景是不容忽視的，又有國(guó)家的大力支持，一定會(huì)發(fā)展的更加完美。