H.264與AVS視頻標準核心技術(shù)比較

自適應殘差塊大小與整數8(8變換：用于變換編碼的殘差塊可以在8(8與4(4之間切換。引入了用于8(8塊的新16位整數變換。較小的塊仍然可以采用以前的4(4變換。

8(8亮度幀內預測：增加了8種模式，除之前的16(16和4(4塊以外，使亮度內部宏模塊還能夠對8(8塊進(jìn)行幀內預測。

量化加權 ：用于量化8(8變換系數的新量化加權矩陣。

單色：支持黑/白視頻編碼。

AVS

2002 年，中國信息產(chǎn)業(yè)部成立的音視頻技術(shù)標準 (AVS)工作組宣布準備針對移動(dòng)多媒體、廣播、DVD等應用編寫(xiě)一份國家標準。該視頻標準稱(chēng)為AVS [14]，由兩個(gè)相關(guān)部分組成針對移動(dòng)視頻應用的AVS-M和針對廣播與DVD的AVS1.0。AVS標準與H.264相似。

AVS1.0同時(shí)支持隔行和逐行掃描模式。AVS中P幀可以利用2幀的前向參考幀，同時(shí)允許B幀采用前后各一個(gè)幀。在隔行模式下，4個(gè)場(chǎng)可以用作參考?？梢?xún)H在幀級執行隔行模式中的幀/場(chǎng)編碼，這一點(diǎn)與H.264不同，其中允許此選項的MB級自適應。AVS具有與H.264相似的環(huán)路濾波器，可以在幀級關(guān)閉。另外，B幀還無(wú)需環(huán)路濾波器。幀內預測是以8(8塊為單位進(jìn)行。MC允許對亮度塊進(jìn)行1/4象素補償。ME的塊大小可以是16(16、16(8、8(16或8(8。變換方式是基于16位的8(8整數變換(與WMV9相似)。VLC是基于上下文自適應2D運行/級別編碼。采用4個(gè)不同的Exp-Golomb編碼。用于每個(gè)已量化系數的編碼自適應到相同8(8塊中前面的符號。由于Exp-Golomb表是參數化的表，因此表較小。用于逐行視頻序列的AVS 1.0的視頻質(zhì)量在相同比特率時(shí)稍遜于H.264主類(lèi)。

AVS-M主要針對移動(dòng)視頻應用，與H.264基本規范存在交叉。它僅支持逐行視頻、I與P幀，不支持B幀。主要AVS-M編碼工具包括基于4(4塊的幀內預測、1/4象素運動(dòng)補償、整數變換與量化、上下文自適應VLC以及高度簡(jiǎn)化的環(huán)路濾波器。與H.264基本規范相似AVS-M中的運動(dòng)矢量塊大小降至4(4，因此MB可擁有多達16個(gè)運動(dòng)矢量。采用多幀預測，但僅支持2個(gè)參考幀。此外，AVS-M中還定義了H.264 HRD/SEI消息的子集。AVS-M的編碼頻率約為0.3dB，在相同設置下稍遜于H.264基本規范，而解碼器的復雜性卻降低了大約20%。

H.264和AVS的背景

H.264/MPEG-4AVC是ITU-T的VCG(Video Coding Experts Group)和ISO/IEC的MPEG(Moving Picture Experts Group)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的新一代視頻編碼標準。應用范圍包括可視電話(huà)、視頻會(huì )議等。H.264的主要特色就是極大得提高了壓縮率，是MPEG-2及MPEG-4壓縮效率的一倍以上。H.264核心技術(shù)與之前標準相同，仍采用基于預測變換的混合編碼框架，但是在細節的實(shí)現上有很大不同，就是細節上的改進(jìn)導致壓縮效率極大得提高。而且新一代視頻編碼標準H.264具有良好的網(wǎng)絡(luò )適應性和容錯等特點(diǎn)。

AVS的誕生可以說(shuō)是一個(gè)歷史的機遇，面對H.264以及MPEG-2等標準高額的專(zhuān)利費，我國數字視頻產(chǎn)業(yè)面臨嚴重挑戰。加上我國致力于提高國內數字音視頻產(chǎn)業(yè)的核心競爭力，由國家信息產(chǎn)業(yè)部科學(xué)技術(shù)司于2006年6月批準成立了“數字音視頻編解碼技術(shù)標準工作組”，聯(lián)合國內從事數字音視頻編解碼技術(shù)研發(fā)的科研機構和企業(yè)，針對我國音視頻產(chǎn)業(yè)的需求，提出了我國自主知識產(chǎn)權的信源編碼標準DDD《信息技術(shù) 先進(jìn)音視頻編碼》系列標準，簡(jiǎn)稱(chēng)AVS(audio video coding standard).自主的AVS標準在技術(shù)和性能上處于國際先進(jìn)水平，如果抓住這次機遇，我國在技術(shù)-專(zhuān)利-標準-芯片-系統-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。

H.264和AVS核心技術(shù)分析及對比

H.264和以前的標準一樣，還是采用的混合編碼的框架，AVS視頻標準采用了與H.264類(lèi)似的技術(shù)框架，包括變換、量化、熵編碼、幀內預測、幀間預測、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)：

一、變換和量化

H.264對殘差數據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上，直流系數值一般來(lái)說(shuō)是最大的，這樣可以提高壓縮比、增強抗干擾能力。先前標準一般采用DCT變換，這種變換的缺點(diǎn)是會(huì )出現失配現象，原始數據經(jīng)過(guò)變換和反變換恢復后會(huì )有一個(gè)差值，由于是實(shí)數運算計算量也比較大。H.264采用的是基于4×4塊的整數變換。

AVS采用8×8的整數變換，可以在16位處理器上無(wú)失配地實(shí)現。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，可以適應不同的應用和業(yè)務(wù)對碼流和質(zhì)量的要求。

二、幀內預測

H.264和AVS技術(shù)都采用幀內預測的方式，用相鄰的像素預測當前塊，采用代表空間域紋理的多種預測模式。H.264的亮度預測有4×4塊和16×16塊2種預測方式，對于4×4的塊：從-135度到+22.5度方向加上一個(gè)直流預測一共是9種預測方向;對于16×16塊：有4種預測方向。色度預測是8×8塊，有4種預測模式，類(lèi)似于幀內16×16預測的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。

三、幀間預測

H.264幀間預測是利用以編碼視頻幀和基于塊的運動(dòng)補償的預測模式，與以往標準幀間預測的區別在于塊尺寸范圍更廣、亞像素運動(dòng)矢量的使用和多參考幀的運用。

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。

四、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一的可變長(cháng)編碼(UVLC)，另一種是采用基于內容的自適應二進(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計算復雜度較低，主要針對對編碼時(shí)間很?chē)栏竦膽?，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熵編碼采用自適應變長(cháng)編碼技術(shù)。在A(yíng)VS熵編碼過(guò)程中，所有的語(yǔ)法元素和殘差數據都是以指數哥倫布碼的形式映射成二進(jìn)制比特流。