淺談基于A(yíng)VS的遠程視頻監控系統

隨著(zhù)我國工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)網(wǎng)絡(luò )結構的復雜性與日俱增，但是由于一些樞紐單位所處地理位置分散和偏僻等特點(diǎn)，給網(wǎng)絡(luò )的管理造成了諸多不便，采用遠程視頻監控來(lái)提高工業(yè)管理的自動(dòng)化程度顯得日益重要。

隨著(zhù)計算機、視頻編碼以及網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監控技術(shù)實(shí)現了巨大飛躍，視頻編碼技術(shù)作為遠程視頻監控的關(guān)鍵技術(shù)，受到了大家的關(guān)注。目前，視頻監控系統中主要采用的圖像壓縮標準H.261與MPEG-1，在應用中具有適應性和用戶(hù)交互性差的局限性。近些年產(chǎn)生的MPEG-2、MPEG-4、H.263、H.264等視頻編碼標準提供了更高的數據壓縮比，尤其是H.264以其高質(zhì)量、低碼流、適應性強的特點(diǎn)越來(lái)越廣泛地被應用在視頻監控系統中。

由于以上標準在專(zhuān)利池收費、知識產(chǎn)權以及技術(shù)實(shí)現復雜度方面存在一定的問(wèn)題，制約了它們的發(fā)展。能否建立一種我國自主知識產(chǎn)權且性能相同或優(yōu)于其他標準的視頻編碼標準，成為我們面臨的重要問(wèn)題。在這種情況下，AVS（音視頻編碼技術(shù)標準）進(jìn)入了我們的視線(xiàn)。

1 AVS視頻編碼標準

(1)AVS主要技術(shù)改進(jìn)

AVS采用了許多先進(jìn)的技術(shù)來(lái)保證其性能，是一項較有優(yōu)勢的新標準。2003年底完成的AVS標準第2部分(AVS1-P2以下稱(chēng)為AVS視頻標準)主要面向高清晰度、高質(zhì)量數字電視廣播、數字存儲媒體和其它相關(guān)應用。它具有4大特點(diǎn)：性能高，編碼效率比MPEG-2高2倍以上,與H.264的編碼效率相當；算法復雜度比H.264低；軟硬件實(shí)現成本都低于H.264；專(zhuān)利授權模式簡(jiǎn)單，費用明顯低于同類(lèi)標準。

AVS視頻標準采用了與H.264類(lèi)似的技術(shù)框架（如圖1），包括變換、量化、熵編碼、幀內預測、幀間預測、環(huán)路濾波等技術(shù)模塊。

圖1

實(shí)現AVS視頻標準的主要先進(jìn)技術(shù)如下。

路平均信息量編碼

首先，AVS采用了k（k=0,1,2,3）階Exp-Golomb（指數哥倫布）編碼，CBP（宏塊編碼模板）、宏塊模式和運動(dòng)矢量等采用0階指數哥倫布碼編碼，量化系數使用全部四種指數哥倫布碼,并采用2D-VLC對其進(jìn)行編碼。由于對Exp-Golomp編碼表進(jìn)行了調整，AVS解碼器并不需要存儲這些編碼表。而語(yǔ)法元素可以利用帶有可選擇查找表的簡(jiǎn)單分析進(jìn)行解碼。AVS定義的19個(gè)映射表盡管只占用了不到2Kbyte的空間，卻能很好地適應不同的分配，并具有很高的編碼能力。

路轉換和量化

與H.264和MPEG-2不同的是，AVS采用8×8整數轉換。為了減少解量化和逆轉換中的取整誤差，AVS還專(zhuān)門(mén)設置了一種特殊程序，并且各種操作均可在16位內完成。

路幀內預測

AVS視頻標準采用了幀內預測技術(shù)，改進(jìn)了幀內編碼的宏塊性能。與H.264相比，AVS定義了5種用于8×8亮度塊的模式和4種用于8×8色度塊的模式。

路基準畫(huà)面

以往的視頻編碼標準（如MPEG-2）中，雙向預測編碼畫(huà)面(B畫(huà)面)通常以前一個(gè)畫(huà)面和/或后一個(gè)畫(huà)面為基準。雖然預測編碼畫(huà)面(P畫(huà)面)只用前一個(gè)畫(huà)面來(lái)預測當前畫(huà)面，但在解碼器內實(shí)際的基準緩沖空間相當于該畫(huà)面的兩倍大。而AVS完全采用基準緩沖器進(jìn)行P緩沖器編碼，P畫(huà)面可用前面的兩個(gè)相鄰的I/P畫(huà)面作基準，因此在提升編碼效率的同時(shí)，占用的基準緩沖器空間仍與MPEG-2相同。

路B畫(huà)面對稱(chēng)模式

AVS以對稱(chēng)模式取代了現有編碼標準的插值模式，只有前向活動(dòng)矢量進(jìn)行編碼，逆向活動(dòng)矢量則通過(guò)前向和逆向間的相互關(guān)系得出。因此，至多有一種方向的活動(dòng)矢量需要在A(yíng)VS的B宏塊中進(jìn)行編碼。

路加權預測

AVS的加權預測功能可以在很大程度上改善編碼效率，尤其是在場(chǎng)景轉換和照明變化時(shí)。加權預測采用了一種簡(jiǎn)單的線(xiàn)性模式，因此參數能在預測的圖像頭內進(jìn)行編碼。但每個(gè)宏塊均可以自由選擇是否采用加權預測。

路去塊濾波器

基于塊的視頻編碼經(jīng)常會(huì )產(chǎn)生塊贗像，在低位率情況下這種現象會(huì )變得更明顯。為解決這一問(wèn)題，AVS定義了一種適應性環(huán)路去塊濾波器，用以改進(jìn)解碼視頻質(zhì)量。除了畫(huà)面邊界或片邊界外，過(guò)濾功能還能用于亮度和色度塊的邊界。過(guò)濾的強度則取決于宏塊的類(lèi)型、量化階、活動(dòng)矢量和塊間的區別。