AVS視頻標準和H.264核心技術的區(qū)別

視頻編碼技術在過去幾年最重要的發(fā)展之一是由ITU和ISO/IEC的聯(lián)合視頻小組 (JVT)開發(fā)了H.264/MPEG-4 AVC標準。在發(fā)展過程中，業(yè)界為這種新標準取了許多不同的名稱。ITU在1997年開始利用重要的新編碼工具處理H.26L（長期），結果令人鼓舞，于是ISO決定聯(lián)手ITU組建JVT并采用一個通用的標準。因此，大家有時會聽到有人將這項標準稱為JVT，盡管它并非正式名稱。ITU在2003年5月批準了新的H.264標準。ISO在2003年10 月以MPEG-4 Part 10、高級視頻編碼或AVC的名稱批準了該標準。

H.264 實現(xiàn)的改進創(chuàng)造了新的市場機遇

H.264/AVC在壓縮效率方面取得了巨大突破，一般情況下達到MPEG-2及MPEG-4簡化類壓縮效率的大約2倍。在JVT進行的正式測試中，H.264在85個測試案例中有78％的案例實現(xiàn)1.5倍以上的編碼效率提高，77％的案例中達到2倍以上，部分案例甚至高達4倍。H.264 實現(xiàn)的改進創(chuàng)造了新的市場機遇，如：600Kbps的VHS品質視頻可以通過ADSL線路實現(xiàn)視頻點播；高清晰電影無需新的激光頭即可適應普通 DVD。

H.264標準化時支持三個類別：基本類、主類及擴展類。后來一項稱為高保真范圍擴展 (FRExt)的修訂引入了稱為高級類的4個附加類。在初期主要是基本類和主類引起了大家的興趣?；绢惤档土擞嬎慵跋到y(tǒng)內存需求，而且針對低時延進行了優(yōu)化。由于B幀的內在時延以及CABAC的計算復雜性，因此它不包括這兩者?；绢惙浅＿m合可視電話應用以及其他需要低成本實時編碼的應用。

主類提供的壓縮效率最高，但其要求的處理能力也比基本類高許多，因此使其難以用于低成本實時編碼和低時延應用。廣播與內容存儲應用對主類最感興趣，它們是為了盡可能以最低的比特率獲得最高的視頻質量。

盡管H.264采用與舊標準相同的主要編碼功能，不過它還具有許多與舊標準不同的新功能，它們一起實現(xiàn)了編碼效率的提高。其主要差別，概述如下：

幀內預測與編碼：H.264采用空域幀內預測技術來預測相鄰塊鄰近像素的Intra-MB中的像素。它對預測殘差信號和預測模式進行編碼，而不是編碼塊中的實際像素。這樣可以顯著提高幀內編碼效率。

幀間預測與編碼：H.264中的幀間編碼采用了舊標準的主要功能，同時也增加了靈活性及可操作性，包括適用于多種功能的幾種塊大小選項，如：運動補償、四分之一像素運動補償、多參考幀、通用 (generalized)雙向預測和自適應環(huán)路去塊。

可變矢量塊大?。涸试S采用不同塊大小執(zhí)行運動補償?？梢詾樾≈?(4的塊傳輸單個運動矢量，因此在雙向預測情況下可以為單個MB傳輸多達32個運動矢量。另外還支持16(8、8(16、8(8、8(4和4(8的塊大小。降低塊大小可以提高運動細節(jié)的處理能力，因而提高主觀質量感受，包括消除較大的塊化失真。

四分之一像素運動估計：通過允許半像素和四分之一像素運動矢量分辨率可以改善運動補償。

多參考幀預測：16個不同的參考幀可以用于幀間編碼，從而可以改善視頻質量的主觀感受并提高編碼效率。提供多個參考幀還有助于提高H.264位流的容錯能力。值得注意的是，這種特性會增加編碼器與解碼器的內存需求，因為必須在內存中保存多個參考幀。

自適應環(huán)路去塊濾波器：H.264采用一種自適應解塊濾波器，它會在預測回路內對水平和垂直區(qū)塊邊緣進行處理，用于消除塊預測誤差造成的失真。這種濾波通常是基于4(4塊邊界為運算基礎，其中邊界各邊的3個像素可通過4級濾波器進行更新。

整數(shù)變換：采用DCT的早期標準必須為逆變換的固點實施來定義舍入誤差的容差范圍。編碼器與解碼器之間的 IDCT 精度失配造成的漂移是質量損失的根源。H.264利用整數(shù)4(4空域變換解決了這一問題--這種變換是DCT的近似值。4(4的小區(qū)塊還有助于減少阻塞與振鈴失真。

量化與變換系數(shù)掃描：變換系數(shù)通過標量量化方式得到量化，不產(chǎn)生加大的死區(qū)。與之前的標準類似，每個MB都可選擇不同的量化步長，不過步長以大約12.5％的復合速率增加，而不是固定遞增。同時，更精細的量化步長還可以用于色度成分，尤其是在粗劣量化光度系數(shù)的情況下。

熵編碼：與根據(jù)所涉及的數(shù)據(jù)類型提供多個靜態(tài)VLC表的先前標準不同，H.264針對變換系數(shù)采用上下文自適應VLC，同時針對所有其他符號采用統(tǒng)一的VLC (UniversalVLC)方法。主類還支持新的上下文自適應二進制算術編碼器 (CABAC)。CAVLC優(yōu)于以前的VLC實施，不過成本卻比VLC高。

CABAC利用編碼器和譯碼器的機率模型來處理所有語法元素 (syntax elements)，包括：變換系數(shù)和運動矢量。為了提高算術編碼的編碼效率，基本概率模型通過一種稱為上下文建模的方法對視頻幀內不斷變換的統(tǒng)計進行適應。上下文建模分析提供編碼符號的條件概率估計值。只要利用適當?shù)纳舷挛哪Ｐ?，就能根?jù)待編碼符號周圍的已編碼符號，在不同的概率模型間進行切換，進而充份利用符號間的冗余性。每個語法元素都可以保持不同的模型（例如，運動矢量和變換系數(shù)具有不同的模型）。相較于VLC熵編碼方法 (UVLC/CAVLC)，CABAC 能多節(jié)省10％bit速率。

加權預測：它利用前向和后向預測的加權總和建立對雙向內插宏模塊的預測，這樣可以提高場景變化時的編碼效率，尤其是在衰落情況下。

保真度范圍擴展：2004年7月，H.264標準增加了稱為保真度范圍擴展 (FRExt) [11]的新修訂。這次擴展在H.264中添加了一整套工具，而且允許采用附加的色域、視頻格式和位深度。另外還增加了對無損幀間編碼與立體顯示視頻的支持。FRExt修訂版在H.264中引入了4種新類，即：

?High Profile (HP)：用于標準 4:2:0色度采樣，每分量8位彩色。此類引入了新的工具-- 隨后詳述。

?High 10 Profile (Hi10P)：用于更高清晰度視頻顯示的標準 4:2:0 色度采樣，10位彩色。

?High 4:2:2 10 bit color profile (H422P)：用于源編輯功能。

?High 4:4:4 12 bit color profile (H444P)：最高品質的源編輯與色彩保真度，支持視頻區(qū)域的無損編碼以及與新的整數(shù)色域變換（從RGB到YUV及黑色）。

在新的應用領域中，H.264 HP對廣播與DVD尤為有利。某些試驗顯示出H.264 HP的性能比MPEG2 提高了3倍。下面介紹H.264 HP中引入的主要附加工具。

自適應殘差塊大小與整數(shù)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(shù)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塊進行幀內預測。

量化加權：用于量化8(8變換系數(shù)的新量化加權矩陣。

單色：支持黑／白視頻編碼。

AVS視頻標準

2002 年，中國信息產(chǎn)業(yè)部成立的音視頻技術標準 (AVS)工作組宣布準備針對移動多媒體、廣播、DVD等應用編寫一份國家標準。該視頻標準稱為AVS [14]，由兩個相關部分組成針對移動視頻應用的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，同時允許B幀采用前后各一個幀。在隔行模式下，4個場可以用作參考?？梢詢H在幀級執(zhí)行隔行模式中的幀／場編碼，這一點與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，可以在幀級關閉。另外，B幀還無需環(huán)路濾波器。幀內預測是以8(8塊為單位進行。MC允許對亮度塊進行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(shù)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個不同的Exp-Golomb編碼。用于每個已量化系數(shù)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(shù)化的表，因此表較小。用于逐行視頻序列的AVS 1.0的視頻質量在相同比特率時稍遜于H.264主類。

AVS-M主要針對移動視頻應用，與H.264基本規(guī)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象素運動補償、整數(shù)變換與量化、上下文自適應VLC以及高度簡化的環(huán)路濾波器。與H.264基本規(guī)范相似AVS-M中的運動矢量塊大小降至4(4，因此MB可擁有多達16個運動矢量。采用多幀預測，但僅支持2個參考幀。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(guī)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)合開發(fā)的新一代視頻編碼標準。應用范圍包括可視電話、視頻會議等。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