淺談基于AVS的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，工業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)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，給網(wǎng)絡(luò)的管理造成了諸多不便，采用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控來提高工業(yè)管理的自動化程度顯得日益重要。

隨著計算機(jī)、視頻編碼以及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控技術(shù)實現(xiàn)了巨大飛躍，視頻編碼技術(shù)作為遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)，受到了大家的關(guān)注。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)中主要采用的圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.261與MPEG-1，在應(yīng)用中具有適應(yīng)性和用戶交互性差的局限性。近些年產(chǎn)生的MPEG-2、MPEG-4、H.263、H.264等視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)提供了更高的數(shù)據(jù)壓縮比，尤其是H.264以其高質(zhì)量、低碼流、適應(yīng)性強(qiáng)的特點越來越廣泛地被應(yīng)用在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。

由于以上標(biāo)準(zhǔn)在專利池收費、知識產(chǎn)權(quán)以及技術(shù)實現(xiàn)復(fù)雜度方面存在一定的問題，制約了它們的發(fā)展。能否建立一種我國自主知識產(chǎn)權(quán)且性能相同或優(yōu)于其他標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，成為我們面臨的重要問題。在這種情況下，AVS（音視頻編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)入了我們的視線。

1 AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)

(1)AVS主要技術(shù)改進(jìn)

AVS采用了許多先進(jìn)的技術(shù)來保證其性能，是一項較有優(yōu)勢的新標(biāo)準(zhǔn)。2003年底完成的AVS標(biāo)準(zhǔn)第2部分(AVS1-P2以下稱為AVS視頻標(biāo)準(zhǔn))主要面向高清晰度、高質(zhì)量數(shù)字電視廣播、數(shù)字存儲媒體和其它相關(guān)應(yīng)用。它具有4大特點：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(dāng)；算法復(fù)雜度比H.264低；軟硬件實現(xiàn)成本都低于H.264；專利授權(quán)模式簡單，費用明顯低于同類標(biāo)準(zhǔn)。

AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)采用了與H.264類似的技術(shù)框架（如圖1），包括變換、量化、熵編碼、幀內(nèi)預(yù)測、幀間預(yù)測、環(huán)路濾波等技術(shù)模塊。

圖1

實現(xiàn)AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)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(shù)哥倫布）編碼，CBP（宏塊編碼模板）、宏塊模式和運動矢量等采用0階指數(shù)哥倫布碼編碼，量化系數(shù)使用全部四種指數(shù)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(diào)整，AVS解碼器并不需要存儲這些編碼表。而語法元素可以利用帶有可選擇查找表的簡單分析進(jìn)行解碼。AVS定義的19個映射表盡管只占用了不到2Kbyte的空間，卻能很好地適應(yīng)不同的分配，并具有很高的編碼能力。

路轉(zhuǎn)換和量化

與H.264和MPEG-2不同的是，AVS采用8×8整數(shù)轉(zhuǎn)換。為了減少解量化和逆轉(zhuǎn)換中的取整誤差，AVS還專門設(shè)置了一種特殊程序，并且各種操作均可在16位內(nèi)完成。

路幀內(nèi)預(yù)測

AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)采用了幀內(nèi)預(yù)測技術(shù)，改進(jìn)了幀內(nèi)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(zhǔn)畫面

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

路B畫面對稱模式

AVS以對稱模式取代了現(xiàn)有編碼標(biāo)準(zhǔn)的插值模式，只有前向活動矢量進(jìn)行編碼，逆向活動矢量則通過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矢量需要在AVS的B宏塊中進(jìn)行編碼。

路加權(quán)預(yù)測

AVS的加權(quán)預(yù)測功能可以在很大程度上改善編碼效率，尤其是在場景轉(zhuǎn)換和照明變化時。加權(quán)預(yù)測采用了一種簡單的線性模式，因此參數(shù)能在預(yù)測的圖像頭內(nèi)進(jìn)行編碼。但每個宏塊均可以自由選擇是否采用加權(quán)預(yù)測。

路去塊濾波器

基于塊的視頻編碼經(jīng)常會產(chǎn)生塊贗像，在低位率情況下這種現(xiàn)象會變得更明顯。為解決這一問題，AVS定義了一種適應(yīng)性環(huán)路去塊濾波器，用以改進(jìn)解碼視頻質(zhì)量。除了畫面邊界或片邊界外，過濾功能還能用于亮度和色度塊的邊界。過濾的強(qiáng)度則取決于宏塊的類型、量化階、活動矢量和塊間的區(qū)別。