淺談基于AVS的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

隨著我國(guó)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(diǎn)，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(lái)提高工業(yè)管理的自動(dòng)化程度顯得日益重要。

隨著計(jì)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(shí)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(diǎn)越來(lái)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(fèi)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)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(guó)自主知識(shí)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(wèn)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(lái)保證其性能，是一項(xiàng)較有優(yōu)勢(shì)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(chǔ)媒體和其它相關(guān)應(yīng)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(dāng)；算法復(fù)雜度比H.264低；軟硬件實(shí)現(xiàn)成本都低于H.264；專利授權(quán)模式簡(jiǎn)單，費(fèi)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(cè)、幀間預(yù)測(cè)、環(huán)路濾波等技術(shù)模塊。

圖1

實(shí)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(yùn)動(dòng)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(duì)其進(jìn)行編碼。由于對(duì)Exp-Golomp編碼表進(jìn)行了調(diào)整，AVS解碼器并不需要存儲(chǔ)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(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(cè)

AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)采用了幀內(nèi)預(yù)測(cè)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(huà)面

以往的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)（如MPEG-2）中，雙向預(yù)測(cè)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(zhǔn)。雖然預(yù)測(cè)編碼畫(huà)面(P畫(huà)面)只用前一個(gè)畫(huà)面來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前畫(huà)面，但在解碼器內(nèi)實(shí)際的基準(zhǔn)緩沖空間相當(dāng)于該畫(huà)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(huà)面可用前面的兩個(gè)相鄰的I/P畫(huà)面作基準(zhǔn)，因此在提升編碼效率的同時(shí)，占用的基準(zhǔn)緩沖器空間仍與MPEG-2相同。

路B畫(huà)面對(duì)稱模式

AVS以對(duì)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(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AVS的B宏塊中進(jìn)行編碼。

路加權(quán)預(yù)測(cè)

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

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(xiàn)象會(huì)變得更明顯。為解決這一問(wèn)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(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(qiáng)度則取決于宏塊的類型、量化階、活動(dòng)矢量和塊間的區(qū)別。