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        EEPW首頁 > 模擬技術(shù) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > AVS與國際標(biāo)準(zhǔn)MPEG的區(qū)別

        AVS與國際標(biāo)準(zhǔn)MPEG的區(qū)別

        作者: 時(shí)間:2011-04-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

        本文從技術(shù)角度對MPEG-2的視頻標(biāo)準(zhǔn)、MPEG-4 AVC/H.264和AVS視頻(GB/T 200090.2) 三個視頻標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比,包括技術(shù)方案、主觀測試、客觀測試、復(fù)雜度等四個方面。
        一、技術(shù)對比
        AVS視頻與MPEG標(biāo)準(zhǔn)都采用混合編碼框架(見圖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,這是當(dāng)前主流的技術(shù)路線。AVS的主要創(chuàng)新在于提出了一批具體的優(yōu)化技術(shù),在較低的復(fù)雜度下實(shí)現(xiàn)了與國際標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)?shù)募夹g(shù)性能,但并未使用國際標(biāo)準(zhǔn)背后的大量復(fù)雜的專利。AVS-視頻當(dāng)中具有特征性的核心技術(shù)包括:8x8整數(shù)變換、量化、幀內(nèi)預(yù)測、1/4精度像素插值、特殊的幀間預(yù)測運(yùn)動補(bǔ)償、二維熵編碼、去塊效應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波等。


        AVS與國際標(biāo)準(zhǔn)MPEG的區(qū)別

        圖 1 典型視頻編碼框架

        AVS視頻編碼器框圖如下圖所示。

        AVS與國際標(biāo)準(zhǔn)MPEG的區(qū)別

        圖 2 AVS視頻編碼器框圖

        AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)定義了I幀、P幀和B幀三種不同類型的圖像,I幀中的宏塊只進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測,P幀和B幀的宏塊則需要進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測或幀間預(yù)測,圖中S0是預(yù)測模式選擇開關(guān)。預(yù)測殘差進(jìn)行8?8整數(shù)變換(ICT)和量化,然后對量化系數(shù)進(jìn)行zig-zag掃描(隔行編碼塊使用另一種掃描方式),得到一維排列的量化系數(shù),最后對量化系數(shù)進(jìn)行熵編碼。AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)的變換和量化只需要加減法和移位操作,用16位精度即可完成。
        AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)使用環(huán)路濾波器對重建圖像濾波,一方面可以消除方塊效應(yīng),改善重建圖像的主觀質(zhì)量;另一方面能夠提高編碼效率。濾波強(qiáng)度可以自適應(yīng)調(diào)整。

        AVS標(biāo)準(zhǔn)支持多種視頻業(yè)務(wù),考慮到不同業(yè)務(wù)之間的互操作性,AVS標(biāo)準(zhǔn)定義了檔次(profile)和級別(level)。檔次是AVS定義的語法、語義及算法的子集;級別是在某一檔次下對語法元素和語法元素參數(shù)值的限定集合。為了滿足高清晰度/標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視廣播、數(shù)字存儲媒體等業(yè)務(wù)的需要,AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)定義了基準(zhǔn)檔次(Jizhun profile)和4個級別(4.0、4.2、6.0和6.2),支持的最大圖像分辨率從720?576到1920?1080,最大比特率從10 Mbit/s到30 Mbit/s。
        表1 AVS與MPEG-2、MPEG-4 AVC/H.264使用的技術(shù)對比和性能差異估計(jì)

        視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)

        MPEG-2視頻

        MPEG-4 AVC/H.264視頻

        AVS視頻

        AVS視頻與AVC/H.264性能差異估計(jì)

        (采用信噪比dB估算,括號內(nèi)的百分比為碼率差異)

        幀內(nèi)預(yù)測

        只在頻域內(nèi)進(jìn)行DC系數(shù)差分預(yù)測

        基于4×4塊,9種亮度預(yù)測模式,4種色度預(yù)測模式

        基于8×8塊,5種亮度預(yù)測模式,4種色度預(yù)測模式

        基本相當(dāng)

        多參考幀預(yù)測

        只有1幀

        最多16幀

        最多2幀

        都采用兩幀時(shí)相當(dāng),幀數(shù)增加性能提高不明顯

        變塊大小運(yùn)動補(bǔ)償

        16×16

        16×8(場編碼)

        16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8、4×4

        16×16、16×8、8×16、8×8

        降低約0.1dB

        (2-4%)

        B幀宏塊直接編碼模式

        獨(dú)立的空域或時(shí)域預(yù)測模式,若后向參考幀中用于導(dǎo)出運(yùn)動矢量的塊為幀內(nèi)編碼時(shí)只是視其運(yùn)動矢量為0,依然用于預(yù)測

        時(shí)域空域相結(jié)合,當(dāng)時(shí)域內(nèi)后向參考幀中用于導(dǎo)出運(yùn)動矢量的塊為幀內(nèi)編碼時(shí),使用空域相鄰塊的運(yùn)動矢量進(jìn)行預(yù)測

        提高0.2-0.3dB

        (5%)

        B幀宏塊雙向預(yù)測模式

        編碼前后兩個運(yùn)動矢量

        編碼前后兩個運(yùn)動矢量

        稱為對稱預(yù)測模式,只編碼一個前向運(yùn)動矢量,后向運(yùn)動矢量由前向?qū)С?O:P>

        基本相當(dāng)

        ?像素運(yùn)動補(bǔ)償

        僅在半像素位置進(jìn)行雙線性插值

        ?像素位置采用6拍濾波,? 像素位置線性插值

        ?像素位置采用4拍濾波,?像素位置采用4拍濾波、線性插值

        基本相當(dāng)

        變換與量化

        8×8浮點(diǎn)DCT變換,除法量化

        4×4整數(shù)變換,編解碼端都需要?dú)w一化,量化與變換歸一化相結(jié)合,通過乘法、移位實(shí)現(xiàn)

        8×8整數(shù)變換,編碼端進(jìn)行變換歸一化,量化與變換歸一化相結(jié)合,通過乘法、移位實(shí)現(xiàn)

        提高約0.1dB(2%)

        熵編碼

        單一VLC表,適應(yīng)性差

        CAVLC:與周圍塊相關(guān)性高,實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜

        CABAC:計(jì)算較復(fù)雜

        上下文自適應(yīng)2D-VLC,編碼塊系數(shù)過程中進(jìn)行多碼表切換

        降低約0.5dB(10-15%)

        環(huán)路濾波

        基于4×4塊邊緣進(jìn)行,濾波強(qiáng)度分類繁多,計(jì)算復(fù)雜

        基于8×8塊邊緣進(jìn)行,簡單的濾波強(qiáng)度分類,濾波較少的像素,計(jì)算復(fù)雜度低

        ——

        容錯編碼

        簡單的條帶劃分

        數(shù)據(jù)分割、復(fù)雜的FMO/ASO等宏塊、條帶組織機(jī)制、強(qiáng)制Intra塊刷新編碼、約束性幀內(nèi)預(yù)測等

        簡單的條帶劃分機(jī)制足以滿足廣播應(yīng)用中的錯誤隱藏、恢復(fù)需求

        ——

        DCT(Discrete Cosine Transform):離散余弦變換
        VLC(Variable Length Coding):變長編碼
        CAVLC(Context-based Adaptive Variable Length Coding):基于上下文的自適應(yīng)變長碼
        CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding):基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼
        FMO(Flexible Macroblock Ordering):靈活的宏塊排序
        ASO(Arbitrary Slice Ordering):任意條帶排列

        二、主觀評價(jià)和客觀測試
        壓縮效果的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有主觀評價(jià)和客觀評價(jià)兩種,各有優(yōu)缺點(diǎn)。主觀評判是聘請專門的評價(jià)人員來比較壓縮之后再恢復(fù)的視聽效果和原始效果的差異,通常是在專門的視聽環(huán)境中按照一定的規(guī)則進(jìn)行主觀評分。客觀評判則是通過一種具體的算法來統(tǒng)計(jì)多媒體數(shù)據(jù)壓縮結(jié)果的損失,例如信噪比SNR(即信號與噪聲之比的對數(shù))。主觀評判和客觀評判有時(shí)相差很大,因此衡量一個算法的好壞就需要在這二者之間找到一個平衡點(diǎn)。對一套標(biāo)準(zhǔn)的評價(jià),通

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