MPEG-4技術的演進與在中國的應用(05-100)

　　多基準幀

　　H.264/AVC 還支持多畫面活動補償預測。如圖3所示,H.264/AVC可提供不止一個的預先編碼畫面作為活動補償預測基準。然而,無論是編碼器還是解碼器都必須存儲基準畫面,以實現多畫面緩沖器中的畫面間預測。

　　基于以上特別的先進技術,與其他現有標準相比,H.264/AVC所帶來的益處顯而易見。例如,與MPEG-2、MPEG-4 ASP 和H.263 HLP等現有的編碼標準相比,在使用H.264/AVC播放DVD品質的電視或進行HD視頻編碼時,相關的位率可節省2.25 到2.5,如表1所示。

　　AVS開創MEPG-4發展新境界

　　隨著中國數字音頻/視頻多媒體設備和系統市場的發展,為建立全國性的壓縮、處理和數字版權管理標準,中國數字音視頻編解碼技術標準工作組(中國AVS工作組)開發了數字音視頻編解碼標準(AVS),并于2002年6月由中國信息產業部科學技術司批準通過。2003年12月,AVS工作組針對高清和高質量數字廣播、數字存儲媒體及其他相關應用制定的首個AVS視頻標準問世。

　　由于采用的模塊相同,AVS與H.264/AVC編碼器的架構看起來比較類似。但是,考慮到目標應用與MPEG-2的向后兼容性以及解碼復雜程度等因素, AVS音視頻編碼解碼器中模塊還是采用了獨到的技術,實現了編碼效率的進一步大幅提升。

　　AVS需要對輸入宏塊進行預測,圖4所示的開關S0 用于選擇幀間和幀內宏塊所需的正確預測方法。幀內預測源自左上方塊中的相鄰像素。由于采用的是8×8整數轉換,因此空間預測的單元大小也是8×8。幀間預測則源自解碼幀和解碼場。AVS支持16×16、16×8、8×16和8×8這4種尺寸的塊,但總體而言,高分辨率視頻很少使用小尺寸的塊。AVS幀間塊的活動矢量精度為四分之一像素。

　　在AVS中,預測剩余誤差需通過8×8整數轉換方法進行轉換。漸進塊仍然按照之字形順序進行掃描,與MPEG-2中的掃描順序相似。但AVS卻通過自適應VLC編碼技術在逐行掃描塊中定義了一種新的掃描順序,四種不同類型的Exp-Golomb密碼本也分別對應不同的分配方式。此外,AVS還定義了一些映射表,可將編碼符號映射到特殊編碼及其成分中。

　　預測與當前重建錯誤圖像的總數構成了重建基準。AVS在活動補償環路中使用了一個去塊濾波器,能夠根據塊的工作情況與QP參數進行自動調節。

　　由于MPEG-2編碼解碼器與系統在現有的廣播系統中得到了廣泛的運用,因此AVS的語法結構也特別采用了與MPEG-2類似的設計,因此能夠直接應用于現有的MPEG-2系統。

　　目前,AVS可支持YUV 4:2:0和YUV 4:2:2采樣結構,以及8位樣本精度,用于色度格式的2位無正負整數則為諸如YUV 4:4:4 或RGB 4:4:4之類的其他順序格式保留了應用空間。

 

　　圖4 AVS 視頻編碼器框圖

 

　　圖5 PR8185單芯片解決方案

　　實現AVS視頻標準的主要技術

　　平均信息量編碼

　　首先,AVS 采用了 序列Exp-Golomb編碼表 (k=0, 1, 2, 3)、CBP、宏塊編碼模式和活動矢量, 并通過 序列 Exp-Golomp 編碼表進行解碼。由于對Exp-Golomp 編碼表進行了調整,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行解碼。 AVS定義的19 個映射表盡管只占用了不到2k 字節的空間,卻能很好地適應不同的分配,并具有很高的編碼能力。

　　轉換和量化

　　與 H.264/AVC 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還專門設置了一種特殊程序,并且各種操作均可在16 位內完成。

　　幀內預測

　　AVS 視頻標準采用了幀內預測技術,改進了幀內編碼的宏塊性能。與AVC/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。