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AVS 视频编码标准

AVS 视频编码标准. 常丽娜 2004/12/06. 视频压缩标准. MPEG : Moving Pictures Experts Group 的缩写。 运动图像专家组是在 1988 年由 ISO 成立的，目的是制定一种音频视频解压缩系统。 MPEG-1 和 MPEG-2 在 1992 年制定出来 ,MPEG-4 于 1998 年 11 月公布，它不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。

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AVS 视频编码标准

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  1. AVS视频编码标准 常丽娜 2004/12/06

  2. 视频压缩标准 • MPEG: Moving Pictures Experts Group的缩写。 运动图像专家组是在1988年由ISO成立的，目的是制定一种音频视频解压缩系统。MPEG-1和MPEG-2在1992年制定出来,MPEG-4于1998 年11 月公布，它不仅是针对一定比特率下的视频、音频编码，更加注重多媒体系统的交互性和灵活性。 • H.264: 由 JVT（Joint Video Team，视频联合工作组）制定，该组织于2001年12月在泰国Pattaya成立。它由ITU-T和ISO两个国际标准化组织的有关视频编码的专家联合组成。JVT的工作目标是制定一个新的视频编码标准，以实现视频的高压缩比、高图像质量、良好的网络适应性等目标。该标准也被ISO接纳，称为AVC（Advanced Video Coding）标准，是MPEG-4的第10部分。

  3. 视频压缩的关键技术 • 运动图像压缩技术基本思想和方法可以归纳成两个要点： • 在空间方向上，图像数据压缩采用静态图像压缩算法来去除冗余信息。如变换、量化、帧内预测等。 • 在时间方向上，图像数据压缩采用运动补偿(motion Compensation ) 算法来去掉冗余信息。帧间预测 • 关键技术 • 变换 • 量化 • 编码 • 帧内预测 • 帧间预测

  4. 变换 • 因为在一幅图像中像素之间的灰度或色差信号变化缓慢,8*8子块中像素之间相关性很强，所以通过离散余弦正交换处理后，在空间频率低频范围内集中了数值大的系数，这样为数据压缩提供了可能。

  5. 量化 • 为了达到压缩数据的目的，对DCT系数F(u,v)需作量化处理，量化处理是在一定的主观保真度图像质量的前提下，丢掉那些对视觉效果影响不大的信息。不同频率的余弦函数对视觉影响不同，所以可根据不同频率的视觉阐值来选择量化表中的元素值的大小。 • DCT变换系数F(u，v)，除以量化表中对应位置的量化步长，其幅值下降，动态范围变窄，高频系数的零值数目增加。

  6. 编码 • DCT变换之后的64个变换系数经量化后，坐标u＝v＝0的值是直流分量，称为DC系数。其余63个变换系数是交流分量，称为AC系数。 • 为了进一步达到压缩数据的目的，需对量化后的DC系数和AC系数进行基于统计特性的熵编码。比较常被采用的熵编码方法有Huffman、VLC、CABAC（Context Adaptive Binary Arithmetic Coding）及PCM预测编码等。

  7. 帧间预测 • 帧间预测编码时要用到先前的图，当前的预测图又往往作为后来预测图的参考值。 • 运动补偿：运动补偿是以子块作为预测单元，把当前子块认为是先前某一时刻图像子块的位移，位移包括运动方向和运动幅度。

  8. AVS标准 • AVS 简介 • AVS 视频编码关键技术(V1.0) • 变换/量化 • 帧内预测/帧间预测 • 熵编码 • 环路滤波 • AVS-M应用与技术需求

  9. AVS标准 • AVS标准工作组目的是为了制定一系列面向应用、市场的音视频编码标准及其系统、安全等方面的规范 • 第一阶段(V1.0)：面向高清应用，系统、视频部分已经完成 • 第二阶段(AVS-M)：面向移动设备，正在进行，已开过两次会议 • AVS视频标准(V1.0)的制定过程 • 方案的讨论与确定（02年8月到12月） • 两种可能 • 与H.264的基本层兼容 • 完全独立的方案 • 技术的征集和评估（02年12月至今）

  10. AVS标准 编码控制 控制数据 变换/量化 量化后的 变换系数 - 解码器 反量化 反变换 熵编码 帧内 预测 0 环滤波 运动补偿 预测 帧内/帧间 运动 数据 运动估计

  11. AVS视频标准 • 技术征集

  12. AVS视频标准 • 采纳的关键技术提案 • DCT变换和量化 • 8x8整数变换及量化[10 9 6 2] （浙大） • 熵编码 • 基于上下文的2D VLC熵编码器（计算所） • 宏块类型及CBP的联合编码（计算所） • 逸出码预测编码方法（浙大） • 开始码 • 一种把音视频编码数据封装为可随机访问数据流的方法 （上广电）

  13. AVS视频标准 • 采纳的关键技术提案 • 帧内预测 • 简单的帧内预测实现（北工大） • B帧预测 • 一种新型帧间预测方法（计算所） • Direct mode运动矢量舍入控制（计算所） • 插值 • 一种分像素插值滤波方法（计算所） • 环路滤波 • 简单的环路滤波实现（计算所、北工大、华中科技）

  14. AVS视频标准 • 采纳的关键技术提案 • 运动矢量预测 • 基于块的运动矢量预测 （计算所） • 视频编码结构 • 视频序列结构（清华）

  15. AVS视频标准 • 特点 • 高效 • 比MPEG-2编码效率高2倍 • 与H.264编码效率相当 • 复杂度低 • 最多2个参考图像 • 最小的运动补偿块为8x8 • 没有许多在HD-TV和HD-VD应用中不需要的编码工具 • 兼容现有MPEG-2系统 • 现有的电视台的基于MPEG-2编辑和传输系统不需要改变

  16. AVS 视频编码标准 • AVS (V1.0)关键技术介绍 • 变换/量化 • 帧内预测/帧间预测 • 熵编码 • 环路滤波

  17. 变换与量化 • 浮点DCT： • AVS中的8*8整数DCT变换 • Y = TXTA, T =

  18. 帧间预测 • 宏块划分模式： • 运动矢量预测：编码当前块的差分运动矢量 MVDE= MVE- PMVE

  19. A 1 b B a c e f d 2 3 i 4 h j l m k C 5 D 帧间预测 • 新的滤波方案 • 半像素插值: （-1/8，5/8，5/8，-1/8） • 1/4像素插值: （1/16，7/16，7/16，1/16） • 色度采用1/8双线型插值

  20. 帧间预测 • 新型的双向预测模式: Symmetric mode • 只编码一个前向运动矢量， 后向运动矢量根据帧间距离推导得出 • 在两个方向同时搜索得到最优的运动矢量. • BMV = -FMV*d2/d1

  21. 熵编码 • 采用指数哥伦布码进行编码 1 0 010 1 011 2 00100 3 …………. ….

  22. 环路滤波 • 简单的环路滤波 • Intra 宏块边界（1，2，1） • 例：P0 = （p1 + 2xp0 + q0 + 2)>>2 • Inter 宏块边界（1，-3，3，-1）

  23. AVS-M • 时间：至年底视频部分基本完成 • 应用： • 考虑信道 • 多媒体信息服务(Multimedia Message Servers)：彩信业务等 • 流媒体和广播（Streaming and Broadcasting）：手机电视 • 实时通讯（Real-time communication）：可视电话，视频会议等。 • 不考虑信道 • 本地播放（Local Playback）：用户可以在无法实现无线网络接入的条件下（如在飞机上），播放本地存储的音视频文件。 • 采集编码 (Record): 用户可以通过移动手持设备实现视频采集和编码。 • 技术需求： • 编码效率高 • 解码复杂度低 • 容错功能，抗误码

  24. AVS-M应用示范

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