AVS视频编码标准

关键技术
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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。
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。
x01 x02 x03 a b a c x11 x12 x13 a c a b x21 x22 x23 a c a b x31 x32 x33 a b a c

AVS中的8*8整数DCT变换

Y = TXTA, T =
AVS视频标准

采纳的关键技术提案
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DCT变换和量化
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8x8整数变换及量化[10 9 6 2] （浙大）
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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） 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）
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开始码
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运动矢量预测

基于块的运动矢量预测 （计算所） 视频序列结构（清华）
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视频编码结构

AVS视频标准

特点
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高效


比MPEG-2编码效率高2倍 与H.264编码效率相当 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 现有的电视台的基于MPEG-2编辑和传输系统不需要改变
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不考虑信道


技术需求：
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编码效率高 解码复杂度低 容错功能，抗误码
AVS-M应用示范
LAN
W LAN 10M
PROX Y
INTERNET
De mult ple x
Tra nsco der
VIDE O SE RVER
Interface C
Interface A
Interface B
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。

AVS标准

AVS 简介 AVS 视频编码关键技术(V1.0)
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变换/量化 帧内预测/帧间预测 熵编码 环路滤波
1 1 1 1 1 10 9 6 2 -2 2 1 -1 - 2 - 2 6 9 - 2 - 10 - 6 1 -1 -1 1 1 2 9 -9 6 - 10 1 -2 2 -1 -1 9 - 10 10 2 -6
1
1
-6 -9 -1 10 -1 -2 2 -9 1 2 -1 10 -2 6

AVS-M应用与技术需求
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
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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 方案的讨论与确定（02年8月到12月）
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。
变换和量化 （Transform & Quantization） 变换系数扫描 （Coefficient Scan） 熵编码器（Entropy Coding）
Wavelet Transform (Integer)（华工） DCT（计算所，北工大） Alternate Scan（计算所）
VLC（华工，计算所，北航） CABAC 滤波器（Filtering） In-loop deblocking filter（华工，浙大， 自动化所） start code（华为） 文件格式（File Format） High-level syntax（华为）
8 x 8 -M o d e s
0
0
1 MVDE= MVE- PMVE
D B A
C E
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
A c 2 j C
a d h k
1 b B e f 3 i 4 l m 5 D
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. B d1 d2 P P
FMV BMV

BMV = -FMV*d2/d1
熵编码

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


AVS视频标准(V1.0)的制定过程
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两种可能
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与H.264的基本层兼容 完全独立的方案
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技术的征集和评估（02年12月至今）
AVS标准
编码控制 控制数据 变换/量化
解码器 反量化 反变换
量化后的 变换系数
熵编码 0 帧内 预测
环滤波
帧内/帧间
运动补偿 预测 运动 数据 运动估计
AVS视频标准
宏块亮度边界
宏块色度边界(Cb或Cr)
p2
p1
p0
q0
q1
q2
AVS-M

时间：至年底视频部分基本完成 应用：
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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。 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。
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。

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。
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
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Inter 宏块边界（1，-3，3，-1）
BsH00 BsH01
BsV00
BsV01 BsH10 BsH11 BsV00 BsH00 BsH01
BsV10
BsV11 BsV10
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：
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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 变换 量化 编码 帧内预测 帧间预测

技术征集
技术类型
征集技术 B Frame（清华） Interlace（清华） Sub-pixel Interpolation（浙大）
帧间和帧内预测技术 （Inter & Intra Prediction）
MV Prediction & Coding（北工大，北 航） Intra Prediction（清华） Skip Mode （计算所）
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复杂度低

–
兼容现有MPEG-2系统

AVS 视频编码标准

AVS (V1.0)关键技术介绍
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变换/量化 帧内预测/帧间预测 熵编码 环路滤波
变换与量化

浮点DCT：
a= 12 b= c= 1 2 cos ( p 8 ) 1 2 cos ( 3 p 8 )
a a a a x00 b c c b x10 T Y AXA a a a a x20 c b b c x30

AVS视频标准

采纳的关键技术提案
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帧内预测

简单的帧内预测实现（北工大） 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） 一种分像素插值滤波方法（计算所） 简单的环路滤波实现（计算所、北工大、华中科技）
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B帧预测

– –
插值

环路滤波

AVS视频标准

采纳的关键技术提案
1 - 10 2 - 9 1 - 6 1 - 2
帧间预测
宏块划分模式：
16 x 16 16 x 8 0
M B -M o d e s
8x16 0 0 1 2
8x 8 1 3
0 1
8x8
8x 4
4x8 0 1 2
4x4 1 3
运动矢量预测：编码当前块的差分运动矢量 0