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标题: 什么是IPTV？（二） [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 08:04
标题: 什么是IPTV？（二）
      AVS发展历程
      从1952年贝尔实验室Cutler等人进行差分脉冲编码调制(DPCM)技术的研究开始，视频压缩编码技术经历了50余年的发展。在这一过程中，逐渐形成了变换编码、预测编码、熵编码3类经典技术，分别用于去除视频信号的空域冗余、时域冗余及统计冗余。并基于这些经典技术，逐渐形成了以块为单元的预测加变换的混合编码框架。到目前为止，已有的视频编码标准都基于这一框架，包括国际电信联盟(ITU-T)的H.261/3/4视频编码建议以及国际标准化组织/国际电工委员会(ISO/IEC)的MPEG-1/2/4视频编码标准。这些标准及其技术对视频信号提供了一种高效表达方式，使得巨大的视频数据能够在有限带宽下传输以及在有限空间下存储。其中，MPEG-2标准在世界范围内得到了广泛应用，已经成为电视广播应用的基础性支撑标准。但MPEG-2标准制订于1994年，属第一代视频编码技术，近10年视频编码技术的发展，使得MPEG-2标准在新一代IPTV、高清数字电视广播、无线移动媒体通信、流媒体服务等方面的应用上不再高效与经济。新的应用需要新的高效信源编码方案。

      数字音视频编解码标准(AVS)标准第2部分：视频(AVS1-P2)的技术规范完成于2003年12月，该标准面向标清高清视频编码应用。AVS视频标准吸收了国内外研究机构近年来的优秀研究成果，属于高效的第二代视频编码技术。相比于MPEG-2标准，编码效率提高2～3倍。如果以AVS视频标准进行标清视频广播应用，可以将MPEG-2标准所需的5～6 Mb/s传输带宽降低到1.5～3 Mb/s。因此，即使在不进行大规模宽带光纤网络升级的情况下，借助于AVS视频技术，IPTV应用也可以在现有家用数字用户线(DSL)网络的2 Mb/s带宽下进行大规模实施。在新的宽带网络上，AVS视频标准将使业务量翻番。

      在获得高编码效率的同时，AVS视频标准尽可能保持了低的计算实现复杂度。当编码高清视频信号时，AVS视频获得了与先进视频编码标准AVC/H.264主要档次(Main Profile)相当的编码效率，但解码器的实现复杂度只有其60%～70%。在专利许可方面，AVS通过简洁的一站式许可政策，解决了MPEG-4 AVC/H.264被专利许可问题缠身难以产业化的弊端，并且专利许可费用大大低于国际同类标准。

      AVS视频标准高效的技术、简洁的实现方案为其成功应用奠定了基础。但要得到市场认可，还需要其他方面优势的配合。MPEG-4标准没有广泛应用的一个重要原因是过度的专利保护所导致的高额专利费限制了技术的推广。因此，AVS标准制订之初就认真分析了国内外标准和知识产权领域的经验教训，充分考虑知识产权问题对标准推广的影响，定义专利技术被标准接受的基本原则为：为保证标准的先进性，AVS标准不排斥各种专利技术，但专利进入AVS标准必须遵守一定的条件，必须将专利的利益索求限制在一个合理的水平上，以保证标准的公益性。AVS通过简洁的一站式许可方式，解决了MPEG-4 AVC/H.264被专利许可问题缠身难以产业化的弊端。AVS视频标准不同于H.264标准，后者是一个独立的视频标准，而AVS标准是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系，这保证了实际应用系统所需的技术完备性。因此AVS视频标准具有技术高效、实现方案简洁，专利许可政策简单、许可费用低廉，相关标准配套的特色。

      AVS视频编码技术

      1.1混合编码框架

AVS1-P2视频标准采用经典的混合编码框架，如图1所示。此框架与以往视频标准相同，但由于不同标准制订时出于对不同应用的考虑，在技术取舍上对复杂度-性能的衡量指标各不相同，因而在复杂性、编码效率上的表现也各不相同。比如，一般认为H.264的编码器大概比MPEG-2复杂9倍，而AVS视频标准则由于编码模块中的各项技术复杂度都有所降低，其编码器复杂度大致为MPEG-2的6倍，但编码高清序列AVS视频标准具有与H.264相近的编码效率。

      在图1所示框架下，视频编码的基本流程为：将视频序列的每一帧划分为固定大小的宏块，通常为16×16像素的亮度分量及2个8×8像素的色度分量，之后以宏块为单位进行编码。对视频序列的第一帧及场景切换帧或者随机读取帧采用I帧编码方式，I帧编码只利用当前帧内的像素作空间预测，类似于JPEG图像编码方式。其大致过程为，利用帧内先前已经编码块中的像素对当前块内的像素值作出预测(对应图1中的帧内预测模块)，将预测值与原始视频信号作差运算得到预测残差，再对预测残差进行变换、量化及熵编码形成编码码流。对其余帧采用帧间编码方式，包括前向预测P帧和双向预测B帧，帧间编码是对当前帧内的块在先前已编码帧中寻找最相似块(运动估计)作为当前块的预测值(运动补偿)，之后如I帧的编码过程对预测残差进行编码。编码器中还内含一个解码器，如图1中青绿色部分所示。内嵌解码器模拟解码过程，以获得解码重构图像，作为编码下一帧或下一块的预测参考。解码步骤包括对变换量化后的系数进行反量化、反变换，得到预测残差，之后预测残差与预测值相加，经滤波去除块效应后得到解码重构图像。以上编码框架包含如下关键技术：

      帧内预测

      多参考帧预测

      变块大小运动补偿

      1/4像素插值

      整数变换量化

      高效B帧编码模式

      熵编码

      环路滤波

      1.2AVS关键技术介绍

      (1)帧内预测

      AVS视频标准采用空域内的多方向帧内预测技术。以往的编码标准都是在频域内进行帧内预测，如MPEG-2的直流系数(DC)差分预测、MPEG-4的DC及高频系数(AC)预测。基于空域多方向的帧内预测提高了预测精度，从而提高了编码效率。AVC/H.264标准也采用了这一技术，其预测块大小为4×4及16×16，其中4×4帧内预测时有9种模式，16×16帧内预测时有4种模式。AVS视频标准的帧内预测基于8×8块大小，亮度分量只有5种预测模式，大大降低了帧内预测模式决策的计算复杂度，但性能与AVC/H.264十分接近。除了预测块尺寸及模式种类的不同外，AVS视频的帧内预测还对相邻像素进行了滤波处理来去除噪声。

   (2)变块大小运动补偿

      变块大小运动补偿是提高运动预测精确度的重要手段之一，对提高编码效率起重要作用。在以前的编码标准MPEG-1、MPEG-2中，运动预测都是基于16×16的宏块进行的(MPEG-2隔行编码支持16×8划分)，在MPEG-4中添加了8×8块划分模式，而在H.264中则进一步添加了16×8、8×16、8×4、4×8、4×4等划分模式。但实验数据表明小于8×8块的划分模式对低分辨率编码效率影响较大，而对于高分辨率编码则影响甚微，如图2所示。在高清序列上的大量实验数据表明，去掉8×8以下大小块的运动预测模式，整体性能降低2%～4%，但其编码复杂度则可降低30%～40%。因此在AVS1-P2中将最小宏块划分限制为8×8，这一限制大大降低了编解码器的复杂度。

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