什么是IPTV？（三）

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(3)多参考帧预测

        多参考帧预测使得当前块可以从前面几帧图像中寻找更好的匹配，因此能够提高编码效率。但一般来讲2～3个参考帧基本上能达到最高的性能，更多的参考图像对性能提升影响甚微(如图3所示)，复杂度却会成倍增加。H.264最多可采用16个参考帧，并且为了支持灵活的参考图像引用，采用了复杂的参考图像缓冲区管理机制，实现较繁琐。而AVS视频标准限定最多采用两个参考帧，其优点在于：在没有增大缓冲区的条件下提高了编码效率，因为B帧本身也需要两个参考图像的缓冲区。

        (4)1/4像素插值

       MPEG-2标准采用1/2像素精度运动补偿，相比于整像素精度提高约1.5 dB编码效率；H.264采用1/4像素精度补偿，比1/2精度提高约0.6 dB的编码效率，因此运动矢量的精度是提高预测准确度的重要手段之一。影响高精度运动补偿性能的一个核心技术是插值滤波器的选择。AVC/H.264亚像素插值半像素位置采用6拍滤波，这个方案对低分辨率图像效果显著。由于高清视频的特性，AVS视频标准对1/2像素位置插值采用4拍滤波器，其效果与6拍滤波器相同，优点是大大降低了访问存取带宽，是一个对硬件实现非常有价值的特性。

        (5)B帧宏块编码模式

        在AVC/H.264标准中，时域直接模式与空域直接模式是相互独立的。而AVS视频标准采用了更加高效的空域/时域相结合的直接模式，并在此基础上使用了运动矢量舍入控制技术， AVS标准B帧的性能比H.264中B帧性能有所提高。此外，AVS标准还提出了对称模式，即只编码前向运动矢量，后向运动矢量通过前向运动矢量导出，从而实现双向预测。此方案与编码双向运动矢量效率相当。

        (6)整数变换与量化

        AVS视频标准采用整数变换代替了传统的浮点离散余弦变换(DCT)。整数变换具有复杂度低、完全匹配等优点。由于AVS1-P2中最小块预测是基于8×8块大小的，因此采用了8×8整数DCT变换矩阵。8×8变换比4×4变换的去相关性能强，在变换模块，AVS标准编码效率相比H.264提高2%(约0.1 dB)。同时与H.264中的变换相比，AVS标准中的变换有自身的优点，即由于变换矩阵每行的模比较接近，可以将变换矩阵的归一化在编码端完成，从而节省解码反变换所需的缩放表，降低了解码器的复杂度。

        量化是编码过程中唯一带来损失的模块。以前典型的量化机制有两种，一种是H.263中的量化方法，一种是MPEG-2中的加权矩阵量化形式。与以前的量化方法相比，AVS标准中的量化与变换归一化相结合，同时可以通过乘法和移位来实现，对于量化步长的设计，量化参数每增加8，相应的量化步长扩大1倍。由于AVS标准中变换矩阵每行的模比较接近，变换矩阵的归一化可以在编码端完成，从而解码端反量化表不再与变换系数位置相关。

        (7)熵编码

        熵编码是视频编码器的重要组成部分，用于去除数据的统计冗余。AVS视频标准采用基于上下文的自适应变长编码器[7]对变换量化后预测残差进行编码。其具体策略为，系数经过“之”字形扫描后，形成多个(Run，Level)数对，其中Run表示非零系数前连续值为零的系数个数，Level表示一个非零系数；之后采用多个变长码表对这些数对进行编码，编码过程中进行码表的自适应切换来匹配数对的局部概率分布，从而提高编码效率。编码顺序为逆向扫描顺序，这样易于局部概率分布变化的识别。变长码采用指数哥伦布码，这样可降低多码表的存储空间。此方法与H.264用于编码4×4变换系数的基于上下文的自适应变长编码器(CAVLC)具有相当的编码效率。相比于H.264的算术编码方案，AVS的熵编码方法编码效率低0.5 dB，但算术编码器计算复杂，硬件实现代价很高。

        (8)环路滤波

        起源于H.263++的环路滤波技术的特点在于把去块效应滤波放在编码的闭环内，而此前去块效应滤波都是作为后处理来进行的，如在MPEG-4中。在AVS视频标准中，由于最小预测块和变换都是基于8×8的，环路滤波也只在8×8块边缘进行，与H.264对4×4块进行滤波相比，其滤波边数变为H.264的1/4。同时由于AVS视频滤波点数、滤波强度分类数都比H.264中的少，大大减少了判断、计算的次数。环路滤波在解码端占有很大的计算量，因此降低环路滤波的计算复杂度十分重要。

        1.3编码效率对比

        以上是从编码模块各个方面认识AVS，从中不难看出AVS视频标准对每项技术都进行了复杂性与效率的权衡，为所面向的应用提供了很好的解决方案，努力降低复杂度，并保证高的编码效率。

        表1给出了2005年8月中国国家广电总局广播电视规划院主持完成的AVS1-P2视频标准测试结果，整体结论为性能优良。考虑到目前使用MPEG-2标准实施高清电视广播时，一般使用20 Mb/s的码率；使用MPEG-2标准实施标清电视广播时，一般使用5～6 Mb/s的码率。对照测试结果可以得知，AVS视频码率为MPEG-2标准的一半时，无论是标准清晰度还是高清晰度，编码质量都达到优秀。码率不到其三分之一时，也达到良好到优秀。因此在比MPEG-2视频编码效率提高2～3倍的前提下，AVS视频质量完全达到大范围应用所需的“良好”要求。

        表2、表3分别给出了AVS1-P2与MPEG-2标准以及AVS1-P2与MPEG-4 AVC/H.264标准主要档次的客观编码性能对比，结果为相同码率条件下峰值信噪比(PSNR)的增益。可以看出，AVS1-P2相对于MPEG-2标准编码效率平均提高2.56 dB，相比于H.264标准编码效率略低，但平均只有0.11 dB的损失。

        MPEG编码标准历程

        视频编码从目前业界应用来看主要以MPEG标准族为主，各厂家和不同行业都仿效MPEG标准，出台了一系列参照MPEG标准的行业规范和国家规范，从而使MPEG及其派生的产品应用越来越广。

        MPEG-1制定于1992年，主要是针对CIF标准分析率（NTSC制为352×240，PAL制为352×288）的图像进行压缩，视音频信息经过压缩后的数据码率最大为1.5Mbit/s，主要应用在CD-ROM、Video-CD等数字媒体上进行存储，也可以在局域网、ISDN网上进行视音频信息的传输。

        MPEG-2制定于1995年，该标准主要针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率可达100Mbit/s。MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。

        MPEG-4于1998年定案，随后该标准仍在不停发展和补充。它的特点是更适于交互式AV服务及远程监控，是一个有交互性的动态图像标准。它可以将较大的媒体文件在保证视音频质量下压缩得非常小，利于在网络中传播,因此MPEG-4被ISMA作为流媒体技术标准。目前已经有很多编解码器都是参照MPEG-4标准，如WMV9、Dvix等。