AVS視頻編碼標準的關鍵技術研究與優化實現

聞洋

（國家新聞出版廣電總局無線電臺管理局五四二臺，北京 102445）

AVS視頻編碼標準的關鍵技術研究與優化實現

聞洋

（國家新聞出版廣電總局無線電臺管理局五四二臺，北京 102445）

隨著科技的發展，網絡、通信以及多種終端技術已經得到了廣泛的應用，近年來，數字音視頻壓縮技術的發展勢頭也是非常的迅猛，為了適應不同的應用，各種各樣的音視頻編碼應運而生。國外在數字音視頻技術領域一直處于領先地位，由于我國在核心技術標準方面的欠缺，在數字音視頻技術領域的發展一直受制于國外的相關組織。為了改變這一現狀，我國于2002年成立了自己的AVS工作組，該工作組的工作重心就是開發一套具有自主知識產權的音視頻編碼標準。2005年，AVS工作組發布了我國第一部針對數字音視頻編碼的標準。本論文針對AVS編碼復雜度高，編碼速度慢而難于實時應用的問題，本文通過對具體程序以及運用的分析，對AVS視頻編碼標準的關鍵技術研究與優化實現進行了細致的闡述。

AVS視頻編碼標準 研究 關鍵技術 優化

1 AVS視頻編碼概述與發展現狀

為了改變國外對數字音頻技術的壟斷，2002年6月，經信息產業部批準，我國正式成立了“數字音視頻編解碼技術標準工作組”，也就是我們熟知的AVS工作組，到2013年為止，工作組的成員已經有230多家，給國內該領域的產品開發生產提供了大量的技術支持，國內數字音頻技術的發展迎來了春天。AVS是由我國自主研發制定的，主要包括系統、視頻、音頻和數字版權等。當AVS標準提出并開始實施后，國內越來越多的技術人員開始關注并研究該標準，其中最主要研究的方向是算法標準的優化，其目的是最大限度的提高視頻在壓縮方面的效率和質量，與此同時，降低視頻的碼率。從而盡快的開發出較為適用的視頻編碼軟件和硬件，為各個領域的視頻需求提供便利。

目前來說，國內AVS芯片商還不是很多，其中具有代表性的廠商有美視、復旦微納米、聯合信源等廠商，數字音頻產業已于2010年超過通信產業，預計在明年將成為國內國民經濟最大產業，為我國構建技術專利到文化產業鏈條的轉變提供發展機遇。

2 AVS視頻壓縮編碼標準的原理

2.1 視頻壓縮編碼標準概述

文字、聲音、圖像和視頻等是多媒體信息技術的基本組成部分，其中，視頻為多媒體信息中最為重要的組成部分。但是，由于視頻的信息量較大，其傳輸和存儲都十分不方便。故，只有經過較大的壓縮才能更好的進行交流，在這樣的背景下，視頻編碼就變得十分的具有必要。視頻壓縮編碼的核心就是通過減少視頻序列間的相關性，減少視屏內容間重復、繁雜的部分，大幅度的減少視屏內容的比特數，從而實現對視頻的壓縮處理。壓縮編碼總共分為以下四個方面，即空間冗余度的壓縮、時間冗余度的壓縮、統計冗余度的壓縮和視覺冗余度的壓縮。

2.2 AVSS視頻壓縮編碼的關鍵技術

2.2.1 幀內預測

AVS視頻標準采用的是空間內各個方向的幀內預測技術，這種觀測技術可以提高預測精度，從而提高編碼的效率。通過一個8X8塊大小，亮度分類的5種預測模式分別對應水平、垂直、均值、左下角、右下角5個方向；色度分量的4種預測模式分別對應水平、均值、平面和垂直4個方向。除此之外，幀內預測還可以通過濾波處理來屏蔽噪音，從而提高編碼的精準度。

2.2.2 幀間預測

幀間預測主要是通過從前面幾幀圖像中找尋更完美的匹配，從而提高編碼的效率，AVS視頻標準規定，視頻的參考幀數最多為兩個：一個用于搜索匹配，一個用于降低編碼的復雜度。幀間編碼模塊主要是利用視頻場或視頻幀的運動進行補償編碼，這種編碼模式主要是通過運動圖像時間上的關聯來進行壓縮編碼，通過對每個已知的圖像板塊進行運動估計，找出誤差最小的對于板塊，從而進行最為精確的匹配，并對運動矢量和圖像的誤差進行計算。這樣匹配出來的圖像一般不存在誤差，大大提高了壓縮比。

2.2.3 B幀宏塊編碼模式

在AVS預測中，雙向預測采用的是空域和時域相結合的預測模式，這種模式較為直接，在這樣的預測模式基礎上，添加了運動矢量舍入控制技術，除此之外，AVS標準還提出了對稱模式，即通過前向運動矢量的預測導出后向運動矢量，加大預測效率，實現對稱的雙向預測模式。

2.2.4 熵編碼

AVS熵編碼采用的是自適應變化編碼技術，編碼過程中所以的語言和數據都可以映射成二進制比特流，發揮閉合公式直接解析的優點，對預測誤差的塊變換系數，經過統一掃描，然后統一進行二維編碼，并根據不同的概率分布，自適應改變指數的階數。

3 AVS視頻編碼的優化實現

（1）C語言的優化。通常對熱點進行匯編優化，先需要對C語言進行優化，這個過程還需要為匯編優化考慮數據結構和內存結構。

（2）表達式優化。表達式優化是較為簡單的一種優化方式，對表達式中運行緩慢的部分進行優化，比如乘法、除法、取模等都是運行較為緩慢的運行方式。

（3）分支語句的優化。語句分支是計算機操作系統中，最基本的語言操作之一。有些分支可能會擾亂指令的流暢運行，因此，我們需要對一些運行緩慢的分支語句進行優化，分支語句分為條件分支和非條件分支兩種。由于條件分支需要執行分支預測，故通常來說，對分支語句的優化就是指對條件語句的優化。

（4）循環語句的優化。循環具有高重復性，運行次數的不斷增加就使其成為了最常見的熱點。由于數據存在相關性，如果熱點的執行時間不同步，就會讓指令發生錯誤，因此，除去數據的相關性就可以大大提高執行效率。

4 結語

我國為了打破國外對數字音頻的壟斷，成立了AVS研究組，自己掌握了視頻壓縮的核心技術，AVS編碼在我國的發展也是越來越好，通過對AVS視頻編碼的關鍵技術的研究，使得AVS編碼技術的運用越來越廣，最后，在一些指令運行方面，AVS標準對其進行相關的優化。AVS視頻編碼標準正逐步走向完美。

［1］高文.多媒體數據壓縮技術.北京：電子工業出版社，2002，1—30.

［2］張春田，蘇月婷，張靜.圖像編碼基礎.北京：2009，374—390.

［3］王幀.AVS通訊.2008年第1-2期.

［4］代飛，王勇.淺析AVS編碼標準.重慶：重慶出版社，2013.13—18.