本文從技術(shù)角度對MPEG-2的視頻標準、MPEG-4 AVC/H.264和AVS視頻(GB/T 200090.2) 三個視頻標準進行對比，包括技術(shù)方案、主觀測試、客觀測試、復(fù)雜度等四個方面。
    一、技術(shù)對比
AVS視頻與MPEG標準都采用混合編碼框架（見圖1），包括變換、量化、熵編碼、幀內(nèi)預(yù)測、幀間預(yù)測、環(huán)路濾波等技術(shù)模塊，這是當前主流的技術(shù)路線。AVS的主要創(chuàng)新在于提出了一批具體的優(yōu)化技術(shù)，在較低的復(fù)雜度下實現(xiàn)了與國際標準相當?shù)募夹g(shù)性能，但并未使用國際標準背后的大量復(fù)雜的專利。AVS-視頻當中具有特征性的核心技術(shù)包括：8x8整數(shù)變換、量化、幀內(nèi)預(yù)測、1/4精度像素插值、特殊的幀間預(yù)測運動補償、二維熵編碼、去塊效應(yīng)環(huán)內(nèi)濾波等。

圖 1 典型視頻編碼框架

AVS視頻編碼器框圖如下圖所示。

 

圖 2  AVS視頻編碼器框圖

    AVS視頻標準定義了I幀、P幀和B幀三種不同類型的圖像，I幀中的宏塊只進行幀內(nèi)預(yù)測，P幀和B幀的宏塊則需要進行幀內(nèi)預(yù)測或幀間預(yù)測，圖中S0是預(yù)測模式選擇開關(guān)。預(yù)測殘差進行88整數(shù)變換（ICT）和量化，然后對量化系數(shù)進行zig-zag掃描（隔行編碼塊使用另一種掃描方式），得到一維排列的量化系數(shù)，最后對量化系數(shù)進行熵編碼。AVS視頻標準的變換和量化只需要加減法和移位操作，用16位精度即可完成。
    AVS視頻標準使用環(huán)路濾波器對重建圖像濾波，一方面可以消除方塊效應(yīng)，改善重建圖像的主觀質(zhì)量；另一方面能夠提高編碼效率。濾波強度可以自適應(yīng)調(diào)整。

AVS標準支持多種視頻業(yè)務(wù)，考慮到不同業(yè)務(wù)之間的互操作性，AVS標準定義了檔次（profile）和級別（level）。檔次是AVS定義的語法、語義及算法的子集；級別是在某一檔次下對語法元素和語法元素參數(shù)值的限定集合。為了滿足高清晰度/標準清晰度數(shù)字電視廣播、數(shù)字存儲媒體等業(yè)務(wù)的需要，AVS視頻標準定義了基準檔次（Jizhun profile）和4個級別（4.0、4.2、6.0和6.2），支持的最大圖像分辨率從720576到19201080，最大比特率從10 Mbit/s到30 Mbit/s。
    表1  AVS與MPEG-2、MPEG-4 AVC/H.264使用的技術(shù)對比和性能差異估計

視頻編碼標準

MPEG-2視頻

MPEG-4 AVC/H.264視頻

AVS視頻

AVS視頻與AVC/H.264性能差異估計

（采用信噪比dB估算,括號內(nèi)的百分比為碼率差異）

幀內(nèi)預(yù)測

只在頻域內(nèi)進行DC系數(shù)差分預(yù)測

基于4&TImes;4塊，9種亮度預(yù)測模式，4種色度預(yù)測模式

基于8&TImes;8塊，5種亮度預(yù)測模式，4種色度預(yù)測模式

基本相當

多參考幀預(yù)測

只有1幀

最多16幀

最多2幀

都采用兩幀時相當，幀數(shù)增加性能提高不明顯

變塊大小運動補償

16&TImes;16

16&TImes;8(場編碼)

16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8、4×4

16×16、16×8、8×16、8×8

降低約0.1dB

(2-4%)

B幀宏塊直接編碼模式

無

獨立的空域或時域預(yù)測模式，若后向參考幀中用于導(dǎo)出運動矢量的塊為幀內(nèi)編碼時只是視其運動矢量為0，依然用于預(yù)測

時域空域相結(jié)合，當時域內(nèi)后向參考幀中用于導(dǎo)出運動矢量的塊為幀內(nèi)編碼時，使用空域相鄰塊的運動矢量進行預(yù)測

提高0.2-0.3dB

(5%)

B幀宏塊雙向預(yù)測模式

編碼前后兩個運動矢量

編碼前后兩個運動矢量

稱為對稱預(yù)測模式，只編碼一個前向運動矢量，后向運動矢量由前向?qū)С?/p>

基本相當

¼像素運動補償

僅在半像素位置進行雙線性插值

½像素位置采用6拍濾波，¼ 像素位置線性插值

½像素位置采用4拍濾波，¼像素位置采用4拍濾波、線性插值

基本相當

變換與量化

8×8浮點DCT變換，除法量化

4×4整數(shù)變換，編解碼端都需要歸一化，量化與變換歸一化相結(jié)合，通過乘法、移位實現(xiàn)

8×8整數(shù)變換，編碼端進行變換歸一化，量化與變換歸一化相結(jié)合，通過乘法、移位實現(xiàn)

提高約0.1dB(2%)

熵編碼

單一VLC表，適應(yīng)性差

CAVLC：與周圍塊相關(guān)性高，實現(xiàn)較復(fù)雜

CABAC：計算較復(fù)雜

上下文自適應(yīng)2D-VLC，編碼塊系數(shù)過程中進行多碼表切換

降低約0.5dB(10-15%)

環(huán)路濾波

無

基于4×4塊邊緣進行，濾波強度分類繁多，計算復(fù)雜

基于8×8塊邊緣進行，簡單的濾波強度分類，濾波較少的像素，計算復(fù)雜度低

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容錯編碼

簡單的條帶劃分

數(shù)據(jù)分割、復(fù)雜的FMO/ASO等宏塊、條帶組織機制、強制Intra塊刷新編碼、約束性幀內(nèi)預(yù)測等

簡單的條帶劃分機制足以滿足廣播應(yīng)用中的錯誤隱藏、恢復(fù)需求

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