AVS数字音视频编解码标准

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。关于帧内预测技术的详细描述参见文献。

(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。

(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[4]， 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[5]，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。