AVS产品化关键点之思考

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　　【中国集群通信网】AVS编码效率的研究，是AVS编码器达到实用的关键所在。下面分别给出这几方面的应用技术方案。

　　AVS视频编码算法的编码效率优化

　　考虑与现有的视频编码标准兼容互通问题，此无线视频编码框架中的码流结构和语法采用AVS标准，保证在低码率下编码性能优越且计算量小，保留那些对编码贡献较高的编码工具和选项，获得最经济的编码方案，具体如下：

　　·帧内预测：通过邻块中已解码的相邻像素对4x4小块进行预测，其中亮度采用5种预测模式，为DC预测、水平、垂直、右下对角和左下方向的空间预测，色度采用4种预测模式，为DC、水平、垂直和PLANE预测;

　　·帧间预测：采用多种块模式组合的运动补偿，块模式大小为16x16、16x8、8x16、8x8;运动向量的精度为1/4像素;参考帧为1~2帧;预测时块匹配标准采用SAD公式计算;

　　·整数变换：采用4x4大小的整数变换，变换系数为1、2基，变换与量化同AVS;

　　·熵编码：CAVLC编码，同AVS标准;

　　·环滤波：按块模式分类的不同强度的去块滤波器，参考AVS标准中的定义。

　　AVS视频编码算法在DSP上的运算效率优化

　　无线通信设备大多为电池供电的手持设备，通信耗电最小一直都是移动通信的基本要求。在多媒体通信中，手持设备的功耗主要包括通信能耗和计算能耗两个方面，因此其计算能力远不及固定设备。同时，移动设备的成本限制制约了其存储空间和显示能力，在此环境下的无线视频应用，编解码计算量和内存要求必须适合当前移动设备设计和制造水平。为减少计算量，必须在保证大致相同编码质量和效率的前提下提出可替代的快速算法，并在高效实现过程中考虑内存占用问题。

　　因此，以效率优化为主要研究目标。拟采取如下综合优化手段：代码优化、关键算法的优化、数据结构优化、程序流程的优化、编译参数优化、结合体系结构的优化。每种优化策略都紧密结合处理器的硬件体系结构展开。

　　面向低功耗的快速模式选择算法

　　在混合编码框架下，支持多编码模式编码。如果利用Rate-Distortion Optimal工具来优化，会将所有编码模式全部循环一遍，会带来计算复杂度的巨大增加，使功耗上升。在编码效率和计算复杂度间进行平衡，需要对当前块的编码模式进行有效的估计。

　　AVS-S的所有可能的编码模式分为三个层次，如图1所示：

图1  模式选择层次图

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　　第一个层次将所有的预测模式按照去除冗余信息的类型分

　　成两个类别，帧内预测(Intra prediction)和帧间预测(Inter prediction)，这个层次的模式选择下文统称为Intra/Inter模式选择。第二个层次是根据预测模式块的大小进一步分类，其中帧内模式又可以分成Intra16×16、Intra8×8、两种大小，这三个类别之间的选择下文统称为Intra预测块大小选择;帧间预测模式可以分为16×16、16×8、8×16、8×8四种块大小。第三个层次是按照帧内预测的方向进一步细分，每一个不同的方向为一个Intra预测模式，这个层次的选择称为Intra模式选择。

　　AVS视频编解码算法的鲁棒性能优化

　　互联网或3G无线网络丢包、误码、延迟问题突出，带来对差错敏感的压缩视频还原质量严重退化，而实时视频传输对时延敏感，出错数据不可能重传。因此，需要在视频编解码算法中实施容错技术来减轻传输过程中的差错干扰。

　　抗错性视频编码工具是研究得最早也是研究成果最多领域，其研究成果已经被H.263+、H.263++、MPEG-4、H.264等视频压缩协议广泛采用。它通过修改标准压缩算法的语法或语义结构来增加一定的冗余信息，达到在出错情况下解码器更快地重同步或使错误隐藏效果更好的目的，因而非常有效。但是，H.264等标准中采用的容错工具只是定义了语法和语义，并没有定义具体的实现算法(类似运动估计这类开放的问题)，所以，研究计算效率高、容错性能优异的控制算法是容错编码工具在应用中需要解决的迫切问题。

　　容错编码技术通过添加冗余信息增强信道传输的鲁棒性，但却牺牲了编码效率，帧内编码可以有效阻止差错扩散，但是编码效率不高，必须解决信源编码效率和信道传输鲁棒性之间的矛盾，在优化端到端的总体失真度的基础上进行编码模式的合理选择。

　　为抑制错误的帧间扩散，通过解码器的反馈，编码器自适应地插入帧内宏块。在视频编码中插入一定数量的帧内模式的宏块或I帧可以有效地控制视频编码中的错误扩散。但是过多地插入帧内模式的宏块和I帧会导至编码效率的下降，产生端到端的时延。可以看出，如果要求视频编码提高出错抑制性能、增强鲁棒性，就必然会降低视频编码的效率，传输数据增加，产生时延。为此必须利用端到端的RD模式优化，使编码效率和容错效果达到最佳平衡，最终在网络接收端得到最佳的视频质量，从而优化网络视频通信系统的性能。

　　视频信源编码器在做运动估计、编码模式判决和码率控制时都是基于率失真模型的，传统的率失真模型只是考虑信源编码失真，没有考虑信道传输的失真(如误码、丢包)，因此，将这个模型直接应用于容错视频编码会产生较大的模型失真。所以，需要建立一个面向IP分组丢失信道的率失真估计模型，该模型能准确表示信道统计和瞬时特性，并能将预估结果提供给编码和传输层算法使用。

　　综合AVS视频编码方案的鲁棒性和实时性的考虑，采用如下差错控制编码解码技术：基于编码器的差错弹性编码、基于解码器的错误掩盖、编解码交互的差错控制。