AVS-P2伸展档次与AVS-P2基准档次的比较报告

AVS-P2伸展档次与AVS-P2基准档次的比较报告 吴 杰 2012-2-15 1、 概述 AVS视频编码由成立于2002年的中国音视频(AVS)工作组制定，致力于制定中国自主知识产权的数字音视频的压缩、解码、处理和描述的技术标准。从而提高数字音视频编解码设备和系统的技术含量和经济价值。发展到现在，AVS工作组不仅正式发布了一系列编解码标准，也成为国际上最主要的音视频编码标准之一。由于不同视频应用对视频编码标准的复杂度、容错性、编码性能等需求各不相同，AVS视频编码标准定义了包括基准、移动、加强、伸展、立体在内的不同档次来满足不同视频应用需求，其中面向安防监控视频应用的伸展档次于2008年6月制定完成。 伸展档次主要面向标准的安防监控应用的视频压缩需求，在充分考虑了安防监控视频的一些特征如存在随即噪声大、场景切换少等的基础上，在很大程度上适应了安防监控应用的特殊需求，解决了如视频编码位流存储时间长，存储代价大，对编码位流容错需求较大，对重建视频主客观压缩质量损失容忍度小，对编解码算法复杂度容忍度低，对时间检测和查询的友好性需求高等问题。 2、 AVS-P2伸展档次与AVS-P2基准档次比较 AVS-P2伸展档次的技术主要包括背景帧(G帧)、背景预测帧(S帧)、灵活条带集、核心图像、受限DC模式、支持各类监控标记的语法元素、改进型的运动矢量缩放、自适应加权量化以及非参考P帧等。与AVS相比，主要技术变化如下： · 增加了帧内解码背景图像（G帧）、背景参考前向帧间解码图像（S帧）的定义（见6.2.3）； · 增加了条带集的定义（见6.3）； · 增加了4(4块的定义（见6.6）； · 对视频序列的语法和语义做了修改（见7.1和7.2）； · 解析过程增加了ce4(v)和ae(v)的解析过程（分别见8.3.2和8.4）； · 图像头解码过程增加了确定加权量化矩阵的步骤（见9.2）； · 宏块类型增加了G帧、S帧宏块类型的定义（见9.4.2）； · 宏块解码过程增加了4(4帧内预测模式的解码过程（见9.4.4.3）； · 宏块解码过程增加了加权量化矩阵的解码过程（见9.4.9）； · 基本熵编码的解码过程增加了4(4块解码过程（见9.5.1.3）； · 增加了高级熵编码的解码过程（见9.5.2）； · 逆扫描增加了4(4块逆扫描的过程（见9.5.3）； · 增加了量化系数预测过程的定义（见9.6）； · 增加了4(4块反变换的过程（见9.8.3）； · 增加了4(4块参考样本的获得（见9.9.5）及4(4亮度块帧内预测过程（见9.9.6）； · 增加了亮度1/8样本插值过程（见9.10.2.2）； · 增加了用于4(4块的基本熵编码码表（见附录D）； · 增加了档次和级别的定义（见附录B）。 2.1 G帧与S帧（背景帧和背景预测帧） AVS标准中，定义了三种解码图像，I帧、P帧、B帧、AVS+标准中，新增了两种解码图像，G帧（背景帧）和S帧（背景预测帧），G帧是帧内编码的场景图像，可以使输入序列中的一帧原始图像，也可以使非原始图像，它是背景预测帧的唯一参考帧。它除了具有帧内编码图像(I帧)的作用外，还具有现实监控视频场景特性的功能。与背景预测帧相结合，可以显著提高监控视频的编码效率。S帧可以用帧内预测和背景帧预测两种方式编码。在使用背景帧预测时，限定零矢量预测，而且只能16X16的块划分方式进行编码，即只能使用跳过模式16X16前向预测模式。背景预测帧可以实现部分帧内编码图像的功能，并且由于其简单的背景帧预测方式，可以保证背景预测帧具有较低的编解码复杂度的同时，得以显著提高整个视频的压缩效率。AVS+使用G/S帧的时候解码显示顺序如下图所示， 编码器输入顺序： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 G B B P B B P B B S B B P 解码顺序： 1 4 2 3 7 5 6 10 8 9 13 11 12 G P B B P B B S B B P B B 解码器输出，即显示顺序： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 G B B P B B P B B S B B P G帧和S帧或P帧之间有两个B帧，两个连续的S帧或P帧之间也有两个B帧。用图像1G预测图像4P，用图像4P和1G预测图像2B和3B，用图像1G预测图像10S。解码顺序是1G，4P，2B，3B；显示顺序是1G，2B，3B，4P。 2.2 灵活条带集 条带是按光栅扫描顺序连续的若干宏块，条带内的宏块不应重叠，条带之间也不应重叠。条带集由图像中条带集索引值相同的条带组成。 如果当前图像的两场数据交融出现，条带集内宏块的解码处理不应使用本图像其他条带集的数据。如果禁用条带集，则条带内宏块的解码处理不应使用本图像其他条带的数据；否则条带内宏块的解码处理可使用本条带集其他条带的数据。 如果当前图像的两场数据依次出现，这两场数据应属于不同的条带和条带集，条带集内宏块的解码处理不应使用同一场其他条带集的数据。如果禁用条带集，则条带内宏块的解码处理不应使用同一场其他条带的数据；否则条带内宏块的解码处理可使用本条带集其他条带的数据。 条带集结构如下图所示，图中A、C、D、E、F、G、J、K条带分别组成不同的条带集，B0、B1、B2条带组成一个条带集，H0、H1条带组成一个条带集。 当使用条带集技术时，条带层头需要添加的主要信息如下： · 条带垂直位置slice_vertical_position,给出条带的第一个宏块在图像中的垂直位置，以宏块为单位。 · 条带水平位置slice_horizontal_position,给出条带的第一个宏块在图像中的水平位置，以宏块为单位。 · 条带集索引slice_set_index，给出当前条带的条带集索引值。图像中条带集索引值相同的条带组成1个条带集。 · 条带头信息标志slice_header_flag，值为“1”表示条带比特流中应包含fixed_slice_qp，slice_qp，slice_weighting_flag，luma_ scale，luma_shift，ch roma_scale ，chroma_shift和mb_weighting_flag，值为“0”表示条带比特流不应包含上述语法元素。SliceHeaderFlag 的值等于slice_header_flag的值。如果比特流中没有slice_header_flag， 则Slice-HeaderFlag 的值应为“1”。条带集中条带的上述语法元素的值应一致。如果当前条带中不包含上述语法元素，当前条带应使用所在条带集其他条带中上述语法元素的值。 · 条带集结束标志end_of_slice_set_flag，值为“1”，表示当前条带是所在条带集的最后一个条带； 值为“0”，表示当前条带不是所在条带集的最后一个条带。 在灵活条带集的基础上，可以引入新的语法元素及编码技术实现更多的编码功能，如可实现多分辨率编码、分区域独立编码和显示、视频水印、增强网络抗误码等功能。灵活条带集的使用，可方便对视频图像进行区域划分，进行基于区域的编码，且可支持用户重点调整关注区域的编码质量以实现在同等码率下用户关注区域的主客观质量的明显提升，给用户带来更佳的视频感受。 2.3 核心图像 处于安防监控的需求，监控视频位流对信道传输错误容忍度比较低，因而需要提高视频编码标准的抗误码性。AVS伸展档次在语法上可以指定若干图像为核心图像，由于核心图像一方面要求其本身最多只使用一帧最近的随即访问点后面已正确解码的核心图像作为参考图像，另一方面又要求核心图像后的第一个P或S帧只使用一帧参考图像，因而核心图像及其以后图像在解码时与前面解码错误的图像的相关性就可以去除，实现核心图像后位流的抗误码。 2.4 有利于监控应用的语法元素 不仅上述的灵活条带集相关的语法元素支持一些基于感兴趣区域的监控应用，伸展档次在语法上可以支持单色和彩色序列编码，并且支持图像区域标记、区域时间标记、摄像机标记，即用户可以在可伸展档次下在视频流中的任意图像前添加上述标记信息，以支持各种基于事件检索的监控应用 2.5 加权量化 该方法利用图像中相邻已编码宏块信息，对当前宏块进行自适应决策，在图像宏块级实现自适应量化以适应图像的内容特征，从而可以更好地符合人眼的视觉灵敏性特诊，提高编码图像的主观质量。所决策的量化模式包括默认模式。考虑图像细节的模式、忽略图像细节的模式。 2.6 基于场景建模背景帧预测编码技术 针对监控视频场景具有场景相对固定，场景切换不频繁，噪声较大等特点，AVS伸展层次通过支持背景帧不显示输出，编码器应用可以通过场景建模得到输入视频的场景模型，并将其编码为背景帧，从而更好的完成背景帧预测，因而伸展档次可以支持如下图所示的监控视频编码方式。在该编码方式下，由于背景帧可以使建模生成的场景图像，因而对于背景预测帧具有更高的参考性，进而显著提高编码效率。 2.7 4x4块 在AVS—P2伸展档次中增加了4x4块的定义，在逆扫描中增加了4x4块逆扫描的过程增加了4x4块反变换的过程，增加了4x4块参考样本的获得以及4x4亮度块帧内预测过程，增加了用于4x4块的基本熵编码码表。 _1367822120.vsd