淺談基于AVS的遠程視頻監控系統

隨著我國工業的不斷發展，工業網絡結構的復雜性與日俱增，但是由于一些樞紐單位所處地理位置分散和偏僻等特點，給網絡的管理造成了諸多不便，采用遠程視頻監控來提高工業管理的自動化程度顯得日益重要。

隨著計算機、視頻編碼以及網絡傳輸技術的飛速發展，視頻監控技術實現了巨大飛躍，視頻編碼技術作為遠程視頻監控的關鍵技術，受到了大家的關注。目前，視頻監控系統中主要采用的圖像壓縮標準H.261與MPEG-1，在應用中具有適應性和用戶交互性差的局限性。近些年產生的MPEG-2、MPEG-4、H.263、H.264等視頻編碼標準提供了更高的數據壓縮比，尤其是H.264以其高質量、低碼流、適應性強的特點越來越廣泛地被應用在視頻監控系統中。

由于以上標準在專利池收費、知識產權以及技術實現復雜度方面存在一定的問題，制約了它們的發展。能否建立一種我國自主知識產權且性能相同或優于其他標準的視頻編碼標準，成為我們面臨的重要問題。在這種情況下，AVS（音視頻編碼技術標準）進入了我們的視線。

1 AVS視頻編碼標準

(1)AVS主要技術改進

AVS采用了許多先進的技術來保證其性能，是一項較有優勢的新標準。2003年底完成的AVS標準第2部分(AVS1-P2以下稱為AVS視頻標準)主要面向高清晰度、高質量數字電視廣播、數字存儲媒體和其它相關應用。它具有4大特點：性能高，編碼效率比MPEG-2高2倍以上,與H.264的編碼效率相當；算法復雜度比H.264低；軟硬件實現成本都低于H.264；專利授權模式簡單，費用明顯低于同類標準。

AVS視頻標準采用了與H.264類似的技術框架（如圖1），包括變換、量化、熵編碼、幀內預測、幀間預測、環路濾波等技術模塊。

圖1

實現AVS視頻標準的主要先進技術如下。

路平均信息量編碼

首先，AVS采用了k（k=0,1,2,3）階Exp-Golomb（指數哥倫布）編碼，CBP（宏塊編碼模板）、宏塊模式和運動矢量等采用0階指數哥倫布碼編碼，量化系數使用全部四種指數哥倫布碼,并采用2D-VLC對其進行編碼。由于對Exp-Golomp編碼表進行了調整，AVS解碼器并不需要存儲這些編碼表。而語法元素可以利用帶有可選擇查找表的簡單分析進行解碼。AVS定義的19個映射表盡管只占用了不到2Kbyte的空間，卻能很好地適應不同的分配，并具有很高的編碼能力。

路轉換和量化

與H.264和MPEG-2不同的是，AVS采用8×8整數轉換。為了減少解量化和逆轉換中的取整誤差，AVS還專門設置了一種特殊程序，并且各種操作均可在16位內完成。

路幀內預測

AVS視頻標準采用了幀內預測技術，改進了幀內編碼的宏塊性能。與H.264相比，AVS定義了5種用于8×8亮度塊的模式和4種用于8×8色度塊的模式。

路基準畫面

以往的視頻編碼標準（如MPEG-2）中，雙向預測編碼畫面(B畫面)通常以前一個畫面和/或后一個畫面為基準。雖然預測編碼畫面(P畫面)只用前一個畫面來預測當前畫面，但在解碼器內實際的基準緩沖空間相當于該畫面的兩倍大。而AVS完全采用基準緩沖器進行P緩沖器編碼，P畫面可用前面的兩個相鄰的I/P畫面作基準，因此在提升編碼效率的同時，占用的基準緩沖器空間仍與MPEG-2相同。

路B畫面對稱模式

AVS以對稱模式取代了現有編碼標準的插值模式，只有前向活動矢量進行編碼，逆向活動矢量則通過前向和逆向間的相互關系得出。因此，至多有一種方向的活動矢量需要在AVS的B宏塊中進行編碼。

路加權預測

AVS的加權預測功能可以在很大程度上改善編碼效率，尤其是在場景轉換和照明變化時。加權預測采用了一種簡單的線性模式，因此參數能在預測的圖像頭內進行編碼。但每個宏塊均可以自由選擇是否采用加權預測。

路去塊濾波器

基于塊的視頻編碼經常會產生塊贗像，在低位率情況下這種現象會變得更明顯。為解決這一問題，AVS定義了一種適應性環路去塊濾波器，用以改進解碼視頻質量。除了畫面邊界或片邊界外，過濾功能還能用于亮度和色度塊的邊界。過濾的強度則取決于宏塊的類型、量化階、活動矢量和塊間的區別。