AVS视频编码标准的关键技术研究与优化实现

【摘 要】 随着科技的发展，网络、通信以及多种终端技术已经得到了广泛的应用，近年来，数字音视频压缩技术的发展势头也是非常的迅猛，为了适应不同的应用，各种各样的音视频编码应运而生。国外在数字音视频技术领域一直处于领先地位，由于我国在核心技术标准方面的欠缺，在数字音视频技术领域的发展一直受制于国外的相关组织。为了改变这一现状，我国于2002年成立了自己的AVS工作组，该工作组的工作重心就是开发一套具有自主知识产权的音视频编码标准。2005年，AVS工作组了我国第一部针对数字音视频编码的标准。本论文针对AVS编码复杂度高，编码速度慢而难于实时应用的问题，本文通过对具体程序以及运用的分析，对AVS视频编码标准的关键技术研究与优化实现进行了细致的阐述。

【关键词】 AVS视频编码标准 研究 关键技术 优化

1 AVS视频编码概述与发展现状

为了改变国外对数字音频技术的垄断，2002年6月，经信息产业部批准，我国正式成立了“数字音视频编解码技术标准工作组”，也就是我们熟知的AVS工作组，到2013年为止，工作组的成员已经有230多家，给国内该领域的产品开发生产提供了大量的技术支持，国内数字音频技术的发展迎来了春天。AVS是由我国自主研发制定的，主要包括系统、视频、音频和数字版权等。当AVS标准提出并开始实施后，国内越来越多的技术人员开始关注并研究该标准，其中最主要研究的方向是算法标准的优化，其目的是最大限度的提高视频在压缩方面的效率和质量，与此同时，降低视频的码率。从而尽快的开发出较为适用的视频编码软件和硬件，为各个领域的视频需求提供便利。

目前来说，国内AVS芯片商还不是很多，其中具有代表性的厂商有美视、复旦微纳米、联合信源等厂商，数字音频产业已于2010年超过通信产业，预计在明年将成为国内国民经济最大产业，为我国构建技术专利到文化产业链条的转变提供发展机遇。

2 AVS视频压缩编码标准的原理

2.1 视频压缩编码标准概述

文字、声音、图像和视频等是多媒体信息技术的基本组成部分，其中，视频为多媒体信息中最为重要的组成部分。但是，由于视频的信息量较大，其传输和存储都十分不方便。故，只有经过较大的压缩才能更好的进行交流，在这样的背景下，视频编码就变得十分的具有必要。视频压缩编码的核心就是通过减少视频序列间的相关性，减少视屏内容间重复、繁杂的部分，大幅度的减少视屏内容的比特数，从而实现对视频的压缩处理。压缩编码总共分为以下四个方面，即空间冗余度的压缩、时间冗余度的压缩、统计冗余度的压缩和视觉冗余度的压缩。

2.2 AVSS视频压缩编码的关键技术

2.2.1 帧内预测

AVS视频标准采用的是空间内各个方向的帧内预测技术，这种观测技术可以提高预测精度，从而提高编码的效率。通过一个8X8块大小，亮度分类的5种预测模式分别对应水平、垂直、均值、左下角、右下角5个方向;色度分量的4种预测模式分别对应水平、均值、平面和垂直4个方向。除此之外，帧内预测还可以通过滤波处理来屏蔽噪音，从而提高编码的精准度。

2.2.2 帧间预测

帧间预测主要是通过从前面几帧图像中找寻更完美的匹配，从而提高编码的效率，AVS视频标准规定，视频的参考帧数最多为两个：一个用于搜索匹配，一个用于降低编码的复杂度。帧间编码模块主要是利用视频场或视频帧的运动进行补偿编码，这种编码模式主要是通过运动图像时间上的关联来进行压缩编码，通过对每个已知的图像板块进行运动估计，找出误差最小的对于板块，从而进行最为精确的匹配，并对运动矢量和图像的误差进行计算。这样匹配出来的图像一般不存在误差，大大提高了压缩比。

2.2.3 B帧宏块编码模式

在AVS预测中，双向预测采用的是空域和时域相结合的预测模式，这种模式较为直接，在这样的预测模式基础上，添加了运动矢量舍入控制技术，除此之外，AVS标准还提出了对称模式，即通过前向运动矢量的预测导出后向运动矢量，加大预测效率，实现对称的双向预测模式。

2.2.4 熵编码

AVS熵编码采用的是自适应变化编码技术，编码过程中所以的语言和数据都可以映射成二进制比特流，发挥闭合公式直接解析的优点，对预测误差的块变换系数，经过统一扫描，然后统一进行二维编码，并根据不同的概率分布，自适应改变指数的阶数。

3 AVS视频编码的优化实现

（1）C语言的优化。通常对热点进行汇编优化，先需要对C语言进行优化，这个过程还需要为汇编优化考虑数据结构和内存结构。

（2）表达式优化。表达式优化是较为简单的一种优化方式，对表达式中运行缓慢的部分进行优化，比如乘法、除法、取模等都是运行较为缓慢的运行方式。

（3）分支语句的优化。语句分支是计算机操作系统中，最基本的语言操作之一。有些分支可能会扰乱指令的流畅运行，因此，我们需要对一些运行缓慢的分支语句进行优化，分支语句分为条件分支和非条件分支两种。由于条件分支需要执行分支预测，故通常来说，对分支语句的优化就是指对条件语句的优化。

（4）循环语句的优化。循环具有高重复性，运行次数的不断增加就使其成为了最常见的热点。由于数据存在相关性，如果热点的执行时间不同步，就会让指令发生错误，因此，除去数据的相关性就可以大大提高执行效率。

4 结语

我国为了打破国外对数字音频的垄断，成立了AVS研究组，自己掌握了视频压缩的核心技术，AVS编码在我国的发展也是越来越好，通过对AVS视频编码的关键技术的研究，使得AVS编码技术的运用越来越广，最后，在一些指令运行方面，AVS标准对其进行相关的优化。AVS视频编码标准正逐步走向完美。

参考文献：

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