AVS-S標(biāo)準(zhǔn)是武漢大學(xué)國(guó)家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心率先面向安防監(jiān)控制定的數(shù)字音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。AVS-S標(biāo)準(zhǔn)的順利出臺(tái)，將使我國(guó)安防產(chǎn)業(yè)擺脫沒(méi)有自主核心產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)的尷尬局面，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)新的契機(jī)。那么，AVS-S標(biāo)準(zhǔn)具有哪些技術(shù)特色？目前標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展如何？未來(lái)又該如何實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展？

AVS-S標(biāo)準(zhǔn)化歷程
    視頻信號(hào)壓縮技術(shù)是數(shù)字化安防最為基礎(chǔ)的技術(shù)，它是安防產(chǎn)業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化邁進(jìn)的前提。安防產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，人們注意到，不同于傳統(tǒng)的數(shù)字媒體產(chǎn)業(yè)，安防監(jiān)控業(yè)務(wù)對(duì)視頻編碼存在一些特殊要求，這些需求包括：支持感興趣區(qū)域的高質(zhì)量編碼，支持變化環(huán)境的優(yōu)化編碼，能適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)情況，支持通過(guò)專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等傳輸，支持位置信息等輔助信息疊加，面向存儲(chǔ)的優(yōu)化編碼等等。

    當(dāng)前安防產(chǎn)業(yè)仍然沿用ITU或MPEG組織的標(biāo)準(zhǔn)，由于這些標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)沒(méi)有考慮上述需求，在利用它們開(kāi)發(fā)安防產(chǎn)品時(shí)，并不能達(dá)到最佳性能。同時(shí)，我國(guó)安防產(chǎn)業(yè)從2000年不到100億的產(chǎn)業(yè)規(guī)模高速發(fā)展到2008年近1800億的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，為了擺脫國(guó)外的專利風(fēng)險(xiǎn)，為安防產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期健康發(fā)展提供保障，制定滿足安防監(jiān)控應(yīng)用的編碼標(biāo)準(zhǔn)迫在眉睫。

    在這一背景下，作為我國(guó)多媒體安防監(jiān)控領(lǐng)域的重要科研基地，武漢大學(xué)國(guó)家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心率先倡議制定面向安防監(jiān)控的數(shù)字音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。在2007年6月AVS哈爾濱會(huì)議上，武漢大學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合公安部一所提出了面向視頻監(jiān)控的AVS標(biāo)準(zhǔn)(簡(jiǎn)稱AVS-S)完整的技術(shù)需求，從視頻編碼、音頻編碼、系統(tǒng)安全等方面定義了安防監(jiān)控業(yè)務(wù)中的音視頻技術(shù)規(guī)格，AVS組織正式啟動(dòng)了AVS-S技術(shù)方案的征集和評(píng)估工作。

    AVS-S標(biāo)準(zhǔn)是AVS接下來(lái)兩年中的一項(xiàng)主要工作內(nèi)容。在2008年9月的AVS工作組天津會(huì)議上，視頻專題組率先完成了完整的AVS-S視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，這是全球范圍內(nèi)首個(gè)針對(duì)視頻監(jiān)控需求制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。2009年3月在杭州舉行的AVS標(biāo)準(zhǔn)工作組第28次會(huì)議翻開(kāi)了歷史新篇，其最鮮明的特色是走國(guó)際化道路，在本次會(huì)議上，AVS-S的標(biāo)準(zhǔn)文本最終確定下來(lái)，并將其定為AVS的伸展檔次，同時(shí)例行進(jìn)入90天的內(nèi)部審閱期。AVS-S音頻部分工作啟動(dòng)稍晚些，目前還處于WD文件起草階段。

    AVS組織專門為安防監(jiān)控業(yè)務(wù)量身定制標(biāo)準(zhǔn)，這一工作在世界上屬于首創(chuàng)，具有非同尋常的意義，相關(guān)工作引起了國(guó)際同行的重視，AVS工作組正與MPEG國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織協(xié)商，以視頻標(biāo)準(zhǔn)的伸展檔為基礎(chǔ)，制訂國(guó)際安防監(jiān)控音視頻壓縮與處理標(biāo)準(zhǔn)MPEG-S，這將進(jìn)一步推動(dòng)國(guó)際安防監(jiān)控行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程和技術(shù)進(jìn)步。應(yīng)MPEG組織的邀請(qǐng)，在今年4月召開(kāi)的第88次MPEG大會(huì)上，中國(guó)代表團(tuán)正式提交了MPEG-S的需求草案。

    AVS-S的順利出臺(tái)，將使我國(guó)安防產(chǎn)業(yè)擺脫沒(méi)有自主核心產(chǎn)權(quán)標(biāo)準(zhǔn)的尷尬局面，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)新的契機(jī)。采用AVS-S對(duì)普通DVR、DVS等前端監(jiān)控產(chǎn)品升級(jí)后，將使壓縮碼流具備更好的可伸縮性，滿足了在不同帶寬傳輸能力的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上傳遞監(jiān)控圖像的要求，同時(shí)也便于手機(jī)、大屏幕電視墻等不同顯示分辨率的監(jiān)控終端融合到統(tǒng)一的監(jiān)控平臺(tái)中。在3G移動(dòng)通信蓬勃發(fā)展的今天，AVS-S標(biāo)準(zhǔn)必將促進(jìn)以手機(jī)視頻監(jiān)控為代表的移動(dòng)監(jiān)控業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用。

AVS-S的技術(shù)特色
    在AVS-S視頻標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中，一共有16項(xiàng)視頻提案被采納，分別涉及感興趣區(qū)域（ROI）編碼技術(shù)、背景幀技術(shù)、靈活條帶集技術(shù)、核心幀技術(shù)、非參考P幀技術(shù)、改進(jìn)的運(yùn)動(dòng)矢量縮放、場(chǎng)景模式編碼技術(shù)、受限的DC預(yù)測(cè)模式等多個(gè)方面。其中，ROI、背景幀技術(shù)和場(chǎng)景模式編碼技術(shù)最富特色，下面就三者簡(jiǎn)單介紹。[nextpage]

ROI編碼
    重點(diǎn)目標(biāo)和特殊區(qū)域的圖像清晰度是安防業(yè)務(wù)對(duì)監(jiān)控視頻最重要的技術(shù)需求，AVS-S采取ROI編碼技術(shù)來(lái)滿足這一要求。與傳統(tǒng)的無(wú)差異性編碼不同，感興趣區(qū)域算法將監(jiān)控圖像根據(jù)重要性劃分為不同的區(qū)域，不同區(qū)域采用不同的壓縮策略，將有限的資源分配給車牌、人面部等權(quán)重高的重點(diǎn)區(qū)域，以此保證監(jiān)控錄像滿足公安的交管、刑偵等業(yè)務(wù)對(duì)高效視頻壓縮技術(shù)的實(shí)際需求（如圖1）。AVS-S中的ROI技術(shù)主要由武漢大學(xué)提供，這也是ROI技術(shù)首次被AVS標(biāo)準(zhǔn)采納。

    需要提出的是，目前對(duì)象分割算法的復(fù)雜度是非常高的，精細(xì)準(zhǔn)確的分割對(duì)象很難實(shí)際應(yīng)用。所以，針對(duì)視頻監(jiān)控的特殊需求，往往只考慮對(duì)目標(biāo)物體所在的區(qū)域進(jìn)行區(qū)分。在許多的監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域，如對(duì)銀行ATM機(jī)的監(jiān)控、小區(qū)門口的監(jiān)控等等，主要監(jiān)控區(qū)域是固定的，可以在壓縮標(biāo)準(zhǔn)中提供交互接口，預(yù)先設(shè)定需要高清編碼的區(qū)域。

背景幀
    在視頻監(jiān)控應(yīng)用中，監(jiān)控圖像的內(nèi)容一般不會(huì)發(fā)生太大的變化，因此可以將監(jiān)控場(chǎng)景的背景圖作為長(zhǎng)期參考幀，保存在編碼器和解碼器中，以提升視頻編碼的編碼效率。背景幀技術(shù)就是根據(jù)監(jiān)控圖像的這個(gè)特點(diǎn)，在編碼過(guò)程中，引入背景幀和背景預(yù)測(cè)幀兩種新的幀類型，并且背景預(yù)測(cè)幀只能參考背景幀，編碼過(guò)程可以用背景預(yù)測(cè)幀替代原有的I幀，進(jìn)而提升編碼效率。

場(chǎng)景模式編碼技術(shù)
    場(chǎng)景模式編碼技術(shù)則考慮如何讓視頻編碼器更好地適應(yīng)監(jiān)控場(chǎng)景的多樣性。在視頻監(jiān)控應(yīng)用中，使用監(jiān)控?cái)z像的應(yīng)用場(chǎng)景多種多樣，例如，室內(nèi)監(jiān)控，室外監(jiān)控，紅外監(jiān)控等。即使是同一監(jiān)控場(chǎng)景，因?yàn)榄h(huán)境光照變化，拍攝的監(jiān)控序列特性變化也比較顯著，存在白天、夜晚、陰雨天、雨雪天等不同氣候條件。這些監(jiān)控的應(yīng)用場(chǎng)合變化或環(huán)境光照的變化對(duì)視頻編碼器的編碼性能影響比較大，使用同一種編碼方法對(duì)這些不同場(chǎng)景的序列進(jìn)行編碼將導(dǎo)致視頻編碼器的編碼效率下降。

    針對(duì)這種情況，AVS-S采納了場(chǎng)景模式編碼技術(shù)，將輸入圖像序列按照不同場(chǎng)景，分成不同的場(chǎng)景序列進(jìn)行編碼。將確定的場(chǎng)景模式及其場(chǎng)景特征參數(shù)輸入到視頻編碼器中，并將場(chǎng)景模式和模式參數(shù)編碼后輸入到編碼碼流中。圖2給出了通過(guò)場(chǎng)景模式及場(chǎng)景模式參數(shù)來(lái)控制縮放、量化編碼過(guò)程。[nextpage]

    經(jīng)初步的性能測(cè)試結(jié)果表明，AVS-S的編碼性能達(dá)到了和H.264相當(dāng)?shù)乃?。在背景相?duì)靜止（攝像頭不動(dòng)）的典型監(jiān)控序列上，AVS-S比H.264有明顯的性能提高，并且AVS-S抗誤碼能力出色，具有可分級(jí)功能，支持感興趣區(qū)域編碼，能夠滿足安防監(jiān)控的特殊需求。

AVS產(chǎn)品化之路
    基于歷史原因，監(jiān)控市場(chǎng)仍以廣泛使用的國(guó)際音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，如H.263、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC（簡(jiǎn)稱AVC，也稱JVT、H.264）等為主流，其核心技術(shù)專利和知識(shí)產(chǎn)權(quán)都被日本、歐美等國(guó)的少數(shù)公司和科研院所壟斷。對(duì)于中國(guó)的安防產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，知識(shí)產(chǎn)權(quán)與專利收費(fèi)問(wèn)題的壓力將不斷增加，由此對(duì)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的負(fù)面影響也將日趨突出。在核心標(biāo)準(zhǔn)上受制于人將極大地阻礙我國(guó)安防產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

    AVS產(chǎn)業(yè)化的最佳模式是設(shè)計(jì)高性能DSP芯片加AVS編碼算法，便于廠家快速設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，而避開(kāi)復(fù)雜的AVS算法。這種模式具有軟件算法靈活可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，方便擴(kuò)充算法功能。該硬件方案采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)功能的不同主要有音視頻編解碼模塊、音視頻信號(hào)數(shù)模變換模塊、外部存儲(chǔ)模塊（DDR2存儲(chǔ)器、NOR Flash、NAND Flash、硬盤、SD卡等）、CPLD邏輯控制模塊、10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)通信模塊、USB接口模塊、紅外遙控模塊、鍵盤控制模塊、云臺(tái)控制模塊、GPS定位模塊、CF無(wú)線網(wǎng)卡模塊、串口（包括RS232和RS485）、電源管理模塊和總線擴(kuò)展槽等模塊組成。該模式不僅能同時(shí)滿足視頻應(yīng)用對(duì)運(yùn)算能力和控制功能的要求，而且大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

    在我國(guó)，大部分監(jiān)控設(shè)備廠商尚不具備AVS編碼算法的研發(fā)能力的現(xiàn)狀下，該模式很好的滿足了現(xiàn)在嵌入式視頻應(yīng)用領(lǐng)域?qū)μ幚砥餍酒囊?，很有可能成為今后視頻應(yīng)用處理器芯片的主流解決方案。

    視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存在的信源、信道、終端等多種異構(gòu)性，使得各視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的海量視頻資源難以高效融合，無(wú)法保障監(jiān)控系統(tǒng)跨行業(yè)跨區(qū)域的互聯(lián)互通、共享共用。因此如何突破異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下信源、信道、終端之間差異造成的互聯(lián)、互通、協(xié)同工作的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)各類監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)海量音視頻資源之間的融合，成為當(dāng)前視頻監(jiān)控系統(tǒng)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。具體主要包括以下方面。[nextpage]

    （1）信源的異構(gòu)性：在視頻監(jiān)控領(lǐng)域目前存在多種信源編碼格式，包括MPEG－4、H.263、H.264、AVS等。這些不同的編碼格式適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景，例如MPEG－4適用于交互式對(duì)象編碼、流媒體應(yīng)用，是面向?qū)ο蟮木幋a標(biāo)準(zhǔn)；H.263適用于極低碼率的應(yīng)用場(chǎng)景。因此，如何適應(yīng)信源編碼格式的異構(gòu)性是當(dāng)前視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)挑戰(zhàn)。

    （2）信道的異構(gòu)性：在視頻監(jiān)控領(lǐng)域目前存在多種傳輸信道，包括ISDN、xDSL、GPRS、CDMA等。其中與有線信道相比，無(wú)線信道的帶寬較低，通常只有幾十Kbps，誤碼率則較高，可以達(dá)到10－3－10－5。而且不同的無(wú)線信道具有不同的帶寬和誤碼率。因此如何適應(yīng)信道帶寬和誤碼率的異構(gòu)性是當(dāng)前視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)挑戰(zhàn)。

    （3）終端的異構(gòu)性：在視頻監(jiān)控領(lǐng)域目前存在多種終端設(shè)備，不同的終端如PC、掌上電腦、手機(jī)等具有不同的計(jì)算能力和顯示能力。如MOTOROLA A780型號(hào)手機(jī)最大僅支持播放320×240、15f/s的視頻。因此，如何適應(yīng)終端計(jì)算和顯示能力的異構(gòu)性是當(dāng)前視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)挑戰(zhàn)。

    上述視頻監(jiān)控系統(tǒng)中存在的信源、信道、終端等多種異構(gòu)性，使得各視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的海量視頻資源難以高效融合，無(wú)法保障監(jiān)控系統(tǒng)跨行業(yè)跨區(qū)域的互聯(lián)互通、共享共用。因此如何突破異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下信源、信道、終端之間差異造成的互聯(lián)、互通、協(xié)同工作的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)各類監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)海量音視頻資源之間的融合，成為當(dāng)前視頻監(jiān)控系統(tǒng)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。而近年來(lái)逐漸成為研究熱點(diǎn)的視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)正是解決這一問(wèn)題的有效途徑。

    視頻轉(zhuǎn)碼是一種將已壓縮的視頻數(shù)據(jù)從一種格式轉(zhuǎn)換為另一種格式的技術(shù)。其中視頻數(shù)據(jù)的格式參數(shù)包括信源格式、分辨率、碼率等。相應(yīng)地轉(zhuǎn)碼也主要分為：信源格式、降碼率、降分辨率等多種轉(zhuǎn)碼。

    在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，通過(guò)視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換是保障監(jiān)控視頻整合和共享的有效手段，如圖3所示。

    對(duì)于視頻轉(zhuǎn)碼，最簡(jiǎn)單的方案就是全解全編：解碼器將輸入碼流完全解碼成原始視頻序列，編碼器再將這個(gè)視頻序列編碼為目標(biāo)格式。但是這種方案沒(méi)有利用轉(zhuǎn)碼輸入視頻流的信息，因此轉(zhuǎn)碼效率很低。因此如何基于轉(zhuǎn)碼前后視頻流的相關(guān)性，在已知輸入視頻流特征信息的條件下盡量提高輸出視頻流的轉(zhuǎn)碼效率，是視頻轉(zhuǎn)碼的核心問(wèn)題。目前基于信息重用的視頻轉(zhuǎn)碼方案可以大致分為四種：像素域閉環(huán)方案、開(kāi)環(huán)方案、頻率域閉環(huán)方案、快速頻率域閉環(huán)方案。

    AVS有望在今后成為視頻監(jiān)控領(lǐng)域的主導(dǎo)編碼標(biāo)準(zhǔn)，但其大規(guī)模應(yīng)用尚需時(shí)日，故構(gòu)建高效MPEG-4到AVS轉(zhuǎn)碼器可以緩解目前AVS視頻碼流緊缺的壓力，實(shí)現(xiàn)AVS標(biāo)準(zhǔn)的平穩(wěn)過(guò)渡。[nextpage]

·充分利用城市范圍內(nèi)現(xiàn)有的各類圖像資源，通過(guò)開(kāi)發(fā)多功能轉(zhuǎn)碼器將分布在城市各處的具有不同圖像編碼格式、不同接入帶寬的圖像監(jiān)控系統(tǒng)連接起來(lái)；
·轉(zhuǎn)碼器能夠支持主流的視頻編碼格式標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)控網(wǎng)上通用的圖像尺寸；
·轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)帶寬實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出圖像碼率的控制；
·轉(zhuǎn)碼后的圖像質(zhì)量損失?。?
·出于安全性考慮，對(duì)監(jiān)控圖像的訪問(wèn)和瀏覽必須是實(shí)時(shí)的，從而要求轉(zhuǎn)碼器轉(zhuǎn)碼速度不得低于25fps。

產(chǎn)品化關(guān)鍵點(diǎn)之思考
    AVS編碼效率的研究，是AVS編碼器達(dá)到實(shí)用的關(guān)鍵所在。下面分別給出這幾方面的應(yīng)用技術(shù)方案。

AVS視頻編碼算法的編碼效率優(yōu)化
    考慮與現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)兼容互通問(wèn)題，此無(wú)線視頻編碼框架中的碼流結(jié)構(gòu)和語(yǔ)法采用AVS標(biāo)準(zhǔn)，保證在低碼率下編碼性能優(yōu)越且計(jì)算量小，保留那些對(duì)編碼貢獻(xiàn)較高的編碼工具和選項(xiàng)，獲得最經(jīng)濟(jì)的編碼方案，具體如下：

·幀內(nèi)預(yù)測(cè)：通過(guò)鄰塊中已解碼的相鄰像素對(duì)4x4小塊進(jìn)行預(yù)測(cè)，其中亮度采用5種預(yù)測(cè)模式，為DC預(yù)測(cè)、水平、垂直、右下對(duì)角和左下方向的空間預(yù)測(cè)，色度采用4種預(yù)測(cè)模式，為DC、水平、垂直和PLANE預(yù)測(cè)；
·幀間預(yù)測(cè)：采用多種塊模式組合的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，塊模式大小為16x16、16x8、8x16、8x8；運(yùn)動(dòng)向量的精度為1/4像素；參考幀為1~2幀；預(yù)測(cè)時(shí)塊匹配標(biāo)準(zhǔn)采用SAD公式計(jì)算；
·整數(shù)變換：采用4x4大小的整數(shù)變換，變換系數(shù)為1、2基，變換與量化同AVS；
·熵編碼：CAVLC編碼，同AVS標(biāo)準(zhǔn)；
·環(huán)濾波：按塊模式分類的不同強(qiáng)度的去塊濾波器，參考AVS標(biāo)準(zhǔn)中的定義。

AVS視頻編碼算法在DSP上的運(yùn)算效率優(yōu)化
    無(wú)線通信設(shè)備大多為電池供電的手持設(shè)備，通信耗電最小一直都是移動(dòng)通信的基本要求。在多媒體通信中，手持設(shè)備的功耗主要包括通信能耗和計(jì)算能耗兩個(gè)方面，因此其計(jì)算能力遠(yuǎn)不及固定設(shè)備。同時(shí)，移動(dòng)設(shè)備的成本限制制約了其存儲(chǔ)空間和顯示能力，在此環(huán)境下的無(wú)線視頻應(yīng)用，編解碼計(jì)算量和內(nèi)存要求必須適合當(dāng)前移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)和制造水平。為減少計(jì)算量，必須在保證大致相同編碼質(zhì)量和效率的前提下提出可替代的快速算法，并在高效實(shí)現(xiàn)過(guò)程中考慮內(nèi)存占用問(wèn)題。

    因此，以效率優(yōu)化為主要研究目標(biāo)。擬采取如下綜合優(yōu)化手段：代碼優(yōu)化、關(guān)鍵算法的優(yōu)化、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、程序流程的優(yōu)化、編譯參數(shù)優(yōu)化、結(jié)合體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。每種優(yōu)化策略都緊密結(jié)合處理器的硬件體系結(jié)構(gòu)展開(kāi)。

面向低功耗的快速模式選擇算法
    在混合編碼框架下，支持多編碼模式編碼。如果利用Rate-Distortion Optimal工具來(lái)優(yōu)化，會(huì)將所有編碼模式全部循環(huán)一遍，會(huì)帶來(lái)計(jì)算復(fù)雜度的巨大增加，使功耗上升。在編碼效率和計(jì)算復(fù)雜度間進(jìn)行平衡，需要對(duì)當(dāng)前塊的編碼模式進(jìn)行有效的估計(jì)。

    AVS-S的所有可能的編碼模式分為三個(gè)層次，如圖4所示：[nextpage]

    第一個(gè)層次將所有的預(yù)測(cè)模式按照去除冗余信息的類型分成兩個(gè)類別，幀內(nèi)預(yù)測(cè)（Intra prediction）和幀間預(yù)測(cè)（Inter prediction），這個(gè)層次的模式選擇下文統(tǒng)稱為Intra/Inter模式選擇。第二個(gè)層次是根據(jù)預(yù)測(cè)模式塊的大小進(jìn)一步分類，其中幀內(nèi)模式又可以分成Intra16×16、Intra8×8、兩種大小，這三個(gè)類別之間的選擇下文統(tǒng)稱為Intra預(yù)測(cè)塊大小選擇；幀間預(yù)測(cè)模式可以分為16×16、16×8、8×16、8×8四種塊大小。第三個(gè)層次是按照幀內(nèi)預(yù)測(cè)的方向進(jìn)一步細(xì)分，每一個(gè)不同的方向?yàn)橐粋€(gè)Intra預(yù)測(cè)模式，這個(gè)層次的選擇稱為Intra模式選擇。

AVS視頻編解碼算法的魯棒性能優(yōu)化
    互聯(lián)網(wǎng)或3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)丟包、誤碼、延遲問(wèn)題突出，帶來(lái)對(duì)差錯(cuò)敏感的壓縮視頻還原質(zhì)量嚴(yán)重退化，而實(shí)時(shí)視頻傳輸對(duì)時(shí)延敏感，出錯(cuò)數(shù)據(jù)不可能重傳。因此，需要在視頻編解碼算法中實(shí)施容錯(cuò)技術(shù)來(lái)減輕傳輸過(guò)程中的差錯(cuò)干擾。

    抗錯(cuò)性視頻編碼工具是研究得最早也是研究成果最多領(lǐng)域，其研究成果已經(jīng)被H.263+、H.263++、MPEG-4、H.264等視頻壓縮協(xié)議廣泛采用。它通過(guò)修改標(biāo)準(zhǔn)壓縮算法的語(yǔ)法或語(yǔ)義結(jié)構(gòu)來(lái)增加一定的冗余信息，達(dá)到在出錯(cuò)情況下解碼器更快地重同步或使錯(cuò)誤隱藏效果更好的目的，因而非常有效。但是，H.264等標(biāo)準(zhǔn)中采用的容錯(cuò)工具只是定義了語(yǔ)法和語(yǔ)義，并沒(méi)有定義具體的實(shí)現(xiàn)算法（類似運(yùn)動(dòng)估計(jì)這類開(kāi)放的問(wèn)題），所以，研究計(jì)算效率高、容錯(cuò)性能優(yōu)異的控制算法是容錯(cuò)編碼工具在應(yīng)用中需要解決的迫切問(wèn)題。

    容錯(cuò)編碼技術(shù)通過(guò)添加冗余信息增強(qiáng)信道傳輸?shù)聂敯粜?，但卻犧牲了編碼效率，幀內(nèi)編碼可以有效阻止差錯(cuò)擴(kuò)散，但是編碼效率不高，必須解決信源編碼效率和信道傳輸魯棒性之間的矛盾，在優(yōu)化端到端的總體失真度的基礎(chǔ)上進(jìn)行編碼模式的合理選擇。

    為抑制錯(cuò)誤的幀間擴(kuò)散，通過(guò)解碼器的反饋，編碼器自適應(yīng)地插入幀內(nèi)宏塊。在視頻編碼中插入一定數(shù)量的幀內(nèi)模式的宏塊或I幀可以有效地控制視頻編碼中的錯(cuò)誤擴(kuò)散。但是過(guò)多地插入幀內(nèi)模式的宏塊和I幀會(huì)導(dǎo)至編碼效率的下降，產(chǎn)生端到端的時(shí)延?？梢钥闯?，如果要求視頻編碼提高出錯(cuò)抑制性能、增強(qiáng)魯棒性，就必然會(huì)降低視頻編碼的效率，傳輸數(shù)據(jù)增加，產(chǎn)生時(shí)延。為此必須利用端到端的RD模式優(yōu)化，使編碼效率和容錯(cuò)效果達(dá)到最佳平衡，最終在網(wǎng)絡(luò)接收端得到最佳的視頻質(zhì)量，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)視頻通信系統(tǒng)的性能。

    視頻信源編碼器在做運(yùn)動(dòng)估計(jì)、編碼模式判決和碼率控制時(shí)都是基于率失真模型的，傳統(tǒng)的率失真模型只是考慮信源編碼失真，沒(méi)有考慮信道傳輸?shù)氖д妫ㄈ缯`碼、丟包），因此，將這個(gè)模型直接應(yīng)用于容錯(cuò)視頻編碼會(huì)產(chǎn)生較大的模型失真。所以，需要建立一個(gè)面向IP分組丟失信道的率失真估計(jì)模型，該模型能準(zhǔn)確表示信道統(tǒng)計(jì)和瞬時(shí)特性，并能將預(yù)估結(jié)果提供給編碼和傳輸層算法使用。

    綜合AVS視頻編碼方案的魯棒性和實(shí)時(shí)性的考慮，采用如下差錯(cuò)控制編碼解碼技術(shù)：基于編碼器的差錯(cuò)彈性編碼、基于解碼器的錯(cuò)誤掩蓋、編解碼交互的差錯(cuò)控制。（本文由國(guó)家多媒體軟件工程技術(shù)研究中心胡瑞敏、張晉東、王中元提供）