Review of AVS Audio Coding Standard

Audio Video Coding Standard （AVS） is a second-generation source coding standard and the first standard for audio and video coding in China with independent intellectual property rights. Its performance has reached the international standard. Its coding efficiency is 2 to 3 times greater than that of MPEG -2. This technical solution is more simple, and it can greatly save channel resource. After more than ten years＇ development, AVS has achieved great success. The latest version of the AVS audio coding standard is ongoing and mainly aims at the increasing demand for low bitrate and high quality audio services. The paper reviews the history and recent development of AVS audio coding standard in terms of basic features, key techniques and performance. Finally, the future development of AVS audio coding standard is discussed.

面向硬件的AVS帧内预测算法改进

为了面向低延时的浅压缩场景提供更加适配的编码方案,并降低硬件实现成本,提出一种基于数字音视频编解码技术标准(Audio Video coding Standard,AVS)浅压缩算法的帧内预测模式优化以及快速率失真优化算法。该算法通过减少原有算法帧内预测所需的预测循环次数,以及打破各块之间的数据依赖关系等措施,克服了原始方案不适合硬件流水并行处理的限制,提高了编码的效率和稳定性,从而既保障了算法的视频质量,又使新的硬件实现方案更符合实际应用需求。实验结果表明,该算法优化方案能够有效改善实际面向低延时浅压缩场景下的编码效果。

High throughput bandwidth optimized VLSI design for motion compensation in AVS HDTV decoder

In this paper we present a motion compensation (MC) design for the newest Audio Video coding Standard (AVS) of China. Because of compression-efficient techniques of variable block size (VBS) and sub-pixel interpolation, intensive pixel calculation and huge memory access are required. We propose a parallel serial filtering mixed luma interpolation data flow and a three-stage multiplication free chroma interpolation scheme. Compared to the conventional designs, the integrated architecture supports about 2.7 times filtering throughput. The proposed MC design utilizes Vertical Z processing order for reference data re-use and saves up to 30% memory bandwidth. The whole design requires 44.3k gates when synthesized at 108 MHz clock frequency using 0.18-μm CMOS technology and can support up to 1920×1088@30 fps AVS HDTV video decoding.

Analysis and application of error concealment tools in AVS-M decoder

Audio Video coding Standard (AVS) is the latest audio and video coding standard of China. AVS Part 7 (also known as AVS-M) targets mobility applications where error concealment is of great importance. This paper first briefly introduces the general concept of error concealment. Then two error concealment schemes are proposed and implemented on AVS-M decoder under different test conditions. Simulation results of the schemes and suggestions on how to use these tools are also provided.

A CODING SCHEME USING GLOBAL MOTION ESTIMATION FOR AVS P-FRAME

Block matching has been used for motion estimation and motion compensation in the Au- dio and Video Standard (AVS) for years. While having an acceptable performance in describing mo- tion between frames, it requires quite a few bits to represent the motion vectors. In certain circum- stances, the use of global motion estimation and compensation would perform equally well or even better than the block matching in terms of motion accuracy, while it results in the coding of global motion model parameters. In this letter, we modify an AVS coder by adding (1) six global motion model parameters to the frame header, and (2) mode selection among INTRA, SKIP, INTER-16×16, INTER-16×8, INTER-8×16, INTER-8×8, and Global Motion Compensation (GMC) modes by La- grange optimal rate-distortion criteria. Simulation results demonstrate that over 0.1dB improvement in PSNR is obtained compared to the AVS coder for an average coded P-frame with the same bit- rate.

融合像素串匹配的AVS2全色度屏幕与混合内容视频编码算法

新一代主流云计算与信息处理模式及平台中的一个主要问题是客户端与云服务器端(或客户端)之间的数据传输瓶颈问题,屏幕与混合内容编码技术以带宽最省、安全性高等优势,成为解决该问题的核心技术之一.该文在我国第二代数字音视频编解码技术标准(AVS2)的屏幕与混合内容编码(SMCC)扩展版中,提出了一种融合像素串匹配的全色度屏幕与混合内容编码技术,该技术已经被AVS2-SMCC扩展版工作草案稿采纳.针对目前AVS2不支持全色度4∶4∶4格式的特点,作者设计与实现了一种融合4∶4∶4格式的像素串匹配编码算法和4∶2∶0格式的帧内、帧间预测编码算法的全色度屏幕混合内容编解码框架与算法.在此框架下,首先提出了一种4∶2∶0格式的帧内、帧间编码算法与4∶4∶4格式的串匹配编码算法的率失真代价值计算方式;然后给出了一种改进的像素串匹配算法及其关键技术,包括最佳参考串确定算法、基于N元组的快速哈希表搜索算法、基于分段截断二进制码的长度参数编码方案和基于N元组的位移参数编码方案.实验结果表明,对于AVS2-SMCC通用测试序列中的移动的文字和图形类别,提出的算法与AVS2-P2基准算法集成了色度上、下采样后支持YUV4∶4∶4格式的编解码器相比,在编码复杂度增加较少的情况下,对于有损全帧内(AI)配置Y分量、U分量、V分量平均BD-rate降低率分别可达56.1%,97.2%,99.2%;对于有损低延迟P(LDP)配置Y分量、U分量、V分量平均BD-rate降低率分别可达41.8%,70.9%,72.9%,能大幅提高屏幕与混合内容的编码效率.

AVS数字音视频编解码标准

数字音视频编解码标准(AVS)是中国自主制订的数字电视、IPTV等音视频系统的基础性标准。AVS标准第2部分视频(AVS1-P2)属高效的第二代视频编码技术,相比于第一代标准MPEG-2,编码效率提高2～3倍,并且实现方案简洁,因此,AVS视频标准已经为IPTV,数字电视广播等应用做好了充分的技术准备。同时,AVS标准具有专利许可方式简洁、相关标准配套的优势。这将为中国的IPTV、数字电视广播等重大信息产业应用及民族IT产业发展起到积极的推动作用。

AVS标准综述

介绍AVS标准,包括针对高分辨率和高码率应用的AVS1-P2、针对低分辨率和低码率应用的AVS1-P7。描述该标准采用的视频编码工具集,将其与同时期的国际标准H.264/AVC进行比较。实验结果表明,AVS标准可以获得与H.264/AVC标准相当的编码性能,且实现复杂度更低。

AVS标准制定背景与知识产权状况

主要介绍AVS的开发背景、研制过程和知识产权状况。AVS用实践证明,在视频编码这样专利丛生的领域,采用主流技术路线制定自主标准仍然是可能的。AVS标准不仅是我国构建完整的数字音视频产业链的技术源头,也是全球范围内数字音视频产业发展的重要选择。

通用串预测算法及在AVS2屏幕与混合内容视频编码中的应用

针对屏幕与混合内容视频具有多样性的特点,在我国第二代数字音视频编解码技术标准的屏幕与混合内容视频编码(the second-generation Audio Video Coding Standard Screen and Mixed Content Coding, AVS2-SMCC)扩展版中,提出了由一般串模式、第一受限串模式和第二受限串模式三种受限串模式组成的通用串预测算法(Universal String Prediction, USP)及其关键技术,其主要部分已经被AVS2-SMCC扩展版工作草案3.0稿采纳.三种受限串模式统一采用偏移串、坐标串和不可预测像素串三种串类型之一或其组合来实现.当编码单元采用USP算法进行编码时,用三种受限串模式对其分别进行预编码,自适应采用三种受限串模式中取得率失真值最小的受限串模式对其进行编码.实验结果表明,对于AVS2-SMCC通用测试序列中移动的文字和图形类别,提出的USP算法与国际上最新的(High Efficiency Video Coding, HEVC)标准SMCC扩展版(High Efficiency Video Coding-Screen Content Coding, HEVC-SCC)相比,在编解码复杂度增加较少的情况下,对于有损全帧内配置 Y 分量、 U 分量、 V 分量平均BD - rate降低率分别可达23.2%、18.3%、19.4%,基于CPSNR的三分量综合的平均BD - rate降低率为22.1%,编码效率已经大幅超过HEVC-SCC.

AVS帧内预测算法及其解码器的硬件实现

文章介绍了AVS帧内预测解码模块的硬件实现,概述了AVS视频编解码标准的帧内预测技术,重点讨论了AVS帧内预测各模式的算法,并将AVS的帧内预测技术与H.264的帧内预测技术进行了性能比较,分析了AVS帧内预测的算法复杂度,在此基础上设计了AVS帧内预测解码模块的硬件实现,并提出了一种可重构的帧内预测计算单元的实现方法。

AVS视频编码标准技术回顾及最新进展

AVS(audio video coding standard)工作组是"数字音视频编解码技术标准"工作组的简称,由国家原信息产业部科学技术司于2002年6月批准成立.工作组的任务是制(修)订数字音视频的压缩、解压缩、处理和表示等共性技术标准,为数字音视频设备与系统提供高效经济的编解码技术.经过10多年的努力,AVS已经成功制定一系列标准,如AVS1,AVS+和AVS2.其中AVS1和AVS2的说法源于AVS第1阶段和第2阶段的工作或第1代、第2代标准.AVS+是工作组专门为高清数字电视广播制定的一个标准.目前AVS1和AVS+标准已经制定完成并成功应用于许多行业中,AVS2也即将完成.将对AVS的AVS视频标准12年来的技术发展过程给以概述,并简单介绍目前最新一代视频编码标准AVS2关键技术,最后对视频编码技术的未来发展方向予以展望.

基于通用串预测算法的AVS2屏幕混合内容帧间编码优化

我国第二代数字音视频编解码技术标准的屏幕与混合内容扩展版(AVS2-SMCC)中,对于全色度屏幕混合内容的编解码其采用融合4∶4∶4格式的通用串预测编码算法和传统4∶2∶0格式的块预测、变换编码算法的编解码框架.在此框架中,根据屏幕混合内容的内在帧间特性和不同帧间子模式的特点,该框架对帧间编码算法进行了优化:首先提出了支持4∶4∶4格式的帧间编解码算法;其次,提出了内容自适应的不同帧间子模式色度失真权重因子算法和帧间子模式预编码与编码树单元划分的提前终止算法;最后,提出了一种新的帧间第一受限串模式,即将通用串预测算法的第一受限串的参考位置扩展至参考图像队列中的第一帧.实验结果表明,对于AVS2-SMCC标准测试序列中的移动文本和图形类别序列,提出的算法和AVS2-SMCC参考软件RMD1.0相比,在有损低延迟配置(一种含帧间编码的配置)下,Y、U、V分量的平均BD-rate下降率分别可达14.35%、90.73%、88.85%,编码时间降低50.86%,解码时间增加15.24%.

AVS与ISMA共建IPTV标准平台

数字音视频编解码技术标准(AVS)是中国自主制订的数字电视等音视频系统的基础性标准,是网络电视(IPTV)系统可选择的两种第二代音视频信源编码标准之一。AVS基于创新技术和公开技术,编码效率比第一代标准(MPEG-2)高2～3倍,可节省一半以上信道资源。AVS标准简单的许可政策与开放式制订模式也使其成为新一代音视频编解码国际标准的上选。互联网流媒体联盟(ISMA)是得到广泛支持的IPTV系统标准组织。文章认为AVS与ISMA携手共建IPTV标准将会有力地推动国际IPTV产业的发展。

一种AVS压缩域视频语义鲁棒水印方法

为了大幅度提高水印方法的鲁棒性,提出了一种视频语义水印方法,利用高级语义稳定且不易受攻击的特点,将视频语义与水印相结合.该方法将关联规则挖掘看作约束优化问题,使用改进的克隆选择算法进行模糊关联规则挖掘,以提取运动语义和纹理语义,并在线生成动态视频语义水印;根据运动语义自适应确定感兴趣镜头,根据纹理语义自适应确定感兴趣Ⅰ帧,根据人眼视觉掩蔽特性,选择运动剧烈和运动缓慢区域作为感兴趣区域,将水印嵌入在感兴趣Ⅰ帧的亮度子块预测残差离散余弦变换中频系数上;利用视频纹理特征,自适应控制水印嵌入强度.实验和分析表明,该方法不仅对各种常规攻击鲁棒,而且对帧重组、帧内裁剪和帧删除等视频特有攻击表现出强的鲁棒性.

AVS帧间插值的线性汇编优化

用线性汇编语言重新设计程序结构优化循环语句,实现读取参考样本、滤波处理和移位裁剪算法的优化,避免重复读取同一个参考样本的情况。优化后的数据显示,线性汇编代码在时钟周期上效率大幅提高,优化效果相当明显。

适于实时传输的AVS视频码流加密算法

为应对日益严重的盗版问题,提出了一种针对AVS标准的视频信息加密算法。通过加密运动矢量,使得视频图像重建时无法找到匹配的参考块,并通过误差扩散,引起视频图像错乱,从而达到对视频信息加密的目的。加密算法不改变码流结构,因此,接收端未经解密的视频码流可以由标准解码器正常解码,但是解码重建的视频图像质量明显下降,而经解密的视频重建图像可完全恢复到加密前的水平。实验结果表明,提出的加密方案具有良好的加密效果,其算法复杂度低,对编码效率影响也很小,基本上不影响视频的主客观质量。

用于AVS码流复制控制的数字水印

为应对日益严重的盗版问题,针对AVS视频标准提出了一种基于哥伦布码字调制的码流域水印嵌入算法,实现对视频码流信息的完整性保护并用于复制控制.在AVS码流中,基于码字与待嵌入比特之间的映射规则,采用等码长对码调制算法,调制相应的哥伦布码字实现水印信息的嵌入.信息的嵌入过程中,为了不影响视频重建图像的主客观质量,限制了水印信息的嵌入点,增强了水印信息的隐蔽性.信息的提取过程不需要原始视频内容,也不需完全解码,而只要对码流中的哥伦布码字进行解码即可.实验结果表明,所提出的水印算法在获得较高嵌入率的同时,不改变码流的比特率,基本不影响视频的主客观质量,没有增加大量的运算,复杂度低,速度快,能有效将水印信息嵌入到视频码流中,实现视频数据的复制控制功能.

AVS-P2和H.264标准的比较

AVS是我国第一个拥有自主知识产权的音视频编解码标准,H.264是新一代国际视频编码标准,二者有非常紧密的联系。从技术实现和编码性能2个方面对AVS-P2和H.264进行了全面的比较。在此基础上,用标准测试序列进行了实验仿真,最终得出结论。

AVS中的音视频编码压缩技术

介绍了音视频编码标准AVS中的主要技术特点,对AVS标准所采用的主要技术进行了综述,给出了AVS视频标准与MPEG-4AVC/H.264编码器性能的比较和分析,讨论了AVS的发展前景。