A High-performance Low Cost Inverse Integer Transform Architecture for AVS Video Standard

A high-performance, low cost inverse integer transform architecture for advanced video standard （AVS） video coding standard was presented. An 8 × 8 inverse integer transform is required in AVS video system which is compute-intensive. A hardware transform is inevitable to compute the transform for the real-time application. Compared with the 4 × 4 transform for H.264/AVC, the 8 × 8 integer transform is much more complex and the coefficient in the inverse transform matrix Ts is not inerratic as that in H.264/AVC. Dividing the Ts into matrix Ss and Rs, the proposed architecture is implemented with the adders and the specific CSA-trees instead of multipliers, which are area and time consuming. The architecture obtains the data processing rate up to 8 pixels per-cycle at a low cost of area. Synthesized to TSMC 0.18 μm COMS process, the architecture attains the operating frequency of 300 MHz at cost of 34 252 gates with a 2-stage pipeline scheme. A reusable scheme is also introduced for the area optimization, which results in the operating frequency of 143 MHz at cost of only 19 758 gates.

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。

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.

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。

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.

AVS视频标准的技术特点

介绍了AVS视频标准的特点,对标准所采用的主要技术进行了叙述,给出了AVS视频标准与H.264编码器性能比较实验结果及AVS需要考虑的方向。

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.

基于AVS-S的空域层间预测算法

AVS-S标准是中国自主制定的面向安防监控应用的新一代音视频编解码标准。空域可伸缩是满足AVS-S标准多分辨率可调需求的有效方法,为了进一步提高编码效率,分析并改进SVC层间预测算法,面向AVS-S标准提出基本层上采样精细重预测和层间空时运动向量预测2种算法,实验结果表明,该算法具有较好性能并易于实现。

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。

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。

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环路滤波器的VLSI设计与实现

设计并实现了一种适用于AVS高清解码器的环路滤波器。该结构利用将水平边和竖直边相邻块数据分开存储的方法,以及流水线的滤波操作,加快了环路滤波器的处理速度,提高了工作频率。利用片内SRAM部分数据自更新的方法,减少了数据的传输。该VLSI实现采用0.18μm CMOS工艺综合的最高工作频率为167 MHz,电路规模约36 k等效逻辑门(含片内SRAM)。仿真结果显示,设计的环路滤波器能够对AVS高清视频(1 280×720 60帧/s)进行实时的环路滤波。该环路滤波器可用于AVS高清实时解码器芯片中。

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解码器帧内预测模块硬件优化设计

根据AVS标准中的帧内预测算法特点提出一种用于AVS解码器的帧内预测硬件模块优化设计方案,该设计使用两维滤波单元对参考数据进行处理,每个块的帧内预测运算在8个时钟周期内完成.与此同时,结合寄存器的移位操作简化参考数据选择机制,避免大量高位宽数据选择器的使用,减少资源的消耗.综合结果表明,该设计满足高清图像的实时解码需求.

面向AVS的全零块预先判决算法

尽管H.264标准的全零系数块检测技术目前已经得到了深入的讨论,但是由于AVS整数变换中使用了8×8块和新的指数阶量化步长的量化器,以往适合于H.264的全零块判别准则并不能直接应用于AVS。根据AVS整数变换的特点,推导出了一种适合于AVS标准的新全零块判别准则。实验结果表明,该准则在保证图像质量的同时尽量防止漏判。

一种用于AVS视频编码的块运动估计算法

通过对现有的视频图像编码中的帧间预测技术所用的运动估计算法的分析,提出了一种适用于AVS视频编码标准的快速而有效的块运动估计算法,该算法采用5个检测点的大菱形和9个检测点的小田字形双模板结构,通过调用大菱形模板和小田字形模板进行块运动匹配搜索,随着搜索的进行,大菱形模板可以被循环调用,但约定小田字形模板仅被调用一次。通过与全搜索算法和菱形搜索算法比较,这种新的块运动估计算法在保证编码性能几乎不变的情况下,编码复杂性能够得到有效的降低。

快速AVS帧内预测模式选择算法

针对AVS视频编码算法降低计算量问题,结合相邻块最佳模式相关性和全零块检测算法,提出一种快速AVS帧内预测模式选择算法。该算法根据相邻宏块的预测模式预先判别待编码宏块的预测模式,若预测模式符合提前中止阈值则停止对其他模式的搜索。通过大量实验得到了对各种图像序列普遍适用的中止阈值经验公式。推导出仅与量化参数QP有关的最佳8×8全零块判决阈值,在模式搜索过程中若预测模式满足全零块判决阈值,就停止对剩余模式的搜索。实验结果表明,在编码效率相当情况下,帧内预测搜索时间减少了15.81%～40.76%。

多路AVS+视频解码系统的设计

为更有效地保障数字电视系统的兼容性,数字电视监测系统需要能够解码国内市场上出现的各种标准的数字视频流.设计了基于海思Hi3716MV310的多路AVS+(Audio and decoding standard+)视频解码系统.分析了各种市场应用领域中存在的主流标准,选择了海思Hi3716mv310为解码芯片进行硬件和软件的设计;并在数字电视监测系统中进行多标准的视频流的解码.实验结果表明,该系统可成功解出多种标准的音视频码流,尤其是AVS+标准的码流,具有较高的应用价值.