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海思 | 为8K应用而生!不得不说的AVS3 新一代视频编解码技术(下篇)

8KCINE 发布于 08月08日 本文共2058个字,预计阅读时间需要6分钟。

1、块划分:缩短预测距离、提高图像预测精度

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  • 编码块划分技术,是把复杂多样的图像划分成多个矩形块,有针对性的以块为单位的图像进行有效的编码,最后再以块为单位去解码图像的过程。通常一个物体有多个组成部分,通常需要把它划分为多个部分,每个部分采用不同的预测模式,针对性的进行预测。
  • AVS3中的块划分关键技术中包含了四叉及二叉树划分(QTBT)、扩展四叉树(EQT)和衍生模式树(DT)。可根据图像场景,灵活分为“片划分”及“编码树单元”,DT模式中的非对称预测单元有效地缩短平均预测距离,大幅提高预测精度。
2、帧内预测:增加预测单元关联性,提升预测效率
帧内预测是利用视频空间域的相关性,使用同一帧图像内邻近已编码像素预测当前的像素,以达到有效去除视频时域冗余的目的。
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左图:IPF

IPF(帧内预测滤波 Intra Prediction Filter)对预测完的预测块边界的像素再次滤波,用于优化帧内预测块的边界,增加周围参考像素与当前预测单元之间的空间关联性,提升预测精度。

右图:TSCPM

TSCPM(两步色度帧内预测Two-Step Cross-component Prediction)利用了亮度与色度之间的强相关性,去除分量间的线性关系冗余。

第一步:由亮度块进行线性缩放得到对应色度预测块的值 Pc′ (x,y)。其中,系数α和β与亮度块邻近的四个样本点有关。

第二步:对色度预测块进行下采样得到最终色度预测块的值 Pc。

2、帧间预测:提升运动矢量预测精度
帧间预测是利用视频时间域的相关性,使用邻近已编码图像像素预测当前图像的像素,以达到有效去除视频时域冗余的目的。
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左图:AMVR

AMVR(自适应运动矢量精度Adaptive Motion Vector Resolution) 在编码端根据图像内容属性自适应选择1/4像素、1/2像素、1像素、2像素和4像素的运动矢量精度, 相比固定精度,减少了运动矢量差编码造成的数据。

右图:HMVP

HMVP(基于历史信息的运动矢量预测History-based Motion Vector Prediction)在运动矢量候选列表中,除了时域和空域的候选列表外,还新增最近使用过的8个运动矢量组成一个基于历史信息的候选列表。这些运动矢量采用FIFO(First Input First Output)式排列,每增加一个新的候选项前先检查是否存在相同MVP。HMVP让顺序上靠近当前块(非相邻的块)且已被解码的块,也能加入候选列表,增加了运动矢量预测的效率。

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左图:UMVE

UMVE(高级运动矢量表达Ultimate Motion Vector Expression)对跳过模式/直接模式的基础运动矢量进行步长和方向上的精细调整,在节省码率的同时提高了编码质量。UMVE在L0和L1上以basemv对应位置为起始点进行四个方向、五种距离的搜索。

右图:4参数AFFINE

AFFINE仿射运动补偿(Affine Motion Compensation)分为四参数和六参数两类仿射模型,分别编码2或者3个控制点的运动矢量/运动矢量差。其他点的运动矢量/运动矢量差由计算等到。可以高效地表示诸如缩放、旋转等复杂运动。运动矢量精度为1/16像素,对于大于16×16的CU进行基于8×8 (单向,双向) 或 4×4 (单向)小块的运动补偿,固定大小有利于硬件实现。

3、变换:提高帧间预测块残差编码效率
 
PBT(基于位置的变换 Position Based Transform)可根据帧间预测残差块的子块位置选择进行相应的DCT8或者DST7变换,每个子块根据其位置使用预先设计的变换集,用于更高效地拟合帧间残差特性。
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左图:DCT8或者DST7变换

右图:一种PBT划分方式

AVS3技术价值

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1、AVS技术体系中每代标准都会比上一代标准压缩效率提升50%左右

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2、超高清应用场景, AVS3优势显著

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AVS3 HPM4.0 VS AVS2 RD19.5

• 超高清视频场景, AVS3性能提升了约24.3%

• 在1080P/720P等视频场景, AVS3性能提升超23%

• 同等主观性能质量下,AVS3较AVS2节省了23%码率

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AVS3 HPM10.1 VS HEVC HM16.20

4K超高清场景,AVS3比HEVC码率提升35%

• 1080P高清场景,AVS3码率提升约30%左右

• 同等主观性能质量下,AVS3较HEVC节省了40%码率

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3、一站式专利池方案,授权政策清晰

AVS授权模式的一大创新是在标准制定之前先确立许可模式,提前规避了产业化过程中存在的潜在苛刻、操作复杂的专利许可问题。


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专利授权政策清晰

  • 凡是向AVS工作组提交技术和提案的单位都需要对其专利许可意向做出承诺,允许

    “免费使用”或者“加入AVS专利池”

  • 从授权源头做出规范, 授权机制简洁高效

专利授权费用低

  • 只对设备收费
  • 不对内容收费
  • 不对运营商收费
  • 对互联网软件服务免收专利费

专利可用可控

  • 选用会员单位技术,极大程度降低专利风险
  • 从源头保证专利可用性,规避重复申明问题、保证专利池的唯一性、极大程度规避专利权人“防水养鱼”等风险, 确保专利可控
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