AVS感知無(wú)損壓縮團體標準正式發(fā)布

　　2024年10月14日，中關(guān)村視聽(tīng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新聯(lián)盟正式批準發(fā)布團體標準《信息技術(shù) 感知無(wú)損壓縮 第1部分：圖像》，標準號：T/AI 129.1-2024。

　　AVS感知無(wú)損壓縮(Perceptual Lossless Compression，以下簡(jiǎn)稱(chēng)PLLC)標準制定工作自2021年12月啟動(dòng)，中國科研機構和企業(yè)集體創(chuàng )新，專(zhuān)注于解決“8K+”超高清視頻信號傳輸中高速數據收發(fā)的性能瓶頸問(wèn)題。經(jīng)過(guò)三年的深入研發(fā)，AVS視頻組研發(fā)了一系列 “超低延時(shí)、硬件友好、主觀(guān)無(wú)損”的輕量級圖像壓縮技術(shù)，并最終形成團體標準。主觀(guān)質(zhì)量測試表明，PLLC達到了國際領(lǐng)先水平，標志著(zhù)中國在視頻編解碼領(lǐng)域實(shí)現了又一重大突破。

　　一、PLLC關(guān)鍵技術(shù)特性

圖1 PLLC參考軟件平臺（HIM）信號處理流水

　　PLLC標準定義了兩個(gè)編碼檔次，分別為接口檔次和幀存檔次。接口檔次主要面向信號傳輸接口的硬件芯片(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)設計，幀存檔次則可廣泛應用于主觀(guān)無(wú)損或信號無(wú)損質(zhì)量等級的圖像緩存，減輕圖像處理系統中的內存與帶寬壓力，提升系統總體性能。

　　如圖1所示，PLLC標準的關(guān)鍵技術(shù)可分為信號處理、模式預測、量化、系數編碼和碼率控制五個(gè)部分組成。下面簡(jiǎn)要介紹每部分的實(shí)現方案和設計目的：

　　1. 信號處理： PLLC支持將信號切分為等尺寸的矩形片進(jìn)行并行處理，編碼過(guò)程中最小的單元為16×2的一組像素。這種處理方式使得PLLC在保持高壓縮效率的同時(shí)，能夠實(shí)現超低延時(shí)的數據傳輸。

　　2. 模式預測： PLLC包含點(diǎn)預測、普通幀內預測和塊復制幀內預測三類(lèi)預測模式，通過(guò)比特代價(jià)和重構失真的綜合評估，獲得編碼單元的最優(yōu)編碼模式。這一設計支持了高度并行的硬件處理，提高了編解碼的效率。

　　3. 量化和系數編碼： PLLC使用移位量化和半定長(cháng)系數編碼，在保證低硬件成本的前提下實(shí)現對預測殘差的能量聚集。此外，PLLC還支持在特定點(diǎn)位逐像素點(diǎn)的量化參數微調，顯著(zhù)優(yōu)化紋理細節的主觀(guān)重建質(zhì)量。

　　4. 碼率控制： 碼率控制是恒定碼率壓縮的關(guān)鍵模塊，PLLC提出一種基于歷史先驗自適應更新的碼率估計模型，通過(guò)對紋理特征建模導出其預分配的編碼比特數，隨后結合視覺(jué)無(wú)損的比特下界與位流緩沖的比特上界進(jìn)行適當放縮，最終映射導出實(shí)際的量化步長(cháng)。通過(guò)上述碼率控制技術(shù)，實(shí)現了穩定的恒定碼率傳輸和視覺(jué)無(wú)損的主觀(guān)質(zhì)量。

　　二、主客觀(guān)性能測試

　　在A(yíng)VS工作組遴選的27組測試序列中，PLLC標準參考軟件表現出了優(yōu)秀的客觀(guān)重建質(zhì)量。如圖2所示，在ISO 29170-2國際主觀(guān)質(zhì)量標準的判定中，PLLC閃爍測試有25/27條序列達到主觀(guān)無(wú)損的判定標準，并排測試全部27/27條序列均達到主觀(guān)無(wú)損。

圖2 客觀(guān)重建數據與主觀(guān)評測結果，序列17為噪聲序列

　　在測試的27組信號中，難度最高的10條信號被進(jìn)一步用來(lái)進(jìn)行PLLC與國際同類(lèi)壓縮標準DSC的主觀(guān)質(zhì)量對比，其中PLLC的主觀(guān)質(zhì)量在閃爍測試中與之持平(均為8/10條序列達到主觀(guān)無(wú)損)，在并排測試中更優(yōu)(PLLC: 10/10; DSC: 9/10)。這一對比結果證實(shí)了PLLC標準達到了國際領(lǐng)先水平，為中國在國際視頻淺壓縮編碼領(lǐng)域的競爭中贏(yíng)得了重要的一席之地。

　　三、系統產(chǎn)品部署

　　國內多家廠(chǎng)商已開(kāi)始基于PLLC的相關(guān)硬件產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與部署。作為國內領(lǐng)先的控制臺設計與制造商，北京鐵力山科技股份有限公司率先基于現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)實(shí)現了PLLC標準的部署，展示了該標準在壓縮效率與硬件適配上的卓越表現。

　　北京大學(xué)視頻與視覺(jué)技術(shù)國家工程研究中心與鐵力山緊密合作，共同研發(fā)了基于PLLC的高速實(shí)時(shí)FPGA編解碼系統，如圖3所示。該系統能夠處理四路實(shí)時(shí)采集的4K視頻，通過(guò)PLLC編碼器進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮后，經(jīng)由局域網(wǎng)傳輸至接收端，隨后通過(guò)FPGA實(shí)時(shí)解碼器解碼并輸出至顯示屏。該系統可以實(shí)現3倍無(wú)損壓縮效果，充分展示了PLLC標準在高速高分辨率視頻高效視頻壓縮傳輸應用中的強大性能。

(a)

(b)

圖3 (a)系統結構圖，(b) 播放示意圖

　　四、未來(lái)展望

　　AVS感知無(wú)損壓縮團體標準的成功發(fā)布，不僅為“8K+”超高清視頻海量信號提供了超低延時(shí)傳輸和處理的全新國產(chǎn)化技術(shù)方案，也為我國視頻行業(yè)的自主創(chuàng )新和高效發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎。隨著(zhù)技術(shù)的不斷成熟和應用的不斷拓展，AVS感知無(wú)損壓縮技術(shù)將在全球范圍內推動(dòng)超高清視頻產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，為觀(guān)眾帶來(lái)更加豐富、震撼的視覺(jué)體驗。