AVS-M实时编码器的设计与实现

　　AVS-M是AVS标准的第7部分——一款专门为移动通讯环境而设计的视频编解码标准。本项目的目的是要验证AVS-M在应用环境中的性能表现，借此证明该标准的实用价值，为其在国内的产业化过程作贡献。移动通讯终端具有带宽低，误码率高和计算能力弱等特点，目前主要以MPEG-4 SP为视频编解码的标准，今后国际上可能的升级方案有H.264和VC-1等。本项目通过在相同测试环境下对比AVS-M与H.264标准的实际性能表现来证明AVS-M标准的实用价值。为了贴近真实的使用环境，本项目实现的编码器需要实现实时音视频采集、实时编码、实时通过以太网以MPEG2 TS流的形式输出码流的功能。    VLC与x264是两款遵循GPL标准发布的开源软件，其中VLC是一个流媒体平台，支持插件功能；x264是一款H.264编码库，并针对x86平台进行了优化。为了尽快取得验证结果，本项目采用VLC和x264项目为设计的出发点。VLC以插件的形式实现了实时音视频采集，H.264编码，MPEG2 TS流复用和以太网输出等功能，恰好契合本项目的总体需求；AVS-M标准起源于于H.264标准，两者结构类似、功能相同，以H.264为基础开发AVS-M标准能加快开发进度，并且采用同一代码树也能更好的比较AVS-M与H.264标准的实际性能差异。为了更符合实际的使用环境，本项目采用AAC+作为音频的编码标准。VLC本身并不支持AAC+的编码功能，而只支持其解码功能，在此采用3GPP工程的26410-700作为AAC+标准的实现，通过插件的方式来实现AAC+音频编码功能。

　　VLC不但支持音视频数据的采集、编码、复用和以太网发送功能，而且还支持码流的以太网接收、解复用、解码和播放功能。为了验证编码器的实际编码效果，本项目也采用VLC作为码流的接收端，通过实时观看播放的效果来评判编码器的性能表现。支持AVS-M解码功能的VLC为另一项目的开发成果，在本文不作详细描述。

编码器

　　音频和视频编码都是计算密集型的操作，如果要实时编码就需要一个强劲的运算平台，这里采用一台Dell PowerEdge 2950 服务器作用编码器的硬件基础。PowerEdge 2950配置有一颗Intel Xeon 5160 (Woodcrest) 3.0GHz双核CPU、1GB DDR2内存、SATA II 硬盘、内置双Broadcom BCM5708C NetXtreme II GigE千兆以太网控制器，并具有两条PCI-X扩展插槽以扩充外设接口功能。操作系统选用Red Hat Enterprise Linux 4 (32bit)操作系统。
  PowerEdge 2950本身不具有音视频采集接口，需要通过相应的采集卡扩展。这里采用一块Osprey 230采集卡作为实时音视频采集接口，它采用PCI-X接口形式，支持PAL/NTSC/SECAM视频标准，能实时采集一路标清视频及双声道的音频。以太网输出采用PowerEdge 2950内置的千兆以太网接口。编码器的整体框图如下图所示：

　　整个编码了流程为：PAL/NTSC/SECAM的视频信号通过Composite或S-Video接口，音频通过双声道音频接口进入Osprey 230 采集卡；Osprey 230由Video4Linux2与OSS驱动程序来驱动，VLC通过这两个接口控制采集卡，实时读取音视频数据，并分别将音视频数据送到AVS-M编码器与AAC+编码器进行编码；编码后生成的码流送到MPEG2 TS 复用器进行复用；复用后的TS流通过以太网接口以UDP单播或组播的方式发送出去。

1 编码库

　　开发支持AVS-M标准的编码库是本项目的重点，根据AVS-M标准与H.264标准的异同对x264编码库进行修改，修改的原则是在不改变原先H.264编码功能的前提下增加AVS-M编码功能。为了同时支持上述两个标准，在此采用运行时开关的方法使得编码库既支持H.264标准又支持AVS-M标准，并且两者可以动态地切换。如下是在开发过程中涉及的两个标准的不同部分。

a)NAL层

e)分数像素插值     在AVS-M和H.264中，半像素的样本值都是使用双线性插值的方法，当然它们使用了不同的滤波器。需要注意的是，在水平和垂直方向都是四分之一的样本预测时，AVS-M使用的是“星形”法，而H.264使用的是“菱形”法，如图3所示。     在AVS-M中，e，g，p和r采用下面公式计算。 e=( F+j+1 ) >> 1

g=( G+j+1 ) >> 1

p=( N+j+1 ) >> 1

r=( O+j+1 ) >> 1     而在H.264中，e，g，p和r采用下面公式计算。 e=( b+h+1 ) >> 1

g=( b+m+1 ) >> 1

p=( h+t+1 ) >> 1