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國家技術發明獎一等獎項目“超高清視頻多態基元編解碼關鍵技術”

讓眼前的世界更真實

本報記者  吳月輝
2021年11月11日05:41 | 來源:人民網-人民日報
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  2021年的春節聯歡晚會,中央廣播電視總臺在8K超高清試驗頻道做了首次8K直播,被觀眾譽為“視覺盛宴”。那次直播使用的AVS3編解碼標準正是由北京大學牽頭、產學研用數十家單位歷經20年時間合作研發的。

  日前,“超高清視頻多態基元編解碼關鍵技術”成果榮獲2020年度國家技術發明獎一等獎。

  4K、8K分辨率,意味著視頻清晰度更高了

  隨著人們對視頻的清晰程度、視頻幀率、色彩還原、細節呈現等指標提出更高的要求,超高清視頻已成為新的發展趨勢。

  中國工程院院士、北京大學教授、AVS工作組組長高文說,超高清視頻是具有4K或8K分辨率、符合高幀率、寬色域、高位深、高動態范圍等五維信息體系的新一代視頻,是繼數字化、高清化之后的新一輪重大技術革新。

  4K、8K分辨率,意味著什么?

  簡單來說,就是視頻清晰度更高了,看得更清楚了。高文從技術指標上解釋:分辨率的每次迭代,就是畫面的像素點數升級——點數橫縱各提高2倍,所以總數共提高4倍。由此,分辨率每升級一檔,就意味著看到的影像又清晰了4倍。

  超高清視頻時代,幀率、色彩精度等視頻質量參數越來越高,但也意味著視頻的數據量變得越來越大。例如,1秒鐘50幀的4K超高清視頻原始數據量約為12G比特,存儲卡很快就存滿了。因此,數據壓縮是視頻存儲、傳輸非常重要的需求之一。

  “我們的視頻解碼技術就是把電視臺的視頻數據進行大力度的壓縮,然后通過網絡傳送到每個家庭的電視上,電視機終端再將數據還原回去。這時,觀眾看到的視頻是和電視臺原來的視頻效果完全一樣的。”高文說。

  他打了個比方:“就好比你在商場看到了一個非常漂亮的大魚缸,里面有水也有魚。你想要把它買回家,一種辦法是連魚缸帶水一起拉回去,但這樣成本和風險都比較大;另一種辦法是先抽掉一大部分水,然后運回家,再把水重新灌滿。我們做的工作就是要把水抽掉。”

  20年科研攻關,構建完整技術體系

  視頻解碼技術是超高清視頻產業鏈的基礎與核心,貫穿內容生產、網絡傳輸和終端顯示三大環節,對高清視頻產業的健康持續發展具有基礎性、決定性影響。

  我國在視頻解碼標準技術方面的研究起步較晚,核心技術曾長期被國外把控,導致產業受制于人。

  轉折出現在2002年。那一年,國外專利組織對中國DVD企業收取昂貴的專利費,造成中國DVD產業大受影響。同年,原信息產業部科學技術司發文成立數字音視頻編解碼技術標準工作組,即AVS工作組,高文教授出任組長,北京大學等4家單位參與其中,開啟了我國自主知識產權的編碼技術標準新篇章。

  “當時技術挑戰是非常大的。”高文坦言,“數字電視的誕生和發展也就40年左右的時間,這當中的前10年,中國基本上沒有參與。”

  看似簡單的“抽水”“灌水”,要做到精準無誤可不容易。高文說:“這里最大的技術難題,就是如何區分有用和沒用,把沒用的東西抽掉,有用的留下來。”

  圍繞這些技術難題,高文帶領團隊展開了艱難的攻關。北京大學教授、AVS工作組視頻組組長馬思偉說:“這20年當中,我們每3個月都會召開一次技術交流會,經常開一個通宵,有時甚至持續到第二天上午繼續討論。”團隊成員們常常為了一個方案或者一項技術辯論,爭得面紅耳赤。

  “真理往往越辯越明。”高文說,“在這種不斷互相爭論的過程中,有些東西就慢慢形成了明確的方向或者結論。”

  經過20年的不懈努力,科研團隊成功構建了具備自主知識產權的超高清視頻編解碼完整技術體系,牽頭制定了具有我國自主知識產權的AVS系列國家標準。2016年,AVS2頒布為國家標準;2018年,全球超高清聯盟將AVS2采納為國際標準;2019年,我國率先發布面向8K超高清的新一代編碼標準AVS3,開啟引領發展的新紀元。

  建立完整產業鏈,成果應用于多個領域

  在引領編解碼標準的同時,相關技術發明也成功落地。

  2006年,我國編解碼芯片出貨量占比僅為1%。10年后,這一數字已提升至62%。2019年,海思在全球首發基于AVS3標準的8K—120幀率超高清解碼芯片,引領了新一輪編解碼芯片產業升級,開創了我國超高清視頻產業全球領先發展的新局面。

  與此同時,項目組建立了從技術標準到芯片終端再到系統應用的超高清視頻完整產業鏈,推動了“十四五”重點產業超高清視頻產業的快速發展,在廣播電視、終端制造、互聯網等領域得到了廣泛的應用。

  馬思偉說:“除了支撐我國首個超高清頻道CCTV4K的開播等重大應用,我們的成果還應用到創維、海信、騰訊等公司研制的產品中,近3年累計新增銷售額71.09億元,新增利潤10.38億元,拉動產業規模近千億元。”

  高文表示,未來5年將是中國超高清視頻產業領先國際發展的重要機遇期,超高清視頻編解碼技術將支撐國家《超高清視頻產業發展行動計劃》,為我國超高清視頻產業的快速、健康、持續發展提供強技術保障。“我們相信,擁有最大消費市場、具備最全產業鏈的中國超高清產業,能夠打造超高清核心競爭力,服務全球,引領世界。”


  《 人民日報 》( 2021年11月11日 17 版)
(責編:趙欣悅、白宇)

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