說(shuō)到4K超高清、精彩賽事連連看，你會(huì)想到什么?

10月25日，中央廣播電視總臺(tái)央視奧林匹克頻道(CCTV-16)開(kāi)播上線，這是國(guó)際上首個(gè)以4K超高清和高清標(biāo)準(zhǔn)24小時(shí)上星同步播出的專業(yè)體育頻道。這背后，離不開(kāi)我國(guó)自主研制的數(shù)字視音頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化(AVS)的強(qiáng)勁支撐。

11月3日，2020年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在京召開(kāi)，中國(guó)工程院院士、北京大學(xué)教授高文站在了人民大會(huì)堂領(lǐng)獎(jiǎng)臺(tái)，代表超高清視頻多態(tài)基元編解碼關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)接過(guò)國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)榮譽(yù)。

視頻制作：趙衛(wèi)華 劉垠 侯萌

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了幀塊-像素多尺度基元遞進(jìn)編碼方法，突破了傳統(tǒng)編碼的效率提升瓶頸;自主研制了超高清視頻解碼芯片架構(gòu)，國(guó)際上首次發(fā)布8K@120P的超高清解碼芯片;主導(dǎo)制定我國(guó)超高清視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)GBT33475.2-2016，被采納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，打破了我國(guó)視頻編碼核心專利空心化局面……

這項(xiàng)看起來(lái)頗為高深的項(xiàng)目，從技術(shù)到應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)窃鯓?ldquo;淬煉”而成?

打破僵局從編解碼關(guān)鍵技術(shù)突圍

所謂超高清視頻，是具有4K或8K分辨率，符合高幀率、寬色域、高位深、高動(dòng)態(tài)范圍等五維信息體系的新一代視頻，是繼數(shù)字化、高清化之后的新一輪重大技術(shù)革新。

“我們做的編解碼技術(shù)，就是把電視臺(tái)的節(jié)目編碼后，壓縮到原來(lái)的幾十分之一甚至幾百分之一，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)角Ъ胰f(wàn)戶的電視。”大會(huì)召開(kāi)前，高文接受集體采訪時(shí)說(shuō)，高效編碼很重要，關(guān)系到如實(shí)把節(jié)目還原到電視機(jī)終端。

高文舉例說(shuō)，就像你在商場(chǎng)看到了一個(gè)漂亮的魚(yú)缸，你想把它帶回家，一個(gè)辦法是把魚(yú)缸連同水和魚(yú)都帶走，但所需成本、風(fēng)險(xiǎn)較大。另一種辦法，是留最少的水，把魚(yú)缸運(yùn)到家里后再灌上水。

“我們做的超高清視頻多態(tài)基元編解碼關(guān)鍵技術(shù)，是超高清視頻產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)核心，貫穿內(nèi)容生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)傳輸和終端顯示三大環(huán)節(jié)。”高文解釋說(shuō)，如果把網(wǎng)絡(luò)傳輸比作“抽水”的過(guò)程，終端顯示就是“灌水”的過(guò)程。其中的技術(shù)挑戰(zhàn)，就是要弄明白哪些是水、哪些是魚(yú)，哪些有用哪些沒(méi)用，這需要算法加持。

遺憾的是，我國(guó)在視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)方面的研究起步較晚，核心技術(shù)曾長(zhǎng)期被國(guó)外把控，造成產(chǎn)業(yè)受制于人。

“像電視和機(jī)頂盒中很關(guān)鍵的芯片，芯片里面的算法在2000年前基本上全被國(guó)外把持，我們只能做簡(jiǎn)單的裝配。”說(shuō)到底層的算法，高文的回憶回溯到20年前。

2002年，中國(guó)生產(chǎn)的一批DVD機(jī)去歐洲參展時(shí)，一入關(guān)就被專利警察沒(méi)收，讓出具繳納知識(shí)產(chǎn)權(quán)費(fèi)用的證明。當(dāng)時(shí)的海運(yùn)滯倉(cāng)費(fèi)，比要繳納的知識(shí)產(chǎn)權(quán)費(fèi)用還要貴，兩項(xiàng)費(fèi)用都付不起，中國(guó)DVD企業(yè)就把這些集裝箱扔到了海里。

這一事件造成中國(guó)DVD產(chǎn)業(yè)一蹶不振。當(dāng)年底，原信息產(chǎn)業(yè)部科技司發(fā)文正式成立數(shù)字視音頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作組，高文出任組長(zhǎng)，我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)新篇章就此開(kāi)啟。

“多年持續(xù)科研攻關(guān)，我們把理論算法變成技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，把標(biāo)準(zhǔn)做到了芯片和終端里，最后推動(dòng)大規(guī)模系統(tǒng)應(yīng)用。”對(duì)于完整技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈的形成，高文一言以蔽之。

十年攻關(guān)打造超高清視頻完整產(chǎn)業(yè)鏈

自2008年起，互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代帶來(lái)的視頻數(shù)據(jù)急劇增長(zhǎng)，更高分辨率的視頻成為新的需求趨勢(shì)，也對(duì)編碼性能和壓縮效率提出新挑戰(zhàn)。

為此，北京大學(xué)和相關(guān)企業(yè)和科研單位在973計(jì)劃、國(guó)家自然基金創(chuàng)新群體等國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目的持續(xù)支持下，歷經(jīng)十余年科研攻關(guān)，構(gòu)建了具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超高清視頻編解碼完整技術(shù)體系。

高文回憶中，不管是技術(shù)突破還是標(biāo)準(zhǔn)制定，三月一大吵的場(chǎng)面少不了。而在技術(shù)落地過(guò)程中，科研團(tuán)隊(duì)要考慮用戶體驗(yàn)，也要考量成本。

“從2k到4K再到8K視頻，項(xiàng)目組不斷面臨技術(shù)的‘天花板’，目前8K視頻基本在技術(shù)上做到了極限。”他說(shuō)，每往上增加一個(gè)復(fù)雜度，數(shù)據(jù)量也隨之翻幾番，但成本并不是每次都會(huì)相應(yīng)增加，這需要技術(shù)上克服很多問(wèn)題，把成本壓下來(lái)。

十多年來(lái)，就是在一場(chǎng)場(chǎng)臉紅脖子粗的爭(zhēng)論中，真理越辯越明。

2016年5月，AVS2頒布為廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，同年底頒布為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn);2018年4月，全球超高清聯(lián)盟將AVS2采納為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn);2019年，我國(guó)率先發(fā)布面向8K超高清的新一代編碼標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)啟了視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)先國(guó)際發(fā)展新紀(jì)元。

在引領(lǐng)編解碼標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)的同時(shí)，項(xiàng)目發(fā)明技術(shù)也成功落地芯片產(chǎn)品。2006年，我國(guó)編解碼芯片出貨量占比僅為1%;10年后，這一數(shù)字已提至62%。2019年，海思全球首發(fā)基于AVS3標(biāo)準(zhǔn)的8K-120幀率超高清解碼芯片，引領(lǐng)了新一輪編解碼芯片產(chǎn)業(yè)升級(jí)，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)超高清視頻產(chǎn)業(yè)全球領(lǐng)先發(fā)展的新局面。

經(jīng)過(guò)十余年努力，高文帶領(lǐng)項(xiàng)目組建立了從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)到芯片終端，再到系統(tǒng)應(yīng)用的超高清視頻完整產(chǎn)業(yè)鏈，在廣播電視、終端制造、互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

數(shù)據(jù)顯示，該成果已應(yīng)用到創(chuàng)維、海信、騰訊等公司產(chǎn)品中，近三年芯片銷(xiāo)售1.9億片，直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)71.09億元，拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模近千億。

“目前，高清視頻產(chǎn)業(yè)在諸多領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響，包括智能交通、智慧醫(yī)療等。”中國(guó)工程院院士丁文華認(rèn)為，可以預(yù)見(jiàn)的是，未來(lái)超高清與5G協(xié)同的發(fā)展，將成為我國(guó)數(shù)字新基建的核心引擎。