超高清時代視頻編碼如何解？

齊旭

數據顯示，當前互聯網中75%以上的流量都來自于視頻。5G網絡在帶寬、時延上的不斷提升為超高清視頻的全行業普及創造了有利條件。而更高清晰度和更大的碼率對視頻內容的高效壓縮、傳輸以及分析提出了更高要求。為了支持和推動這些需求，業界多個多媒體標準工作組正不斷推出更加高效的視頻編解碼技術標準，致力于給用戶帶來更好的視頻體驗。

日前，新一代國際視頻編解碼標準H.266/VVC出爐，在不影響主觀畫質的情況下，將壓縮比例提高了50%。與之類似的標準還有我國于2019年完成的基本檔制定的第三代音視頻編解碼技術標準（AVS3標準），以及谷歌主導的開放性視頻編碼標準AV1，為5G時代視頻體驗提升提供了更多想象空間。

超高清需要更為高效的

壓縮標準

人們追求更高分辨率、更富層次畫面的腳步是永無止息的。5G通信與這種需求的疊加釋放出了乘數效應。據預測，到2022年，我國超高清視頻產業總體規模將超過4萬億元，文教娛樂、安防監控、智能交通、工業制造等消費級和行業級領域將陸續實現超高清視頻的規模化應用。

從消費級業務來看，用戶更加注重分辨率、音效等全方位觀看體驗。優酷的用戶調查顯示，絕大部分的用戶在選擇視頻APP時更關注是否有藍光、4K或者HDR、杜比音效這些選項，約有超過半數的用戶會在觀看視頻1分鐘后因為視頻清晰度的原因而棄劇。

人們對視頻業務的需求也不僅限于“追劇”。近年來，以快手、抖音為首的一批短視頻平臺的高清“直播+短視頻"生態越走越寬。以快手為例，其日活用戶數超過2億，直播日活超過1億，每日的短視頻，上傳量超過1500萬條，在線并發的直播間數量和觀眾數量非常高。從行業級業務來看，安防監控對清晰度的追求始終是行業發展的重要驅動力，從最初的標清，到目前的全高清甚至超高清，讓安防監控從“看得見”到“看得清”再到“看得準”。此次疫情還催生了線上會議、在線教育和工況直播監控等應用，這些超高清視頻應用從線下日常轉為線上必需。此外，5G+8K+VR直播還“記錄”下國家數個高光時刻一珠峰登頂、北斗三號最后一顆衛星發射等。

綜觀超高清視頻產業的發展，關鍵得益于視頻編解碼技術的不斷進階。視頻編解碼的過程分為編碼和解碼，編碼的目的是壓縮文件大小、減少占用空間，有了高效的視頻編碼才能保證在現實的互聯網環境下提供視頻服務;而解碼的過程往往更為關鍵，壓縮后再還原的數據與原始信源幾乎相同，視頻才能做到“無失真”。

北京大學信息學院教授、AVS工作組視頻組組長馬思偉在接受《中國電子報》記者采訪時指出：“按照規律，編碼效率每提升50%以上就會誕生新一代標準。對于互聯網公司這種用戶基數巨大的應用商來說，哪怕編碼效率有1%的提升都能降低巨大的成本。”

一位不愿具名的多媒體標準業內人士告訴《中國電子報》記者：“超高清視頻為何需要更高效的壓縮標準，可以通過Jevons悖論'來解釋。雖然我們嘗試通過更好的壓縮標準提高壓縮效率、降低帶寬壓力，實際上壓縮效率的提高會進一步刺激視頻應用需求的不斷增長，整體來看就是更高效的壓縮標準推動了視頻行業的持續發展。”

編解碼器的升級加速了超高清視頻產業前進的步伐，那么需要終端和芯片如何支持？中國超高清視頻產業聯盟秘書長溫曉君在接受《中國電子報》記者采訪時表示，編解碼標準的演進，對網絡側基本沒有影響，但是對設備和應用的影響很大。舊設備基本無法兼容，性能也無法達到新標準的要求。從芯片來看，解碼芯片的推出將真正讓標準落地、開放應用，目前，華為海思、高通、聯發科都在部署新一代視頻解碼芯片。至于應用側企業是否愿意從芯片端部署，則取決于企業提升用戶使用體驗的緊迫程度。

三大陣營多元化發展

近年來，不同的行業組織針對這一數字音視頻產業的共性基礎標準展開了各自的探索。當前，業內有三大主流的視頻編解碼標準——國際視頻編解碼標準（H.26X）、中國的第二代信源編解碼技術標準（AVSX），以及近年.來谷歌主導的開放性視頻編碼標準AV1。

標準的多樣化，將為5G時代視頻體驗的提升帶來更多想象空間。H.26X是國際通用視頻標準，標準的前身可以追溯至1996年，高通、三星、索尼、華為、騰訊、大疆、英特爾、諾基亞、愛立信等多國巨頭皆參與到標準制定中。日前，新一代國際視頻編解碼標準（H.266/VVC）正式出爐。從目前來看，相比上一代標準（H.265/HEVC），H.266/VVC在不影響主觀質量的情況下，將壓縮比例提高了50%。

除了國際標準，我國也擁有具備自主知識產權的音視頻編解碼技術標準——AVS3。AVS工作組成立于2002年，2016年被國家批準為廣電行業標準。據中國工程院院士、AVS工作組組長高文介紹，AVS3視頻標準是全球首個已推出的面向8K及5G產業應用的視頻編碼標準，且專利清晰，是目前5G+8K中最合適的視頻編碼標準。

溫曉君指出，從技術，上看，對于國際標準H.266/VVC，我國AVS3標準并無較大差距，部分環節如解碼復雜度方面，AVS3甚至更優;H.266的優勢在于全球生態支持度更為成熟，而AVS3的發布時間早于H.266一年半，搶到了時間先手，目前已有成熟的8K實時編解碼器和芯片。

溫曉君介紹，第一代音視頻國家標準AVS+已實現了全國地面數字電視覆蓋，在衛星高清頻道均有應用;AVS2已于2018年在CCTV4K超高清頻道使用，各地新上的4K超高清頻道均采用AVS2。華為、騰訊深度參：與了AVS2標準制定和應用推廣。

馬思偉表示，AVS3基準檔次的制訂工作于2019年完成，下一階段的增強檔次將加入AI技術，這也是AVS區別于國際標準的最大亮點之一。AVS3增強版主打智能編碼，編碼效率將比國際最新的視頻編碼標準H.266/VVC提升20%。

那么，對于國際標準H.266/VVC和我國的AVS3標準，各個廠商在應用時該如何選擇？是否使用我國的技術標準才會對我國超高清視頻產業發展具有重要意義？馬思偉指出，要客觀看待兩種技術標準之間的共存關系，兩者能夠很好地滿足各個層次消費者和各個產業的差異化需求，目前我國各應用廠商已經實現對于兩種標準的兼容，不存在沖突;而且多標準之間的競爭是一件好事，這樣能促進各標準收費更加合理化，推動專利權的盡快發布，讓標準盡快應用在產業中。

業內專家表示，多年來H.26X標準之所以能夠順利推進，是因為全世界不同公司和.各個大學貢獻出了成千上萬個專利，使得標準基于較高的技術水準，并朝向多元化發展。然而，有著眾多的參與方有時也會為應用帶來弊端，例如各公司陣營不統一、專利技術難達成一致，這將影響應用側對標準投人研發的決心。

相比之下，AVS的收費相對低廉，專利使用相對友好，但這也是一把“雙刃劍”。“盡管收費低能為廠商降低開發和應用的門門檻，但從長期發展來看，應該增大研發廠商的利潤回報。如果一直免費，企業將失去推進的動力。”業內專家進一步表示。

目前全球的第三大技術標準一2017年誕生、以谷歌等公司牽頭的全新視頻編碼標準AV1，近期引發了業界的廣泛關注。據介紹，AV1是完全獨立于國際標準的一個全新互聯網視頻編解碼標準，致力于提供一個開放、免專利的影片編碼格式，專為通過網絡進行串流傳輸而設計，創始成員包括谷歌、亞馬遜、蘋果、思科、英特爾、微軟、Netlix、英偉達、IBM等美國巨頭廠商，包括了半導體企業、視頻供應商和網頁瀏覽器等大廠。

雖然谷歌AV1“資歷不老”，但牽引力很大。谷歌免費開放AV1，可并不意味著參與進來的廠商將免費擁有全部的專利，這或許又是谷歌發展其生態閉環的一張牌？“谷歌AV1形成的生態作用大于其技術標準在業界的影響力，美國企業之間往往具有標準策略和產業的強大協同力，我國企業也要形成合力，就像發展5G一樣，把媒體標準做好，進而提升我國的音視頻產業標準的影響力。”馬思偉表示。