從一片空白到國際領先4K超高清這樣“淬煉”而成
——記國家技術發明一等獎超高清視頻多態基元編解碼關鍵技術

文／劉 垠

說到4K超高清、精彩賽事連連看，你會想到什么？

10月25日，中央廣播電視總臺央視奧林匹克頻道（CCTV-16）開播上線，這是國際上首個以4K超高清和高清標準24小時上星同步播出的專業體育頻道。這背后，離不開我國自主研制的數字視音頻編解碼技術標準化（AVS）的強勁支撐。

11月3日，2020年度國家科學技術獎勵大會在京召開，中國工程院院士、北京大學教授高文站在了人民大會堂領獎臺，代表超高清視頻多態基元編解碼關鍵技術研發團隊接過國家技術發明獎一等獎榮譽。

研究團隊發明了幀塊-像素多尺度基元遞進編碼方法，突破了傳統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，國際上首次發布8K@120P的超高清解碼芯片；主導制定我國超高清視頻編碼標準GBT33475.2-2016，被采納為國際標準，打破了我國視頻編碼核心專利空心化局面……

這項看起來頗為高深的項目，從技術到應用的完整產業鏈是怎樣“淬煉”而成？

打破僵局 從編解碼關鍵技術突圍

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。

“我們做的編解碼技術，就是把電視臺的節目編碼后，壓縮到原來的幾十分之一甚至幾百分之一，通過網絡傳輸到千家萬戶的電視?！贝髸匍_前，高文接受集體采訪時說，高效編碼很重要，關系到如實把節目還原到電視機終端。

高文舉例說，就像你在商場看到了一個漂亮的魚缸，你想把它帶回家，一個辦法是把魚缸連同水和魚都帶走，但所需成本、風險較大。另一種辦法，是留最少的水，把魚缸運到家里后再灌上水。

“我們做的超高清視頻多態基元編解碼關鍵技術，是超高清視頻產業鏈的基礎核心，貫穿內容生產、網絡傳輸和終端顯示三大環節?！备呶慕忉屨f，如果把網絡傳輸比作“抽水”的過程，終端顯示就是“灌水”的過程。其中的技術挑戰，就是要弄明白哪些是水、哪些是魚，哪些有用哪些沒用，這需要算法加持。

遺憾的是，我國在視頻編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，造成產業受制于人。

“像電視和機頂盒中很關鍵的芯片，芯片里面的算法在2000年前基本上全被國外把持，我們只能做簡單的裝配?！闭f到底層的算法，高文的回憶回溯到20年前。

2002年，中國生產的一批DVD機去歐洲參展時，一入關就被專利警察沒收，讓出具繳納知識產權費用的證明。當時的海運滯倉費，比要繳納的知識產權費用還要貴，兩項費用都付不起，中國DVD企業就把這些集裝箱扔到了海里。

這一事件造成中國DVD產業一蹶不振。當年底，原信息產業部科技司發文正式成立數字視音頻編解碼技術標準化工作組，高文出任組長，我國自主知識產權的編碼技術標準新篇章就此開啟。

“多年持續科研攻關，我們把理論算法變成技術標準，把標準做到了芯片和終端里，最后推動大規模系統應用?！睂τ谕暾夹g產業鏈的形成，高文一言以蔽之。

十年攻關 打造超高清視頻完整產業鏈

自2008年起，互聯網時代帶來的視頻數據急劇增長，更高分辨率的視頻成為新的需求趨勢，也對編碼性能和壓縮效率提出新挑戰。

為此，北京大學和相關企業和科研單位在973計劃、國家自然基金創新群體等國家重點項目的持續支持下，歷經十余年科研攻關，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。

高文回憶中，不管是技術突破還是標準制定，三月一大吵的場面少不了。而在技術落地過程中，科研團隊要考慮用戶體驗，也要考量成本。

“從2k到4K再到8K視頻，項目組不斷面臨技術的‘天花板’，目前8K視頻基本在技術上做到了極限?！彼f，每往上增加一個復雜度，數據量也隨之翻幾番，但成本并不是每次都會相應增加，這需要技術上克服很多問題，把成本壓下來。

十多年來，就是在一場場臉紅脖子粗的爭論中，真理越辯越明。

2016年5月，AVS2頒布為廣電行業標準，同年底頒布為國家標準；2018年4月，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，開啟了視頻編碼標準領先國際發展新紀元。

在引領編解碼標準技術的同時，項目發明技術也成功落地芯片產品。2006年，我國編解碼芯片出貨量占比僅為1%；10年后，這一數字已提至62%。2019年，海思全球首發基于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。

經過十余年努力，高文帶領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，在廣播電視、終端制造、互聯網等領域得到廣泛應用。

數據顯示，該成果已應用到創維、海信、騰訊等公司產品中，近三年芯片銷售1.9億片，直接經濟效益達71.09億元，拉動產業規模近千億。

“目前，高清視頻產業在諸多領域產生了重大影響，包括智能交通、智慧醫療等?！敝袊こ淘涸菏慷∥娜A認為，可以預見的是，未來超高清與5G協同的發展，將成為我國數字新基建的核心引擎。