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对话北大教授马思伟:AVS编码标准的开放式创新
2019-01-09 中国教育和科研计算机网 袁玉凝

  背景介绍:针对超高清视频高效编码问题,北京大学高文院士、马思伟教授团队以数字音视频编解码技术标准工作组为依托,通过产学研用深度协作,组织制定了第二代视频编码标准AVS2,2016年颁布为广播电视行业标准和国家标准,2018年颁布为IEEE国际标准,并被全球超高清联盟采纳。围绕AVS2标准,构建了从技术创新、专利许可、标准制定、芯片研制、系统开发和应用推广的生态圈,从技术源头上掌握了视频产业发展的主动权。

  一、感受更真实的世界,视频信号压缩不再是难题

  中国教育和科研计算机网:首先,祝贺“视频编码国家标准AVS支撑中央电视台播出超高清电视”项目入选2018年度“中国高等学校十大科技进展”。您能简单通俗的介绍一下这项研究成果吗?

  马思伟:我们知道视频即通过影像记录人们生活的自然世界,自从摄影技术诞生以来,人们从未停止过对更真实影像的追求。比如彩色电视的诞生,视频从黑白变为彩色,让人们感受到了更真实的世界。

  而现在,电视尺寸越来越大,视频画面越来越清晰,也就是我们说的超高清的时代,帧率、色彩精度等视频质量参数越来越高,但也意味着视频的数据量变得越来越大。例如,1秒钟50帧的4K超高清视频原始数据量约为12G比特,存储卡很快就存满了。因此,数据压缩是视频存储、传输非常重要的需求之一。

  “第二代视频编码标准AVS2”主要面向4K超高清视频的压缩。压缩效率可达到300倍,目前4K超高清广播使用的码率约36Mbps。更直观的来说,使用AVS2技术进行压缩的视频所占用的存储容量,比上一代技术减少了50%。

  中国教育和科研计算机网:“第二代视频编码标准AVS2”与4K超高清视频的关系是什么?这一研究成果的意义是什么?

  马思伟:4K超高清视频早先的应用是数字电影,因为不需要进行传输。而4K超高清视频应用于广播电视的关键技术难题就是视频压缩,“第二代视频编码标准AVS2”使这一难题得到了解决。

  在“第二代视频编码标准AVS2”的支撑下,2018年中央电视台4K超高清频道开始试播,对于将来4K超高清视频产业进一步发展具有重要的推动作用。

  二、从受制于人到走向国际,中国视频编码标准的发展历程

  中国教育和科研计算机网:您当时为什么会选择视频编码作为您的方向?

  马思伟:我1999年到中科院计算所就读研究生时,对视频编码还不太了解。当时,老师问,你知道DVD吗?我说,我知道,对于这种应用技术比较有信心,从那时候开始选择做这一领域的研究。

  高文老师是AVS视频编码标准的灵魂人物,我受高老师影响很大。很多人做研究经常会换方向,但高老师说,做事情一定要坚持下去。所以,我十几年都没有换研究方向。

  中国教育和科研计算机网:您从1999年开始进行视频编码领域的研究,能否讲述一下中国在该领域的发展历程?

  马思伟:我从1999年入学读研究生开始学习研究这一领域, 2002年开始到现在做AVS标准,已经有16年了。

  2002年,DVD产业在中国发展迅速,然而中国没有自己的专利技术,应用的是国际标准技术。当时,一台DVD售价约为200元人民币,但一台DVD的专利费就高达25美金,对产业遭受了很大的打击。后来的数字电视、MP3产业都有同样的问题,完全受制于人。从那时起,国家信息产业部科学技术司批准成立了AVS工作组,研发具有自主知识产权的国家标准,可以说是拉开了视频编码标准核心技术竞争的序幕。

  之后几年AVS进行了长期的攻坚工作,2009年我们已经开始在进行AVS高清电视广播的尝试,到2014年底,央视卫星高清频道已经全部切换到我们自主研发的AVS+标准播出。如今我们越来越自信了,越来越多的4K超高清电视频道、影视节目正在采用AVS2标准播出。

  中国教育和科研计算机网:听说您现在也在主持新一代国家视频编码标准,助力北京2022年冬奥会高清直播。与现在的技术相比,有哪些进步?

  马思伟:4K超高清视频是超高清时代的起点,而不是终点。从人类对视觉信息的感受程度上来讲,我们还可以看得更多更清晰些。比如8K,乃至16K全景都不为过,将来要传输的视觉信息量还会成倍的增长,压缩技术还是有很大的压力。

  2022年北京冬奥会计划采用8K超高清转播,任务还是很艰巨的。新一代AVS标准将再次提高压缩效率,能够将8K的码率将控制在100兆以内,这就将涉及到技术标准、芯片实现、系统集成等等。目前AVS工作组正在加班加点的开展工作,国内的相关企业也在积极进行软硬件产品的开发。

  中国教育和科研计算机网:目前,“第二代视频编码标准AVS2”在国际上处于什么水平?

  马思伟:“第二代视频编码标准AVS2”是处于国际前沿的,在某些技术上是非常有特色和创新性的,性能上与国际同期标准相比要相对领先,如场景视频编码。

  中国教育和科研计算机网:日本、德国的音视频产业发展的比较好,德国发展也不错。目前,我们与这两个国家相比,您认为是否还存在差距?

  马思伟:在一些硬件工艺上,差距还是比较明显的,比如要看8K摄像机这样的设备内部,在电子器件制造工艺、系统技术集成等方面我们还是有差距的,当然国内的企业也一直在追赶。在视频压缩技术以及视频产业应用创新方面,我们问题不大,甚至有些方面可以说是领先的。

  中国教育和科研计算机网:对于AVS标准走向国际,您有怎样的见解?

  马思伟:以前,中国使用的都是国外的技术。以后,我们会做的越来越强,相信中国标准是会走出去的。在音视频编码标准上,国际上一定要有中国的声音。未来,才能支撑中国产品在国际竞争中的发展,这是长远的事情。

  三、开源技术助力产业化,AVS产业联盟推动全产业链发展

  中国教育和科研计算机网:据了解,“第二代视频编码标准AVS2”是以开放源代码形式向全社会开放的,这是基于什么考量呢?

  马思伟:开放源代码可以让新的软件技术受到更多关注和了解,对于技术产业化也是很有帮助的,像我们熟悉的Linux、安卓系统,都是开源系统。

  AVS2开放源代码后,大家可以快速熟悉 “第二代视频编码标准AVS2”, 更进一步地可以用来开发自己的视频应用系统。

  中国教育和科研计算机网:“第二代视频编码标准AVS2”开放源代码的效果如何?

  马思伟:开源之后,“第二代视频编码标准AVS2”受到了很多关注,对AVS的产业化起到了很大的推动作用。目前,主要以国内公司应用为主,但也有一些国际产业联盟接受了AVS2。正在规划中的AVS3,定位是要走向世界的。

  中国教育和科研计算机网:您怎么评价AVS标准,乃至中国视频编码技术的发展?

  马思伟:AVS标准有比较好的管理理念。首先,技术创新一直都是第一位的;其次,拥有完善的专利池管理政策;第三,注重产业链建设。

  关于中国视频编码技术的发展,刚刚讲了过去16年的发展,如果再给我们16年,我们在这一领域一定会发展的更好。也曾有声音说,有国际的视频编码标准,我们是不是可以不做了?但是,面对如今复杂的国际形势,如果我们没有自主知识产权,将来中国的视频产业将面临很大的风险。

  中国教育和科研计算机网:目前“第二代视频编码标准AVS2”在产业中的应用情况如何?

  马思伟:AVS成立了产业联盟,并且吸引了越来越多的公司加入了进来。目前,联盟已有近百家成员,从硬件的芯片、终端集成到系统集成,到软件的算法、视频编辑处理,产品几乎覆盖了产业链的各个环节,为AVS2标准的应用提供了很好的支撑。前面说到央视开通了4K超高清广播,目前广东省还在IPTV等领域开展了多种4K超清视频业务。

  中国教育和科研计算机网:对于AVS视频编码标准未来的发展,您的期待是什么?

  马思伟:一方面为人服务,即是通过编码技术提高压缩效率,使得人们可以观看更高质量更高清的视频,另一方面是为机器服务,朝着智能的方向发展,也就是AVS3提出的智能媒体编码。因为有些视频不是用来给人观看的,而是提供给机器进行分析处理的,例如智慧城市、物联网等行业应用对视觉信息的处理,期望未来AVS3的应用领域得到更进一步的扩展。

  四、科学研究要坚持不懈,要与实际应用相结合

  中国教育和科研计算机网:在高校科技成果转化上,有专家提出“一项成果在科学家眼里完成了,得到了科技同行认可、发表了论文、有高引用率,但这离实际应用、离队经济做出实质性的贡献,还有相当的距离。”您是怎么看的?

  马思伟:成果转化肯定是需要时间的,特别是像有些基础研究,周期比较长,需要长期的坚持不懈的投入。有些应用型的技术转化比较快,但需要开始做研究时就与实际应用结合在一起。

  所以,我现在跟学生说,做研究时一定要想一想,到底自己的研究课题是不是一个科学问题,是不是真正存在的问题,解决后是否有助于实际应用或对实践有指导意义。

  中国教育和科研计算机网:您对现在的青年科学家有什么建议?

  马思伟:我觉得,选择一个方向,然后坚持做下去就好。当然,我是强调研究自由的,一开始可以尝试很多方向,如果现有的研究方向都不行,也可以新开一个研究方向。但重要的是,最后选择了一个方向,要坚持深入下去,才能看到成就,不要盲目地跟着热门跑。

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