國家科學技術獎｜中國超高清視頻編解碼技術的突圍與跨越

原創 北京科協融媒體 北京科協 2024年08月23日 07:01 北京

2019年，中華人民共和國成立70周年閱兵式采用了4K超高清多視角直播，給億萬人民打造了一場極致的視聽盛宴。

2021年，中央電視臺春節聯歡晚會通過8K超高清電視試驗頻道，將新春的第一縷溫暖與祝福，穿越千山萬水，送達千家萬戶的心田。

2022年，北京冬奧會首次規?；瘧?K技術進行開幕式直播和重點賽事報道，為全球觀眾解鎖了前所未有的沉浸式冰雪奇境，讓他們感受到冰雪運動的浪漫與激情。

2024年，中央廣播電視總臺的“中國紅”8K演播車榮耀出征，擔負起巴黎奧運會田徑比賽和閉幕式的8K超高清電視公共信號制作任務。通過這一抹鮮艷的“中國紅”，全球觀眾享受到前所未有的視覺盛宴，共同見證奧運賽場上的精彩瞬間。

這一切非凡體驗的幕后推手，正是“編解碼技術”的飛躍性突破。在2020年度國家科學技術獎勵大會上，“超高清視頻多態基元編解碼關鍵技術”項目榮獲國家技術發明獎一等獎。這項由中國工程院院士、北京大學教授高文領銜團隊研發的成果填補了我國數字編碼標準的空白，并被全球超高清聯盟采納。

下面，讓我們一同深入探索這項技術，感受其背后的科技魅力與無限可能。

什么是編解碼技術？這項技術有什么用？

無論是4K的細膩入微，還是8K的極致震撼，超高清視頻均以驚人的分辨率著稱，但同時也面臨著數據量龐大、傳輸難度高的挑戰。編解碼技術，正是這一難題的破解者，它如同一位技藝高超的魔術師，將超高清視頻數據進行大幅壓縮編碼，通過網絡傳輸到用戶終端后，再解碼還原清晰度。

高文舉了個例子：“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?！?/span>

“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，它就像一條精心鋪設的數字高速公路，其中，網絡傳輸扮演著“抽水”的角色，將壓縮后的視頻數據迅速送達；而終端顯示則負責“灌水”，將壓縮數據完美還原成令人嘆為觀止的超高清畫面。

這一過程中，技術挑戰重重，需要深入理解數據的本質，精準區分哪些是關鍵信息（如“魚”），哪些是冗余數據（如“多余的水”），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，導致我國數字電視與互聯網等超高清視頻產業大而不強。

時間回到二十多年前。2002年，中國DVD出口歐盟的遭遇成為了國內音視頻產業刻骨銘心的一課。

當時，因缺乏自主音視頻編解碼技術標準等知識產權證明，大批中國制造的DVD在歐盟海關遭遇攔截，并被強制征收高昂的專利費。這一事件不僅重創了當時的DVD出口業，更暴露了中國在國際音視頻編解碼技術標準領域的話語權缺失，以及自主知識產權的匱乏。

然而，正是這樣的困境，激發了國內科技工作者和產業界的深刻反思與覺醒。在2002年3月的香山科學會議上，一場場深刻討論后，專家們達成了共識：唯有自立更生，制定具有中國自主知識產權的國際標準，才能從根本上擺脫受制于人的局面，推動數字音視頻產業的健康發展。

于是，承載著中國音視頻產業希望與夢想的AVS（Audio Video coding Standard，音視頻編碼標準）工作組應運而生。項目組由北京大學牽頭，匯聚了國內頂尖的科技力量。作為曾代表中國參與MPEG（Moving Picture Expert Group，運動圖像專家組格式）國際標準的第一個中國面孔，高文毅然擔起了工作組組長的重任，帶領團隊踏上了這條充滿挑戰與機遇的征程。

面對國際標準體系已根深蒂固、廣泛應用的嚴峻形勢，中國AVS標準的起步無疑是一場艱難的追趕賽。但團隊并未因此氣餒，反而以“把時間用厚”的決心，毅然投身于這場漫長而充滿挑戰的技術馬拉松之中。

為打破僵局，AVS工作組堅持每三個月舉行一次技術交流大會，而每次會上都少不了“吵架”——團隊常常為了一個方案在會議室里從早晨九點“吵”到后半夜，第二天早晨九點又繼續，“吵”得不亦樂乎。

每一次激烈的辯論都是向真理邁進的一步。正是這種“越辯越明”的精神，讓許多技術難題在爭論中逐漸清晰，為AVS標準的快速發展奠定了堅實的基礎。

2006年3月，AVS成為中國國家標準并正式實施；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。2022年，AVS3被正式納為國際數字視頻廣播組織（DVB）核心規范，并于2023年發布為歐洲電信標準化協會（ETSI）規范。

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。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。

經過多年努力，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。

回首這條荊棘遍布的科研之路，中國音視頻編解碼技術標準從落后于國際標準，到逐步追趕，最終實現領先并率先進行產業化布局的非凡跨越。

“未來這個領域會越來越炫，呈現方式也變得多種多樣，在智能交通、智慧醫療等領域都有體現，我們的團隊會盡全力保證編解碼技術一直走在國際最前沿，也是最好的。”高文信心滿滿地表示。

1.“科技日報”公眾號.這個國家技術發明獎一等獎是“吵”出來的

4.“中國電子報”公眾號.AVS二十載：鑄就音視頻產業“塔尖重器”

5.“經點科學”公眾號.解碼超高清 領航新跨越

8.《中國電子報》.中國4K/8K技術閃耀巴黎奧運會

微信掃一掃
關注該公眾號