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超高清时代 视频编码如何解?
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3上一篇  下一篇4 2020年7月31日 放大 缩小 默认        

超高清时代 视频编码如何解?

本报记者 齐旭
 

数据显示,当前互联网中75%以上的流量都来自于视频。5G网络在带宽、时延上的不断提升为超高清视频的全行业普及创造了有利条件。而更高清晰度和更大的码率对视频内容的高效压缩、传输以及分析提出了更高要求。为了支持和推动这些需求,业界多个多媒体标准工作组正不断推出更加高效的视频编解码技术标准,致力于给用户带来更好的视频体验。

日前,新一代国际视频编解码标准H。266/VVC出炉,在不影响主观画质的情况下,将压缩比例提高了50%。与之类似的标准还有我国于2019年完成的基本档制定的第三代音视频编解码技术标准(AVS3标准),以及谷歌主导的开放性视频编码标准AV1,为5G时代视频体验提升提供了更多想象空间。

超高清需要更为高效的压缩标准

人们追求更高分辨率、更富层次画面的脚步是永无止息的。5G通信与这种需求的叠加释放出了乘数效应。据预测,到2022年,我国超高清视频产业总体规模将超过4万亿元,文教娱乐、安防监控、智能交通、工业制造等消费级和行业级领域将陆续实现超高清视频的规模化应用。

从消费级业务来看,用户更加注重分辨率、音效等全方位观看体验。优酷的用户调查显示,绝大部分的用户在选择视频APP时更关注是否有蓝光、4K或者HDR、杜比音效这些选项,约有超过半数的用户会在观看视频1分钟后因为视频清晰度的原因而弃剧。

人们对视频业务的需求也不仅限于“追剧”。近年来,以快手、抖音为首的一批短视频平台的高清“直播+短视频”生态越走越宽。以快手为例,其日活用户数超过2亿,直播日活超过1亿,每日的短视频上传量超过1500万条,在线并发的直播间数量和观众数量非常高。从行业级业务来看,安防监控对清晰度的追求始终是行业发展的重要驱动力,从最初的标清,到目前的全高清甚至超高清,让安防监控从“看得见”到“看得清”再到“看得准”。此次疫情还催生了线上会议、在线教育和工况直播监控等应用,这些超高清视频应用从线下日常转为线上必需。此外,5G+8K+VR直播还“记录”下国家数个高光时刻——珠峰登顶、北斗三号最后一颗卫星发射等。

综观超高清视频产业的发展,关键得益于视频编解码技术的不断进阶。视频编解码的过程分为编码和解码,编码的目的是压缩文件大小、减少占用空间,有了高效的视频编码才能保证在现实的互联网环境下提供视频服务;而解码的过程往往更为关键,压缩后再还原的数据与原始信源几乎相同,视频才能做到“无失真”。

北京大学信息学院教授、AVS工作组视频组组长马思伟在接受《中国电子报》记者采访时指出:“按照规律,编码效率每提升50%以上就会诞生新一代标准。对于互联网公司这种用户基数巨大的应用商来说,哪怕编码效率有1%的提升都能降低巨大的成本。”

一位不愿具名的多媒体标准业内人士告诉《中国电子报》记者:“超高清视频为何需要更高效的压缩标准,可以通过‘Jevons悖论’来解释。虽然我们尝试通过更好的压缩标准提高压缩效率、降低带宽压力,实际上压缩效率的提高会进一步刺激视频应用需求的不断增长,整体来看就是更高效的压缩标准推动了视频行业的持续发展。”

编解码器的升级加速了超高清视频产业前进的步伐,那么需要终端和芯片如何支持?中国超高清视频产业联盟秘书长温晓君在接受《中国电子报》记者采访时表示,编解码标准的演进,对网络侧基本没有影响,但是对设备和应用的影响很大。旧设备基本无法兼容,性能也无法达到新标准的要求。从芯片来看,解码芯片的推出将真正让标准落地、开放应用,目前,华为海思、高通、联发科都在部署新一代视频解码芯片。至于应用侧企业是否愿意从芯片端部署,则取决于企业提升用户使用体验的紧迫程度。

三大阵营多元化发展

近年来,不同的行业组织针对这一数字音视频产业的共性基础标准展开了各自的探索。当前,业内有三大主流的视频编解码标准——国际视频编解码标准(H.26X)、中国的第二代信源编解码技术标准(AVSX),以及近年来谷歌主导的开放性视频编码标准AV1。

标准的多样化,将为5G时代视频体验的提升带来更多想象空间。H.26X是国际通用视频标准,标准的前身可以追溯至1996年,高通、三星、索尼、华为、腾讯、大疆、英特尔、诺基亚、爱立信等多国巨头皆参与到标准制定中。日前,新一代国际视频编解码标准(H.266/VVC)正式出炉。从目前来看,相比上一代标准(H.265/HEVC),H.266/VVC在不影响主观质量的情况下,将压缩比例提高了50%。

除了国际标准,我国也拥有具备自主知识产权的音视频编解码技术标准——AVS3。AVS工作组成立于2002年,2016年被国家批准为广电行业标准。据中国工程院院士、AVS工作组组长高文介绍,AVS3视频标准是全球首个已推出的面向8K及5G产业应用的视频编码标准,且专利清晰,是目前5G+8K中最合适的视频编码标准。

温晓君指出,从技术上看,对于国际标准H.266/VVC,我国AVS3 标准并无较大差距,部分环节如解码复杂度方面,AVS3甚至更优;H.266的优势在于全球生态支持度更为成熟,而AVS3的发布时间早于H.266一年半,抢到了时间先手,目前已有成熟的8K实时编解码器和芯片。

温晓君介绍,第一代音视频国家标准AVS+已实现了全国地面数字电视覆盖,在卫星高清频道均有应用;AVS2已于2018年在CCTV 4K超高清频道使用,各地新上的4K超高清频道均采用AVS2。华为、腾讯深度参与了AVS2标准制定和应用推广。

马思伟表示,AVS3基准档次的制订工作于2019年完成,下一阶段的增强档次将加入AI技术,这也是AVS区别于国际标准的最大亮点之一。AVS3增强版主打智能编码,编码效率将比国际最新的视频编码标准H.266/VVC提升20%。

那么,对于国际标准H.266/VVC和我国的AVS3标准,各个厂商在应用时该如何选择?是否使用我国的技术标准才会对我国超高清视频产业发展具有重要意义?马思伟指出,要客观看待两种技术标准之间的共存关系,两者能够很好地满足各个层次消费者和各个产业的差异化需求,目前我国各应用厂商已经实现对于两种标准的兼容,不存在冲突;而且多标准之间的竞争是一件好事,这样能促进各标准收费更加合理化,推动专利权的尽快发布,让标准尽快应用在产业中。

业内专家表示,多年来H.26X标准之所以能够顺利推进,是因为全世界不同公司和各个大学贡献出了成千上万个专利,使得标准基于较高的技术水准,并朝向多元化发展。然而,有着众多的参与方有时也会为应用带来弊端,例如各公司阵营不统一、专利技术难达成一致,这将影响应用侧对标准投入研发的决心。

相比之下,AVS的收费相对低廉,专利使用相对友好,但这也是一把“双刃剑”。“尽管收费低能为厂商降低开发和应用的门槛,但从长期发展来看,应该增大研发厂商的利润回报。如果一直免费,企业将失去推进的动力。”业内专家进一步表示。

目前全球的第三大技术标准——2017年诞生、以谷歌等公司牵头的全新视频编码标准AV1,近期引发了业界的广泛关注。据介绍,AV1是完全独立于国际标准的一个全新互联网视频编解码标准,致力于提供一个开放、免专利的影片编码格式,专为通过网络进行串流传输而设计,创始成员包括谷歌、亚马逊、苹果、思科、英特尔、微软、Netflix、英伟达、IBM 等美国巨头厂商,包括了半导体企业、视频供应商和网页浏览器等大厂。

虽然谷歌AV1“资历不老”,但牵引力很大。谷歌免费开放AV1,可并不意味着参与进来的厂商将免费拥有全部的专利,这或许又是谷歌发展其生态闭环的一张牌?“谷歌AV1形成的生态作用大于其技术标准在业界的影响力,美国企业之间往往具有标准策略和产业的强大协同力,我国企业也要形成合力,就像发展5G一样,把媒体标准做好,进而提升我国的音视频产业标准的影响力。”马思伟表示。

 
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