超高清時(shí)代視頻編碼如何解？

齊旭

數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)中75%以上的流量都來(lái)自于視頻。5G網(wǎng)絡(luò)在帶寬、時(shí)延上的不斷提升為超高清視頻的全行業(yè)普及創(chuàng)造了有利條件。而更高清晰度和更大的碼率對(duì)視頻內(nèi)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(dòng)這些需求，業(yè)界多個(gè)多媒體標(biāo)準(zhǔn)工作組正不斷推出更加高效的視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，致力于給用戶(hù)帶來(lái)更好的視頻體驗(yàn)。

日前，新一代國(guó)際視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)H.266/VVC出爐，在不影響主觀畫(huà)質(zhì)的情況下，將壓縮比例提高了50%。與之類(lèi)似的標(biāo)準(zhǔn)還有我國(guó)于2019年完成的基本檔制定的第三代音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（AVS3標(biāo)準(zhǔn)），以及谷歌主導(dǎo)的開(kāi)放性視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)AV1，為5G時(shí)代視頻體驗(yàn)提升提供了更多想象空間。

超高清需要更為高效的

壓縮標(biāo)準(zhǔn)

人們追求更高分辨率、更富層次畫(huà)面的腳步是永無(wú)止息的。5G通信與這種需求的疊加釋放出了乘數(shù)效應(yīng)。據(jù)預(yù)測(cè)，到2022年，我國(guó)超高清視頻產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模將超過(guò)4萬(wàn)億元，文教娛樂(lè)、安防監(jiān)控、智能交通、工業(yè)制造等消費(fèi)級(jí)和行業(yè)級(jí)領(lǐng)域?qū)㈥懤m(xù)實(shí)現(xiàn)超高清視頻的規(guī)模化應(yīng)用。

從消費(fèi)級(jí)業(yè)務(wù)來(lái)看，用戶(hù)更加注重分辨率、音效等全方位觀看體驗(yàn)。優(yōu)酷的用戶(hù)調(diào)查顯示，絕大部分的用戶(hù)在選擇視頻APP時(shí)更關(guān)注是否有藍(lán)光、4K或者HDR、杜比音效這些選項(xiàng)，約有超過(guò)半數(shù)的用戶(hù)會(huì)在觀看視頻1分鐘后因?yàn)橐曨l清晰度的原因而棄劇。

人們對(duì)視頻業(yè)務(wù)的需求也不僅限于“追劇”。近年來(lái)，以快手、抖音為首的一批短視頻平臺(tái)的高清“直播+短視頻"生態(tài)越走越寬。以快手為例，其日活用戶(hù)數(shù)超過(guò)2億，直播日活超過(guò)1億，每日的短視頻，上傳量超過(guò)1500萬(wàn)條，在線并發(fā)的直播間數(shù)量和觀眾數(shù)量非常高。從行業(yè)級(jí)業(yè)務(wù)來(lái)看，安防監(jiān)控對(duì)清晰度的追求始終是行業(yè)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力，從最初的標(biāo)清，到目前的全高清甚至超高清，讓安防監(jiān)控從“看得見(jiàn)”到“看得清”再到“看得準(zhǔn)”。此次疫情還催生了線上會(huì)議、在線教育和工況直播監(jiān)控等應(yīng)用，這些超高清視頻應(yīng)用從線下日常轉(zhuǎn)為線上必需。此外，5G+8K+VR直播還“記錄”下國(guó)家數(shù)個(gè)高光時(shí)刻一珠峰登頂、北斗三號(hào)最后一顆衛(wèi)星發(fā)射等。

綜觀超高清視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，關(guān)鍵得益于視頻編解碼技術(shù)的不斷進(jìn)階。視頻編解碼的過(guò)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(xiàn)實(shí)的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下提供視頻服務(wù);而解碼的過(guò)程往往更為關(guān)鍵，壓縮后再還原的數(shù)據(jù)與原始信源幾乎相同，視頻才能做到“無(wú)失真”。

北京大學(xué)信息學(xué)院教授、AVS工作組視頻組組長(zhǎng)馬思偉在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)指出：“按照規(guī)律，編碼效率每提升50%以上就會(huì)誕生新一代標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)公司這種用戶(hù)基數(shù)巨大的應(yīng)用商來(lái)說(shuō)，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(biāo)準(zhǔn)業(yè)內(nèi)人士告訴《中國(guó)電子報(bào)》記者：“超高清視頻為何需要更高效的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，可以通過(guò)Jevons悖論'來(lái)解釋。雖然我們嘗試通過(guò)更好的壓縮標(biāo)準(zhǔn)提高壓縮效率、降低帶寬壓力，實(shí)際上壓縮效率的提高會(huì)進(jìn)一步刺激視頻應(yīng)用需求的不斷增長(zhǎng)，整體來(lái)看就是更高效的壓縮標(biāo)準(zhǔn)推動(dòng)了視頻行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。”

編解碼器的升級(jí)加速了超高清視頻產(chǎn)業(yè)前進(jìn)的步伐，那么需要終端和芯片如何支持？中國(guó)超高清視頻產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)溫曉君在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，編解碼標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)側(cè)基本沒(méi)有影響，但是對(duì)設(shè)備和應(yīng)用的影響很大。舊設(shè)備基本無(wú)法兼容，性能也無(wú)法達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的要求。從芯片來(lái)看，解碼芯片的推出將真正讓標(biāo)準(zhǔn)落地、開(kāi)放應(yīng)用，目前，華為海思、高通、聯(lián)發(fā)科都在部署新一代視頻解碼芯片。至于應(yīng)用側(cè)企業(yè)是否愿意從芯片端部署，則取決于企業(yè)提升用戶(hù)使用體驗(yàn)的緊迫程度。

三大陣營(yíng)多元化發(fā)展

近年來(lái)，不同的行業(yè)組織針對(duì)這一數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)的共性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)了各自的探索。當(dāng)前，業(yè)內(nèi)有三大主流的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)——國(guó)際視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)（H.26X）、中國(guó)的第二代信源編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（AVSX），以及近年.來(lái)谷歌主導(dǎo)的開(kāi)放性視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)AV1。

標(biāo)準(zhǔn)的多樣化，將為5G時(shí)代視頻體驗(yàn)的提升帶來(lái)更多想象空間。H.26X是國(guó)際通用視頻標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)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(ài)立信等多國(guó)巨頭皆參與到標(biāo)準(zhǔn)制定中。日前，新一代國(guó)際視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)（H.266/VVC）正式出爐。從目前來(lái)看，相比上一代標(biāo)準(zhǔn)（H.265/HEVC），H.266/VVC在不影響主觀質(zhì)量的情況下，將壓縮比例提高了50%。

除了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也擁有具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——AVS3。AVS工作組成立于2002年，2016年被國(guó)家批準(zhǔn)為廣電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)中國(guó)工程院院士、AVS工作組組長(zhǎng)高文介紹，AVS3視頻標(biāo)準(zhǔn)是全球首個(gè)已推出的面向8K及5G產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，且專(zhuān)利清晰，是目前5G+8K中最合適的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。

溫曉君指出，從技術(shù)，上看，對(duì)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)H.266/VVC，我國(guó)AVS3標(biāo)準(zhǔn)并無(wú)較大差距，部分環(huán)節(jié)如解碼復(fù)雜度方面，AVS3甚至更優(yōu);H.266的優(yōu)勢(shì)在于全球生態(tài)支持度更為成熟，而AVS3的發(fā)布時(shí)間早于H.266一年半，搶到了時(shí)間先手，目前已有成熟的8K實(shí)時(shí)編解碼器和芯片。

溫曉君介紹，第一代音視頻國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)AVS+已實(shí)現(xiàn)了全國(guó)地面數(shù)字電視覆蓋，在衛(wèi)星高清頻道均有應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)制定和應(yīng)用推廣。

馬思偉表示，AVS3基準(zhǔn)檔次的制訂工作于2019年完成，下一階段的增強(qiáng)檔次將加入AI技術(shù)，這也是AVS區(qū)別于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的最大亮點(diǎn)之一。AVS3增強(qiáng)版主打智能編碼，編碼效率將比國(guó)際最新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.266/VVC提升20%。

那么，對(duì)于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)H.266/VVC和我國(guó)的AVS3標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)廠商在應(yīng)用時(shí)該如何選擇？是否使用我國(guó)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)才會(huì)對(duì)我國(guó)超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義？馬思偉指出，要客觀看待兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之間的共存關(guān)系，兩者能夠很好地滿(mǎn)足各個(gè)層次消費(fèi)者和各個(gè)產(chǎn)業(yè)的差異化需求，目前我國(guó)各應(yīng)用廠商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于兩種標(biāo)準(zhǔn)的兼容，不存在沖突;而且多標(biāo)準(zhǔn)之間的競(jìng)爭(zhēng)是一件好事，這樣能促進(jìn)各標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi)更加合理化，推動(dòng)專(zhuān)利權(quán)的盡快發(fā)布，讓標(biāo)準(zhǔn)盡快應(yīng)用在產(chǎn)業(yè)中。

業(yè)內(nèi)專(zhuān)家表示，多年來(lái)H.26X標(biāo)準(zhǔn)之所以能夠順利推進(jìn)，是因?yàn)槿澜绮煌竞?各個(gè)大學(xué)貢獻(xiàn)出了成千上萬(wàn)個(gè)專(zhuān)利，使得標(biāo)準(zhǔn)基于較高的技術(shù)水準(zhǔn)，并朝向多元化發(fā)展。然而，有著眾多的參與方有時(shí)也會(huì)為應(yīng)用帶來(lái)弊端，例如各公司陣營(yíng)不統(tǒng)一、專(zhuān)利技術(shù)難達(dá)成一致，這將影響應(yīng)用側(cè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)投人研發(fā)的決心。

相比之下，AVS的收費(fèi)相對(duì)低廉，專(zhuān)利使用相對(duì)友好，但這也是一把“雙刃劍”。“盡管收費(fèi)低能為廠商降低開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的門(mén)門(mén)檻，但從長(zhǎng)期發(fā)展來(lái)看，應(yīng)該增大研發(fā)廠商的利潤(rùn)回報(bào)。如果一直免費(fèi)，企業(yè)將失去推進(jìn)的動(dòng)力。”業(yè)內(nèi)專(zhuān)家進(jìn)一步表示。

目前全球的第三大技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一2017年誕生、以谷歌等公司牽頭的全新視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)AV1，近期引發(fā)了業(yè)界的廣泛關(guān)注。據(jù)介紹，AV1是完全獨(dú)立于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)全新互聯(lián)網(wǎng)視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，致力于提供一個(gè)開(kāi)放、免專(zhuān)利的影片編碼格式，專(zhuān)為通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行串流傳輸而設(shè)計(jì)，創(chuàng)始成員包括谷歌、亞馬遜、蘋(píng)果、思科、英特爾、微軟、Netlix、英偉達(dá)、IBM等美國(guó)巨頭廠商，包括了半導(dǎo)體企業(yè)、視頻供應(yīng)商和網(wǎng)頁(yè)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(fèi)開(kāi)放AV1，可并不意味著參與進(jìn)來(lái)的廠商將免費(fèi)擁有全部的專(zhuān)利，這或許又是谷歌發(fā)展其生態(tài)閉環(huán)的一張牌？“谷歌AV1形成的生態(tài)作用大于其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在業(yè)界的影響力，美國(guó)企業(yè)之間往往具有標(biāo)準(zhǔn)策略和產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大協(xié)同力，我國(guó)企業(yè)也要形成合力，就像發(fā)展5G一樣，把媒體標(biāo)準(zhǔn)做好，進(jìn)而提升我國(guó)的音視頻產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的影響力。”馬思偉表示。