2021年的春节联欢晚会，中央广播电视总台在8K超高清试验频道做了首次8K直播，被观众誉为“视觉盛宴”。那次直播使用的AVS3编解码标准正是由北京大学牵头、产学研用数十家单位历经20年时间合作研发的。
日前，“超高清视频多态基元编解码关键技术”成果荣获2020年度国家技术发明奖一等奖。
4K、8K分辨率，意味着视频清晰度更高了
随着人们对视频的清晰程度、视频帧率、色彩还原、细节呈现等指标提出更高的要求，超高清视频已成为新的发展趋势。
中国工程院院士、北京大学教授、AVS工作组组长高文说，超高清视频是具有4K或8K分辨率、符合高帧率、宽色域、高位深、高动态范围等五维信息体系的新一代视频，是继数字化、高清化之后的新一轮重大技术革新。
4K、8K分辨率，意味着什么？
简单来说，就是视频清晰度更高了，看得更清楚了。高文从技术指标上解释：分辨率的每次迭代，就是画面的像素点数升级——点数横纵各提高2倍，所以总数共提高4倍。由此，分辨率每升级一档，就意味着看到的影像又清晰了4倍。
超高清视频时代，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。
“我们的视频解码技术就是把电视台的视频数据进行大力度的压缩，然后通过网络传送到每个家庭的电视上，电视机终端再将数据还原回去。这时，观众看到的视频是和电视台原来的视频效果完全一样的。”高文说。
他打了个比方：“就好比你在商场看到了一个非常漂亮的大鱼缸，里面有水也有鱼。你想要把它买回家，一种办法是连鱼缸带水一起拉回去，但这样成本和风险都比较大；另一种办法是先抽掉一大部分水，然后运回家，再把水重新灌满。我们做的工作就是要把水抽掉。”
20年科研攻关，构建完整技术体系
视频解码技术是超高清视频产业链的基础与核心，贯穿内容生产、网络传输和终端显示三大环节，对高清视频产业的健康持续发展具有基础性、决定性影响。
我国在视频解码标准技术方面的研究起步较晚，核心技术曾长期被国外把控，导致产业受制于人。
转折出现在2002年。那一年，国外专利组织对中国DVD企业收取昂贵的专利费，造成中国DVD产业大受影响。同年，原信息产业部科学技术司发文成立数字音视频编解码技术标准工作组，即AVS工作组，高文教授出任组长，北京大学等4家单位参与其中，开启了我国自主知识产权的编码技术标准新篇章。
“当时技术挑战是非常大的。”高文坦言，“数字电视的诞生和发展也就40年左右的时间，这当中的前10年，中国基本上没有参与。”
看似简单的“抽水”“灌水”，要做到精准无误可不容易。高文说：“这里最大的技术难题，就是如何区分有用和没用，把没用的东西抽掉，有用的留下来。”
围绕这些技术难题，高文带领团队展开了艰难的攻关。北京大学教授、AVS工作组视频组组长马思伟说：“这20年当中，我们每3个月都会召开一次技术交流会，经常开一个通宵，有时甚至持续到第二天上午继续讨论。”团队成员们常常为了一个方案或者一项技术辩论，争得面红耳赤。
“真理往往越辩越明。”高文说，“在这种不断互相争论的过程中，有些东西就慢慢形成了明确的方向或者结论。”
经过20年的不懈努力，科研团队成功构建了具备自主知识产权的超高清视频编解码完整技术体系，牵头制定了具有我国自主知识产权的AVS系列国家标准。2016年，AVS2颁布为国家标准；2018年，全球超高清联盟将AVS2采纳为国际标准；2019年，我国率先发布面向8K超高清的新一代编码标准AVS3，开启引领发展的新纪元。
建立完整产业链，成果应用于多个领域
在引领编解码标准的同时，相关技术发明也成功落地。
2006年，我国编解码芯片出货量占比仅为1%。10年后，这一数字已提升至62%。2019年，海思在全球首发基于AVS3标准的8K—120帧率超高清解码芯片，引领了新一轮编解码芯片产业升级，开创了我国超高清视频产业全球领先发展的新局面。
与此同时，项目组建立了从技术标准到芯片终端再到系统应用的超高清视频完整产业链，推动了“十四五”重点产业超高清视频产业的快速发展，在广播电视、终端制造、互联网等领域得到了广泛的应用。
马思伟说：“除了支撑我国首个超高清频道CCTV4K的开播等重大应用，我们的成果还应用到创维、海信、腾讯等公司研制的产品中，近3年累计新增销售额71.09亿元，新增利润10.38亿元，拉动产业规模近千亿元。”
高文表示，未来5年将是中国超高清视频产业领先国际发展的重要机遇期，超高清视频编解码技术将支撑国家《超高清视频产业发展行动计划》，为我国超高清视频产业的快速、健康、持续发展提供强技术保障。“我们相信，拥有最大消费市场、具备最全产业链的中国超高清产业，能够打造超高清核心竞争力，服务全球，引领世界。”
