从标准到工业4K超高清 是“炼成”的

10月25日，中央广播电视总台CCTV-16上线，这是全球首个采用4K超高清和高清标准的24小时卫星直播的专业体育频道。这背后，离不开我国自主研发的数字视音频编解码技术标准化(AVS)的大力支持。

11月3日，2020年全国科学技术奖励大会在北京召开。中国工程院院士、北京大学教授高文站在人民大会堂主席台上，代表超高清视频多态原语编解码关键技术研发团队接过国家技术发明奖一等奖。

研究团队发明了帧块-像素多尺度原始渐进编码方法，突破了传统编码的效率提升瓶颈。自主研发超高清视频解码芯片架构，全球首次发布8K@120P超高清解码芯片；制定了我国超高清视频编码标准GBT33475.2-2016，并被采用为国际标准，打破了我国视频编码核心专利空心化的局面.

这个看似深奥的项目，从技术到应用的完整产业链是如何“炼成”的？

打破死锁，突破编解码关键技术。

超高清视频是符合高帧率、宽色域、高比特深度、高动态范围等五维信息系统的新一代4K或8K分辨率视频。是继数字化、高清化之后的新一轮重大技术创新。

“我们做的编解码技术就是把电视台的节目进行编码，压缩到原来的十分之几甚至百分之几，通过网络传输到千家万户的电视。”发布会前，高文在集体采访中表示，高效编码非常重要，这关系到将节目忠实还原到电视终端。

高文说，比如，就像你在商场看到一个漂亮的鱼缸，如果你想带回家，一种方法是带水带鱼的鱼缸，但成本和风险都很高。另一种方法是保持最少的水量，将鱼缸运到家里，然后装满水。

“超高清视频多态原语编解码关键技术是超高清视频产业链的基础核心，贯穿内容生产、网络传输、终端展示三大环节。”高文解释说，如果把网络传输比作“抽水”的过程，终端显示的就是“灌水”的过程。技术挑战是搞清楚哪些是水，哪些是鱼，哪些有用哪些没用，这需要算法加持。

遗憾的是，我国对视频编解码标准技术的研究起步较晚，核心技术长期被国外控制，导致行业被他人控制。

“就像电视和机顶盒中的关键芯片一样，芯片中的算法在2000年之前基本上被国外控制，我们只能做简单的组装。”说到底层算法，高文的回忆要追溯到20年前。

2002年，一批中国制造的DVD播放机赴欧洲参展，一入关就被专利警察没收，并被要求出具缴纳知识产权费的证明。当时海运滞期费比知识产权费贵，两项费用都交不了，所以中国DVD企业把这些集装箱扔进了海里。

这一事件导致了中国DVD行业的崩溃。年底，原信息产业部科技司发文正式成立数字视音频编解码技术标准化工作组，高文担任组长，开启了我国自主知识产权编码技术标准的新篇章。

“经过多年的不断科学研究，我们已经将理论算法转化为技术标准，在芯片和终端中实施标准，并最终推广大规模系统应用为此，北京大学及相关企业和科研机构在973计划、国家自然科学基金创新组等国家重点项目的持续支持下，经过十余年的科研攻关，构建了具有自主知识产权的超高清视频编解码完整技术体系。

在高文的回忆中，无论是技术上的突破，还是标准的制定，三月大打出手的场面都是不可或缺的。在技术落地的过程中，研究团队不仅要考虑用户体验，还要考虑成本。

“从2K到4K再到8K视频，项目团队不断面对技术的‘天花板’。目前，8K视频已经基本达到技术极限。”他说，复杂度每增加一次，数据量就会成倍增加，但成本不会每次都相应增加，这就需要克服很多技术难题，降低成本。

十几年来，真相在脸红脖子粗的争论中越来越清晰。

2016年5月，AVS2作为广播电视行业标准颁布，同年年底作为国家标准颁布；2018年4月，全球超高清联盟采用AVS2作为国际标准；2019年，我国率先发布了8K超高清新一代编码标准，开启了视频编码标准国际领先发展的新时代。

在引领编解码标准技术的同时，该项目的发明技术也成功落地芯片产品。2006年，中国编解码芯片出货量仅占1%；十年后，这一数字已提高到62%。2019年，海思康推出了全球首款基于AVS3标准的8K-120帧率超高清解码芯片，引领了编解码芯片行业新一轮升级，开创了中国超高清视频产业全球领先发展的新局面。

经过十几年的努力，高文带领项目搭建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，广泛应用于广电、终端制造、互联网等领域。

数据显示，这一成果已经应用到创维、海信、腾讯等公司的产品中。近三年累计销售芯片1.9亿颗，直接经济效益71.09亿元，拉动产业规模近千亿元。

“目前，高清视频产业在很多领域都产生了重大影响，包括智能交通和智慧医疗。”中国工程院院士丁文华认为，可以预见，超高清与5G协同发展将成为未来中国数字新基建的核心引擎。