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推动视频编码技术更新换代的中国力量 [复制链接]

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中国力量,不仅参与到现有视频编码标准专利的许可中来,也在为视频产业的未来贡献中国智慧。

作者

布鲁斯

编辑

布鲁斯

12月6日,一条新视频在无数“见证历史”的弹幕中,揭开了互联网视频平台8K超高清时代的序幕。

新华社和B站上传的这条有关在乌兰察布拍摄中国空间站的纪录视频,时长只有不到3分钟,但它却是B站首个8K超高清视频,也让B站成为国内首家支持上传8K超高清视频的互联网平台。数日内,这条视频的播放量已经突破万次,属实吸引了B站众多观众的眼球。不少网友调侃道:“又有理由买新电视了。”

不只是B站,继今年2月起的试验播出之后,央视8K超高清频道也将于今年12月正式开播。据报道,明年的北京冬奥会也将成为首次采用8K超高清直播的冬季奥运会。8K超高清时代已然来临。

虽然高清视频早已进入寻常百姓家,但视频技术的发展却从未停滞。在向着清晰度“没有最高、只有更高”的目标迈进的道路上,人类一直在不断超越自己。

普及超高清,先升级编码标准

近年来,随着5G网络、千兆光纤的普及,信息基础设施的不断优化,人们对视听领域高清化、超高清化的需求也在增长。这也深刻影响着音视频领域技术的革新进程,尤其是视频压缩技术的迭代。从数字时代的第一个实用的视频编码标准H.,到MPEG-2/H.成为DVD和标清数字电视的标准视频格式,视频编码标准一直推动着电视高清化和数字媒体技术的发展。

我们今天使用最广泛的视频编码标准H./MPEG-4AVC,颁布于年,它不仅是蓝光光盘的视频编码标准之一,也是如今互联网流媒体、高清电视等所广泛采用的标准。

但是,作为一个已经被使用了将近20年的视频编码标准,H.在应付飞速发展的超高清视频产业上,已经略显疲态。

五年前,一部由李安导演的电影《比利·林恩的中场战事》刚一上映便轰动一时,不仅因其在战争的展现和人性的探索等方面展现出的艺术价值,更因其打破了传统电影每秒24帧画面的格式、使用了fps+4K+3D的规格放映。

每秒帧画面,是普通电影帧率的5倍,又有4K分辨率和3D等技术加持,带来的无疑是更加震撼人心的体验。虽然也有部分影迷坚持认为每秒24帧的老格式才更有所谓的“电影感”,但不得不承认,帧每秒显然使画面更加流畅生动,纤毫毕现,更接近真实生活,让观众更有身临其境之感,其应用前景不可估量。

当然,如此震撼的体验,所带来的存储和传输成本也是陡然升高的。

按照老一代的H.编码格式,一部普通的×、24fps、2个小时的高清视频,通常都要占用几个GB甚至十几个GB的存储空间。而《比利·林恩的中场战事》的最高帧率fps已经5倍于普通影片,4K分辨率的像素数量是普通p高清影片画幅的4倍,B站刚刚上线的8K超高清视频像素数量更是已经达到了p视频的16倍。

▲标清、全高清、4K超高清、8K超高清的分辨率比较(来源:wikipedia.org)

可想而知,如果以此类推,刨除可能存在的存储及传输标准的限制,诸如《比利·林恩的中场战事》这样的高规格视频,其存储空间将动辄数百GB。如果按照国际测速机构Speedtest公布的年10月我国约Mbps的宽带下载速率中位数(Speedtest报告的速度是比较快的,其他测速机构报告的速度低很多),那么下载一部这样的视频可能需要花费近2个小时;如果未来再出一部8K版或者色深、色域等规格更高的版本,恐怕下载时间就要以“天”计算;更不用说VR视频和直播的超高清化。

幸运的是,人们在向超高清化的方向迈进的同时,也没有停下对视频压缩技术的研发——是时候用新的标准取代H.标准了。

推行新标准,专利池或为答案

资源与需求之间的矛盾伴随着人类社会的发展而长期存在。在存储和传输方面的资源有限的情况下,人们也在通过探究视频压缩技术来解决音视频大量存储和传输的问题。

在中国刚刚普及彩电的年代,日本等发达国家已凭借有利的政治、经济和科技条件,在视频压缩技术方面走在了世界前列。年,首个实用视频编码标准H.就是由国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)制定,由包括日立、日本电信电话(NTT)、东芝、索尼等日本公司,和美国ATT、英国电信(BT)等在内的多家企业共同开发的。后来,在H.、H.、H.等后续标准的开发中,还出现了三菱、松下、LG等更多企业的身影。

这些视频编码标准使用了离散余弦变换(DCT)和运动补偿(MC)技术,通过减少空间和时间冗余的压缩算法来更紧凑地存储信息,从而节省存储空间和传输带宽。

而年由ITU-T、ISO/IEC正式发布的H./HEVC视频编码标准,则对上一代H./AVC标准进行了延续和优化。所谓HEVC意即“高效率视频编码”,它可以在相同的画面清晰度水平下提供比AVC好上25%至50%的数据压缩性能,或者在相同的数据速率下大幅提高画面清晰度,同时,对清晰度越高的视频,HEVC采用的压缩比也越高。换言之,原本一部可能用AVC压缩需要多GB存储空间的《比利·林恩的中场战事》,用HEVC标准进行压缩后,只需要50GB就能搞定。

根据Bitmovin杂志发布的年视频开发者报告,截至年,H./HEVC标准,已被49%的视频开发者所采用,不过尚不及“前辈”H./AVC标准高达83%的使用率。

那么,这么好的标准,为什么迟迟没有取代旧标准?原因可能来自多个方面,但其中的主要原因之一或许是以往相关专利许可的复杂性。

音视频领域技术创新的标志之一,就是相关专利申请量的增长,尤其是标准必要专利的增长。通过在知产宝全球专利数据库中检索可以发现,在IPC分类号为H04N19/00的“用于数字视频信号编码,解码,压缩或解压缩的方法或装置”的专利类别中,共有约4.6万项结果,其中索尼以件专利申请领跑该类专利申请人排行榜,不愧于“索尼大法”的名头;松下也拥有件相关申请,佳能、东芝、三菱等也有较多相关专利申请。而据分析,目前仅是HEVC标准相关专利就有大约2.3万件。

▲“用于数字视频信号编码,解码,压缩或解压缩的方法或装置”类专利各申请人申请量(来源:知产宝)

而且,随着H./HEVC及后续标准的推出,相关行业内的众多企业也纷纷加大了研发投入和专利申请的热情,视频技术领域创新活跃度日益上升。

中国信息通信研究院知识产权中心工程师徐丹在近日发表的《超高清数字视频编解码技术领域专利分析》一文中认为,随着超高清数字视频技术在4K、8K、VR、流媒体视频等领域的应用越来越广泛,从技术的角度看,对传统策略的改进已经无法满足编码性能需求,基于人工智能神经网络算法、自适应全局优化策略、将编码与传输结合实现大跨度编码效率提升备受

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