數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)AVS
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1 標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)展
數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組由信息產(chǎn)業(yè)部科學(xué)技術(shù)司于2002年6月批準(zhǔn)成立。工作組的任務(wù)是：面向我國的信息產(chǎn)業(yè)需求，聯(lián)合國內(nèi)企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)，制（修）訂數(shù)字音視頻的壓縮、解壓縮、處理和表示等共性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為數(shù)字音視頻設(shè)備與系統(tǒng)提供高效經(jīng)濟(jì)的編解碼技術(shù)，服務(wù)于高分辨率數(shù)字廣播、高密度激光數(shù)字存儲(chǔ)媒體、無線寬帶多媒體通訊、互聯(lián)網(wǎng)寬帶流媒體等重大信息產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。目前工作組分為需求與測試組、系統(tǒng)組、視頻組、音頻組、實(shí)現(xiàn)組、版權(quán)保護(hù)組、知識(shí)產(chǎn)權(quán)組等專題組開展工作。會(huì)員單位從2002年度的30多家增長到80多家（http://www.avs.org.cn），覆蓋了國內(nèi)本領(lǐng)域的主要產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)廠家與研究單位。AVS工作組成立以來，已經(jīng)召開了七次全體會(huì)議，20余次專題會(huì)議。
在國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃中，AVS標(biāo)準(zhǔn)的正式名稱為《信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼》，包括系統(tǒng)、視頻、音頻、數(shù)字版權(quán)管理與保護(hù)等四個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)和一致性測試等支撐標(biāo)準(zhǔn)。在2003年12月18-19舉行第七次會(huì)議上，工作組完成了AVS標(biāo)準(zhǔn)的第一部分（系統(tǒng)）和第二部分（視頻）的草案最終稿（FCD－Final Committee Draft），和報(bào)批稿配套的驗(yàn)證軟件也已完成。2004年度第一季度（第8次全體會(huì)議）準(zhǔn)備正式開始“數(shù)字版權(quán)管理與保護(hù)”標(biāo)準(zhǔn)的制定，視頻組準(zhǔn)備開始面向3G的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的制定，2004年上半年（即工作組第九次會(huì)議）完成第三部分（音頻）的制訂，爭取2004年完成標(biāo)準(zhǔn)第四部分（數(shù)字版權(quán)管理與保護(hù)）。
2 已完成的標(biāo)準(zhǔn)
AVS工作組已經(jīng)完成的視頻標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿是《信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼》的第二部分，代表了當(dāng)前視頻編解碼領(lǐng)域的最新水平。視頻標(biāo)準(zhǔn)是AVS標(biāo)準(zhǔn)中最復(fù)雜、難度最大的一個(gè)部分，其編碼效率是MPEG-2的2-3倍（根據(jù)視頻畫面尺寸不同有所不同）。AVS在保證編碼效率的前提下，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度明顯比最新的MPEG-4 AVC低，在高清晰度應(yīng)用方面處于領(lǐng)先水平，是我國高清晰度數(shù)字電視和激光視盤機(jī)產(chǎn)業(yè)的最佳選擇。
AVS工作組已經(jīng)完成的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿是《信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼》的第一部分，是音視頻產(chǎn)品的平臺(tái)性標(biāo)準(zhǔn)，兼容目前廣泛采用的國際標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2的“第一部分系統(tǒng)”，并針對(duì)高清晰度和標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視、激光視盤播放機(jī)進(jìn)行了具體的規(guī)定和定義，從框架上提供了對(duì)國內(nèi)外各種主流視頻、音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的支持。AVS系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)備于2004年3月報(bào)請(qǐng)對(duì)口國際標(biāo)準(zhǔn)組織審議。
3 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)
AVS標(biāo)準(zhǔn)是我國科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)在“863”計(jì)劃支持下的集體創(chuàng)新。工作組至今共收到各種技術(shù)提案200多項(xiàng)。為了形成優(yōu)化的技術(shù)方案，視頻專題組設(shè)定了詳細(xì)的評(píng)估條件，準(zhǔn)備了反映各種典型情況的測試序列。評(píng)估的基本依據(jù)是技術(shù)提案對(duì)編碼效率的貢獻(xiàn)、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況。AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿最終包含了42個(gè)提案的技術(shù)內(nèi)容。主要技術(shù)貢獻(xiàn)單位包括中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、上海廣電（集團(tuán)）有限公司、華為技術(shù)有限公司等科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)。系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的主要起草單位包括清華大學(xué)、中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所、北京算通科技有限公司、華中科技大學(xué)、北京郵電大學(xué)等。
AVS標(biāo)準(zhǔn)視頻部分力圖定義一個(gè)由先進(jìn)、高效、較低復(fù)雜度、知識(shí)產(chǎn)權(quán)清晰的視頻編碼系統(tǒng)。有七個(gè)主要的技術(shù)組成部分：運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測、幀內(nèi)預(yù)測、變換和量化、熵編碼、環(huán)路濾波器、緩沖區(qū)管理、其它（如高層語法等）。我們對(duì)視頻編碼技術(shù)發(fā)展的歷史（公開發(fā)表論文）、專利狀況、工作組會(huì)員單位申請(qǐng)專利等情況進(jìn)行了深入調(diào)查，重點(diǎn)分析了其中的一百多項(xiàng)專利，此外還對(duì)30余篇H.263和H.264的技術(shù)提案進(jìn)行了分析，認(rèn)定AVS標(biāo)準(zhǔn)視頻部分相關(guān)技術(shù)在專利問題上可分為以下四類：
a. AVS采用了完全自主的技術(shù)，如運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測等；
b. AVS采用了自主的技術(shù)和公開發(fā)表的技術(shù)，如雙向預(yù)測編碼等；
c. AVS采用的技術(shù)與某些專利有交叉，但也擁有自主技術(shù)，如環(huán)路濾波等；
d. AVS采用了AVS工作組以外的專利技術(shù)，如緩沖區(qū)管理等。
調(diào)查分析的基本結(jié)論是AVS標(biāo)準(zhǔn)作為國家標(biāo)準(zhǔn)，在知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面是自主的。各提案單位已經(jīng)申請(qǐng)了40多項(xiàng)專利，一些專利還在申請(qǐng)過程中，這些專利技術(shù)構(gòu)成了AVS視頻標(biāo)準(zhǔn)的主體技術(shù)。
AVS標(biāo)準(zhǔn)的重要目標(biāo)是成為國際標(biāo)準(zhǔn)。在國際化過程中，會(huì)涉及到在其他國家注冊(cè)的少量專利。為了推動(dòng)AVS成為全球數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重要信源標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)AVS標(biāo)準(zhǔn)涉及到的國內(nèi)和國外專利技術(shù)，需要提出一套公平無歧視的符合國際慣例的專利管理方案，并籌建一個(gè)強(qiáng)有力的專利池管理組織，為AVS標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)化和國際化鋪平道路。
4 評(píng)估測試
2003年7月，國家廣電總局廣播電視計(jì)量檢測中心對(duì)AVS系統(tǒng)以MPEG-2系統(tǒng)為參照系進(jìn)行了檢測。測試圖像序列采用本領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)工作組推薦的4個(gè)720-60P高清測試序列。檢測報(bào)告最后的評(píng)價(jià)結(jié)果為：“所測AVS音視頻編解碼（軟件）系統(tǒng)在壓縮后碼率比MPEG-2編解碼系統(tǒng)低50%的情況下，圖像質(zhì)量均好于經(jīng)MPEG-2編解碼后的圖像質(zhì)量”。
2003年7月12 日，受信息產(chǎn)業(yè)部科技司、科技部高新司和中科院高技術(shù)局的委托，中國工程院信息與電子工程學(xué)部于2003年7月12日在北京召開了數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)（AVS）評(píng)估會(huì)議。包含10名院士在內(nèi)的23名專家組成的評(píng)估委員會(huì)認(rèn)真了解了數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)AVS（以下簡稱AVS）標(biāo)準(zhǔn)的制定過程，聽取了AVS技術(shù)報(bào)告、AVS專利分析報(bào)告、AVS與MPEG-2對(duì)比測試報(bào)告，觀看了系統(tǒng)演示。評(píng)估委員會(huì)認(rèn)為：AVS的產(chǎn)業(yè)化可以節(jié)省相當(dāng)可觀的MPEG-2專利費(fèi)，壓縮效率比MPEG-2高一倍，節(jié)省信道資源和光盤存儲(chǔ)資源，為我國數(shù)字電視等音視頻產(chǎn)業(yè)和相關(guān)芯片產(chǎn)業(yè)提供跨越發(fā)展的技術(shù)源頭。建議相關(guān)部門應(yīng)該在制定數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)政策時(shí)，充分考慮我國已有的AVS技術(shù)基礎(chǔ)，同時(shí)加快AVS技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用推廣工作。
根據(jù)國家質(zhì)檢總局2003年度國家標(biāo)準(zhǔn)制、修訂計(jì)劃安排，2004年1月10日在北京由全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織召開了《信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼第2部分：視頻》國家標(biāo)準(zhǔn)送審稿審查會(huì)。與會(huì)專家聽取了信息產(chǎn)業(yè)部數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)工作組視頻標(biāo)準(zhǔn)起草小組關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)的制定過程、標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容、專利分析及參考軟件實(shí)現(xiàn)與測試的報(bào)告。與會(huì)專家對(duì)標(biāo)準(zhǔn)送審稿進(jìn)行了認(rèn)真審查，經(jīng)充分討論后認(rèn)為“該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是多媒體信源編解碼領(lǐng)域非常重要的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，自主提出核心技術(shù)，對(duì)數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義重大。工作組做了大量細(xì)致的工作，探索出一條開放式自主制定重大信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的道路。與會(huì)專家充分肯定這項(xiàng)工作是卓有成效的，建議再進(jìn)一步開展測試、專利認(rèn)定，完成標(biāo)準(zhǔn)化程序。強(qiáng)烈建議國家主管部門加大支持和投入力度，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
5 標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史性機(jī)遇
視音頻編碼壓縮的技術(shù)歷史可以追溯到上個(gè)世紀(jì)50年代初。在上世紀(jì)80年代初，視頻編解碼技術(shù)初步成型。方案集成的主要貢獻(xiàn)者是標(biāo)準(zhǔn)化組織。來自各國家和組織的專家們共同完成了方案集成工作。另外，盡管有些技術(shù)多年前就已經(jīng)提出，但由于實(shí)現(xiàn)代價(jià)昂貴而沒能在當(dāng)時(shí)得到實(shí)際應(yīng)用，直到近年來半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展才滿足實(shí)時(shí)視頻處理的要求。國際上音視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)主要有兩大系列：ISO/IEC JTC1制定的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)（主要為數(shù)字電視采用）和ITU針對(duì)多媒體通信制定的H.26x系列視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)及G.7系列音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。
1994年制定的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)是國際音視頻標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的一個(gè)里程碑，是MPEG和ITU合作完成的，是音視頻行業(yè)遵循的第一代標(biāo)準(zhǔn)。近十年來，音視頻編碼技術(shù)本身和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用背景都發(fā)生了明顯變化。從2001年開始，ISO和ITU開始組建了聯(lián)合視頻工作組JVT，開發(fā)新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)完成。在ISO/IEC中，該標(biāo)準(zhǔn)的正式名稱為MPEG-4 AVC（Advanced Video Coding）標(biāo)準(zhǔn)，作為MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的第十部分；在ITU-T中的正式名稱為H.264標(biāo)準(zhǔn)。
理論上講，音視頻產(chǎn)業(yè)可以選擇的信源編碼標(biāo)準(zhǔn)有四個(gè)：MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC（簡稱AVC，也稱JVT、H.264）、AVS。前三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是由MPEG專家組完成的，第四個(gè)是我國自主制定的。
上述四種標(biāo)準(zhǔn)編碼效率的比較：MPEG-4是MPEG-2的1.4倍。AVS和AVC在技術(shù)水平和編碼效率上相當(dāng)，都比MPEG-2高一倍以上，即所占用的傳輸帶寬、頻譜資源、存儲(chǔ)容量都不到MPEG-2的一半。
評(píng)論