數字音視頻編解碼技術(shù)標準AVS
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1 標準化工作進(jìn)展
數字音視頻編解碼技術(shù)標準工作組由信息產(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)合國內企業(yè)和科研機構，制（修）訂數字音視頻的壓縮、解壓縮、處理和表示等共性技術(shù)標準，為數字音視頻設備與系統提供高效經(jīng)濟的編解碼技術(shù)，服務(wù)于高分辨率數字廣播、高密度激光數字存儲媒體、無(wú)線(xiàn)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)應用。目前工作組分為需求與測試組、系統組、視頻組、音頻組、實(shí)現組、版權保護組、知識產(chǎn)權組等專(zhuān)題組開(kāi)展工作。會(huì )員單位從2002年度的30多家增長(cháng)到80多家（http://www.avs.org.cn），覆蓋了國內本領(lǐng)域的主要產(chǎn)品開(kāi)發(fā)生產(chǎn)廠(chǎng)家與研究單位。AVS工作組成立以來(lái)，已經(jīng)召開(kāi)了七次全體會(huì )議，20余次專(zhuān)題會(huì )議。
在國家標準計劃中，AVS標準的正式名稱(chēng)為《信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼》，包括系統、視頻、音頻、數字版權管理與保護等四個(gè)主要標準和一致性測試等支撐標準。在2003年12月18-19舉行第七次會(huì )議上，工作組完成了AVS標準的第一部分（系統）和第二部分（視頻）的草案最終稿（FCD－Final Committee Draft），和報批稿配套的驗證軟件也已完成。2004年度第一季度（第8次全體會(huì )議）準備正式開(kāi)始“數字版權管理與保護”標準的制定，視頻組準備開(kāi)始面向3G的視頻編碼標準的制定，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年完成標準第四部分（數字版權管理與保護）。
2 已完成的標準
AVS工作組已經(jīng)完成的視頻標準報批稿是《信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼》的第二部分，代表了當前視頻編解碼領(lǐng)域的最新水平。視頻標準是AVS標準中最復雜、難度最大的一個(gè)部分，其編碼效率是MPEG-2的2-3倍（根據視頻畫(huà)面尺寸不同有所不同）。AVS在保證編碼效率的前提下，實(shí)現復雜度明顯比最新的MPEG-4 AVC低，在高清晰度應用方面處于領(lǐng)先水平，是我國高清晰度數字電視和激光視盤(pán)機產(chǎn)業(yè)的最佳選擇。
AVS工作組已經(jīng)完成的系統標準報批稿是《信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼》的第一部分，是音視頻產(chǎn)品的平臺性標準，兼容目前廣泛采用的國際標準MPEG-2的“第一部分系統”，并針對高清晰度和標準清晰度數字電視、激光視盤(pán)播放機進(jìn)行了具體的規定和定義，從框架上提供了對國內外各種主流視頻、音頻編碼標準的支持。AVS系統標準準備于2004年3月報請對口國際標準組織審議。
3 自主知識產(chǎn)權
AVS標準是我國科研機構和企業(yè)在“863”計劃支持下的集體創(chuàng )新。工作組至今共收到各種技術(shù)提案200多項。為了形成優(yōu)化的技術(shù)方案，視頻專(zhuān)題組設定了詳細的評估條件，準備了反映各種典型情況的測試序列。評估的基本依據是技術(shù)提案對編碼效率的貢獻、實(shí)現復雜度和知識產(chǎn)權情況。AVS視頻標準報批稿最終包含了42個(gè)提案的技術(shù)內容。主要技術(shù)貢獻單位包括中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所、清華大學(xué)、浙江大學(xué)、上海廣電（集團）有限公司、華為技術(shù)有限公司等科研機構和企業(yè)。系統標準的主要起草單位包括清華大學(xué)、中國科學(xué)院計算技術(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標準視頻部分力圖定義一個(gè)由先進(jìn)、高效、較低復雜度、知識產(chǎn)權清晰的視頻編碼系統。有七個(gè)主要的技術(shù)組成部分：運動(dòng)補償預測、幀內預測、變換和量化、熵編碼、環(huán)路濾波器、緩沖區管理、其它（如高層語(yǔ)法等）。我們對視頻編碼技術(shù)發(fā)展的歷史（公開(kāi)發(fā)表論文）、專(zhuān)利狀況、工作組會(huì )員單位申請專(zhuān)利等情況進(jìn)行了深入調查，重點(diǎn)分析了其中的一百多項專(zhuān)利，此外還對30余篇H.263和H.264的技術(shù)提案進(jìn)行了分析，認定AVS標準視頻部分相關(guān)技術(shù)在專(zhuān)利問(wèn)題上可分為以下四類(lèi)：
a. AVS采用了完全自主的技術(shù)，如運動(dòng)矢量預測等；
b. AVS采用了自主的技術(shù)和公開(kāi)發(fā)表的技術(shù)，如雙向預測編碼等；
c. AVS采用的技術(shù)與某些專(zhuān)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(zhuān)利技術(shù)，如緩沖區管理等。
調查分析的基本結論是AVS標準作為國家標準，在知識產(chǎn)權方面是自主的。各提案單位已經(jīng)申請了40多項專(zhuān)利，一些專(zhuān)利還在申請過(guò)程中，這些專(zhuān)利技術(shù)構成了AVS視頻標準的主體技術(shù)。
AVS標準的重要目標是成為國際標準。在國際化過(guò)程中，會(huì )涉及到在其他國家注冊的少量專(zhuān)利。為了推動(dòng)AVS成為全球數字音視頻產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的重要信源標準，對AVS標準涉及到的國內和國外專(zhuān)利技術(shù)，需要提出一套公平無(wú)歧視的符合國際慣例的專(zhuān)利管理方案，并籌建一個(gè)強有力的專(zhuān)利池管理組織，為AVS標準的產(chǎn)業(yè)化和國際化鋪平道路。
4 評估測試
2003年7月，國家廣電總局廣播電視計量檢測中心對AVS系統以MPEG-2系統為參照系進(jìn)行了檢測。測試圖像序列采用本領(lǐng)域國際標準工作組推薦的4個(gè)720-60P高清測試序列。檢測報告最后的評價(jià)結果為：“所測AVS音視頻編解碼（軟件）系統在壓縮后碼率比MPEG-2編解碼系統低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(kāi)了數字音視頻編解碼技術(shù)（AVS）評估會(huì )議。包含10名院士在內的23名專(zhuān)家組成的評估委員會(huì )認真了解了數字音視頻編解碼技術(shù)AVS（以下簡(jiǎn)稱(chēng)AVS）標準的制定過(guò)程，聽(tīng)取了AVS技術(shù)報告、AVS專(zhuān)利分析報告、AVS與MPEG-2對比測試報告，觀(guān)看了系統演示。評估委員會(huì )認為：AVS的產(chǎn)業(yè)化可以節省相當可觀(guān)的MPEG-2專(zhuān)利費，壓縮效率比MPEG-2高一倍，節省信道資源和光盤(pán)存儲資源，為我國數字電視等音視頻產(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(mén)應該在制定數字電視產(chǎn)業(yè)政策時(shí)，充分考慮我國已有的AVS技術(shù)基礎，同時(shí)加快AVS技術(shù)、標準和產(chǎn)業(yè)化及應用推廣工作。
根據國家質(zhì)檢總局2003年度國家標準制、修訂計劃安排，2004年1月10日在北京由全國信息技術(shù)標準化技術(shù)委員會(huì )組織召開(kāi)了《信息技術(shù)先進(jìn)音視頻編碼第2部分：視頻》國家標準送審稿審查會(huì )。與會(huì )專(zhuān)家聽(tīng)取了信息產(chǎn)業(yè)部數字音視頻編解碼技術(shù)標準工作組視頻標準起草小組關(guān)于標準的制定過(guò)程、標準內容、專(zhuān)利分析及參考軟件實(shí)現與測試的報告。與會(huì )專(zhuān)家對標準送審稿進(jìn)行了認真審查，經(jīng)充分討論后認為“該項標準是多媒體信源編解碼領(lǐng)域非常重要的基礎標準，自主提出核心技術(shù)，對數字音視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展意義重大。工作組做了大量細致的工作，探索出一條開(kāi)放式自主制定重大信息技術(shù)標準的道路。與會(huì )專(zhuān)家充分肯定這項工作是卓有成效的，建議再進(jìn)一步開(kāi)展測試、專(zhuān)利認定，完成標準化程序。強烈建議國家主管部門(mén)加大支持和投入力度，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
5 標準和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷史性機遇
視音頻編碼壓縮的技術(shù)歷史可以追溯到上個(gè)世紀50年代初。在上世紀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者是標準化組織。來(lái)自各國家和組織的專(zhuān)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)現代價(jià)昂貴而沒(méi)能在當時(shí)得到實(shí)際應用，直到近年來(lái)半導體技術(shù)的發(fā)展才滿(mǎn)足實(shí)時(shí)視頻處理的要求。國際上音視頻編解碼標準主要有兩大系列：ISO/IEC JTC1制定的MPEG系列標準（主要為數字電視采用）和ITU針對多媒體通信制定的H.26x系列視頻編碼標準及G.7系列音頻編碼標準。
1994年制定的MPEG-2標準是國際音視頻標準領(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)遵循的第一代標準。近十年來(lái)，音視頻編碼技術(shù)本身和產(chǎn)業(yè)應用背景都發(fā)生了明顯變化。從2001年開(kāi)始，ISO和ITU開(kāi)始組建了聯(lián)合視頻工作組JVT，開(kāi)發(fā)新的視頻編碼標準，目前已經(jīng)完成。在ISO/IEC中，該標準的正式名稱(chēng)為MPEG-4 AVC（Advanced Video Coding）標準，作為MPEG-4標準的第十部分；在ITU-T中的正式名稱(chēng)為H.264標準。
理論上講，音視頻產(chǎn)業(yè)可以選擇的信源編碼標準有四個(gè)：MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC（簡(jiǎn)稱(chēng)AVC，也稱(chēng)JVT、H.264）、AVS。前三個(gè)標準是由MPEG專(zhuān)家組完成的，第四個(gè)是我國自主制定的。
上述四種標準編碼效率的比較：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，都比MPEG-2高一倍以上，即所占用的傳輸帶寬、頻譜資源、存儲容量都不到MPEG-2的一半。
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