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认知第二代信源编码——国标AVS

2006-05-29 辽宁电视台 赵季伟 依马狮网


    2006年2月22日国家标委会正式通知:《信息技术先进音视频编码第2部分:视频》获得批准,国家标准号GB/T 20090.2-2006,于2006年3月1日起实施。消息传来,所到之处静默者多,寥寥有所反响,也不过是些非议。归纳起来有四,一为非强制性标准,意义不大;二为只有视频而无音频和系统,无法进入应用;三为产业化的商用,还是遥遥无期;四为在数字电视的全局中,不过小小一寓而已。而笔者认为:无论人们尚有多少不解,也无论AVS尚存多大缺欠,在被炒(吵)得已经变了形的数字电视标准族当中,先于其他标准出台,要比只会喊“年内一定出台”的“口号”强上百倍!况且,国标AVS毕竟还是堂堂正正地拉开了我国信源编码技术体系由第一代(MPEG-2)转向第二代的历史帷幕。
    毫无疑问,信源编码是直接关系广电核心内容的基础技术,面对这一重大技术体系的转型,提高广电群体对国标AVS的认知度,要比枉然结论更具有现实意义和历史作用。

一. AVS的概况
    AVS(Advanced Audio-Video Coding/Decoding Standard)是数字音视频编解码技术标准的英文简称。它包括系统、视频、音频、数字版权管理等4个主要技术标准和一致性测试等支撑标准。被批准的编号GB/T 20090.2-2006标准,就是AVS标准集之二,目标是把数字视频数据压缩为原来的几十分之一甚至百分之一以下,以解决数字视频海量数据(即内容、初始数据)的编码压缩问题,故被称为数字视频编解码技术。
    AVS是中国自主制定的音/视频编码技术标准。负责标准起草组织工作的AVS工作组,成立于2002年12月,隶属于信息产业部科技司。当初是以国际上最先进的AVC/H.264框架为起点,自主制定适于应用的中国标准。一年半后,对提审的182个议案采纳了其中41项,2003年12月19日视频部分定稿。
    在国际上,目前视频编解码标准主要有两大系列:ISO/IEC JTC1制定的MPEG系列压缩标准(MPEG-1/2/4);ITU-T针对多媒体通信制定的H.26x系列视频编码标准(H.261/2/3/3+/3++)。但二者之间也充分表现出“分久必合,合久必分”,“你中有我,我中有你”的现代技术特征。
    1994年由MPEG与ITU合作制订了MPEG-2,以获得Emmy奖为标志,成为国际第一代视频编解码标准的代表,也是目前国际上最为流行的视频标准。2001年12月,MPEG与ITU再度合作,ITU-T VCEG和MPEG-ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11组成联合视频组(JVT),共同研究第二代视频编码标准,并于2003年3月获得双方正式批准,名称在ITU-T那里被称为H.264建议,而在MPEG那里被称为MPEG-4 AVC(即ISO/IEC 14496-10)标准,版权归属于MPEG LA,被记为MPEG-4AVC/H.264,简称AVC、H.264或JVT。
    在广电的数字化中,常把内容传播分为两部分:信道编码与信源编码,前者旨在建立通畅的“数字化道路”,而后者旨在建立前者所能便利承载的“数字化货物”(内容)。特别是后者,在视频领域成为数字内容传输、存储、播放等环节的重要前提。如果不压缩,标准清晰度数字视频超过200Mb/s,高清晰度视频超过1Gbp/s,据此海量数据,传输网络的承载能力实在吃不消。正是因为第一代压缩编码的MPEG-2出现,才使得数字电视的传输成为可能。
    由此可见,可供选择的视频信源编码标准有4个:MPEG-2、MPEG-4、AVC/H.264和AVS。由于应用现实的需要,追求大幅度压缩效率的压缩比,是数字电视传输的基本需求,因而压缩比被称为数字电视及消费电子产业的“基本指数”。而在压缩效率上,MPEG-4是MPEG-2的1.4倍,而AVS与AVC/H.264相当,都是MPEG-2的2~3倍(参见图1),并表现出良好的未来成长趋势。这是AVS能够被称为第二代信源编码标准的重要理由之一,恐怕也是信息产业部出乎意料地迅速推出AVS视频标准的重要原因之一。

认知第二代信源编码——国标AVS
    反思有关广电的数字电视标准,从20世纪进入研究,至今无所成。有操持者常常说起时就感“汗颜”,然而,仅仅汗颜实在不够,找出内在的原因却是当务之急,是否又是广电的特色在作祟?

二. 不同凡响的编码体系
    1.技术体系与性能不同
    表1列出了主要信源编码技术性能的比较。对比技术要点,可以看出AVS不仅不同于第一代编码的MPEG-2,而且也不同于第二代编码的AVC/H.264。
    2.知识产权所有不同
    既然是知识产权,就离不开专利许可。一般的专利许可分为4个层次:第一层是不许可,既要成为国标,就不可能采用一个不被许可的技术;第二层是专利的公平非歧视性原则(RAND),在公平非歧视条件下的合理许可是国际标准知识产权政策的底限;第三层是进入“专利池”的打包许可,即所有入池专利均以最有竞争力的价格获得整体许可,至于权利人如何分享利益,则由专利入池框架的内部协商解决;第四层是RAND的免费许可,有竞争力的许可费用原则,将使许可处于国际同类标准的竞争优势。

认知第二代信源编码——国标AVS
认知第二代信源编码——国标AVS
    就专利技术而言,尽管有一些国际标准很有“技术优势”,却常被称之为“胖专利”,因为其中对技术进步所做出实质贡献的部分并不多,既有对专利群中各方利益的平衡,也有急需应用却用不上的编码工具,还有在20年保护期内处于休眠状态,而一旦过期又被激活的专利技术。在“胖专利”的影响下,有些很好的编码技术却得不到推广,比如MPEG-4标准,1998年11月即完成起草,至今没有形成气候,却在很多应用中采用了它的部分专利技术。
    AVS既利用了这些技术标准的特点,也汲取了应用专利的经验与教训,通过开放的“一站式入池”许可策略,将具有实际贡献的专利技术、又愿意加入专利池者,或免费许可者,只要“入池”,即可实现知识产权保护与价值体现,产生“人人机会均等”的知识产权保护,同时,又能够因为便捷的推广而体现专利技术的现实价值。
    对于AVS专利池进行管理的是AVS专利池管理委员会,委员构成是专利持有人6个席位,标准使用者6个席位,政府代表5个。AVS的最高权利机构是会员大会,到2005年5月,AVS会员共132家,包括国内的上广电、华为、海信、联想、TCL等,国外的摩托罗拉、Intel、微软、松下、索尼、东芝、Nokia、三星等企业。其中家电企业约占11%,通信企业12%,计算机软件制造企业44%,芯片企业14%,国外大学和研究机构5%,外籍背景的会员25%。相信AVS成为国标以后,更多的企业与研究机构会更加踊跃地入池。
    目前,AVS所有103项专利的90%,由国内企业或者研究机构持有。表二列出了AVS所涉及国际专利技术的分布。
    3.专利费结构和费税方式不同
    每每提到AVS,都会说它将为国家每年节省数十亿美元的专利费,因为AVS主打的是自主知识产权。有了自主知识产权,在专利上就不为他人所难,就不会重蹈“我国DVD机生产最终成为国外富贾打工者”的覆辙。那么,AVS如何派生出数十亿美元的宏观效益呢?
    从AVC/H.264到MPEG-2

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