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中国自主标准引领智能视听时代

S 工作组秘书长黄铁军中关村视听产业技术创新联盟秘书长张伟民

数字音视频编解码标准是数字音视频产业必不可少的基础性核心技术标准,也是国际音视频产业竞争的战略制高点.在S 标准（Audio and Video coding Standard）之前,该领域一直被收费高昂的国际标准垄断,同时个别强势跨国公司推行自己主导的标准,我国音视频产业国际竞争力受到严重制约,我国相关民族企业面临巨大的专利风险.

自2002 年诞生以来,S 标准秉承自主创新的宗旨,在核心技术研究、共性标准制定、知识产权创新、芯片设计开发、自主产品研制、重要产业应用、海外推广等方面取得了全面突破,为我国节省了数以百亿元的专利费,而且有力带动我国数字视频“由大变强”,成为我国知识产权战略和标准战略成功实施的重大典型案例.

千人团队共创自主标准

S 标准工作组自2002 年成立以来,来自北京大学、浙江大学、清华大学、中国科学院、华为、三星、中兴等高等院校、科研机构及知名企业的千人规模技术团队密切合作,推出了系列自主知识产权S 音视频标准,2007 年开始实现规模产业化.从2010 年到2016 年,S 完成了从第一代S 标准向第二代S 标准的承接和跨越,总体性能国际同步,部分指标国际领先.

第一代S 标准制订始于2002 年,其中视频部分于2006 年2 月颁布为《信息技术先进音视频编码第2 部分：视频》（GB/T20090.2）国家标准,至今GB/T 20090 国家标准已颁布9个部分.2012年7月,针对广电应用制订的行业标准《广播电视先进音视频编解码第1 部分：视频》获批为广播电视行业标准,行标号为GY/T 257.1—2012,简称S+.在第一代S 推广应用的同时,S 技术的演进工作持续推进.第二代标准S2是指国家标准《信息技术高效多媒体编码》,2015 年开发完成,主要面向超高清电视,定位在引领未来5~10 年数字媒体产业的发展.2016 年5 月,国家新闻出版颁布S2 视频为行业标准,2016 年12 月30 日,颁布为国家标准.测试表明,S2 在超高清电视方面的编码效率优于最新国际标HEVC/H.265,对监控视频的编码效率可达HEVC两倍,在智慧城市等领域具有重大应用价值.

护航中国音视频产业发展

S 的出发点是实现知识产权的自主可控,让标准回归为产业发展服务的本位,支撑我国数字视音频产业的健康发展.在标准制定之初,就对过去50 多年来视频编解码技术发展历程和过去20 年来本领域相关标准和专利进行了梳理分析,全面掌握了视频编码技术格局和现有相关专利分布情况.在此基础上,在变换、量化、熵编码、帧内预测、帧间预测、环路滤波等方面提出若干新技术,形成了上百项专利构成的专利群,使得S 国家标准的编码效率达到了同期国际标准相当的水平（同期国际标准是指国际电信联盟ITU和国际标准化组织ISO 和国际电工技术委员会IEC 制定颁布的同类标准）,成为国际范围内三大视频编码标准之一,扭转了视频编码领域国际标准征收高额专利授权费的格局.

在知识产权管理方面,在我国率先建立了“专利池”管理机制,为进入国家标准的专利技术设置了一站式、低成本专利授权原则和管理细则,每台终端产品只收1 元专利费,不对内容提供商和运营商收费,从而大幅度降低了标准实施的专利成本.S 已成为我国地面数字电视机和地面数字电视机顶盒唯一必须支持的标准,通过替代已有国家标准GB/T 17975.2-2000（等同国际标准MPEG-2）,我国电视机和终端制造业每年可节省专利成本6 亿元以上（仅以我国国内市场每年销售5000 万台电视机进行保守估算）,通过代替同期国际标准MPEG-4 C/H.264,全国广播电视和IPTV 电视等运营商每年可节省专利成本达到百亿元量级.

S 不仅大大降低了我国数字音视频产业的专利授权成本,同时也对国际标准的高额专利授权政策造成了巨大压力,有效压制了国际视频行业的专利授权费快速膨胀的势头,为新技术的采纳推广创造了更多机会.S 的成功实践也成为商务部在WTO 进行知识产权政策谈判中的典型案例,在国际标准化组织重新审定专利政策中得到关注,并在IEEE 严格标准中的专利授权管理的行动中得到印证.

走向国际打造中国标准品牌

在S 标准颁布之前,国际上音视频编解码标准主要有两大系列,一个是MPEG 系列标准,另一个是H.26x 系列视频编码标准和G.7 系列音频编码标准.为参与国际竞争,S 多年来着力于将S标准转化为国际标准.

2007 年5 月7 日~11 日,国际电信联盟（ITU-T）IPTV FG 第四次会议明确S视频编码标准成为与MPEG-2、H.264、VC-1 并列的可供IPTV 选择的标准之一.2009 年7 月, S 和ITU-T H.264（MPEG-4 C）、PTE VC-1 共同成为三个视频编码国际标准之一.

2013 年以来,多项S 标准由美国电气电子工程师协会（IEEE）标准颁布为IEEE 1857 系列标准,在打破国际音视频标准对我国垄断制约的同时,加强了我国自主知识产权S 标准的国际竞争力,标志着我国科学家在视音频编码技术领域已经具有引领性的组织能力和国际影响力,是我国高新技术领域实施创新战略的一个重要标志.

未来,S 将继续参与国际标准的制订和竞争工作,推动我国成为引领全球技术和产业发展的创新大国.

S 技术应用步入快车道

制订S 标准的核心目标,是希望通过制订我国自主知识产权的标准,并在应用部门的推动下,使其能够大规模产业化,使基于我国自主创新技术标准的音视频编解码产品赶上国际一流水平,在技术方面不受制于人.S 产业化本身涉及S 芯片、软件、产品设备和端到端系统等多个关键环节,既相互独立又相互依存,是一项复杂的系统工程.

2012 年3 月18 日,与国家新闻出版共同成立了“S 技术应用联合推进工作组”,以电视台和S 产业联盟为龙头,以中国工程院院士高文和电视台总工程师丁文华为技术带头人,组织科研院所、芯片及设备企业、电视台、广电网络公司等产学研用各方力量,共同开展联合攻关.

2012年7月,广播电影电视行业标准GY/T 257.1-2012《广播电视先进音视频编解码第1部分：视频》（简称S+）颁布实施.2014年3 月,国家新闻出版与联合发布《S+技术应用实施指南》,明确在卫星、有线、地面数字电视及互联网电视等领域全面推广,S 作为数字电视终端唯一必备视频解码标准而进入千家万户.截至2015 年年底,电视台14 个高清频道及全国超过2/3 的省级卫视已采用S+播出.2014 年12 月30 日,国家新闻出版和财政部联合印发《关于实施广播电视节目无线数字化覆盖工程的通知》,全国所有无线电视播出全部采用S.

5 年来,两部门密切配合,依托联合推进工作组,组织各方力量,构建了应用部门与产业部门及研发、生产、应用等产业链各环节互动、协调、合作的工作机制和全新联合攻关模式,打造了从芯片、前端设备、接收终端到应用系统的S+技术标准完整产业链,全球S 芯片厂商已经超过20 家,支撑我国电视台上星节目进入高清时代,并快速带动各地有线、无线和网络电视转播和制播S+节目.目前,电视台所有高清频道均采用S+标准,各省电视台也在逐步跟进,我国直播卫星数字电视正试播S +的高清频道.随着采用S +标准的节目从无到有,S 标准产业化和应用推广取得了阶段性重大突破,我国数字音视频产业实现了“中国制造”到“中国创造”的规模化战略转型.

过去3 年来,随着S2 超高清视频编码标准的颁布和高动态视频及三维声音频标准的制定,我国广播电视行业正在向超高清时代迈进,相应的芯片和产品研制和编解码系统构建工作已经基本完成,已经在OTT 超高清视频服务中得到应用验证,年内计划完成进行超高清电视广播试验,明年应用于“”超高清转播.

S2拥有领先于H.265国际标准的独有技术-场景编码模式,不仅大幅提高了监控视频的编码效率,还实现了背景和前景目标的分离,结合S 系列标准中的视觉特征编码标准,能够有效支持视频大数据的深度分析利用.测试表明,在编码监控视频时,S2 的效率是H.265 的2 倍,是现行H.264 标准的4倍.因此采用S2 标准,可将监控系统存储和传输成本削减75%,全国推广可节省上千亿元,对于促进我国视频监控产业健康发展、提升我国视频监控系统应用水平和提高监控数据综合利用的效率具有重要意义.

未来展望

30 年来,视频编码国际标准的高额专利收费曾经是悬在我国音视频产业头顶的“达摩克利特”之剑,但也促使我国决心制定自主知识产权的S.15 年来,S 走出了一条技术、专利、标准、芯片和应用协调发展的道路,第一代S 标准实现了与国际标准同步发展,已经在支撑我国高清电视和视频产业发展方面发挥基础性作用,第二代标准S2在广播电视与电影高清视频编码方面性能已优于最新国际标准,在监控视频编码方面完全领先于国际标准,能够从技术源头上支撑我国视频产业的健康发展.S 近15 年的标准制定和成功应用实践表明,只要下定决心、理顺机制、团结协作,我国在信息领域核心技术、基础标准和重大应用方面完全能够实现从跟踪到并跑再到领跑的历史性跨越.

目前,S 工作组已经启动下一代编码标准S3 的制定.S3 发展方向主要包括：继续提升传统混合编码框架的性能,面向移动设备和自媒体的轻量级编码,利用群体图像和视频之间的冗余和云计算条件的云编码,采用神经网络和机器学习方法的新技术标准,以及借鉴生物视觉脉冲编码机制的视觉信息表示和编码方法,引领视频编码技术的国际前沿.

3 月18 日,S 工作组在国际音视频产业论坛暨S 标准15 周年年会宣布：S 的内涵将从音频、视频扩展到人工智能和虚拟现实,并启动相关标准的研究制定工作.

7月23日,人工智能产业技术创新战略联盟（简称“联盟”）正式成立.目前联盟已经启动人工智能开源开放平台设计开发工作,同时启动了神经网络表示与压缩、视觉特征编码等标准的制定工作.

我们相信,凭借着国际领先的思路和砥砺奋进的精神,S 标准将取得新的突破,继续引领智能视听时代！

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