中国有一款超越HEVC的标准——AVS2标准简介

原文链接：http://media.pkusz.edu.cn/achievements/?p=64

作者：李旭峰  王荣刚

AVS工作组

说到AVS系列标准，就不得不先提一下AVS工作组。AVS工作组是数字音视频编解码技术标准工作组的简称，由国家原信息产业部科学技术司于2002年6月批准成立。工作组的任务是面向我国的信息产业需求，联合国内企业和科研机构，制（修）订数字音视频的压缩、解压缩、处理和表示等共性技术标准，为数字音视频设备与系统提供高效经济的编解码技术，服务于高分辨率数字广播、高密度激光数字存储媒体、无线宽带多媒体通讯、互联网宽带流媒体等重大信息产业应用（摘自AVS工作组官网）。

AVS工作组目前有来自于高校、企业、科研机构的81家会员单位，由中国工程院院士、北京大学教授、博导、国家自然科学基金委员会副主任高文老师任组长，下设需求组、系统组、视频组、音频组、测试组、知识产权组等部门。自成立以来，AVS工作组坚持按照国际开放式规则制定AVS系列标准。目前已完成两代AVS标准的制定。 

第一代AVS标准

第一代AVS标准包括国家标准《信息技术 先进音视频编码 第2部分：视频》（简称AVS1，国标号：GB／T 20090.2-2006）和《信息技术 先进音视频编码 第16部分：广播电视视频》（简称AVS+，国标号：GB/T 20090.16-2016）。国家广电总局广播电视规划院主持的AVS视频标准测试显示：AVS1码率为MPEG-2标准的一半时，无论是标准清晰度还是高清晰度，编码质量都达到优秀，码率不到三分之一时，也达到良好到优秀的水平。AVS1标准视频部分于2006年2月颁布为国家标准。

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AVS1成为与MPEG-2、H.264、VC-1并列的可供IPTV选择的标准之一。2013年6月4日，AVS1视频部分由国际电子信息领域影响最大的学术组织IEEE（美国电气和电子工程师协会）出版，标准号为IEEE1857-2013，标志着AVS系列标准在国际化的道路上迈出了重要一步。

AVS+是国家广播电影电视总局于2012年7月10日颁布的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》，也是AVS1的增强版，在压缩效率上与国际同类标准H.264/AVC最高档次（High Profile）相当。2013年1月18日，时任中共中央政治局常委、国务院副总理李克强在2012年度国家科学技术奖励大会上宣布“数字视频编解码技术国家标准AVS与产业应用”获得国家科学技术进步二等奖。

2013年3月18日，中央电视台采用AVS+标准的3D节目上星进行开路试验播出。同日，中古哈瓦那数字电视示范区建设竣工仪式在古巴首都哈瓦那举行，采用中国AVS标准的数字电视正式落户古巴。迄今为止，中国AVS标准已经在斯里兰卡、老挝、泰国和吉尔吉斯斯坦等国落地，全球已有上千套使用AVS+编码的高清内容上星播出。

第二代AVS标准

2008年12月起，AVS工作组开展新一代标准的需求分析，为下一代AVS标准（简称AVS2）确定了制定目标：在主流技术可实现的前提下，当重建视频主观质量相同时，至少在高清或更高分辨率下编码效率比AVS1的最好性能提高一倍以上；在主流配置下，编码效率优于最新的国际标准（摘自AVS工作组提案N1924）。

经过14次工作组全体会议、1次视频组加会、3次视频部分标准文本编辑会议，AVS工作组审议了收到的600余项技术提案，采纳189项，于2016年2月形成标准送审稿。2016年5月，AVS2被国家新闻出版广电总局颁布为广电行业标准《高效音视频编码 第1部分：视频》（行标号：GY/T 299.1-2016）。同年12月，AVS2被国家质检总局和国家标准委颁布为国家标准《信息技术 高效多媒体编码 第2部分：视频》（国标号: GB/T 33475.2-2016）。目前已提交IEEE国际标准（标准号：IEEE1857.4）申请。

AVS2首要应用目标是超高清晰度视频，支持超高分辨率（4K以上）、高动态范围视频的高效压缩。测试结果表明：在数字电视广播（逐行）、实时通信和数字电影或静态图像领域，AVS2和HEVC的编码性能相似，但在数字电视广播（隔行）和视频监控的应用方面，AVS2的编码性能要明显高于HEVC。

AVS2标准的编码效率比AVS1提高了一倍，与同期国际标准相当，在场景编码领域比同期国际标准效率高了一倍，为我国视频产业发展创造了先机。

AVS2产业应用

（1）超高清晰度视频广播

国家新闻出版广电总局和工业和信息化部“AVS技术应用联合推进工作组”已经确定AVS2首先应用于OTT超高清视频服务，2017年进行超高清电视广播试验，2018年用于“世界杯”超高清转播。

（2）互联网图像与视频

在中国网络电视台（CNTV）的统一组织下，AVS2网络电视直播解决方案已在CNTV的CDN和P2P直播平台上完成搭建和测试，并在里约奥运会开始前正式上线，对部分奥运赛事进行了网络直播。

腾讯音视频实验室基于AVS2内核自主研发了一种新的图片编码格式TPG，大大提高了图片的压缩率。据腾讯音视频实验室提供的测试数据，TPG与JPG/JPEG、PNG、GIF等常见图片格式在同等质量图片的前提下对比，TPG图片的体积比PNG小50%以上，比GIF小90%以上，比 JPG/JPEG小40%以上。相对Google推出的WEBP格式，文件大小可以减少近30%。

（3）芯片+专业编码器

北京大学深圳研究生院数字媒体研究中心研制成功首款基于AVS2标准的高清实时编码器uAVS2，性能大幅超越HEVC/H.265编码器x265，为AVS2标准进入产业应用扫清了技术障碍。随后AVS2超高清实时视频编码器和移动高清编码器也相继推出。

华为海思推出业界首颗支持AVS2.0的全4K芯片Hi3796MV200，CPU处理能力达到4核1.6GHz，28nm工艺，助跑广电进入全4K时代。

数码视讯开发出AVS2超高清专业级编转码器，具有分布式架构、异构协处理、全特性AVS2、统计复用、真4K和虚拟云计算六大技术特点。

柯维新和上海国茂等企业正在开发广播级的AVS2超高清实时编码器，东华广信预计今年也将推出AVS2系列产品。

未来展望

我国具有自主知识产权的AVS标准从无到有，从跟随国际标准到现在的领先和超越，正在一步步成长。目前，AVS工作组已经启动下一代编码标准AVS3的制定。AVS3将结合云计算时代的现状和需求，利用云计算的能力，实现更高效的编码。

除此之外，AVS工作组在国际音视频产业论坛暨AVS标准15周年年会宣布我国将制定虚拟现实（VR）系列国家标准和国际标准，同时启动有关人工智能相关标准的研究和制定工作。

AVS工作组正加快步伐，多面开花，相信凭借着国际领先的思路和势如破竹的动力，AVS标准将取得新的突破，为我国具有自主知识产权标准的发展添上浓重的一笔！

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作者简介：

李旭峰，北京大学深圳研究生院数字媒体研究中心工程师。2015年获得北京大学信息工程学院集成电路专业硕士学位。主要研究方向为视频编解码优化和主观质量评价。

 

王荣刚，北京大学深圳研究生院副教授。2006年获得中国科学院计算技术研究所计算机应用专业博士学位。主要研究方向为视频编码，虚拟现实和图像增强。