數(shù)字音視頻壓縮技術標準與應用研究

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1、 華東師范大學博士后出站報告 報告人： 指導老師： 流動站： 工作站： 題星皇?豕??送二鈞  開始碼技術是音視頻壓縮編碼中的重要組成部分，它屬于系統(tǒng)層編碼。利用 使用的開始碼方法的基礎上，提出了高效的開始碼方法，并申請了多項專利技術。  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 ??數(shù)字電視的世紀挑戰(zhàn)與機遇 數(shù)字電視領域是否會面臨同樣問題，必須進行客觀、深入分析。一方面，我 國不是沒有任何基礎技術或自主專利，數(shù)目巨大的國外專利也并不代表國外完全 控制了技術主動權，特別是在一些特定領域，我國可以發(fā)現(xiàn)相對優(yōu)勢，不必妄自 菲

2、薄。另一方面，我國也很難制定出完全不涉及任何國外技術的自主標準，不能 夜郎自大，我們能做的是在進行深入技術和產(chǎn)業(yè)分析的基礎上，綜合我國在技術、 標準、知識產(chǎn)權和產(chǎn)業(yè)方面的相對優(yōu)勢，打一場穩(wěn)步發(fā)展的“持久戰(zhàn)”，逐漸成 為技術、標準和產(chǎn)業(yè)的領頭羊。  的道路。政府首先根據(jù)產(chǎn)業(yè)需要“出題”——制定技術標準，然后對相關研究開 發(fā)活動給予支持；來自大學、研究所和企業(yè)的各種單項研究成果一邊申請專利，  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 征收的專利費，這實際上是新世紀全球知識產(chǎn)權大戰(zhàn)的一次前哨戰(zhàn)。??年之 前，我國高新技術領域國內專利申請量

3、的四分之三來自國外，??年，這一比 例提高到?％。相比之下，??年美國專利與商標局核準的?萬多項專利中， 來自我國大陸的不足百分之一。全球范圍內，占世界人口四分之一的發(fā)達國家， 擁有世界?％的專利”。為了保護自己在知識產(chǎn)權方面的利益，發(fā)達國家將知識 產(chǎn)權的保護標準提高到前所未有的高度總體上看，對我國企業(yè)發(fā)動專利戰(zhàn)的外國 企業(yè)將越來越多，規(guī)模將越來越大，戰(zhàn)場將蔓延到各大經(jīng)濟體和經(jīng)濟領域。 應該清醒地認識到，外商對我國專利戰(zhàn)的主要目標不是收取權利金，更不是 收取合理的權利金，而是迫使我國企業(yè)淪落為沒有自主品牌、自主技術的廉價“代 工商”，自己則穩(wěn)居利潤豐厚的產(chǎn)業(yè)鏈的上游?ɡ?鉸?和

4、下游?放普鉸?。 ??數(shù)字電視的世紀之戰(zhàn)  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 信源編碼技術解決的重點問題是數(shù)字音視頻海量數(shù)據(jù)的編碼壓縮問題，故也 稱數(shù)字音視頻編解碼技術，無論采用何種信道技術，信源編碼都是必要的。眾所 周知，數(shù)字化視頻的原始數(shù)據(jù)量是十分龐大的，例如，標準清晰度的數(shù)字視頻每 秒的數(shù)據(jù)量超過??比特，高清晰度數(shù)字電視每秒的數(shù)據(jù)量超過?比特。數(shù) 字音視頻要在消費電子產(chǎn)品中得到應用，必須采用先進的壓縮編碼算法進行大幅 度壓縮。而反映壓縮效率的壓縮比也就成為數(shù)字電視乃至數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)的“基 本指數(shù)”。 視頻編碼標準并非一個單一的算法

5、，而是一整套的編碼工具，這些工具綜合 起來就達到了完整的壓縮效果。視頻壓縮的歷史可阻追溯到上個世紀?年代初， 在隨后?多年時間里，主要的壓縮技術和工具逐漸發(fā)展起來，在上世紀?初， 視頻編碼技術初步成型。最初每個主要的工具都是作為視頻編碼的完整解決方案 提出的，各條技術主線最初平行發(fā)展，最終各性能最佳者匯合成為完整的解決方  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 動”，??年，??荼涑蒁???質悠倒悴?，??籑?計劃取消，歐洲正 式過渡到數(shù)字電視時代。 需要注意的是，美國、歐洲啟動數(shù)字電視計劃之際，正是信源編碼技術逐漸 成熟、形成標準的前夜。??

6、年，??疘?成立??專家組，??年推出了 數(shù)字電視時代 彩色電視 準完成，倒 體系形成 歐洲成立數(shù) 字電視標準中國部署數(shù) 字電視戰(zhàn)略 高技術領域后來居上的一個典型案例。  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 業(yè)利益相關的。歐洲當初選擇了???的視頻和音頻標準，但在高清業(yè)務方面， 數(shù)字電視標準，更應該發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，選擇有利于整個產(chǎn)業(yè)全面發(fā)展、有利于培 養(yǎng)具有國際影響的音視頻企業(yè)的標準。 我國對數(shù)字電視的部署開始于??年，在上個世紀末的爭戰(zhàn)中后來居上的機會 已經(jīng)很小，而必須尋找新的機遇。新世紀以來，隨著編解碼技術本身的進步和芯 片集成

7、度、計算速度的實現(xiàn)條件的發(fā)展，信源編碼技術標準面臨更新?lián)Q代的歷史 ??視頻編碼標準的歷史演進 建議，這些標準和建議的制定極大地推動了多媒體技術的實用化和產(chǎn)業(yè)化。從技 術進步的角度看，??年完成的第一代信源編碼技術標準??一?蚆??? 的壓縮能力為?一?倍。進入新世紀以來，以第二代信源編碼技術標準相繼出臺， 壓縮效率可達到????倍。第二代信源編碼技術將使原來剛剛形成不久的國際 數(shù)字電視和數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)格局重新“洗牌”，使得中國的產(chǎn)業(yè)與世界發(fā)達國家 站在了同一起跑期線上，是技術變革帶給中國數(shù)字電視和數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)超越歐 美框架的最重要的歷史性機遇。  博士后出站

8、報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 ??制定的??系列 國際上音視頻編解碼標準主要兩大系列：??疘? ????、??、??、??、??等。 ?????瓿閃⒌腦碩?枷褡?易???? 全稱為??疘? ??????的簡稱， ??／??腳??，  現(xiàn)代熵編碼始創(chuàng)于?世紀?年代末：?年代末應用于視頻編碼：然后不 變換編碼?年代末首次用于視頻，?年代上半期得到實質性的發(fā)展，被認 為在空間編碼方面達到最高分辨率效果。在混合編碼中，變換編碼用于消除空間 冗余，??用于消除時間冗余。運動補償預測技術極大地提高了時域?? 的性能，它始創(chuàng)于??年，?年代初發(fā)展成為??

9、的基本形式。?年代早 期，擴展出內插編碼??????? ????預測。直至?年代末，雙向預測技 術??猟????? ?? ?幀／秒或相當。 四、五版。  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 ???裳?羝敵藕瘧嗦?。标志M??淖罡嘸際跛?降腗??? ???煙崆階?工作組進行標準化。 一麓爭“蘆嘲卸 ?  博士后出站報告～—數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 ???在子帶分解后再加上 中選一，??變換輸出的音頻信號進行標量量化并用浮點來表示，以及對量化 指數(shù)沒有進行熵編碼。?? ??是采用這個理論框架的～個更新，更成功的

10、 ?????聯(lián)合提出的基于小波變換的音頻編碼技術方 ???及后續(xù)增強版本；廣州市廣晟數(shù)碼技術有限公  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 標準還具有更強的容錯能力。 三個數(shù)量級，任何一個實際應用，都只會選擇其中的一個子集，因此，作為標準， 過于臃腫。其次，在標準制定過程中，一些成員拼命加入自己的技術，有很多技 術提案對整體壓縮效率的貢獻很小，但“你不讓我進，我也不讓你進”，平衡的 結果是不得不加入了一些沒有什么用的技術???親ɡ?，不僅增加了標準實 現(xiàn)的復雜度，也為將來繁雜的專利爭執(zhí)埋下了禍根。 頻編碼技術??蚖?，???鞘悠當嘟飴氳淖钚擄

11、姹盡??????? ???????????????????攔?纈壩氳縭庸こ淌π??是得到美 國國家標準研究所???認證的、國際知名的視頻、電視和電影工業(yè)標準開 發(fā)組織，???謚貧ê頭⒕蛩接泄娣斗矯婢哂蟹岣瘓?椋??紓琒??曾把 索尼的數(shù)字視頻接口標準化為廣泛使用的互聯(lián)標準?? ????? ????保?虺芕??。??年?攏瑆??和??、???  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 研究開發(fā)活動所產(chǎn)生的技術應用到最終產(chǎn)品，主要有三條渠道：公開、技術 研  博士后出站報告一數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 專利池的歷

12、史可追溯??年前。??年，美國縫紉機聯(lián)合會建立的縫紉機  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 者的利益。 實問題或潛在問題制定共同使用和重復使用的條款的活動，是支持社會大生產(chǎn)法 發(fā)展的另一種重要機制。國際標準化組織對標準的定義為：“由有關各方根據(jù)科 學技術成就與先進經(jīng)驗，共同合作起草，一致或基本上同意的技術規(guī)范或其他公 開文件，其目的在于促進最佳的公共利益，并由標準化團體批準”。 根據(jù)制定者的不同，標準可分為政府標準化組織或其授權組織制定的“法定 標準”和單個企業(yè)或多個企業(yè)聯(lián)合制定的“事實標準”?！胺ǘ藴省笨煞譃閲H、 區(qū)域、國家、行業(yè)、地

13、方、企業(yè)等層面的標準?！笆聦崢藴省钡那闆r要復雜得多， ?????? ??? ??????．”??標準提案的發(fā)明人和標準準 ? ? ???? ? ? ????? ??  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 照??可以接受的條件向標準實現(xiàn)者發(fā)放許可?？梢越邮艿臈l件是指“無補償 ???? ???????，既?許可。在 明確，就是要防止專利技術許可成為標準被接受的障礙，保證許可不被拒絕。但 是，關于??原則缺少明確的、公平和易懂的定義，不同的組織對??的解 釋往往存在天壤之別?，F(xiàn)在的趨勢是越來越多的技術標準涉及到專利技術，但如 何避

14、免專利對標準推廣的影響，??并不是一個有效答案，因此造成了專利扼 殺標準的現(xiàn)象。 基于標準的專利池通常具備以下基本特征：有一個明確的、定義良好的標準； 有一套程序或第三方專家來決定那些專利是核心的，從而確定核心專利持有人； 一份經(jīng)核心專利持有人起草并核準的技術許可，該許可至少應遵循合理且非歧視 原則?碦????基礎上；專利池管理機構由經(jīng)核心專利持有人共同任命， 負責專利池的管理任務；核心專利持有人保留對專利池之外的自身專利的許可權  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 標準化 品 生 產(chǎn) 制 造 增強型技術 上圖描述了專利池視角下

15、的標準和專利的關系，專利池作為降低授權成本的 消失： 控制和從屬關系，實施從屬專利必然侵犯控制專利，則認為此兩??件專利存  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 從理論上講，大多數(shù)技術標準存在競爭者，采用新技術的新標準也可能替代 老標準，因此標準背后的專利池從道理上將不會造成壟斷。但事實是，一個成功 的技術標準往往占據(jù)了大部分甚至全部市場份額，標準推行涉及多方利益，標準 采用者往往不希望標準產(chǎn)品快速退出市場，因此標準背后的專利池往往形成事實 壟斷。  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 而言，知識產(chǎn)權等軟性

16、成本過高，已經(jīng)形成價格壟斷。??年，物理制造成本 ? 和??? 內非線性編輯中使用較多，而且技術較成熟。在廣播和光存儲媒體的應用中則是??? 占據(jù)絕對優(yōu)勢。另外，一些新出現(xiàn)的數(shù)字視頻編碼標準例如???????虯?等，也 ?????瓿閃⒌腦碩?枷褡?易???? 全稱為??疘? ??????的簡稱，  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 的技術標準，而且相對合理，因此???的產(chǎn)業(yè)化取得了巨大成功。 策，需要繳納專利費的廠商有兩種類型：編解碼產(chǎn)品制造商和視頻節(jié)目運營商。 視頻節(jié)目運營商提供符合???／??? ?釁?一? 器／每個 

17、 ?編碼 解碼器 年封頂 費 節(jié)日提供而健冒問許可費翠 按節(jié)目收 ?????輳??萬 下載／按節(jié) ?萬  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 ???????癕???的視頻編 策“以我為主”，十分明晰，應該是上選。  ??音視頻編碼壓縮的基本原理  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 如果在其他編碼數(shù)據(jù)中出現(xiàn)了與隨機訪問點標志碼一樣的二進制位串，則解 生假開始碼的地方都必須采取措施，而不論語法元素的具體取值是否會真的產(chǎn)生 偽開始碼。  博士后出站報告——數(shù)

18、字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 ????中使用的防偽開始碼方法  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 可見，需要插入的次數(shù)少了，需要插入的位數(shù)也少了。 除了研究數(shù)字音視頻壓縮技術和標準外，在博士后工作期間，還基于最新的 工作組的工作。Ⅳ?ぷ髯櫚娜撾窬褪侵貧℉????????Ｎ頤遣斡隞? 的工作，主要是參與其一致性測試工作。所謂一致性測試，就是要保證不同公司 的編碼器和解碼器能夠互相兼容。通過一致性測試，還可以發(fā)現(xiàn)一些標準文檔中 沒有說清楚或者理解有歧異的部分，促使標準文檔更加完善。一致性測試的成果 形式就是一個標準碼流集。今后任何公司開發(fā)的

19、解碼器都要用這個碼流集進行檢 驗。一致性測試對于一項標準的推廣是必須的。沒有一致性測試，就無法保證不 同公司產(chǎn)品的兼容性。 器，否則查不出問題。 因此，我們的解碼器是從頭開始寫的。 一致性測試對編碼器的要求是：要能夠產(chǎn)生具有指定特征的碼流。詳細情況 請參考???／??一??的一致性測試規(guī)范。一致性測試對解碼器的要求是： 能蟛檢驗碼流的正確性，發(fā)現(xiàn)問題時要能夠指出問題在哪里。 一致性測試的過程是：參與測試的單位提交碼流，參與測試的單位驗證其他 單位提交的碼流，報告碼流中的問題，討論分析如何改正問題，重新提交碼流。 不斷重復這一過程，最后把完全復合一致性測試規(guī)范的碼流集中起來形

20、成一致性 測試碼流集。  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 ?等操作系統(tǒng)  ??爰撲慊?慕涌詵?螾???總線標準 高頻頭參數(shù) 下面從三個方面說明這一難點的解決方法： ?甅???低掣從檬盤?的處理  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 ?????視頻的實時解碼。 ??シ牌魘且鑰獾男問揭?肁?視頻解碼器的，同時還引用了??音  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 為了實現(xiàn)這些功能和特

21、征，我們遇到了各種問題。下面從幾個主要方面說明 ???傳輸流?!???諛苛?； 支持軟件：  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 ???淞?到???際?萘?的流程圖   博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 ??諛苛?到???際?萘?的流程圖  ???????詿媯??顯存。 ??／?操作系統(tǒng)，????編譯工具。 對運行環(huán)境的要求是： ?：? 硬件設備 ·支持軟件??僮饗低郴蛘遅??? ● 公共緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)結構： ??? ／／記錄緩沖區(qū)中的每一幀是否已經(jīng)編碼

22、 ??? ???  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 權的權利行使》．北京：知識產(chǎn)權出版社，?? ?????現(xiàn)J恫?ㄓ敕⒄拐??， 北京：知識產(chǎn)權出版社，?? ???????．講述了專利池對美國工業(yè)和法律發(fā)展的影響。 ?? ???海?痺?．???甮?／??痯???痓????／??．?? ?????? ?????? ??．??産????甧?／?????／??／???痬???． ?．????工???，??? ??? ????? ????????? ???? ???? ????，? ?珺??? ??? ????篊?? ? ??：／／????甴??????．??????痶???  博士后出站報告——數(shù)字音視頻壓縮技術、標準與應用研究 論文列表： 一種簡單高效可擴展的視頻對象形狀編碼方法，《計算機輔助設計與 專利列表： ?畔⒓業(yè)縟砑??斗椒?捌瀋?妒?蕕謀嗦虢飴敕椒?????? ?恢質悠敵藕胖謝?誄檠?昕榻峁溝牧澆錐臥げ獗嗦敕椒?????? ?悠敵藕諾姆植惚嗦牒徒飴敕椒?????甔 ?悠敵藕諾姆植惚嘟飴敕椒?????? ?傷婊?夢適?萘韉姆庾胺椒?捌潿雜Φ氖?莼指捶椒?????甔 ?