支持国家标准 3D从编解码突围

北京大学数字媒体研究所副所长 黄铁军
随着3D立体视像、三维数字建模及虚拟仿真、全息影像等技术不断取得突破性进展，3D立体技术和产品日臻完善，并且正在革命性地影响和改变着人们的沟通、工作和生活方式。3D立体技术不仅在工业领域得到广泛应用，推动传统信息化的升级，而且3D立体产品及应用正悄悄地融入个人娱乐与数字家庭的诸多领域，如电影、电视、动画、游戏、通信、摄影、摄像、购物、互联网、洗印、扫描、投影等。3D立体消费电子时代已经开启，同时必将对传统生活形态产生巨大的影响，催生一条全新的产业链，带来更为可观的经济效益。

3D将催生新产业

立体电视因其能提供从平面到立体的跨越，必将成为广播电视技术下一次革命的方向，因此受到国内外研究机构和产业界的高度重视。
电影《阿凡达》在全球的热映，昭示数字文化创意及3D立体娱乐产业在拍摄、后期制作、播映等环节的技术、系统及方案等业务都已达到了历史的新高度，而且这种专业级应用将以迅猛之势向消费领域辐射。3D立体技术与产品在个人娱乐与数字家庭领域的广泛应用与创新融合，不仅将给个人和家庭带来更强烈的视觉冲击，而且从根本上增强了临场感觉、还原了现场形态，使受众体验到不同时空情境下的真实互动。3D立体产品更如雨后春笋般纷纷面世，3D电视、3D显示器、3D笔记本、3D MP4、3D智能手机、3D游戏机、立体相机、立体摄像机、立体打印机、立体扫描仪、立体相框、家用立体投影仪等不断走向市场、走进家庭，也将以无可比拟的优势取代同类电子消费类产品。
这些年，随着人们对视觉感受要求的提高，3D立体产品受到行业中人和普通消费者的关注。
根据市场研究公司DisplaySearch最新发表的《3D显示器技术与市场预测分析专题报告》显示，3D显示器预计到2018年将成长到1.96亿台，销售金额将达220亿美元。其中，3D电视的出货量将从2009年的20万台成长到2018年的6400万台，产值约为170亿美元；3D液晶显示器将从2009年的约4万台成长至2018年的1000万台；预计2018年将销售1770万台3D笔记本电脑；而拥有3D功能的手机出货量将达7100万台。

编解码技术尤为重要

立体电视的发展主要依靠以下几个方面技术的进步：立体视频采集、立体视频编码与传输，二维视频到立体视频的转换技术，以及立体显示技术。3D立体效果的原理在于同时呈现左右眼不同视角的画面，3D视频的内容则来自于立体或多视角视频，以及有着深度信息的单视角或多视角视频，其中深度信息可以从深度摄影机采集或从单视角或多视角视频中估计而得。就目前而言，具有深度信息的立体或多视角视频由于得以呈现更多不同视角的画面，因此是具有一定优势的可以选择的立体视频数据格式。
在立体视频系统部署中，视频编解码技术是一项非常关键的技术。数字音视频编解码是数字音视频产业的共性基础，具有巨大的产业需求，在广播电视直播卫星、高清晰度数字电视、高密度光盘产业、3G视频通信、宽带网络流媒体、视频会议与视频监控等方面具有重大产业机遇。
由于立体电视被预测为将是继高清电视之后的下一个市场趋势，许多跨国公司、研究机构以及国际标准化组织都开始着手3D视频技术的研究工作。MPEG联盟也在2007年7月成立了自由视点电视以及立体视频的项目委员会。此委员会的宗旨在于发展出一套可让使用者由任意角度来感受立体电视的视听系统。而在MPEG中，深度的估计以及画面的合成是两个在自由视点电视中极关键的过程，因为目前产生任意角度画面的方法是利用深度信息将原先的2D视频做反投影到3D空间中，再从3D空间中投影至想要的视角。由于位移量与深度信息成反比，所以在画面合成中所使用的深度信息可以从不同视角上画面的位移量来估计。

AVS的新机会

新一代数字音视频技术AVS标准为中国构建“技术→专利→标准→芯片与软件→整机与系统制造→数字媒体运营与文化产业”的产业链条提供了难得机遇。AVS产品将主要用于：面向直播卫星的AVS产业链，面向高清晰度电视的AVS产业链，面向新一代移动多媒体通信的AVS产业链。北京大学立体电视系统的研究为AVS标准提供了良好的基础。
当前立体视频的典型应用模式是利用两路有视差的普通平面视频形成立体视频，立体电视机等显示产品控制将上述两路视频分别送入观众的左眼和右眼，人脑根据两个视频之间的视差产生立体感。
在具体实现中，组合两路平面视频有多种方法，常见的有以下三种方案：
双拼高清模式：先将左右两路高清视频拼接成一路2D高清视频(两路视频各降低一半分辨率，可以是左右拼接、上下拼接和场拼接等)，再按照正常的2D视频进行编码，其码率相当于一路视频(AVS编码器针对这种双拼视频进行优化，码率可以比常规平面视频码率更低)。
全高清同播模式：两路分别编码，其码率相当于一路视频码率的两倍。这种方案也不需要改变视频标准，但是编码复杂度、传输带宽和解码复杂度都提高一倍，需要重新设计新的编码设备和解码设备。
全高清增强模式：一路(通常是左视)进行独立2D编码，另一路参考已编码的码流，其码率相当于一路视频码率的约1.4～1.7倍左右。这种情况需要扩展现有标准，需要重新设计编码器和解码芯片，带来的好处是能够向前兼容(平面电视可以解码独立编码)，编码效率节省30%%左右。AVS针对上述多种工作模式制定了相应标准，在北京大学播出的立体电视系统采用第一种工作模式。
这套AVS的立体电视编解码系统是由北京大学数字视频编解码技术国家工程实验室开发成功的。这套系统今年4月初步开发完成后，在“2010年广州科技活动周暨百名院士专家广州行”进行了首次演示，得到了科技部、广东省和广州市有关领导及院士的高度评价，准备采用这套系统在广州亚运会期间进行立体电视播出。