2024年10月14日，中關村視聽產業技術創新聯盟正式批準發布團體標準《信息技術 感知無損壓縮 第1部分：圖像》，標準號：T/AI 129.1-2024。

　　AVS感知無損壓縮(Perceptual Lossless Compression，以下簡稱PLLC)標準制定工作自2021年12月啟動，中國科研機構和企業集體創新，專注于解決“8K+”超高清視頻信號傳輸中高速數據收發的性能瓶頸問題。經過三年的深入研發，AVS視頻組研發了一系列 “超低延時、硬件友好、主觀無損”的輕量級圖像壓縮技術，并最終形成團體標準。主觀質量測試表明，PLLC達到了國際領先水平，標志著中國在視頻編解碼領域實現了又一重大突破。

　　一、PLLC關鍵技術特性

圖1 PLLC參考軟件平臺（HIM）信號處理流水

　　PLLC標準定義了兩個編碼檔次，分別為接口檔次和幀存檔次。接口檔次主要面向信號傳輸接口的硬件芯片(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)設計，幀存檔次則可廣泛應用于主觀無損或信號無損質量等級的圖像緩存，減輕圖像處理系統中的內存與帶寬壓力，提升系統總體性能。

　　如圖1所示，PLLC標準的關鍵技術可分為信號處理、模式預測、量化、系數編碼和碼率控制五個部分組成。下面簡要介紹每部分的實現方案和設計目的：

　　1. 信號處理： PLLC支持將信號切分為等尺寸的矩形片進行并行處理，編碼過程中最小的單元為16×2的一組像素。這種處理方式使得PLLC在保持高壓縮效率的同時，能夠實現超低延時的數據傳輸。

　　2. 模式預測： PLLC包含點預測、普通幀內預測和塊復制幀內預測三類預測模式，通過比特代價和重構失真的綜合評估，獲得編碼單元的最優編碼模式。這一設計支持了高度并行的硬件處理，提高了編解碼的效率。

　　3. 量化和系數編碼： PLLC使用移位量化和半定長系數編碼，在保證低硬件成本的前提下實現對預測殘差的能量聚集。此外，PLLC還支持在特定點位逐像素點的量化參數微調，顯著優化紋理細節的主觀重建質量。

　　4. 碼率控制： 碼率控制是恒定碼率壓縮的關鍵模塊，PLLC提出一種基于歷史先驗自適應更新的碼率估計模型，通過對紋理特征建模導出其預分配的編碼比特數，隨后結合視覺無損的比特下界與位流緩沖的比特上界進行適當放縮，最終映射導出實際的量化步長。通過上述碼率控制技術，實現了穩定的恒定碼率傳輸和視覺無損的主觀質量。

　　二、主客觀性能測試

　　在AVS工作組遴選的27組測試序列中，PLLC標準參考軟件表現出了優秀的客觀重建質量。如圖2所示，在ISO 29170-2國際主觀質量標準的判定中，PLLC閃爍測試有25/27條序列達到主觀無損的判定標準，并排測試全部27/27條序列均達到主觀無損。

圖2 客觀重建數據與主觀評測結果，序列17為噪聲序列

　　在測試的27組信號中，難度最高的10條信號被進一步用來進行PLLC與國際同類壓縮標準DSC的主觀質量對比，其中PLLC的主觀質量在閃爍測試中與之持平(均為8/10條序列達到主觀無損)，在并排測試中更優(PLLC: 10/10; DSC: 9/10)。這一對比結果證實了PLLC標準達到了國際領先水平，為中國在國際視頻淺壓縮編碼領域的競爭中贏得了重要的一席之地。

　　三、系統產品部署

　　國內多家廠商已開始基于PLLC的相關硬件產品開發與部署。作為國內領先的控制臺設計與制造商，北京鐵力山科技股份有限公司率先基于現場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)實現了PLLC標準的部署，展示了該標準在壓縮效率與硬件適配上的卓越表現。

　　北京大學視頻與視覺技術國家工程研究中心與鐵力山緊密合作，共同研發了基于PLLC的高速實時FPGA編解碼系統，如圖3所示。該系統能夠處理四路實時采集的4K視頻，通過PLLC編碼器進行實時壓縮后，經由局域網傳輸至接收端，隨后通過FPGA實時解碼器解碼并輸出至顯示屏。該系統可以實現3倍無損壓縮效果，充分展示了PLLC標準在高速高分辨率視頻高效視頻壓縮傳輸應用中的強大性能。

(a)

(b)

圖3 (a)系統結構圖，(b) 播放示意圖

　　四、未來展望

　　AVS感知無損壓縮團體標準的成功發布，不僅為“8K+”超高清視頻海量信號提供了超低延時傳輸和處理的全新國產化技術方案，也為我國視頻行業的自主創新和高效發展奠定了堅實基礎。隨著技術的不斷成熟和應用的不斷拓展，AVS感知無損壓縮技術將在全球范圍內推動超高清視頻產業的快速發展，為觀眾帶來更加豐富、震撼的視覺體驗。