高文 高文院士：从“乡村教师”到人工智能掌舵者的40年科研路

成为一名工程师是高文从小的梦想。在那个物质匮乏的年代，随着梦想的坚持，高文从初中开始就和身边的朋友一起玩，摆弄收音机。就这样简单的坚持，高文从哈尔滨工业大学计算机应用博士、乔春明东京大学电子博士、全国政协委员、中国工程院院士一路走了下来。

几十年来，大学教育和计算机相关领域的科学研究一直是他的生活。荣誉，但还是脚踏实地。这背后是他几十年的思考和实践，攀登高峰，面向未来。

30年漫漫科研路

20世纪70年代，高文在大连一个岛上的小学开始了他的教学生涯。当时还不到20岁的高文站在论坛前，依然年轻。

对于高文来说，教书只是“下乡”要做的工作之一。此外，他还兼职挑水、种植作物和施肥。但是对于孤岛上的学生来说，这可能是获取知识的唯一途径。

刚高中毕业的高文深知一个优秀的老师对学生的重要性。高中老师的指导不仅激发了高文的求知热情，也让他明白了“一个好老师到底是什么样子”。这也是他当老师这些年来内心责任感的来源。

慢慢地，高文渐渐融入了岛上村民的生活。他不仅肩负着教书育人的责任，而且还成功地完成了其他各项任务。他去村里当广播员做宣传，去大队当电工，给老乡修收音机和钟表。

短短几年，高文就和村民们结下了深厚的友谊，以至于高文主动放弃了在自己面前打工的名额。后来，高文回到家乡大连，在一家生产冰箱的工厂当学徒。这段经历也成为了高文以后人生的一个重要转折点。

厂里的师傅主要是生产晶体管，对电脑有个大概的了解。高文在准备填报大学志愿的时候，老师建议他报考计算机专业。虽然当时电脑还不普及，但是大家都有一种“前途无限”的感觉。

听从大师们的建议，高文在23岁的时候成功考上了哈尔滨理工大学。因为班里年龄太大，高文很难交到朋友，所以他把全部精力都投入到学习上。这也让他以第一名的身份考完了79级，在和学校申请之后，以优异的成绩考完了78级。平日努力学习的高文，只用了三年就完成了本科学业。

1985年，高文进入哈尔滨工业大学攻读硕士学位。在导师的推荐下，高文前往日本东京大学参观学习。当时东京大学的研究环境比国内先进得多，很多以前只能在文献上看到的操作，现在都可以用手操作了。

虽然所有的条件都比国内领先很多，但高文却陷入了沉思。“中国什么时候能达到这样的科研条件？中国的学术水平什么时候能和国外比？”在日本留学的高文，生活并不轻松。面对生活的巨大压力，他不得不一边学习一边工作。但高文的兼职是帮别人编程而不是洗碗。

才华出众、性格好学的文在他的班上表现突出，也让他的日语导师念念不忘。甚至在高文文雪回国后，他的日语导师专程到哈工大提出让高文回国读医学博士的想法。当时的中国很少能拿到医学和工程两个博士学位。

后来高文又回到日本，准备走一条工程医学的跨境学术道路。而精通计算机科学的高文，却有面对活体动物晕倒的问题。高文不得不放弃学医的念头，继续攻读电子工程博士学位，这出乎意料地为他开启了学习人工智能的大门。

高文在第二个博士学位的后期进入日本一家著名的电信公司，从事人工智能研究。1991年，高文在哈工大的联合博士生导师李钟荣病重，郑重委托高文在哈工大攻读计算机应用新博士学位。

面对导师的要求，高文放弃了日本公司的优厚待遇，决定回国接手新设立的博士项目。究其原因，在于中外先进水平的差距，这让高文深感苦恼。回国做一个高级计算机博士项目，也算是为国家的发展做出了贡献。

新设立的博士项目什么都没有，高文只好带领团队积极筹集科研经费。无论是发展模式还是发展前景，都给他一种“摸着石头过河”的感觉。在他看来，探索和挫折都是有道理的，因为所有的创业都需要动脑和努力。

他没有说一句夸大成绩的话，但他的简历透露出光彩:在高文的“定目标、坚持行动、自然”中，科研和教学都在一点点攀升。他也很高兴能够在合适的时候回来，参与国家计算机行业的快速发展和信息化，为建设科技强国培养人才，做好研究工作。

从无到有实现国际主流标准

高文的研究领域涉及人工智能、模式识别与多媒体计算、视频编码与分析、计算机视觉等。主持过20多个国家科研项目，发表过200多篇顶级学术论文。参加过其他课程的本科生不计其数，他上过的博士也有100多位。

研究成果的取得不仅来自高文的研究兴趣和努力，也来自国家发展的强烈需求，AVS就是一个典型的例子。

AVS标准是“信息技术高级音视频编码”系列标准的简称，是我国具有自主知识产权的第二代信源编码系列标准，是数字音视频行业的通用基础标准。一般来说，“AVS希望将视频编码得更小，从而降低传输和存储成本。”

近20年来高文的大部分工作都是以图像和视频处理为主，AVS只是其中的一部分。2002年6月，数字音视频编解码技术标准(AVS)工作组成立，高文任组长。他的研究重点有两点:一是对图像和视频的理解；第二，图像压缩和编码。

AVS的出现主要来自于国家的两个需求:一是国家希望有所创新，二是缓解了一些困难。我国一直强调自主创新。没有自己的创新产品，只能做一些外围的事情。在技术竞争中，专利的东西占据有利的产业地位。

当AVS开始时，在国际上，MPEG标准体系已经建立了十多年，并得到了广泛的应用。但是高额的专利费用严重阻碍了我国相关产业的发展，国家对核心技术和自主知识产权的渴望越来越强烈。在这种背景下，2002年的DVD专利案，这是需求中的第二个困境，成为推动AVS的导火索。

对此，高文带领国家数字视频编解码技术工程实验室，在完全自主创新、无国外产品的坚持下，实现了自己的目标。在开发过程中，AVS也遇到了一些困难，但高文带领团队一路坚持。这样的成就，如果没有做事的信念，永远无法持续。正是因为对创新的执着态度，AVS才等待着这一朵朵开花结果的时刻。

作为中国自主知识产权的标准，AVS无疑是对中国数字音视频相关产业发展的福音。通过这样一个开放的、双赢的机制，AVS可以吸引和联合多个单位参与，使标准的最终性能达到与国际标准相当的水平，成为国家必备标准。

AVS也是中国从“制造业大国”向“创新型国家”转型的成功范例。在技术多元化和经济全球化的国际背景下，AVS标准成为世界三大主流标准之一，并赢得了国内外所有主流音视频解码芯片厂商的支持。未来，几乎所有的新型数字电视和机顶盒都将内置AVS解码功能，AVS将以独特的方式进入市场、家庭和我们的生活。

数字视网膜：应对公共安全的颠覆性技术

在智慧城市建设中，城市大脑是不可或缺的决策支持系统。它的目的是将来自所有传感器的各种数据，无论是头像、视频还是其他方面的语音，收集到城市的语音系统中，最后通过计算得到一个结果来驱动相应的响应。

中国工程院院士高文在CCHI 2018大会上做了题为“类脑视觉计算”的报告

目前智慧城市建设的现状是“眼脑合一”，但作为“眼”的摄像头功能过于单一，造成“脑强眼弱”。根本原因在于传统监控摄像网络所采用的技术系统是为了存储而不是分析而设计的。虽然最近一些智能相机具有车牌或人脸识别功能，但这种只强调“边缘计算”的方案，仍然不能解决“眼脑融合”的问题。

高文认为，现在的系统必须进化进化，必须向人学习，做人工视觉系统。这样就可以尽快淘汰单功能摄像头，代之以多功能多模式摄像头，可以用于编码、识别等。

人类的视觉系统经过数百万年的进化，使我们的眼睛和大脑高效、有机地联系起来，实现视觉认知。其中，眼睛负责感知光信号，完成视觉神经编码，然后通过视神经网络将编码传递到大脑的视野，最终形成认知。

虽然我们对人类系统完整模型和工作流程的科学发现还没有最终完成，但不会完全影响我们的功能模拟。与人类视觉系统相比，现有的人工视觉系统负责通过摄像头采集光学信号，转换成数字信号，压缩后传输到计算机进行处理，包括特征提取、识别和分析。人类视觉系统和人工视觉系统最大的区别在于效率，包括认知效率和系统认知单位能耗比。

为了提高人工视觉系统的认知效率，解决目前阻碍智慧城市系统功能快速进化的问题，在分析人类视觉系统进化路径成因的基础上，高文提出借鉴人类进化了几十万年的视觉系统特性，研究设计数字视网膜。它具有统一的时间戳和准确的地理位置，可以同时优化高效视频编码和紧凑特征表达的结合，有效支持大规模监控视频分析和云中快速可视化搜索的功能。

具体来说，除了传统的视频编码之外，还应该进行特征编码、块编码和时间空编码。数字视网膜是在现有系统的基础上，不需要更换摄像头，只需要更换摄像头后面的芯片，集成在芯片上，最终就可以实现这个功能。

整个数字视网膜实际上包含三个核心技术:基于背景模型的场景视频编码，视频特征的紧凑表达，视频编码和特征编码的联合优化。

与传统的监控视频技术系统相比，数字视网膜具有高性能、高效率、可扩展性、隐私保护和软件可定义性等特点。

中国明确提出“到2020年，基本实现公安视频监控全球覆盖、全网共享、全时可用、全过程可控的网络化应用”。但如果没有重大的技术突破，数千万台相机都无法实现“全网共享”的实时数据融合，更谈不上实现“全时可用”的联网分析和识别，“大数据”也不会变成“大数据”，无法发现巨大的潜在价值。

数字视网膜是应对上述挑战的一个可行且具有颠覆性的技术发展方向。因此，高文认为，应加强数字视网膜相关基础理论、方法和关键技术的研究，布局和推进相关标准的制定、芯片和硬件的实现、配套软件开发和软硬件开源社区。最终目标是打造服务智慧城市的“智慧眼”，与城市大脑共同支撑城市的精细化运营和动态化管理。

人工智能，未来已来

随着人工智能成为一个流行的民间热词，人工智能时代是否已经到来已经成为一个热门问题。作为人工智能领域的行业专家，高文总是在不同的场合被问到这个话题。

在高文看来，“今天业界感觉人工智能之风来了，抓紧时间，不要落后。但是如果静下心来想一想，人工智能的研究还有很多问题没有解决。比如人工智能方法的主要缺点就是机器学习的理论还很早，很多好的结果都是通过大数据训练出来的，远远达不到人的学习能力和创造性思维。”

虽然有很多不确定性，但高文仍然看好人工智能的发展机遇。“人工智能一般来说，不管你接受不接受，不管你乐观不乐观，都会出现这种情况。我们现在要做的是，如果发生这种情况，我们该如何应对？”

面对人工智能带来的不确定性和科学技术的飞速发展，高文觉得，一方面要知道为什么，另一方面要开阔眼界，保持开放，放眼未来，让技术为人类更大的福祉服务。做好当下，也要着眼于大目标。

本文部分内容参考自:

“大气成就大事——访中国工程院院士高文”，北京大学官方网站，2011年12月10日

高文:《登高》，人民政协，2017年12月18日

高文:智慧城市的最新发展——数字视网膜