ISOIEC 18477-12024 信息技术连续色调静止图像的可扩展压缩和编码第1部分核心编码系统规范标准立项发展报告

*信息技术连续色调静止图像的可扩展压缩和编码第1部分：核心编码系统规范标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Informationtechnology—Scalablecompressionandcodingofcontinuous-tonestillimages—Part1:Corecodingsystemspecification摘要本报告围绕国际标准ISO/IEC18477-1:2024《信息技术连续色调静止图像的可扩展压缩和编码第1部分：核心编码系统规范》的立项与发展展开深入分析。研究背景方面，随着超高清显示、云存储、互联网流媒体及医学影像等领域的迅猛发展，对静止图像编码技术提出了兼顾高压缩比、高保真度与可扩展性的迫切需求。传统编码标准如JPEG在兼容性与普及性上虽具优势，但在应对HDR（高动态范围）、宽色域及深度图等新兴内容时存在技术瓶颈。主要内容方面，本报告详细阐述了ISO/IEC18477-1:2024作为JPEGXS系列标准的基石，其核心编码系统规范的定义、技术架构与关键特性。该标准定义了支持无损到有损、不同分辨率及质量层级的可扩展编码框架，特别引入了对高动态范围和宽色域图像的原生支持。重要结论如下：ISO/IEC18477-1:2024的发布标志着静止图像编码技术从单一质量向分层、可适应传输方向迈出的关键一步。其核心编码系统不仅为后续标准（如JPEGXS、JPEGPLENO）奠定了基础，也为构建下一代视觉内容分发、存储及处理的可持续生态提供了技术保障。报告同时探讨了该标准在实施过程中面临的兼容性挑战与计算复杂度问题，并对未来在实时应用、异构网络适配及人工智能辅助编码等方向的发展趋势进行了展望。关键词可扩展编码；静止图像压缩；核心编码系统；高动态范围；宽色域；JPEG系列标准；可伸缩性；图像保真度Keywords:ScalableCoding;StillImageCompression;CoreCodingSystem;HighDynamicRange(HDR);WideColorGamut(WCG);JPEGFamilyStandard;Scalability;ImageFidelity正文1.引言与背景随着全球数字化进程的加速，视觉信息已成为人类获取和交换知识最主要的载体。从社交媒体上的照片分享到专业领域的卫星遥感、远程医疗诊断，静止图像的编码效率与质量直接关系到信息传输的成本和用户体验。长期以来，JPEG（JointPhotographicExpertsGroup）标准凭借其出色的兼容性和适中的压缩比，主导了互联网图像编码领域二十余年。然而，面对未来技术发展的需求，传统JPEG标准表现出如下局限性：1.缺乏对新兴显示技术的支持：高动态范围（HDR）和宽色域（WCG）显示设备已逐渐普及，能够呈现更丰富的明暗层次和更鲜艳的色彩。传统JPEG基于8位色深和sRGB色域，无法高效编码HDR/WCG内容，往往导致图像在传输过程中丢失细节或产生色带效应。2.无法满足现代分发场景的灵活性：移动互联网、云计算和物联网使得图像需要在不同带宽、不同分辨率的终端设备（从智能手表到8K电视）上被访问。传统JPEG需要为每种尺寸和质量存储一份副本，造成巨大的存储冗余。具备可扩展性的编码技术成为必然需求。3.对新型应用场景的适应性不足：流媒体直播、实时监控、AR/VR对低延迟、高吞吐量的图像传输提出了要求。传统JPEG的熵编码和比特流结构限制了其在极低延时场景下的应用。为应对上述挑战，国际标准化组织ISO/IECJTC1/SC29/WG1（即JPEG委员会）启动了新一代静止图像编码标准体系的开发工作，即JPEGXS系列标准。本报告所关注的ISO/IEC18477-1:2024，正是这一宏大框架下的核心支柱，它定义了名为“CoreCodingSystem”的基础编码框架。2.标准概述与核心内容ISO/IEC18477-1:2024正式名称为《信息技术连续色调静止图像的可扩展压缩和编码第1部分：核心编码系统规范》。该标准于2024年5月31日由国际标准化组织（ISO）正式发布，状态为“现行”。本文件作为JPEGXS系列标准的第一部分，其核心目标是建立一个通用的、可扩展的图像编码基础平台。2.1核心编码系统架构该标准定义的核心编码系统（CoreCodingSystem）并非一个独立的编码器，而是一个框架与接口规范。它规定了如何将一个图像内容分解为多个“层”（Layer）或“分量”（Component），并支持以下三种主要类型的可扩展性：*质量可扩展性：解码器可以根据可用带宽和用户需求，解码出从有损到视觉无损的多个质量等级。编码数据流中包含一个基础层（BaseLayer）提供基本质量的图像，以及多个增强层（EnhancementLayer）来逐步恢复细节。*空间分辨率可扩展性：允许解码器从一个压缩码流中重建出不同分辨率的图像（例如，从全分辨率到1/2、1/4分辨率）。这对于缩略图生成和渐进式加载至关重要。*分量可扩展性：针对多分量图像（如RGB、YCbCr或深度图），允许对某些分量进行独立或优先传输。例如，在医疗影像中，可以先传输灰度信息，再传输彩色信息。2.2关键技术特性1.色深与色域扩展：与传统8位编码不同，本规范原生支持10位、12位甚至更高的色深编码。同时，它定义了如何利用国际照明委员会（CIE）的色度系中，实现对如ITU-RBT.2020等宽色域色彩空间的精准映射和编码，从而有效支持HDR/WCG内容。2.分层编码与比特流结构：规范详细定义了符合JPEGXS格式的比特流结构，包括标记段（MarkerSegments）、帧头（FrameHeader）和扫描单元（ScanUnits）。这些结构确保了可扩展解码的可行性，使得解码器可以仅通过解析比特流头部信息，即可快速决定解码哪个部分。3.编码工具集：虽然核心编码系统主要定义框架，但通常隐含着对多种预测、变换（如可逆的算数编码、提升式小波变换等）和量化策略的接口支持，为后续Part2（关于JPEGXS的具体编码格式）提供技术路径。3.技术进展与行业影响ISO/IEC18477-1:2024的发布，不仅在学术研究上具有重要意义，更对多个行业产生了深远影响。*流媒体与云服务：可扩展编码使得视频点播和云相册服务可以采用“一次编码，多种适配”的架构。服务器只需存储一份主码流，便可动态地为不同终端设备提供不同质量的图像流，极大节省了存储成本和转码计算开销。*专业影像与摄影：对于专业摄影师和后期制作团队，该标准支持的原生HDR/WCG编码意味着在高对比度场景（如逆光、星空）下，高光区域和阴影区域的细节能够被完整保留，且在整个分发链路中不失真。*医学影像与遥感：在这些对图像保真度要求极高的领域，无损到有损的渐进式传输显得尤为重要。医生可以首先下载低分辨率的图像进行初步诊断，然后根据需要下载高分辨率部分进行精细分析，显著提升诊断效率。4.主要参与单位介绍：国际标准化组织/国际电工委员会第一联合技术委员会图像与音频编码分委会（ISO/IECJTC1/SC29/WG1，即JPEG委员会）本标准的制定主体是ISO/IECJTC1/SC29/WG1，即业界熟知的JPEG委员会。该委员会是全球数字图像压缩和编码领域最具影响力和权威性的标准化组织之一。JPEG委员会成立于1986年，其历史与数字图像技术的发展历程紧密交织。从最初的JPEG标准（ISO/IEC10918-1）到JPEG2000（ISO/IEC15444系列），再到近年来的JPEGXR（ISO/IEC29199系列）、JPEGXS（ISO/IEC21122系列）以及面向沉浸式媒体的JPEGPleno（ISO/IEC21794系列），该委员会始终站在技术演进的最前沿。在制定ISO/IEC18477-1:2024的过程中，JPEG委员会展现了其作为国际标准制定机构的卓越领导力与专业性：*专家网络：委员会汇聚了来自全球顶级学府、研究机构（如MIT、斯坦福大学、FraunhoferIIS）和领先企业（如微软、谷歌、苹果、佳能、索尼、华为等）的图像处理专家。这些专家在信号处理、编码理论、视觉心理物理学等领域具有深厚造诣。*流程严谨：标准的制定严格遵循ISO的导则，经历了NP（新工作项目提案）、WD（工作草案）、CD（委员会草案）、DIS（国际标准草案）等多个阶段。每一阶段都需要经过广泛的征求意见、技术辩论和一轮或多轮投票。通过这种严谨的机制，确保了标准的技术成熟度和市场相关性。*创新驱动：JPEG委员会不仅关注现有技术的标准化，更致力于探索未来方向。例如，他们对深度学习在图像压缩中的应用、面向沉浸式媒体的光场编码等前沿课题保持高度关注，并将这些前瞻性思考融入标准框架的设计中，使得ISO/IEC18477-1:2024具备良好的可扩展性和适应性，能够容纳未来可能出现的新技术。5.结论与展望ISO/IEC18477-1:2024《信息技术连续色调静止图像的可扩展压缩和编码第1部分：核心编码系统规范》是一项具有里程碑意义的国际标准。它不仅在技术上解决了传统JPEG标准在高动态范围、宽色域及多环境自适应方面的不足，更为构建一个统一的、面向未来的视觉编码生态奠定了核心基础。通过定义支持质量、分辨率和分量可扩展性的核心编码系统，该标准为流媒体、云存储、专业影像和医疗遥感等行业提供了更高效、更灵活的技术解决方案。展望未来，基于ISO/IEC18477-1:2024的技术演进与标准发展将呈现以下趋势：1.向实时性应用深度融合：随着JPEGXS等后续部分标准的完善，实时编辑、无人机图传、低延迟视频监控等对编码速率极为敏感的应用将获得巨大收益。核心编码系统将通过与GPGPU（通用图形处理器）和FPGA（现场可编程门阵列）的结合，实现硬件级的低延迟编解码。2.与人工智能技术协同发展：核心编码系统提供的分层框架为AI赋能图像编码提供了绝佳接口。未来的标准可能会支持基于深度学习的自适应量化、熵编码优化或质量增强，进一步提升压缩效率。A