ISOIEC 23090-332025 信息技术 沉浸式媒体的编码表示 第33部分触觉编码的一致性和参考软件标准立项发展报告

信息技术沉浸式媒体的编码表示第33部分：触觉编码的一致性和参考软件标准立项发展报告EnglishTitleStandardizationDevelopmentReport:Informationtechnology—Codedrepresentationofimmersivemedia—Part33:Conformanceandreferencesoftwareforhapticscoding摘要本报告旨在系统阐述国际标准ISO/IEC23090-33:2025《信息技术沉浸式媒体的编码表示第33部分：触觉编码的一致性和参考软件》的立项背景、技术内涵、制定过程及发展前景。随着元宇宙、远程触觉交互、虚拟现实（VR）和增强现实（AR）等沉浸式技术的快速发展，触觉作为继视觉和听觉之后的第三感官通道，其标准化编码与互操作性需求日益迫切。该标准作为ISO/IEC23090系列（即MPEG-I标准家族）的重要组成部分，专注于定义触觉数据编码：1）的一致性测试条件和2）参考软件规范。报告详细介绍了标准的核心技术框架，包括对触觉感知模型的抽象、数据单元（HapticsUnit,HU）的定义、参考软件的功能架构及其与“Part21:触觉编码”的映射关系。报告还深入剖析了主要参与制定单位——国际标准化组织/国际电工委员会第一联合技术委员会（ISO/IECJTC1）下属SC29（音频、图像、多媒体与超媒体信息编码）分委会及其在该领域的专业技术积累。最后，本报告指出，该标准的发布将有力推动触觉技术在消费电子、远程医疗、工业仿真、教育培训和娱乐等领域的标准化应用，并为未来多模态沉浸式交互构建统一的基础框架。作为全球首部专注于触觉编码一致性的国际标准，其发布标志着沉浸式媒体标准化进程迈入了“视觉-听觉-触觉”融合的新纪元。关键词沉浸式媒体；触觉编码；一致性测试；参考软件；MPEG-I；ISO/IEC23090；互操作性；多模态交互KeywordsImmersiveMedia;HapticsCoding;ConformanceTesting;ReferenceSoftware;MPEG-I;ISO/IEC23090;Interoperability;MultimodalInteraction正文一、引言：背景与需求随着数字技术的飞速演进，人类与数字世界的交互方式正从传统的二维视觉显示向多感官、多模态的沉浸式体验转变。以虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）和扩展现实（XR）为代表的沉浸式媒体技术已广泛应用于娱乐、教育、医疗、工业设计和远程协作等领域。在这些应用中，触觉（Haptics）作为提供力反馈、温度感知、纹理质感等信息的关键感官通道，其重要性日益凸显。然而，长期以来，由于缺乏统一的触觉数据编码和交互标准，不同设备、平台和系统之间的触觉内容无法有效互通，形成了“触觉孤岛”，严重制约了沉浸式体验的完整性和生态系统的规模化发展。在此背景下，国际标准化组织/国际电工委员会第一联合技术委员会（ISO/IECJTC1）下属的SC29分委会（音频、图像、多媒体与超媒体信息编码）启动了ISO/IEC23090系列标准的制定工作。该系列标准即“MPEG-I”标准家族，旨在解决沉浸式媒体的全链路编码、传输和渲染问题。其中，Part21（信息技术沉浸式媒体的编码表示第21部分:触觉编码）定义了触觉流的标准化语法、语义和解码过程。然而，仅有编码规范并不足以保证不同实现间的互操作性。为了确保任何符合标准的解码器或渲染器都能对编码后的触觉比特流进行一致、准确的还原，必须建立严格的一致性测试机制和功能完整的参考软件。这正是ISO/IEC23090-33:2025（本标准）的核心使命。二、标准技术框架核心内容ISO/IEC23090-33:2025《信息技术沉浸式媒体的编码表示第33部分:触觉编码的一致性和参考软件》是“MPEG-I”标准家族中一个基础性、工具性的组成部分。它并非重新定义触觉编码本身，而是围绕ISO/IEC23090-21（触觉编码）提供两种核心保障机制：1.一致性测试规范（ConformanceTesting）这是确保标准实施者所开发的编码器、解码器、渲染器“符合标准”的唯一准则。该部分详细规定了：*测试数据集：定义了用于验证标准符合性的特定触觉比特流集。这些比特流覆盖了Part21标准中定义的所有关键语法元素、参数范围和场景（如不同触觉类型：力反馈、振动、纹理、温度等；不同采样率；不同动态范围）。*测试流程：明确描述了如何将测试比特流输入待测设备（解码器/渲染器），以及如何接收、对比其输出信号。*判定标准：提供了技术上的“通过/失败”阈值。例如，对于解码器的输出，必须与参考软件的输出在特定的容差范围内（如比特级精确或高精度数值误差许可）保持一致。*分级一致性：标准还可能定义了不同级别的一致性（如比特流一致性、解码器一致性、渲染器一致性），以适配不同复杂度的终端设备。2.参考软件规范（ReferenceSoftware）为了消除标准文本中可能存在的歧义，并为开发人员提供一个可执行、已验证的样板实现，本标准提供了官方参考软件代码。*功能定位：该参考软件并非商业产品级的优化代码，而是作为“金标准”实现。它是验证一致性测试用例的基准，也是理解Part21标准文本逻辑的可运行说明书。*架构组成：参考软件通常包含解码器和基础的渲染器模型。它能够接收ISO/IEC23090-21定义的比特流，并输出触觉信号（如力、振动幅值等）。*开放性与可移植性：代码通常采用C、C++等成熟语言编写，并鼓励使用跨平台库，以便在Windows、Linux、macOS等不同操作系统上编译和运行。源代码提供清晰的注释和文档，便于开发者理解内部数据流和处理逻辑。*与Part21的对应关系：参考软件中的每个核心功能模块（如熵解码、反量化、触觉合成、逆离散余弦变换IDCT）都严格对应Part21标准文本中的某一算法或流程。通过运行参考软件，可以对标准文本进行反向验证和调试。3.技术要素的抽象与映射标准将触觉感知抽象为一系列基本数据单元（HapticsUnit,HU）。HU不再仅仅是原始的力学信号，而是包含时间戳、触觉类型、强度、位置、方向等元数据的结构化包。一致性和参考软件正是确保这种结构化数据在不同平台之间精确传递和再现的关键。三、行业意义与应用价值该标准的发布具有划时代的意义：*填补空白：它是全球首部专注于沉浸式媒体中触觉编码的一致性和参考软件的国际标准，解决了该领域长期以来标准缺失的问题。*保障互操作性：使得不同厂商的触觉手套、力反馈摇杆、振动平台等硬件设备能够正确解析和渲染来自不同内容制作方的网络触觉比特流，真正实现“一次编码，多端适配”。*降低开发门槛：参考软件为科研机构、初创企业和开源社区提供了可直接参考和复用的实现基础，极大地降低了开发符合标准产品的技术风险和成本。*加速产业规模化：标准化的测试流程增强了市场透明度，为产品认证提供了依据，有助于建立健康、可信的沉浸式触觉产业生态。四、主要制修订单位介绍：ISO/IECJTC1/SC29分委会本标准的制定主体是国际标准化组织/国际电工委员会第一联合技术委员会（ISO/IECJTC1）下属的SC29分委会（音频、图像、多媒体与超媒体信息编码）。1.组织架构与权威性ISO/IECJTC1是全球范围内最具权威性的信息技术标准化技术委员会。SC29作为其核心分委会，由动态图像专家组（MPEG）和联合图像专家组（JPEG）等世界顶级标准制定小组组成。SC29制定的标准包括但不限于MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7、MPEG-21、HEVC、VVC、JPEG、JPEG2000、JPEGXS以及本报告涉及的MPEG-I系列。其标准被广泛应用于数字电视、视频会议、流媒体、数字摄影、网络传输和沉浸式体验等几乎所有数字媒体领域，技术影响力遍及全球。2.在触觉标准化领域的贡献SC29敏锐地把握了沉浸式媒体向多感官发展的技术趋势。早在2010年代后期，其下属的MPEG小组就启动了关于触觉编码的标准化探索。他们意识到，触觉不能像视频或音频那样仅作为一个独立的信号流，而必须与视觉、音频对象进行精确的时空同步。因此，MPEG-I系列标准（23090）的设计从一开始就将触觉作为第三维度的“媒体类型”纳入体系。3.标准制定方法论SC29有一套非常成熟、严谨的标准制定方法论，通常包括以下阶段：*需求收集与技术评估（CallforProposals）：向全球数百家企业和研究机构征集触觉编码的技术提案。*核心实验（CoreExperiments）：组织专家组对候选技术进行客观、公正的对比测试。*工作草案（WorkingDraft,WD）与委员会草案（CommitteeDraft,CD）：根据实验结果和技术讨论，逐步确定标准文本。*一致性测试与验证（ConsistencyandVerification）：在标准进入最终阶段时，同步开展一致性测试规范的制定（本项目即在此阶段）。SC29会组织“一致性测试工作组”，专门设计测试比特流和编写参考软件。本报告中的ISO/IEC23090-33正是这个过程最终的成功产物。4.专家团队与社区SC29汇聚了来自约30个国家的数百位媒体编码领域顶尖专家，包括来自如微软、索尼、高通、华为、三星、杜比等知名企业，以及麻省理工学院、斯坦福大学、清华大学等顶尖高校的研发人员。这种“产、学、研”结合的生态确保了标准既具前瞻性，又具备工程可实现性。五、结论与展望ISO/IEC23090-33:2025《信息技术沉浸式媒体的编码表示第33部分:触觉编码的一致性和参考软件》的成功发布，不仅是MPEG系列标准发展史中的一个里程碑，更是人类数字交互技术进入“感觉互联网”时代的重要基石。它通过提供严谨的一致性测试规则和功能完整的参考软件，为全球产业界构建了一个统一、可靠、可验证的技术平台。展望未来，该标准的影响将体现在以下几个方面：1.多感官融合交互：随着6G通信、边缘计算和AI算力的发展，未来的沉浸式应用将不再停留在视觉和听觉层面。触觉将与视频、音频、位置信息（Pose）深度融合，形成“全息式”体验。该标准将为这种多模态融合后的质量保证和互操作性提供法律和技术保障。2.触觉互联网（InternetofTouch）：远程手术、远程操控机器人、虚拟购物中的材质触摸等场景，对低时延、高保真的触觉传输提出了极高要求。该标准将确保在不同网络条件和设备端，用户获得的触觉反馈与动作指令高度一致。3.垂直行业应用深化：在专业培训（如飞行员模拟器、外科手术模拟）、工业数字孪生（远程维护、装配指导）中，触觉的精确性和一致性是成败关键。本标准的发布将极大推动这些垂