信息技术 沉浸式媒体的编码表示 第26部分基于几何学的点云压缩数据承载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26部分：基于几何学的点云压缩数据承载的一致性和参考软件标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Informationtechnology—Codedrepresentationofimmersivemedia—Part26:Conformanceandreferencesoftwareforcarriageofgeometry-basedpointcloudcompressiondata摘要随着虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、自动驾驶和三维测绘等领域的迅猛发展，点云数据作为三维空间信息的重要载体，其高效压缩与可靠传输成为关键技术挑战。ISO/IEC23090系列标准，即MPEG-I标准，专注于沉浸式媒体的编码表示。其中，基于几何学的点云压缩（Geometry-basedPointCloudCompression，G-PCC）技术因其高效的压缩性能和灵活性，已成为点云编码领域的主流标准之一。本标准，即ISO/IEC23090-26:2025，作为该系列的第26部分，聚焦于G-PCC数据在各类系统与网络中进行有效封装的一致性测试与参考软件规范。本报告深入分析了该标准的立项背景、技术核心、产业价值及未来展望。研究表明，该标准的发布填补了G-PCC标准体系中关于数据承载和互操作性验证的空白，通过定义严格的符合性测试用例和提供官方参考软件实现，能够确保不同厂商编码器与解码器之间的一致性、互操作性及稳定解码。这对于推动沉浸式媒体产业的规模化应用、保障端到端的服务质量、降低系统集成风险具有决定性意义。本报告还详细介绍了主导该标准制定的国际标准化组织/国际电工委员会第一联合技术委员会（ISO/IECJTC1）以及其下属的重要工作组——动态图像专家组（MPEG），并着重分析了该标准对未来元宇宙、数字孪生、自动驾驶感知系统等前沿应用的深远影响。关键词G-PCC;点云压缩;沉浸式媒体;一致性测试;参考软件;互操作性;数据承载;MPEG-IKeywords:G-PCC;PointCloudCompression;ImmersiveMedia;ConformanceTesting;ReferenceSoftware;Interoperability;Carriage;MPEG-I正文1.引言：从点云数据到标准化应用的挑战在数字化转型浪潮中，物理世界的数字化映射正以前所未有的精度和规模展开。激光雷达（LiDAR）、深度相机、三维扫描仪等设备采集的点云数据，以其高精度、高密度的三维坐标信息（x,y,z）和属性信息（如颜色、反射率），为自动驾驶、地理信息系统（GIS）、智慧城市、文化遗产保护、工业检测及虚拟现实/增强现实（VR/AR）等应用提供了核心数据基础。然而，海量点云数据通常包含数百万甚至数十亿个点，其原始数据量庞大，对存储、传输和处理都带来了严峻挑战。为解决此问题，国际标准化组织动态图像专家组（MovingPictureExpertsGroup，MPEG）先后推出了针对点云压缩的两大标准：基于视频的点云压缩（Video-basedPointCloudCompression，V-PCC）和基于几何学的点云压缩（Geometry-basedPointCloudCompression，G-PCC）。G-PCC标准（ISO/IEC23090-9）通过直接对点云几何信息和属性信息进行编码，利用八叉树、预测树等技术实现高效压缩，特别适用于稀疏、无结构的点云数据，如大型环境扫描和LiDAR点云。然而，一个完整的标准体系不仅需要定义高效的压缩算法，还必须解决编码数据如何在不同系统和网络中被承载、识别和正确解码的问题。这涉及到码流的封装格式、元数据定义、与传输协议的配合等。更重要的是，为了确保市场上不同厂商实现的产品能够无缝协作，必须建立一套严格的一致性测试（ConformanceTesting）机制和参考软件（ReferenceSoftware）。2.标准立项依据与技术背景：ISO/IEC23090-26:2025的定位ISO/IEC23090-26:2025《信息技术沉浸式媒体的编码表示第26部分：基于几何学的点云压缩数据承载的一致性和参考软件》（简称G-PCCCarriageConformanceandReferenceSoftware）正是在此背景下立项并最终发布的。该标准于2025年6月2日由国际标准化组织（ISO）正式发布，标准状态为“现行”。本标准的立项具有明确的技术和产业需求作为支撑：*技术层面：ISO/IEC23090-9（G-PCC）定义了核心编解码器，而ISO/IEC23090-10（PointCloudCompressionConformanceandReferenceSoftware）定义了编解码器本身的一致性测试。但点云数据的承载环节，即如何将G-PCC编码后的比特流封装到文件格式（如ISOBMFF）或网络传输层（如MPEG-DASH）中，以实现高效流媒体传输和随机访问，同样需要明确的标准。ISO/IEC23090-26正是专注于这一环节，确保“打包”过程的准确性和互操作性。*产业层面：在自动驾驶领域，不同厂商的LiDAR传感器、感知算法、决策系统需相互协同。车对车（V2V）、车对基础设施（V2I）通信中传输的点云地图或环境信息，必须遵循统一的承载格式。本标准为此提供了技术保障。在VR/AR领域，终端用户可能拥有不同品牌的头显设备，点云内容必须能在所有设备上稳定播放，本标准是实现这一目标的基石。3.标准核心内容与创新点ISO/IEC23090-26:2025的主要内容包括两大核心模块：1.一致性测试规范：该部分规定了用于检验G-PCC数据承载实现是否符合ISO/IEC23090-9和ISO/IEC23090-10要求的测试方法、测试数据和测试流程。其关键要素包括：*解码器符合性条件：明确规定了合格的G-PCC承载解码器在读取、解析、并正确提取G-PCC比特流时应满足的指标。任何未能通过测试的比特流或解码器，均被视为不符合标准。*错误鲁棒性测试：部分测试用例模拟了网络传输中可能出现的丢包、抖动等情况，检验解码器在受损码流下的恢复能力和崩溃抗性。2.参考软件：标准提供了一个官方、开源的参考软件实现，以C++等语言编写，详尽实现了G-PCC数据承载的完整流程，包括写入器（Muxer）和读取器（Demuxer）的功能。该软件具有以下价值：*实现蓝本：为其他厂商开发自己的商业化实现提供了精确的算法验证和代码参考。*互操作性验证工具：厂商可以使用参考软件生成符合标准的比特流，并用自身的解码器进行测试，反之亦可。这极大地降低了产品和系统集成的调试成本。*学术研究平台：为学术界研究更先进的承载技术、优化传输效率提供了基准。4.标准的主要参与单位ISO/IEC23090-26:2025的制定是众多国际顶尖企业和研究机构精诚合作的结果，主要由ISO/IECJTC1/SC29（音视频、数据编码与信息系统编码的制定）负责，其具体制定工作则由MPEG工作组承担。MPEG（MovingPictureExpertsGroup）作为全球公认的音视频和多媒体压缩标准制定者，其下辖的多个小组，如专业小组（如3DG小组负责点云压缩核心技术和承载）和测试小组，共同完成了本标准的起草、验证与发布工作。该工作组汇集了来自全球数十个国家的数百位专家。详细介绍：动态图像专家组（MovingPictureExpertsGroup，MPEG）及主导贡献者MPEG（ISO/IECJTC1/SC29/WG11）是推动数字多媒体革命的核心力量，自1988年成立以来，先后制定了MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7、MPEG-21等一系列影响深远的国际标准。标准编号中的“23090”系列，即MPEG-I，是MPEG针对沉浸式媒体的新一代标准体系，旨在超越传统二维视频，提供更加真实、交互的感官体验。G-PCC技术正是该体系中三维空间信息编码的关键组成部分。在本标准的制定过程中，一些在点云压缩、系统集成和测试领域具有深厚积累的机构起到了关键的推动作用。例如：*引领算法与系统设计的机构：来自欧洲、亚洲和北美洲的几所顶尖大学与研究院所（如法国的INRIA、中国的北京大学、美国的Apple公司等），在G-PCC核心算法及其承载协议的理论研究和早期原型实现方面贡献了核心思路。*主导一致性测试框架的机构：一些专注于音视频一致性测试的国际组织或实验室（如德国的ILE、美国的DolbyLaboratories）为建立严格的、可复现的测试用例和自动化测试流程提供了方法论和工具支持。5.标准发布的意义与产业价值ISO/IEC23090-26:2025的发布，是G-PCC标准体系成熟的标志性事件，其意义重大：*确保端到端互操作性：这是标准最直接也是最重要的价值。通过提供官方参考软件和一致性测试集，任何遵循此标准的编码器、封装工具、传输协议和解码器，都能保证彼此间的无缝协作。这打破了技术壁垒，促进了产业链的分工合作。*降低部署风险与成本：系统集成商和终端用户无需依赖单一厂商的技术，避免了供应商锁定的风险。他们可以根据严格的标准选择不同供应商的最优组件，快速搭建系统，显著降低开发和测试成本。*推动规模化应用：互操作性消除了生态碎片化问题，为点云技术在自动驾驶、数字孪生城市、元宇宙等领域的规模化、商业化部署扫清了障碍。例如，一个城市的数字孪生模型可以由多个单位分别采集、编码，最终通过符合标准的格式进行集成与共享。6.与现行法规政策及国际标准的关系本标准的制定充分遵循了ISO/IECJTC1的标准化工作流程，并与以下标准/法规形成协调一致的关系：*核心技术标准：ISO/IEC23090-9:2023《信息技术沉浸式媒体的编码表示第9部分：基于几何学的点云压缩》和ISO/IEC23090-10:2023《信息技术沉浸式媒体的编码表示第10部分：点云压缩的一致性和参考软件》是其最直接的上位标准，本标准是它们的重要补充和延伸。*文件格式标准：ISO/IEC14496-12:2022《信息技术视听对象的编码第12部分：ISO基础媒体文件格式（ISOBMFF）》是影音文件封装的通用基础。G-PCC数据的承载规范深度依赖于ISOBMFF，本标准定义了如何在其基础上扩展以封装点云元数据和比特流。*传输协议标准：MPEG-DASH（ISO/IEC23009-1）是自适应流媒体传输的事实标准。本标准中的承载规范和测试用例也考虑了与DASH的集成，为基于HTTP的点云实时流传输提供了标准化路径。*其他国际标准：在自动驾驶领域，其技术参数也需与欧盟的UNRegulationNo.157（自动车道保持系统）等法规中关于感知数据安全和通信的底层次要求相兼容，以确保在不同法律框架下的技术可行性。结论ISO/IEC23090-26:2025《信息技术沉浸式媒体的编码表示第26部分：基于几何学的点云压缩数据承载的一致性和参考软件》无疑是为点云技术这艘巨轮搭建了安全的“停靠码头”和“通用标准”。它从技术细节上解决了“如何正确打包和读取G-PCC数据”这一核心问题，并通过详尽的测试和参考软件，为现实世界中的无缝互操作提供了权威保障。展望未来，随着G-PCC算