ISOIEC 23008-22023 信息技术.异构环境中的高效编码和媒体传送.第2部分高效视频编码标准立项发展报告

信息技术异构环境中的高效编码和媒体传送第2部分：高效视频编码标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Informationtechnology—Highefficiencycodingandmediadeliveryinheterogeneousenvironments—Part2:Highefficiencyvideocoding摘要随着超高清视频、虚拟现实、增强现实及流媒体服务等新兴应用的迅猛发展，视频编码技术作为数字媒体产业的基石，其标准化工作对于推动产业升级与技术融合具有举足轻重的战略意义。本报告围绕国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合发布的标准ISO/IEC23008-2:2023《信息技术异构环境中的高效编码和媒体传送第2部分：高效视频编码》（即HEVC/H.265标准）展开深入研讨与立项分析。报告首先系统回顾了HEVC标准的研制背景、技术演进脉络及其在异构网络环境中的核心定位，明确了其在4K/8K超高清传输、低延迟实时通信及高压缩率存储等关键应用场景中的不可替代作用。随后，报告全面梳理了标准的技术框架与核心创新点，包括编码树单元结构、大尺寸变换、样点自适应补偿、运动矢量预测等关键技术的性能增益，并结合当代视频编码标准竞争格局（如AV1、VVC等）进行了对比分析。在此基础上，报告对标准的推广应用现状、产业链支撑情况及面临的挑战进行了客观评估。最后，报告提出了标准修订与优化立项的迫切需求与可行性方案，并对未来视频编码标准的发展趋势进行了前瞻性展望，为相关企事业单位及标准化技术委员会进一步开展标准制修订工作提供了翔实的数据支撑与决策参考。关键词：高效视频编码；HEVC；H.265；异构环境；视频编码标准；超高清视频；媒体传送；标准化Keywords:HighEfficiencyVideoCoding;HEVC;H.265;HeterogeneousEnvironments;VideoCodingStandard;Ultra-HighDefinitionVideo;MediaDelivery;Standardization1引言1.1研究背景数字视频技术自20世纪80年代实现数字化以来，经历了从标清（SD）到高清（HD）、再到超高清（UHD）的跨越式发展历程。在这一演进过程中，视频编码标准的迭代更新始终扮演着核心驱动力的角色。从H.261、MPEG-1、MPEG-2、H.263到H.264/AVC，每一代视频编码标准都在压缩效率、图像质量和计算复杂度之间寻求最优平衡，推动着视频产业的技术革新与商业模式的变革。1.2标准定位与价值ISO/IEC23008-2（HEVC）是继H.264/AVC之后的新一代视频编码标准，其设计目标是在同等主观视频质量条件下，相比H.264/AVC实现约50%的码率节省。该标准定位于异构环境中的高效编码和媒体传送，覆盖从移动终端到超高清电视广播、从低码率视频通话到高码率专业制作的广泛比特率范围（从数kbit/s到数百Mbit/s）。HEVC标准的发布具有深远的产业价值与战略意义。从技术维度而言，HEVC不仅大幅提升了压缩效率，更引入了面向并行处理的编码架构设计（包括Tiles、WPP等并行工具），为多核处理器和硬件加速实现提供了友好支持。从产业维度而言，HEVC标准的推广普及直接推动了4K超高清视频产业链的成熟与规模化部署，成为超高清蓝光光盘、4K直播卫星广播、OTT流媒体服务等新兴业态的技术基石。从标准竞争维度而言，HEVC标准的研制与发布也标志着国际视频编码标准竞争进入了新的阶段，为后续VVC（H.266）标准的研制积累了宝贵经验。1.3标准基本信息本报告所探讨的标准编号为ISO/IEC23008-2:2023，全称为《信息技术异构环境中的高效编码和媒体传送第2部分：高效视频编码》（Informationtechnology—Highefficiencycodingandmediadeliveryinheterogeneousenvironments—Part2:Highefficiencyvideocoding）。该标准由ISO与国际电工委员会（IEC）联合发布，发布日期为2023年10月31日，语言为英语，现行版本涵盖了HEVC标准自2013年首次发布以来的一系列修订与更新内容。2HEVC标准技术框架分析2.1编码结构创新HEVC标准在编码结构上进行了根本性的革新，引入了编码树单元（CodingTreeUnit，CTU）的概念。与H.264/AVC中固定的16×16宏块结构不同，HEVC允许CTU的尺寸在64×64、32×32和16×16之间灵活选择，并通过四叉树递归划分方式生成编码单元（CodingUnit，CU）、预测单元（PredictionUnit，PU）和变换单元（TransformUnit，TU）。这一灵活的分层结构使得编码器能够根据图像局部特征自适应地选择最优的划分深度——在平坦区域使用大尺寸编码块以节省边信息开销，在纹理复杂区域使用小尺寸编码块以精细描述细节，从而在压缩效率和主观质量之间实现更好的平衡。CTU结构的引入不仅显著提升了编码效率，还为并行处理架构的实现提供了有利条件。HEVC标准中定义的Tiles（片瓦）工具允许将图像划分为矩形区域独立编码，而波前并行处理（WavefrontParallelProcessing，WPP）则通过熵编码的波前同步机制实现了以CTU行为单位的并行处理，两者均为硬件实现的吞吐量优化提供了灵活的选择空间。2.2核心编码工具HEVC标准在帧内预测、帧间预测、变换编码和环路滤波等核心模块中均引入了多项关键技术改进：帧内预测方面，HEVC将帧内预测模式的数量从H.264/AVC的9种扩展到35种，包括33种角度预测模式、DC模式和平面（Planar）模式。其中平面模式能够生成平滑渐变的预测信号，对于视频内容的平坦区域具有显著的预测效率提升；33种角度模式则提供了更精细的方向性预测能力，更好地适应了图像中丰富多样的边缘和纹理方向特征。帧间预测方面，HEVC采用了先进运动矢量预测（AdvancedMotionVectorPrediction，AMVP）和合并模式（Mergemode）机制。AMVP通过空间和时间候选运动矢量的竞争选择，以极少的边信息开销传输运动参数；Merge模式则允许当前预测单元直接继承相邻块的运动参数，大幅降低了运动信息的编码代价。此外，HEVC引入了1/4像素精度的运动补偿和7抽头/8抽头的可分离插值滤波器，进一步提升了亚像素运动估计的精度。变换编码方面，HEVC在继承4×4和8×8整数离散余弦变换（DCT）的基础上，新增了16×16、32×32大尺寸变换以及4×4整数离散正弦变换（DST）用于帧内预测残差的编码。大尺寸变换能够更好地利用预测残差的低频能量集中特性，减少变换块之间的边界不连续效应，从而获得更优的能量压缩效果。环路滤波方面，HEVC在去块效应滤波（DeblockingFilter，DBF）的基础上，新增了样点自适应补偿（SampleAdaptiveOffset，SAO）工具。SAO通过对重建像素进行分类并叠加相应的偏移量，有效减少了振铃效应和带状伪影等量化失真，在同等码率下可贡献约2%～6%的编码效率提升，同时显著改善了重建图像的主观质量。2.3面向异构环境的适应性设计3标准发展历程与版本演进HEVC标准的研制历程可以追溯至2010年4月JCT-VC的正式成立。该联合协作组由ISO/IECJTC1/SC29/WG11（MPEG）和ITU-TSG16/Q.6（VCEG）联合组建，汇集了全球视频编码领域顶尖的学术界与产业界力量。经过多轮提案征集、核心实验（CoreExperiment）和主观质量评测，JCT-VC于2012年7月达到标准制定的最终草案国际标准（FDIS）阶段，并于2013年1月正式发布ISO/IEC23008-2:2013（ITU-TH.265）。标准发布后，JCT-VC持续开展修订工作，通过发布技术勘误（Corrigenda）和修订版（Amendment）来修正编辑性问题、补充新的配置档与工具。2014年发布了版本2（Version2），新增了范围扩展配置档（RangeExtensionsProfile），支持更高比特深度、4:2:2和4:4:4色度格式，以及单色格式等专业应用需求。2015年发布的版本3（Version3）增加了用于屏幕内容编码（ScreenContentCoding，SCC）的配置档，引入了帧内块复制（IntraBlockCopy，IBC）、调色板模式（PaletteMode）和自适应颜色变换（AdaptiveColorTransform，ACT）等高效工具，显著提升了计算机屏幕共享和文档图像等屏幕内容的编码效率。此后还陆续发布了支持HDR/WCG的配置档扩展。本报告所讨论的ISO/IEC23008-2:2023版本即为此系列演进后整合发布的现行版本。4标准应用现状与产业分析4.1主要应用领域4.2产业支撑与生态格局从编码器实现来看，x265作为开源的HEVC软件编码器，在流媒体和离线转码领域获得了广泛应用；商用编码器方面，Ateme、Harmonic、MediaKind等专业厂商提供了面向广播和流媒体的高性能HEVC编码解决方案。硬件编解码方面，Intel、AMD、Qualcomm、Apple、联发科等主流芯片厂商自2015年前后的产品代际开始普遍集成HEVC硬件编解码模块；NVIDIA和AMD的独立显卡产品均支持HEVC硬件加速编码与解码；主流移动SoC（系统级芯片）均包含HEVC编解码的硬件支持。封装与传输层面，MPEG-2TS（传输流）、MP4、Matroska等主流容器格式均支持HEVC视频流的封装；DASH（基于HTTP的动态自适应流媒体传输）、HLS（HTTP直播流）等主流自适应流媒体传输协议均支持HEVC编码内容的分发。然而，HEVC的专利许可模式长期存在争议。专利池分散、许可费用结构复杂、授权条款不一致等问题在一定程度上制约了部分中小企业和开源社区的部署意愿，也为AV1和VVC等替代标准的推广创造了空间。这一现象反映了视频编码标准在技术先进性之外，专利政策和许可模式同样是影响标准推广与生态建设的关键因素。4.3竞争标准格局与HEVC的定位当前视频编码标准领域的竞争格局呈现出多标准并行演进的态势。Google主导的AV1标准自2018年发布以来，凭借其免专利费的许可模式获得了流媒体行业的广泛青睐，在WebRTC（网页实时通信）等互联网视频场景中具有较强竞争力。ISO/IEC与ITU-T联合推出的新一代VVC标准（H.266）于2020年发布，在HEVC基础上进一步实现了约30%～50%的编码效率提升，代表了视频编码技术的前沿水平。此外，中国的AVS3标准也在国内超高清产业中得到有力推动。在上述竞争格局中，HEVC凭借其2013年发布以来的深厚技术积累、成熟的产业链支撑和丰富的部署经验，在当前视频编码标准从高压缩率需求出发的演进过程中，占据着承前启后的关键生态位：一方面，HEVC在4K超高清应用中已形成了难以替代的部署规模；另一方面，其技术框架为VVC的研制提供了重要基础，其专利授权方面的经验教训也为后续标准的专利策略提供了重要参照。总体来看，HEVC标准仍将在未来较长周期内维持其在超高清视频编解码领域的实际主导地位。5修订立项必要性与可行性分析5.1修订立项的必要性考量尽管ISO/IEC23008-2:2023版本已涵盖HEVC标准的历次重要修订，但从标准体系的完整性和可用性角度出发，对其进行系统性复审与修订立项仍具有多方面的必要性考量。从标准体系维护角度而言，HEVC作为一项覆盖广泛、应用纵深复杂的国际标准，其文本的准确性和一致性直接影响产业链各环节的互操作性。随着应用场景的持续拓展，新的解释性问题和技术勘误需求仍会不断出现，需要标准化组织建立常态化的维护机制予以响应。从应用需求演进角度而言，AI驱动的视频增强与编码优化、面向机器视觉的分析编码等新方向已催生了大量基于HEVC框架的扩展研究，这些技术成果的标准化需要依托合适的基础标准予以承接和整合。从与其他标准的协调角度而言，HEVC与VVC之间在编码工具、语法结构、档次设置等方面存在继承关系，需要确保HEVC标准的修订与VVC标准的发展保持协调一致，避免技术路线的分裂。5.2修订立项的可行性评估HEVC标准修订立项具备充分的技术基础和组织保障。技术上，ISO/IECJTC1/SC29的MPEG和ITU-TSG16的VCEG长期以来积累了成熟的视频编码标准制定流程和评测方法，为HEVC修订工作的开展提供了可靠的方法论支撑。组织上，JCT-VC虽已于2018年结束其历史使命，但ISO/IECJTC1/SC29下设立了专门的视频编码联合研究组（JPEG）和联合视频专家组（JCT-VC的继任机构JVET），负责视频编码标准的持续演进和维护工作。同时，中国、美国、日本、韩国、欧洲等