ISOTS 22028-52023 摄影和制图技术.数字图像存储、操作和交换用扩展颜色编码.第5部分静止图像的高动态范围和宽色域编码（HDRWCG）标准立项发展报告

摄影和制图技术数字图像存储、操作和交换用扩展颜色编码第5部分：静止图像的高动态范围和宽色域编码（HDR/WCG）标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:PhotographyandGraphicTechnology—ExtendedColourEncodingsforDigitalImageStorage,ManipulationandInterchange—Part5:HighDynamicRangeandWideColourGamutEncodingforStillImages(HDR/WCG)摘要随着数字成像技术向高动态范围（HDR）和宽色域（WCG）方向快速发展，传统标准动态范围（SDR）编码体系已难以满足专业摄影、影视制作、移动终端显示及网络图像传输等领域对色彩保真度和亮度层级还原的迫切需求。在此背景下，国际标准化组织（ISO）于2023年6月20日正式发布ISO/TS22028-5:2023《摄影和制图技术数字图像存储、操作和交换用扩展颜色编码第5部分：静止图像的高动态范围和宽色域编码（HDR/WCG）》。该标准作为ISO22028系列标准的重要组成部分，系统定义了适用于静止图像的HDR/WCG扩展颜色编码框架，明确了色彩原色坐标、传递函数、参考观看环境及编码约束等关键技术参数，为数字图像在不同设备间的存储、交换和再现提供了统一的技术规范。本报告围绕该标准的立项背景、技术框架、核心内容、适用场景及国内外标准化态势进行系统梳理，并结合行业发展趋势对该标准可能产生的产业影响进行深入分析。报告指出，尽管该标准目前已废止，但其技术遗产已为后续相关国际标准的演进奠定了坚实基础，其所确立的HDR/WCG编码理念和技术路径将继续深刻影响数字影像技术的标准化进程。关键词：高动态范围；宽色域；扩展颜色编码；静止图像；国际标准化；色彩管理Keywords:HighDynamicRange;WideColourGamut;ExtendedColourEncodings;StillImages;InternationalStandardization;ColourManagement一、引言1.1研究背景数字图像技术在过去二十年间经历了从百万像素级到亿级像素、从8比特到16比特、从标准色域到宽色域、从标准动态范围到高动态范围的深刻演变。特别是近年来，高动态范围（HighDynamicRange,HDR）和宽色域（WideColourGamut,WCG）技术已成为影像行业最具变革性的发展方向之一。HDR技术通过扩展亮度范围，使图像能够同时呈现极暗阴影和极亮高光区域的丰富细节；WCG技术则通过扩展色彩空间，使图像能够再现超出传统sRGB色域范围的高饱和度色彩。在消费电子领域，HDR/WCG已成为高端显示设备的标配功能。国际电信联盟（ITU）先后发布了ITU-RBT.2100、ITU-RBT.2020等建议书，定义了HDR/WCG视频信号的参数规范。然而，在静止图像领域，长期以来缺乏统一的HDR/WCG编码标准，导致不同厂商、不同软件、不同设备之间的HDR图像互操作性严重不足。摄影师在支持HDR显示的设备上拍摄的图像，在传输或编辑过程中往往因其色彩信息超出传统编码范围而导致严重的色彩失真或亮度压缩。1.2标准立项的必要性ISO22028系列标准是国际标准化组织摄影与制图技术委员会（ISO/TC42，即Photography技术委员会）制定的关于数字图像颜色编码的核心系列标准。该系列标准的第1部分确立了扩展颜色编码的框架结构和基本原则，第2部分和第3部分分别规定了不同参考输出介质和场景条件下的颜色编码规范，第4部分则针对高标准动态范围提出了相关编码要求。然而，随着HDR/WCG技术在专业影像领域的大规模应用，国际社会对静止图像HDR/WCG标准化编码的需求愈发迫切，亟需制定一套专门的标准来弥补这一技术空白。在此背景下，ISO/TS22028-5:2023应运而生，旨在建立统一的静止图像HDR/WCG编码框架，确保不同系统、设备和应用之间能够实现高保真的色彩信息交换。1.3标准基本信息ISO/TS22028-5:2023《摄影和制图技术数字图像存储、操作和交换用扩展颜色编码第5部分：静止图像的高动态范围和宽色域编码（HDR/WCG）》由国际标准化组织（ISO）于2023年6月20日正式发布。标准适用于数字图像的存储、操作和交换环节，特别面向需要高动态范围和宽色域色彩表达的静止图像应用场景。该标准文件类型为技术规范（TechnicalSpecification,TS），文件语言为英语，采用电子版加密PDF格式发布，售价为541元人民币。二、标准技术框架与核心内容2.1标准定位与适用范围ISO/TS22028-5:2023定位于为静止图像的HDR/WCG编码提供技术规范，其适用范围涵盖数字图像从采集、编辑、存储到输出的全流程。标准所涉及的图像类型包括但不限于专业摄影作品、广播电视静止帧、医学影像、卫星遥感图像以及需要在HDR显示设备上呈现的网络图像等。该标准在ISO22028系列标准的整体框架下开展工作，与系列其他部分形成互补关系：第1部分提供了扩展颜色编码的总体架构，第2部分规定了基于参考输出介质（ROMM）的颜色编码，第3部分规定了基于参考场景的颜色编码，第4部分讨论了高标准动态范围的编码方案，而第5部分则在此基础上进一步聚焦于将HDR与WCG相结合的具体编码方案，形成了一套面向静止图像的综合编码规范。2.2核心技术参数与编码方案ISO/TS22028-5:2023的核心内容围绕以下几项关键技术要素展开：（1）色彩原色坐标与色彩空间定义标准定义了适用于HDR/WCG静止图像编码的色彩空间。相较于传统的sRGB或AdobeRGB色彩空间，该标准采用更宽色域的原色坐标设定，充分覆盖了CIE1931色度图中的更大范围。具体色域选择与ITU-RBT.2020建议书保持兼容，确保了与超高清（UHD）视频标准在色域层面的一致性。标准同时规定了相应的白点坐标和亮度适配参数，以保证在不同显示设备上的一致色彩还原效果。（2）传递函数（光电转换函数/OETF与电光转换函数/EOTF）传递函数的选择是HDR编码的关键核心。ISO/TS22028-5:2023规定了适用于静止图像的传递函数方案，其设计考虑了人眼视觉系统对亮度感知的非线性特性，在暗部区域分配更多的编码位数以保留阴影细节，在亮部区域则采用合理的压缩策略以扩展可表示的峰值亮度范围。标准中引入的传递函数体系与ITU-RBT.2100中定义的感知量化（PQ）和混合对数伽马（HLG）方案保持衔接，兼顾了制作端和显示端的不同需求。（3）编码数值范围与比特深度为满足HDR/WCG图像的高精度表达需求，标准规定了推荐的编码比特深度。标准支持至少10比特的编码深度，并为更高精度的应用场景（如12比特或16比特）预留了扩展空间。同时，标准明确了编码数值范围中有效数据的上下限、参考白点和黑点的数值映射关系以及可能的余量区域，为不同软件和硬件实现提供了统一的数值解释框架。（4）参考观看环境与元数据要求标准还对HDR/WCG图像在编辑和评价时所需的参考观看环境提出了规范要求，包括环境亮度、环境色温、周围反射率等关键参数。此外，标准规定了对HDR/WCG图像应附带的元数据信息，包括峰值亮度、最大CLL（ContentLightLevel）、最大FALL（FrameAverageLightLevel）等技术参数，这些元数据在图像再现过程中起着关键的适配作用。2.3技术特点与创新ISO/TS22028-5:2023在技术上具有以下显著特点：一是兼容性与前瞻性并举。标准在色彩空间选择上注意与已有国际标准（包括ITU-R建议书和ICC色彩管理规范）之间的协调，在编码参数设定上则充分考虑了未来的技术演进空间。二是场景覆盖全面。标准在定义编码方法时综合考虑了图像采集端和显示端的差异性需求，允许不同能力的设备在同一编码框架下实现合理的色彩映射。三是元数据驱动的自适应再现机制。标准所确立的元数据框架赋予了HDR/WCG图像在不同显示能力设备上进行自适应色调映射的能力，从而使得同一图像文件在HDR显示器和传统SDR显示器上均能获得较优的观看效果。三、国际标准化态势与标准对比分析3.1相关国际标准概览在HDR/WCG编码标准化领域，多个国际组织和行业联盟已开展了大量工作。除ISO外，国际电信联盟（ITU）发布的ITU-RBT.2100定义了HDR/WCG视频信号的参数标准；国际电工委员会（IEC）在IEC61966系列标准中也涵盖了相关颜色编码规范。在行业层面，消费电子行业广泛采用HDR10、HDR10+、DolbyVision等专有或半开放的HDR格式。在静止图像领域，Adobe公司提出的HDRDNG格式、Apple公司推广的GainMapHDR技术以及JPEGXL图像编码标准中的HDR支持方案，均在不同程度上填补了HDR静止图像标准化的空白。3.2ISO/TS22028-5与其他标准的关系ISO/TS22028-5:2023在制定过程中充分参考了ITU-RBT.2100等视频领域国际标准，在色彩空间、传递函数等核心参数上保持了良好的一致性。作为ISO22028系列标准家族中的最新成员，该标准在框架结构上继承和延展了先前各部分的技术逻辑，搭建起了视频HDR标准与静止图像色彩管理标准之间的桥梁。值得关注的是，该标准在技术上为新一代图像编码格式（如JPEGXT、JPEGXL）中的HDR/WCG支持提供了颜色编码层面的底层支撑，为不同图像编码器在色彩表达层面上取得统一奠定了基础。3.3标准废止原因的深层分析ISO/TS22028-5:2023虽然发布仅仅数月便进入废止状态，这在国际标准发布实践中较为少见，反映了HDR/WCG静止图像编码领域技术方案的快速演替和标准体系的高度动态性。这一废止状态并不意味着该标准技术内容的失效或错误，而是表明其技术方案已在更广泛、更成熟的框架内得到了吸收和替代，或是ISO技术委员会在系列标准整合过程中对该部分内容进行了重新规划组织。从标准化工作的整体视角审视，ISO/TS22028-5:2023的发布与废止体现了技术标准体系的自我更新机制——标准制定是持续迭代的动态过程，技术规范在特定发展阶段承担着探索、验证和引导的角色，其技术成果往往通过后继承继性标准得以延续和升华。四、主要参与单位介绍ISO/TS22028-5:2023的制定工作主要由国际标准化组织摄影与制图技术委员会（ISO/TC42）承担。ISO/TC42是国际标准化组织中负责摄影、数字成像和制图技术领域标准化工作的专业技术委员会，其秘书处长期由美国国家标准协会（ANSI）承担。该委员会汇集了来自全球各主要经济体的标准化专家、行业代表和研究机构人员，在数字影像标准化领域拥有深厚的技术积淀和广泛的国际影响力。ISO/TC42的工作范围涵盖摄影感光材料、数字相机、图像扫描、色彩管理、图像存储与交换等多个专业方向，先后制定了包括ISO12231（数字摄影术语）、ISO14524（数字相机光电转换函数测量）、ISO17321（数字相机色彩特性）以及ISO22028系列等在内的一大批具有广泛影响力的国际标准。ISO/TC42在标准制定过程中始终秉持开放、透明、协商一致的原则，广泛吸纳摄影设备制造商、软件开发商、印刷企业、科研机构以及专业用户群体的意见，确保标准既具有技术先进性，又能够在产业实践中得到有效应用。此外，在ISO/TS22028-5:2023的编制研讨过程中，来自国际电信组织、知名影像企业以及学术界的众多专家亦以不同形式参与了技术研讨和意见反馈，共同推动了该标准技术方案的完善。五、结论与展望5.1主要结论ISO/TS22028-5:2023作为国际标准化组织在静止图像HDR/WCG编码领域的重要技术规范，系统确立了面向静止图像的HDR/WCG扩展颜色编码框架。该标准在色彩空间选择、传递函数设定、编码深度规范以及元数据要求等关键技术环节提出了完整的技术方案，填补了静止图像HDR/WCG标准化方面的空白。尽管该标准在发布后不久便进入废止状态，但其技术成果为标准体系后续演进积累了宝贵经验，其在色彩编码领域的技术思路和参数框架已对数字影像行业产生了深远影响。5.2未来展望展望未来，HDR/WCG静止图像标准化工作将继续沿着以下方向推进：第一，随着显示技术的持续进步，静止图像HDR/WCG编码的标准化需求将更加迫切，ISO/TC42等标准化组织将继续完善和整合相关标准资源，推动形成体系更加完备、技术更加成熟的标准集群。第二，随着JPEGXL等新一代图像编码标准的推广普及，HDR/WCG编码与图像压缩编码的紧密结合将成为重要趋势，颜色编码标准需要与编码格式标准实现更加深度的协同。第三，人工智能技术在图像增强和色彩重建领域的广泛应用，将为HDR/WCG图像的处理和再现提供新的技术手段，标准化工作也需要关注这些新技术对编码框架可能带来的扩展需求。第四，随着网络传输带宽的增长和HDR显示设备的普及，HDR/WCG静止图像在Web端、移动端和社交媒体平台的大规模应用将加速落地，这也要求标准化工作在编码效率、兼容性以及用户体验之间寻求更加精细的平衡。总之，ISO/TS22028-5:2023所开创的将HDR与WCG相结合对静止图像进行扩展颜色编码的技术方向已确立为行业发展的重要趋势。在持续演进的标准化进程中，相关技术积累必将在未来的标准体系中得到更全面的体现和更广泛的应用。参考文献[1]ISO.ISO/TS22028-5:2023Photographyandgraphictechnology—Extendedcolourencodingsfordigitalimagestorage,manipulationandinterchange—Part5:Highdynamicrangeandwidecolourgamutencodingforstillimages(HDR/WCG)[S].Geneva:ISO,2023.[2]ITU.ITU-RBT.2100-2Imageparameter