ISOIEC 21794-22021Amd 12021 JPEG Pleno光场编码系统的配置文件和级别标准立项发展报告

JPEGPleno光场编码系统的配置文件和级别标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:ProfilesandLevelsforJPEGPlenoLightFieldCodingSystem摘要随着沉浸式媒体、增强现实（AR）、虚拟现实（VR）及自由视点视频等新兴应用的迅猛发展，光场成像技术作为能够完整记录场景三维光辐射信息的前沿手段，其高效压缩与标准化编码已成为学术界和工业界共同关注的焦点。本报告围绕国际标准ISO/IEC21794-2:2021/Amd1:2021《信息技术JPEGPleno光场编码系统第2部分：光场编码修订案1：JPEGPleno光场编码系统的配置文件和级别》展开系统分析。首先阐述了该标准修订的行业背景与技术动因，指出原始规范在互操作性、设备适配性及功能分层方面存在不足；在此基础上，重点解读了修订案中配置文件和级别机制的核心设计思想、技术架构与关键参数定义；随后介绍了标准修订工作的组织流程与主要参与单位；最后，展望了光场编码标准化在6G通信、空间计算和AI驱动视觉技术融合趋势下的发展方向。报告认为，该修订案通过引入分层配置机制，显著增强了JPEGPleno标准的实用性与产业适应性，为光场成像技术的规模化商用奠定了关键的标准化基石。关键词：JPEGPleno；光场编码；配置文件；级别；ISO/IEC21794；图像压缩标准化；沉浸式媒体Keywords:JPEGPleno;LightFieldCoding;Profiles;Levels;ISO/IEC21794;ImageCompressionStandardization;ImmersiveMedia1引言光场成像技术通过捕捉光线的方向、强度和颜色等多维信息，能够实现对真实场景更为完整的三维再现。区别于传统二维成像技术仅记录光线的空间强度分布，光场成像通过微透镜阵列、相机阵列或编码孔径等方式捕获场景中光线的角度分布信息，使观看者能够在不同视角下观察同一场景，从而实现真实的视差效果和景深调节能力。这一技术特性使其成为沉浸式显示、自由视点视频、数字全息以及医疗影像等前沿应用的核心支撑技术。然而，光场数据所蕴含的海量信息也带来了严峻的存储和传输挑战。以典型的稠密光场为例，其数据量可达到同等分辨率传统图像的数十乃至数百倍，这对编码压缩技术提出了极高的要求。国际标准化组织ISO/IECJTC1/SC29/WG1（即JPEG委员会）敏锐地捕捉到这一技术需求，启动了JPEGPleno标准化项目，旨在为包括光场、全息和点云在内的新型视觉媒体提供统一的压缩表示框架。其中，ISO/IEC21794-2作为JPEGPleno系列标准的第二部分，专门规定了光场编码系统的技术规范。值得关注的是，光场编码系统的应用场景极为广泛——从高精度工业检测到消费级沉浸式娱乐，不同应用对编码质量、复杂度、延迟和功耗的要求差异显著。原始标准在功能配置上缺乏足够的灵活性，难以在广泛的部署场景中实现最优的编码效率与实现复杂度的平衡。正是基于这一产业需求，JPEG委员会于2021年正式发布了ISO/IEC21794-2:2021/Amd1:2021修订案，在原有编码框架基础上引入了"配置文件（Profiles）"和"级别（Levels）"机制，以标准化方式定义不同应用场景下的编解码能力集和参数界限。本报告将对该修订案的技术内涵、设计理念和产业影响进行系统梳理与深度解析，力求为相关技术人员、标准研究人员和产业决策者提供有价值的参考。2标准立项背景与行业需求2.1光场成像技术的兴起与标准化需求近年来，光场成像技术经历了从实验室研究向产业化应用过渡的关键阶段。硬件层面，以Lytro、Raytrix等为代表的光场相机产品已实现商业化，诺基亚、谷歌等企业亦在虚拟现实拍摄设备中引入光场采集模块。与此同时，光场显示技术也在立体显示、裸眼3D和近眼显示等领域取得了长足进展，业界对标准化光场数据格式的呼声日益高涨。光场数据的标准化编码对于构建完整的产业生态具有至关重要的意义。缺乏统一的编码标准将导致不同设备、不同平台之间的数据交换困难，形成"信息孤岛"，严重制约产业链的协同发展。JPEG委员会在完成JPEG、JPEG2000、JPEGXR等传统图像编码标准的基础上，于2017年正式启动JPEGPleno标准化计划，致力于建立面向新型视觉媒体的统一压缩框架，确保不同厂商设备之间的互操作性，同时为整个产业链提供明确的技术指引。2.2原始标准的技术局限与产业制约ISO/IEC21794-2:2019规定了JPEGPleno光场编码系统的基础编码工具和码流格式。然而，在实际产业应用过程中，该原始标准逐渐暴露出若干局限：第一，功能配置的单一化。原始标准在编码工具集和参数配置上采用"一刀切"的设计思路，未能充分考虑不同应用场景对编码性能的差异化需求。例如，专业影视制作追求极致的高保真质量，而消费级AR/VR应用更关注实时性和低功耗，两者对编码工具集的需求存在显著差异。缺乏分层配置机制使得标准的普适性受到限制。第二，互操作性保障不足。在缺乏统一配置框架的情况下，不同厂商实现的编码器/解码器在参数选择上可能产生较大离散性，导致跨系统的互操作性难以得到保障。这一问题在异构设备和跨平台应用中尤为突出。第三，设备适配难度大。对于资源受限的移动设备和嵌入式系统而言，完整实现标准定义的全部编码工具集既不经济也不现实。行业迫切需要一种能够根据设备能力选择相应功能子集的标准机制。2.3配置文件和级别机制的应运而生面对上述挑战，JPEG委员会在充分调研产业需求和技术趋势的基础上，于2019年启动了ISO/IEC21794-2修订工作，重点引入配置文件和级别机制。该机制的设计理念源自视频编码标准中广泛应用的"Profile/Level"框架——配置文件定义了编码器所支持的编码工具集合，级别则限定了编码参数的范围（如分辨率、码率等）。通过这一机制的引入，JPEGPleno光场编码系统能够在保持码流互操作性的前提下，允许不同能力等级的设备各自选择适合的配置方案，从而在灵活性、互操作性和实现复杂度之间取得合理平衡。3标准重点技术内容详解3.1配置文件（Profiles）的架构设计配置文件机制的引入旨在解决不同应用场景下编码工具集选择的结构化问题。JPEGPleno光场编码标准中，配置文件的定义遵循层次化、可扩展的设计原则，各配置文件之间的关系体现了编码工具集的"超集-子集"递进关系，从而保证更高配置文件的解码能力能够兼容较低配置文件的码流数据。从编码工具的选择角度看，不同配置文件之间的主要差异体现在以下几个方面：一是变换核的配置选项，包括不同尺寸和多分辨率分解层级的选择；二是量化和熵编码的高级工具启用状态；三是光场特有的预测模式的可用性，包括视差补偿预测和视角间预测等工具的组合方式。这些工具的组合不仅关乎压缩效率，也对编解码的计算复杂度产生直接影响。通过配置文件层次的划分，各类应用可以依据自身需求进行合理选择。3.2级别（Levels）的参数界定级别机制在配置文件的基础上，进一步对编码参数的空间进行了量化界定。级别限定了运行编码系统所需满足的最大参数标准，包括但不限于：最大支持的光场空间分辨率、最大角度分辨率（即视角数量）、最大比特率上限以及解码器所需的参考帧缓冲区容量等。通过对这些核心参数设定明确的级别档位，标准为不同能力等级的设备提供了清晰的技术参照。例如，低端移动设备可以选择支持较低分辨率和有限视角数目的级别方案，而专业工作站级别的设备则可以运行支持全分辨率、全视角数目的高端级别配置。这种分层限定的方式，在保障基本互操作性的前提下，为整个系统在不同硬件平台上的运行提供了良好的适应空间。3.3配置与级别的联合机制及其互操作性保障在JPEGPleno光场编码修订案的设计中，配置文件和级别并非孤立运作，而是形成了一个联合的适配选项框架，共同规定了编码码流的结构属性与解码所需的能力需求。该联合框架借鉴了ISO/IEC23008-2（HEVC/H.265）中Level和Profile的定义模式，在JPEGPleno的编码码流中的元数据区域明确标识出码流对应的配置文件和级别信息，使得任意解码器在解析码流之初即可判断自身是否具备解码该码流的能力。这一机制的核心优势在于为终端用户提供了无缝的使用体验——用户无需了解编码参数的具体技术细节，只需确保设备符合码流标识的配置文件和级别要求即可实现兼容。同时，该机制也为产业链上中下游各环节提供了清晰的技术契约：编码器供应商可以根据目标应用场景选择合理的配置层次进行产品定义；系统集成商可以依据明确的级别参数进行系统设计与选型；终端用户则可以依据设备和内容的配置匹配关系获得可预期的性能表现。3.4与上一版本标准的兼容策略修订案在引入配置文件和级别机制的同时，充分考虑了与ISO/IEC21794-2:2019原始版本的兼容关系。修订案通过保留原始标准的码流语法框架，以向后兼容的方式扩展元数据定义，确保原本符合上一版本标准的光场编码码流在新的解码器框架下仍然能够被有效解码和呈现。这一兼容策略对于保护既有产业投资和已部署系统具有重要意义，降低了标准升级带来的迁移成本。4标准修订组织与主要参与单位4.1标准制定组织架构ISO/IEC21794-2:2021/Amd1:2021的修订工作由ISO/IECJTC1（信息技术联合技术委员会）第29分技术委员会（SC29，音频、图像、多媒体和超媒体信息编码）第1工作组（WG1，即JPEG委员会）负责推进。JPEG委员会由来自世界各国的图像编码技术专家、产业界代表和学术研究人员组成，其工作模式以深入的技术讨论和严谨的验证测试著称。在本次修订中，委员会采用了多轮提案征集、核心实验评估、交叉验证和最终一致性测试的标准化工作流程，确保各项技术决策建立在充分的理论分析和实验数据基础之上。4.2主要参与单位介绍——NokiaTechnologies在本次修订工作中，NokiaTechnologies作为核心贡献单位之一发挥了重要作用。诺基亚作为全球通信和数字技术领域的领军企业，在光场成像和沉浸式媒体技术方面拥有深厚的技术积累和广泛的知识产权布局。技术输出与标准贡献。诺基亚研究团队在JPEGPleno光场编码标准的早期探索阶段便深度参与，其在光场数据表示、视差补偿预测以及多视角编码优化方面的多项核心技术提案被纳入本次修订案中。在配置文件和级别机制的设计过程中，诺基亚基于其在移动设备和通信网络领域的丰富经验，针对资源受限设备上的编解码需求提出了多项关键技术建议，推动了标准中面向移动应用场景的配置级别的设计优化。产业视角与技术前沿。诺基亚的参与不仅体现在技术层面，还在于其从产业应用角度为标准化工作提供了重要的市场需求输入。诺基亚在VR/AR、远程呈现和空间媒体通信等领域的商用探索，为标准的产业化落地提供了实践指导。此外，诺基亚还积极推动了光场编码与5G/6G通信系统融合的技术预研，为标准的未来演进提供了前瞻性方向。诺基亚的深度参与充分体现了国际标准制定中产学研协同创新的重要模式，其技术贡献有力地推动了光场编码标准化工作的进展和质量的提升。5标准应用前景与发展展望5.1典型应用场景分析ISO/IEC21794-2:2021/Amd1:2021修订案发布后，配置文件和级别机制为光场编码技术的产业化应用打开了更为广阔的空间：沉浸式娱乐与媒体传播。在VR/AR内容制作与分发领域，光场编码技术能够提供更加真实的立体感和沉浸式体验。配置文件机制允许内容制作者根据分发渠道和终端能力灵活选择编码配置，在视觉质量与码率开支之间找到最优平衡点。工业视觉与医疗影像。在精密制造检测、无损探伤和医疗影像诊断等专业场景中，光场成像结合编码标准能够实现高精度三维信息的有效记录与传输。高级别配置文件保证了专业应用所需要的极致图像保真度。自动驾驶与智能感知。光场感知技术在自动驾驶环境感知和机器人视觉导航中展现出独特价值。适度级别的配置方案可以在车载嵌入式平台上实现实时或准实时的光场数据处理。5.2技术演进与标准化发展趋势从更宏观的视角审视，JPEGPlono光场编码标准化的持续推进正面临新的发展机遇：与AI技术的融合。基于深度学习的图像压缩方法近年取得了突破性进展，JPEG委员会已在JPEGAI框架下启动了学习型图像编码的标准化工作。未来光场编码与AI技术的融合有望在编码效率上实现质的飞跃。面向6G与空间计算时代。随着6G通信技术的发展，全息通信和空间计算被视为下一代杀手级应用。光场编码标准化将在其中扮演基础性技术支撑的角色。配置文件和级别机制的演进也需要同步考虑更广泛的网络传输约束和终端能力谱系。标准化生态的持续完善。JPEG委员会正在同步推进JPEGPleno系列中全息编码、点云编码等相关标准，未来各子标准之间的协同与融合将成为标准化工作的重点方向之一。6结论ISO/IEC21794-2:2021/Amd1:2021作为JPEGPleno光场编码标准体系的重要补充，通过引入配置文件和级别机制，有效解决了原始标准在功能灵活性、互操作性和设备适配性方面的不足，为光场编码技术的规模化商用提供了关键的标准化支撑。本报告对该修订案的技术设计、组织流程和产业影响进行了系统梳理，认为该标准的发布不仅是技术规范层面的一次重要迭代，更是光场成像产业走向成熟的重要里程碑。展望未来，随着沉浸式媒体需求的高速增长和底层技术的持续突破，光场编码标准化工作将面临更多新的挑战和机遇。配置文件和级别框架的持续演进，如何在功能扩展与保持互操作性之间保持平衡，以及如何与AI技术、6G通信等新兴领域深度协同，都将是JPEG委员会和全球标准化工作者需要持续探索的重要命题。光场编码标准化的持续推进，必将为下一代视觉媒体生态的构建奠定坚实的技术基石。参考文献[1]ISO/IEC21794-2:2021/Amd1:2021,Informationtechnology—Plenopticimagecodingsystem(JPEGPleno)—Part2:Lightfieldcoding—Amendment1:ProfilesandlevelsforJPEGPlenoligh