ISOIEC 39794-172021 信息技术.可扩展生物测定数据交换格式.第17部分步态图像序列数据标准立项发展报告

信息技术可扩展生物测定数据交换格式第17部分：步态图像序列数据标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationTechnology—ExtensibleBiometricDataInterchangeFormats—Part17:GaitImageSequenceData摘要随着人工智能与计算机视觉技术的飞速发展，步态识别作为唯一可在远距离、非配合条件下进行身份识别的生物特征模态，在智能安防、公共安全、智慧司法及边境管控等领域展现出日益突出的战略价值。然而，步态识别系统长期面临数据格式不统一、互操作性差、数据质量参差不齐等行业痛点，严重制约了技术的规模化应用与跨系统协同。在此背景下，国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合发布ISO/IEC39794-17:2021《信息技术可扩展生物测定数据交换格式第17部分：步态图像序列数据》，为步态图像序列数据的采集、编码、存储与交换提供了统一的国际标准框架。该标准在ISO/IEC39794系列通用框架的基础上，采用可扩展标记语言（XML）与二进制编码的双轨模式，定义了步态图像序列数据的标准化数据格式、通用数据块与扩展数据块结构，并规定了与步态采集相关的生物特征质量参数。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术框架、核心内容及行业应用价值，分析了其在国际标准体系中的定位与协调关系，总结了主要起草单位的贡献，并对步态识别标准的未来发展趋势进行了展望。该标准的发布填补了步态图像数据国际交换格式的空白，对促进全球步态识别产业的规范化发展具有里程碑意义。关键词：步态识别；生物特征识别；数据交换格式；ISO/IEC39794；图像序列；标准化；互操作性Keywords:Gaitrecognition;Biometricidentification;Datainterchangeformat;ISO/IEC39794;Imagesequence;Standardization;Interoperability一、引言：步态识别标准化需求与立项背景1.1步态识别的技术特征与应用价值步态识别是一种通过分析人体行走时的姿态、节奏、肢体摆动规律等行为特征来实现身份识别的生物特征识别技术。相较于人脸识别、指纹识别等传统生物特征模态，步态识别具有三个显著优势：非接触性——无需被测者主动配合即可采集数据；远距离性——可在数十米范围内完成识别；难以伪装性——步态特征涉及人体运动学与动力学的综合信息，模仿难度极高。这些特性使步态识别在视频监控全覆盖的现代城市环境中具有天然的适配优势，被业界视为最具潜力的"下一代远距离身份识别技术"。近年来，深度学习技术的突破性进展极大推动了步态识别算法的性能提升。从早期的基于轮廓的模板匹配，到当前基于卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）及图神经网络（GNN）的端到端学习框架，步态识别的准确率在多个公开数据集上已超过95%。与此同时，步态识别技术在公共安全领域的实战应用也在加速推进。2019年以来，中国多个省市公安机关已将步态识别系统部署于重点区域的视频监控网络，在嫌疑人追踪、走失人员寻找等场景中发挥了关键作用。此外，步态分析在医疗康复评估、运动科学分析、人机交互等领域亦展现出广阔的应用前景。1.2标准缺失带来的行业困境尽管步态识别技术发展迅速，但标准化工作的严重滞后已成为制约产业规模化发展的关键瓶颈。在ISO/IEC39794-17:2021发布之前，步态数据交换领域面临以下突出问题：第一，数据格式碎片化。各研究机构和企业自行定义数据存储格式，导致不同系统之间的数据无法互通。一个典型的步态识别系统部署项目中，前端采集设备、中间处理平台与后端比对服务器往往来自不同厂商，数据格式的兼容性成为系统集成的最大障碍。第二，数据质量参差不齐。缺乏统一的质量评价标准，使得不同来源的步态数据的可用性无法得到保障。图像分辨率、帧率、拍摄角度、光照条件等因素对步态识别准确率影响显著，但在缺乏标准约束的情况下，数据采集环节的随意性极大影响了后续处理的效果。第三，数据安全与隐私保护体系缺失。步态图像序列数据属于敏感生物特征信息，涉及个人隐私保护的法律要求。在没有统一安全框架的情况下，数据在采集、传输、存储和共享各环节均面临泄露风险。第四，国际互操作困难。在全球化的背景下，跨国执法合作、反恐情报共享等场景需要不同国家和地区的步态识别系统之间实现数据交换。缺乏统一的国际标准使得这种跨国协作面临技术和法律的双重障碍。1.3ISO/IEC39794系列标准的总体框架为解决生物特征数据交换格式的统一问题，ISO/IECJTC1/SC37（生物特征识别分技术委员会）制定了ISO/IEC39794系列标准。该系列标准的全称为"信息技术可扩展生物测定数据交换格式"（Informationtechnology—Extensiblebiometricdatainterchangeformats），采用模块化设计思路，由以下部分构成：-第1部分：框架（ISO/IEC39794-1），规定通用数据格式架构、通用数据块的定义、编码规则及符合性测试方法；-第2～16部分：分别针对指纹细节点数据、指纹图像数据、人脸图像数据、虹膜图像数据、血管图像数据、签名签名时间序列数据等单一模态进行规范；-第17部分：步态图像序列数据（ISO/IEC39794-17:2021）。该系列标准的核心设计理念是"通用框架+模态特定扩展"，即在统一的框架约束下，各模态可根据自身技术特征定义特定数据块结构，形成兼具统一性和灵活性的标准化体系。二、ISO/IEC39794-17:2021标准立项历程与工作进展2.1立项背景与提案ISO/IEC39794-17标准的立项工作始于2018年。在ISO/IECJTC1/SC37的年度全体会议上，中国国家成员体（通过全国信标委生物特征识别分技术委员会，即SAC/TC28/SC37）联合韩国、日本等国家成员体，基于步态识别技术在中国大规模应用的实践经验，正式提出制定步态图像序列数据交换格式国际标准的提案。该提案系统阐述了步态识别技术的应用现状、标准化需求及标准框架设想。提案经过SC37各国家成员体的充分讨论和投票，于2018年下半年正式注册为预工作项目（PreliminaryWorkItem,PWI），随后转为新工作项目提案（NewWorkItemProposal,NWIP）。2019年初，该项目获得批准立项，标准编号确定为ISO/IEC39794-17，由中国专家担任项目负责人（ProjectEditor），牵头组织标准编制工作。2.2标准研制过程标准研制过程历时约两年，经历了WD（工作草案）、CD（委员会草案）、DIS（国际标准草案）、FDIS（最终国际标准草案）四个关键阶段：-2019年初至2019年中期：编制工作草案（WD）。项目组在ISO/IEC39794-1框架的基础上，结合步态数据的技术特征和应用需求，梳理了步态图像序列数据的关键信息要素，初步设计了数据格式结构和数据块定义方案。在此期间，项目组调研了国内外主流步态数据集（如CASIA-B、OU-ISIR、SOG等）的格式规范，形成了兼容性较强的设计基础。-2019年下半年至2020年初：完成委员会草案（CD）。草案经由SC37秘书处分发至各国家成员体征求意见。各国重点关注的问题包括：数据块定义的完备性、扩展机制的灵活性、隐私保护措施的充分性等。项目组根据各成员体反馈意见对草案进行了系统修订，优化了通用数据块和扩展数据块的划分逻辑，完善了质量控制参数体系。-2020年中：形成国际标准草案（DIS），进入DIS投票阶段。投票期间，项目组针对部分成员体提出的技术细节问题进行了逐项回应和修订。特别是在图像压缩编码方式的选择、时间序列数据的存储策略以及带标记图像序列数据的处理流程等方面进行了深入讨论和完善。-2020年底：形成最终国际标准草案（FDIS），进入最终投票阶段。投票获得高票通过。-2021年6月15日：ISO和IEC正式发布ISO/IEC39794-17:2021，标准正式生效。2.3标准发布信息ISO/IEC39794-17:2021归属国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合技术委员会JTC1（信息技术委员会）下属SC37分技术委员会（生物特征识别）。标准正式名称为《信息技术可扩展生物测定数据交换格式第17部分：步态图像序列数据》（Informationtechnology—Extensiblebiometricdatainterchangeformats—Part17:Gaitimagesequencedata），分类号为"识别卡和有关装置"。标准采用英语编写，当前状态为"现行"（Active），即现行有效状态。三、标准核心内容解析3.1标准的定位与适用范围ISO/IEC39794-17:2021的适用范围涵盖步态图像序列数据的全生命周期管理，具体包括：1.数据采集规范：规定了步态图像序列数据采集过程中的基本要求，包括图像分辨率、帧率、拍摄角度、光照条件等参数的建议范围，确保数据在源头即具有良好的可用性；2.数据编码标准：定义了步态图像序列数据的规范化编码方式，支持XML和二进制两种格式的转换，满足不同应用场景的需求；3.数据存储结构：规定了步态图像序列数据的存储结构，确保数据在存储和传输过程中的完整性和安全性；4.数据交换协议：建立了不同系统之间的数据交换协议，实现步态数据的无缝互通。标准适用于所有涉及步态识别技术的系统，包括但不限于安防监控系统、智能门禁系统、司法鉴定系统、医疗康复系统等领域。3.2数据格式框架ISO/IEC39794-17:2021的数据格式框架遵循ISO/IEC39794-1规定的通用架构，采用通用数据块（CommonDataBlock，CDB）+扩展数据块（ExtendedDataBlock，EDB）的组合方式。通用数据块包含所有ISO/IEC39794系列标准共享的基本信息要素，如数据格式标识符、版本号、采集设备信息、时间戳等通用元数据；扩展数据块则根据步态模态的技术特征，定义了步态识别特有的信息要素，包括：-步态序列基本信息：序列长度、采样帧率、图像分辨率等；-人体轮廓信息：每帧图像中人体目标检测框的位置与尺寸；-步态周期参数：步态周期的起止帧标记、周期时长等；-视角与运动参数：拍摄视角、人体行走方向与摄像机光轴的夹角等；-质量控制参数：反映步态图像序列质量的各项指标数值。3.3数据块结构与编码方式ISO/IEC39794-17:2021在编码方式上采用XML和二进制两种模式，分别适配不同的应用场景需求。（一）XML编码模式XML编码模式适用于需要进行数据交换和互操作的场景，如跨机构数据共享、多系统集成等。标准定义了一套完整的XML模式（XMLSchema），用于验证步态图像序列数据文档的结构合法性与数据完整性。XML模式中规定了所有数据元素的名称、类型、取值范围和出现规则，确保不同系统之间对同一份数据的解析结果一致。（二）二进制编码模式二进制编码模式适用于对存储空间和处理效率有较高要求的场景，如大规模数据库建设和实时处理系统。标准的二进制编码采用紧凑型数据结构设计，通过位域编码、变长整数表示等技术手段，在保证信息完整的前提下显著压缩数据体积。两种编码模式之间支持无损转换，即同一份步态数据可以方便地从XML格式转换为二进制格式或反向转换，实现灵活部署。3.4步态图像序列数据的具体信息要素定义标准将步态图像序列数据的信息要素系统地划分为以下类别：（一）采集信息——包括采集设备的类型、型号、制造商信息，以及采集环境的描述（如室内/室外、光照强度等）；（二）人体检测信息——包括每帧图像中人体目标的边界框坐标、检测置信度等；（三）步态特征描述信息——包括人体的身高估计值、步幅长度、步行速度等粗粒度步态特征参数；（四）图像序列信息——包括图像编码格式（如JPEG、JPEG2000、PNG等）、压缩参数、色彩空间（灰度或彩色）、位深度等；（五）多视角信息——当同一行走过程由多个摄像机从不同视角同步采集时，标准定义了各视角数据的关联关系与切换逻辑；（六）带标记图像序列信息——当图像序列中的人体轮廓经过分割、标注时，标准规定了标记信息的编码方式，包括人体部件标签、轮廓点坐标等精细信息。3.5质量控制参数体系数据质量是影响生物特征识别系统性能的关键因素。ISO/IEC39794-17:2021建立了一套系统化的质量控制参数体系，包括以下维度：1.图像质量参数：分辨率、清晰度、信噪比、运动模糊程度等；2.序列质量参数：时间连续性、帧间一致性、行走过程完整性（是否包含完整的步态周期）等；3.人体分割质量参数：人体轮廓分割的准确度、边缘完整性等；4.场景条件参数：背景复杂度、遮挡程度、光照均匀性等。上述参数均定义了标准化的取值方法、取值范围和评价等级，使不同采集设备和处理系统产生的步态数据具有可比较的质量度量基础。该质量控制参数体系的设计参考了ISO/IEC29794-1（生物特征识别样本质量）系列标准中的相关框架，确保了与生物特征识别质量评价体系的一致性。四、与相关标准的关系与协调ISO/IEC39794-17:2021并非孤立存在，而是与一系列国际标准和技术规范存在密切的协调关系。4.1与ISO/IEC39794-1（框架）的关系ISO/IEC39794-1规定了可扩展生物测定数据交换格式的通用框架，包括通用数据块的定义、编码规则、扩展机制和符合性测试方法。ISO/IEC39794-17作为该系列的第17部分，严格遵循第1部分确定的框架约束，在此基础上针对步态模态定义扩展数据块。该关系类似于ISO/IEC19794系列中基础标准与模态特定标准之间的关系，既保持了系列标准的统一性，又兼顾了各模态的个性化需求。4.2与ISO/IEC19794系列标准的关系ISO/IEC39794系列在功能定位上是对ISO/IEC19794系列（信息技术生物特征数据交换格式）的继承和升级。19794系列规定了第一代生物特征数据交换格式，采用固定结构定义，虽然实现了格式的统一，但在扩展性和灵活性方面存在局限性。39794系列引入了可扩展设计理念，采用XML编码支持灵活的信息扩展，同时保持二进制编码的高效性，代表了生物特征数据交换格式的新一代方向。ISO/IEC39794-17的发布也为ISO/IEC19794系列中相关标准内容的修订提供了技术参考。4.3与生物特征质量相关标准的协调步态图像序列数据的质量控制参数体系与ISO/IEC29794系列（生物特征识别样本质量）和ISO/IECTR29156（生物特征数据质量评价指引）等标准在概念和方法上保持协调一致。ISO/IEC39794-17:2021中定义的质量参数通过引用上述标准中成熟的评价方法和指标体系，确保了不同模态之间质量度量框架的连贯性和可比性。五、主要参与制定单位介绍5.1国家标准化管理委员会（SAC）在ISO/IEC39794-17:2021的制定过程中，中国国家标准化管理委员会（StandardizationAdministrationofChina,SAC）作为ISO正式成员体，发挥了核心主导作用。SAC通过全国信息技术标准化技术委员会生物特征识别分技术委员会（SAC/TC28/SC37）组织国内产学研用各方力量，深度参与标准提案、起草和审