ISOIEC 23008-22025 信息技术 - 异构环境中的高效率编码和媒体传送 - 第2部分高效率视频编码标准立项发展报告

信息技术-异构环境中的高效率编码和媒体传送-第2部分：高效率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、云游戏及沉浸式媒体等新兴应用的迅猛发展，视频数据量呈指数级增长，对编码压缩效率、传输适应性和系统互操作性提出了前所未有的挑战。ISO/IEC23008-2:2025《信息技术-异构环境中的高效率编码和媒体传送-第2部分：高效率视频编码》（以下简称HEVC标准）由国际标准化组织与国际电工委员会联合制定，于2025年3月21日正式发布，是高效率视频编码（HEVC/H.265）标准体系的最新修订版本。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术演进脉络、核心编码技术框架及关键新增内容，深入分析了异构网络环境下视频编码面临的多场景适配、高动态范围支持、并行处理效率等核心问题及标准层面的解决方案。报告指出，ISO/IEC23008-2:2025在保持HEVC原有编码框架的基础上，重点增强了面向多样化应用场景的编码工具集、优化了并行处理架构，并进一步完善了与系统层标准的接口协同，对于推动视频产业的智能化升级和标准化生态建设具有重要的引领价值。本报告可为视频编码技术研究、标准制定和产业应用提供参考。关键词：高效率视频编码；HEVC；异构环境；视频压缩；国际标准；媒体传送；编码工具AbstractWiththerapiddevelopmentofemergingapplicationssuchasultra-high-definitionvideo,virtualreality,cloudgaming,andimmersivemedia,videodatavolumehasgrownexponentially,posingunprecedentedchallengestocodingcompressionefficiency,transmissionadaptability,andsysteminteroperability.ISO/IEC23008-2:2025,"Informationtechnology-Highefficiencycodingandmediadeliveryinheterogeneousenvironments-Part2:Highefficiencyvideocoding,"jointlydevelopedbytheInternationalOrganizationforStandardizationandtheInternationalElectrotechnicalCommission,wasofficiallypublishedonMarch21,2025,representingthelatestrevisionoftheHighEfficiencyVideoCoding(HEVC/H.265)standardfamily.Thisreportsystematicallyreviewstheprojectbackground,technicalevolutiontrajectory,corecodingframework,andkeyincrementalcontentsofthestandard,andprovidesin-depthanalysisofcriticalissuesinvideocodingunderheterogeneousnetworkenvironments,includingmulti-scenarioadaptation,highdynamicrangesupport,andparallelprocessingefficiency,alongwiththecorrespondingsolutionsatthestandardizationlevel.ThereportpointsoutthatISO/IEC23008-2:2025maintainstheoriginalHEVCcodingframeworkwhilestrengtheningcodingtoolsetsfordiverseapplicationscenarios,optimizingparallelprocessingarchitecture,andfurtherimprovinginterfacecoordinationwithsystem-layerstandards.Thisstandardholdssignificantguidingvalueforpromotingtheintelligentupgradingofthevideoindustryandthedevelopmentofastandardizedecosystem.Thisreportservesasareferenceforvideocodingtechnologyresearch,standarddevelopment,andindustrialapplications.Keywords:HighEfficiencyVideoCoding;HEVC;HeterogeneousEnvironments;VideoCompression;InternationalStandards;MediaDelivery;CodingTools一、引言1.1立项背景随着信息技术的飞速发展，视频已成为信息传播和内容消费的主要载体。从高清到超高清（4K/8K）、从平面到立体、从被动观看到主动交互，视频应用形态持续丰富。然而，视频分辨率的提升和帧率的增加导致原始视频数据量急剧膨胀，对存储容量和传输带宽提出了严峻挑战。以8K超高清视频为例，未压缩的单路原始数据率高达数十Gbps，即便经过高效压缩，仍需数十Mbps的传输码率，这远非当前网络基础设施所能普遍承受。在此背景下，国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合成立的动态图像专家组（MPEG）持续推进高效率视频编码标准的研发与修订工作。HEVC标准自2013年首次发布以来，凭借其相比H.264/AVC约50%的压缩效率提升，迅速成为超高清视频领域的主流编码标准。然而，随着应用场景的日趋多元化——从移动端短视频到专业影视制作、从实时通信到云端转码、从传统平面显示到VR/AR沉浸式体验——原有的HEVC标准在多场景适配性、异质网络传输等方面逐渐显现出局限性。此外，高动态范围（HDR）、广色域（WCG）等新型视频特性的引入，也对编码工具提出了新的功能需求。与此同时，视频编码技术本身也在快速发展。神经网络编码工具、区域自适应处理、增强的并行化策略等前沿技术不断成熟，为编码效率的进一步提升和功能维度的扩展提供了技术可能。在此技术与产业双重驱动下，ISO/IECJTC1/SC29（音频、图像、多媒体和超媒体信息编码分技术委员会）于2022年前后启动了HEVC标准的系统性修订工作，最终形成了ISO/IEC23008-2:2025版本。1.2标准定位与价值ISO/IEC23008-2:2025作为“高效率编码和媒体传送”系列标准的核心组成部分，系统定义了视频比特流的编码格式与解码方法。它不仅服务于传统的广播、存储和流媒体场景，更面向OTT/Internet视频分发、视频监控、远程呈现、屏幕内容共享、汽车影像等新兴应用领域。标准的发布对于统一产业技术路线、降低设备互操作成本、促进视频产业链各环节协同发展具有重要的基础性支撑作用。1.3编制单位与起草过程ISO/IEC23008-2:2025由国际标准化组织与国际电工委员会联合下设的ISO/IECJTC1/SC29分技术委员会负责制定，具体由SC29/WG2（视频与音频编码工作组）组织起草工作。全球数十个国家的标准化机构、行业领军企业、研究机构和高校深度参与了标准草案的讨论、验证与完善工作。起草过程覆盖了需求分析、核心技术提案征集与评估、参考软件实现、一致性测试验证等多个阶段，历时约两年，经过多轮全体会议和工作组会议的充分讨论，最终达成国际共识。1.4主要参与单位简介：德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会在ISO/IEC23008-2:2025的制定过程中，德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会（Fraunhofer-Gesellschaft）及其下属的弗劳恩霍夫集成电路研究所（FraunhoferIIS）和海因里希·赫兹研究所（FraunhoferHHI）发挥了核心引领作用。作为HEVC/H.265编码技术的发源地，FraunhoferHHI的研究团队早在2009年便启动了HEVC的前期探索工作，其提出的四叉树编码块分区结构、大尺寸变换单元、先进的帧内预测模式等关键技术方案被标准采纳为核心框架。在本版本的修订过程中，Fraunhofer团队继续在增强的编码工具优化、面向异构传输的码流适配策略以及与MPEG-H系统层的接口协同等方面贡献了大量技术提案和实验验证数据。FraunhoferIIS在音频编码和媒体传输系统方面同样拥有深厚的技术积累，为标准中视频编码与系统层的高效协同提供了重要支撑。此外，Fraunhofer还积极推动了参考软件HM（HEVCTestModel）的持续维护和优化，为标准的技术验证和产业界的早期部署提供了可靠的基准平台。二、标准技术内容概述2.1编码框架与核心技术ISO/IEC23008-2:2025所定义的HEVC编码器采用混合编码框架，主要由帧内预测、帧间预测、变换/量化、环路滤波和熵编码五大功能模块构成。该框架在宏观结构上与上一代标准H.264/AVC一脉相承，但在各模块的具体设计上进行了深度革新。在编码单元结构方面，标准引入了一种高度灵活的四叉树分区机制，将编码树单元（CTU）作为基本处理单元。编码器可根据视频内容的局部特性，递归地将CTU划分为不同尺寸的编码单元（CU），尺寸范围从64×64像素到8×8像素不等。这种自适应的块分区策略使编码器能够在平坦区域使用较大的编码块以节省码率，在纹理丰富区域使用较小的编码块以保留细节，从而在整体压缩效率和主观质量之间取得更优平衡。相比较H.264/AVC最大16×16的宏块尺寸，HEVC的编码结构灵活性大幅提升，编码效率显著改善。在帧内预测方面，标准支持多达35种预测模式，包括33种角度预测模式以及DC模式和平面模式，能够更加精准地刻画图像中的方向性纹理特征。对于平滑区域，平面模式通过双线性插值生成自然的渐变预测信号；对于规则纹理区域，角度预测模式可沿最优方向进行预测，有效去除空间冗余。在帧间预测方面，标准引入了先进运动矢量预测（AMVP）和合并模式（Mergemode）两种运动参数编码机制。合并模式允许当前预测单元直接复用相邻已编码块的运动信息，以极少量的比特数表示运动参数，在运动场均匀的区域可大幅度节省码率。此外，标准还支持运动矢量精度自适应选择（整数像素/四分之一像素/八分之一像素精度），以适应不同场景对运动估计精度的差异化需求。在变换与量化模块中，标准采用了基于离散余弦变换（DCT）的多尺寸整数变换，支持从4×4到32×32的变换单元，并针对帧内预测残差引入了4×4的离散正弦变换（DST）。对于静止图像编码等特殊应用场景，标准还提供了变换跳过模式。在环路滤波方面，标准集成了去块效应滤波（DeblockingFilter）和样点自适应补偿（SAO）两个级联模块。去块效应滤波作用于编码块边界，有效减轻因块级量化造成的块效应；SAO则通过在去块滤波之后对重建像素进行分类补偿，进一步降低失真，尤其在渐变区域和边缘区域效果显著。在熵编码方面，标准使用上下文自适应二进制算术编码（CABAC），通过概率模型的上下文建模和二进制算术编码引擎的高吞吐设计，实现了接近理论极限的熵编码性能。并行处理能力也在此版本中得到了重点强化，标准支持片（Slice）、并行熵编码段（WPP，WavefrontParallelProcessing）和Tile（瓦片）三种并行化工具，有效支撑了多核处理器上的实时解码需求。2.2异构环境适配技术本版标准的名称将其定位明确为“异构环境中的高效率编码和媒体传送”，由此也突出强调了对于异构网络环境的适配支持——这也是本版修订的重点方向之一。在码流分层结构设计上，标准进一步完善了时域可伸缩编码（TemporalScalability）和多层次空间/质量可伸缩编码工具，使得单一编码码流能够同时服务于不同带宽条件和终端能力的用户群体。通过网络抽象层单元（NALU）的优先级标识，传输系统可根据实时带宽状况有选择地丢弃非关键增强层数据，实现对信道波动的平滑适应。在面向不同应用场景的配置方面，标准定义了多种档次（Profile）和等级（Level）组合。主档次（MainProfile）面向通用消费类视频应用，主10档次（Main10Profile）支持10比特位深，可覆盖HDR视频等高精度应用需求，此外还包含面向屏幕内容编码（ScreenContentCoding）和静态图像编码的专用档次，为异质化的应用需求提供了精准的技术匹配。在HDR与宽色域支持方面，本版本在已有的HDR感知编码工具基础上，进一步优化了编码器对高动态范围、宽色域视频内容的处理能力，明确了与SMPTEST2084（PQ）及ARIBSTD-B67（HLG）等光电转移函数的配合使用规范。在色度采样格式方面，标准完整支持4:2:0、4:2:2和4:4:4三种格式的编码，充分覆盖了从消费级到专业级的宽广应用谱系。2.3标准间协同与互操作ISO/IEC23008-2:2025并非孤立的编码标准，而是“高效率编码和媒体传送”系列标准族中的核心组成部分。在系统层面，它与ISO/IEC23008-1（MPEG-H系统）和ISO/IEC23008-3（3D音频）协同工作，共同构成完整的端到端媒体传送解决方案。视频编码层通过定义规范化的补充增强信息（SEI）消息，向系统层传递内容色彩特性、动态范围参数、显示适配信息等关键元数据，从而支持接收端对不同内容类型的精确还原与自适应呈现。本版本增加的多路编码协同SEI消息和渲染适配SEI消息，有效提升了异构环境下多方协同编码和终端渲染的适配精度。三、标准主要特点与创新3.1压缩性能优势3.2面向异构应用的灵活性标准通过多档次/多级别的定义，为不同复杂度需求和不同质量要求的应用提供了精准的技术选择空间。低档次的移动视频应用可以限制工具集以降低解码复杂度、延长终端续航；高档次的制作域应用则可以充分发挥全部编码工具的优势，获得最佳的压缩效率。同时，标准对并行解码架构的原生支持，使得从移动终端多核处理器到云端GPU集群的各类异构计算平台均能高效实现视频解码功能。3.3协议生态与产业支撑HEVC标准的广泛应用不仅依赖于编码技术本身的先进性，还受益于其完善的专利授权生态和多平台支持体系。本版本的发布进一步巩固了HEVC在广播、流媒体、数字影院、视频监控、远程会议、医疗影像等众多领域的基础性地位。随着HDR和WCG内容的快速普及，支持10比特编码的Main10Profile已成为超高清视频服务的标配，本版标准的适时修订为产业的规范化发展提供了更加精准的技术标尺。四、标准应用前景与产业影响4.1超高清视频产业超高清视频已被视为继数字化、高清化之后的新一轮重大技术变革。我国《超高清视频产业发展行动计划（2019—2022年）》明确提出“4K先行、兼顾8K”的总体技术路线。ISO/IEC23008-2:2025所定义的编码工具集和档次体系，为超高清视频从采集、制作、编码、传输到终端呈现的全产业链提供了统一的技术基准。在广播领域，该标准可支撑从卫星、有线、地面到IPTV的各类型传输网络的码流标准化；在互联网视频领域，该标准为流媒体平台的高画质与低带宽消耗兼得提供了可能。4.2新兴应用场景随着5G/6G通信技术的商业化部署和新媒体形态的不断涌