ISOIEC 23008-122025AMD12025 信息技术 异构环境中的高效率编码和媒体传送 第12部分图像文件格式 修改件1对色调图导出和其他技术的支持标准立项发展报告

信息技术异构环境中的高效率编码和媒体传送第12部分:图像文件格式修改件1:对色调图导出和其他技术的支持标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Informationtechnology-Highefficiencycodingandmediadeliveryinheterogeneousenvironments-Part12:ImageFileFormat-Amendment1:Supportfortonemapderivationandothertechnologies摘要关键词：高效率图像文件格式；高动态范围；色调图导出；ISO/IEC23008-12；国际标准；互操作性；HDR影像Keywords:HighEfficiencyImageFileFormat(HEIF);HighDynamicRange(HDR);ToneMapDerivation;ISO/IEC23008-12;InternationalStandard;Interoperability;HDRImaging1引言1.1研究背景近年来，高动态范围（HighDynamicRange,HDR）技术已经从专业影视制作领域逐步渗透至消费级影像生态，成为超高清视频、沉浸式媒体、移动影像和智能视觉应用的核心支撑技术之一。HDR影像能够呈现远超标准动态范围（SDR）的亮度层次与色彩空间，为用户带来更为逼真的视觉体验。然而，HDR影像的广泛应用也带来了一系列新的技术挑战：不同显示设备的亮度能力差异悬殊，HDR内容需要在多种异构终端上实现一致的视觉呈现，同时还需要兼顾存储效率、传输带宽和编解码兼容性等多重要求。在这一背景下，图像文件格式作为影像内容封装、存储和交换的基础载体，其标准化工作的重要性日益凸显。ISO/IEC23008-12（HighEfficiencyImageFileFormat，简称HEIF）正是在此需求下应运而生的国际标准。该标准由国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）联合制定，隶属于ISO/IEC23008（异构环境中的高效率编码和媒体传送，简称MPEG-H）系列标准框架，旨在为静止图像和图像序列提供一种高效、灵活且可扩展的文件封装格式。1.2修订必要性随着HDR影像技术路线的持续演进和产业应用的不断深化，HEIF标准也需要持续迭代更新以满足新的技术需求。其中，色调图导出（ToneMapDerivation）技术需求的提出尤为重要。在实际应用中，HDR图像需要在不同亮度和色彩能力的显示设备上呈现，当显示设备不支持HDR时，需要将HDR图像转换为SDR图像进行显示。传统做法是预先在文件中存储HDR和SDR两个版本，但这种方式显著增加了存储开销。更为高效的方案是在文件中仅存储HDR图像，同时附带色调映射参数或推导信息，由终端设备根据自身能力动态推导生成SDR版本。ISO/IEC23008-12:2025/AMD1:2025修改件正是针对这一技术需求进行的标准化扩展。此外，随着人工智能、计算摄影和空间媒体的兴起，图像文件格式还需要支持更多新兴技术特性，包括但不限于深度信息、透明度图层、多视角图像以及增强的元数据描述能力。本修改件在解决色调图导出问题的同时，也为这些其他技术提供了一并纳入标准体系的契机，具有重要的前瞻意义。2标准修订背景与工作基础2.1标准体系沿革与发展ISO/IEC23008系列标准（MPEG-H）是国际标准化组织动态图像专家组（MPEG）继MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7之后推出的新一代多媒体编码与传送标准体系。该系列涵盖高效率视频编码（HEVC，Part2）、音频编码（Part3）、高效率图像文件格式（Part12）及媒体传送协议（Part13）等多个重要组成部分，旨在为异构网络环境下高效率的媒体编码、封装和传送提供系统化的技术规范。其中，ISO/IEC23008-12（HEIF）自2017年首次发布以来，经历了多次修订和功能扩展。该标准基于ISO基础媒体文件格式（ISO/IEC14496-12），采用面向对象的框（Box）结构设计，通过灵活的“项目”（Item）和“推导”（Derivation）机制实现对图像数据的描述、变换和组合。HEIF支持单幅静止图像、图像序列、缩略图、辅助图像、多视角图像等多种类型的图像内容，并允许通过推导操作（如裁剪、旋转、叠加、网格拼接等）从已有的编码图像派生新的图像。这一架构设计使得HEIF具备了高度的灵活性和可扩展性，为持续的功能增强奠定了坚实基础。2.2技术标准演进路线在HDR图像封装方面，HEIF标准最初通过配置HDR静态图像压缩配置信息（HDRStaticMetadata）和参考图像显示色彩特性信息等方式实现了对HDR图像的基础支持。然而，随着HDR内容在不同显示能力终端之间的交换日益频繁，如何在保持文件高效紧凑的前提下实现灵活的色调适配，成为标准演进中亟待解决的关键问题。ISO/IEC23008-12:2022版本中已初步引入了色调映射信息（ToneMappingInformation）的相关定义，为本修改件中的色调图导出机制提供了概念框架和技术铺垫。ISO/IEC23008-12:2025/AMD1:2025修改件在此基础上进行了系统性扩展，正式定义了色调图导出的标准化流程、参数模型和文件级封装机制，使得HDR图像在异构环境中的动态适配能力获得质的飞跃。2.3关联标准协同发展在标准化生态系统层面，本修改件并非孤立发展，而是与一系列关联标准形成紧密协同。在编码层面，其与ISO/IEC23008-2（HEVC）、ISO/IEC23090-3（VVC）等视频编码标准中的HDR编码工具集（如SMPTEST2084感知量化曲线、HLG混合对数伽马曲线）相互衔接；在元数据层面，其与SMPTEST2094系列动态元数据标准和ISO/IEC23001-14中的HDR元数据封装格式协同工作；在色彩管理层面，其与ISO22028系列数字摄影色彩空间标准、IEC61966-2-1（sRGB）以及ITU-RBT.2100建议书保持兼容。这种多标准协同的架构确保本修改件能够在现有HDR产业技术栈中无缝嵌入，避免形成信息孤岛，为产业界的平稳过渡和快速采纳创造了有利条件。3标准核心技术内容解析3.1色调图导出机制的定义与架构本修改件最为核心的技术贡献在于正式定义了色调图导出（ToneMapDerivation）机制的标准化框架。在HEIF的文件架构中，色调图导出被定义为一个标准化的图像推导操作（DerivationOperation），其核心思想是：在HDR图像文件中仅存储单一版本的高动态范围主图像，同时记录一套紧凑的色调映射参数和导出配置信息；当显示端不支持HDR呈现时，终端设备根据这些参数，通过标准定义的推导流程从HDR主图像实时计算生成适配的SDR图像版本，从而实现“一次存储、多端适配”的目标。该机制的架构设计体现了几项关键原则：其一，参数紧凑性——色调映射参数以高度紧凑的二进制形式封装在文件框中，确保存储开销增量极小（通常仅占文件体积的极小比例）；其二，推导可逆性——标准明确规定了从HDR到SDR的色调映射推导必须保证过程的可重复性和一致性，使得不同制造商的终端设备在相同输入条件下能够生成一致的SDR输出；其三，灵活可配置——允许通过参数调整适配不同能力的显示设备，从而实现从入门级SDR屏幕到高亮HDR显示屏的自适应呈现。3.2色调映射参数模型与推导流程在参数模型层面，本修改件定义了一套完整的色调映射参数集合，涵盖亮度映射函数（LuminanceMappingFunction）、色度缩放因子（ChromaScalingFactors）及可选的饱和度调整参数等多个维度。这些参数可基于业界认可的HDR到SDR映射技术（如SMPTEST2094-20/40中定义的色彩体积变换方案，以及ITU-RBT.2446建议书中描述的自适应色调映射方法）进行合理的编码表达，同时也支持基于深度学习的色调映射模型的参数表达需求，为智能化的色调映射方案预留了接口空间。在推导流程层面，本修改件规定了色调图导出操作的完整处理管线，包括输入HDR图像的解码、亮度分量的映射处理、色度分量的相应调整、以及输出SDR图像的色彩空间转换等环节。对于推导流程中的每一个步骤，标准均给出了明确的数学描述和参考实现约定（ReferenceImplementationConstraints），以确保跨平台实现的行为一致性。3.3与其他技术支持的集成扩展除色调图导出这一核心主题外，本修改件还在此次修订中一并纳入了对若干其他新兴技术的支持扩展，以满足不断演进的产业需求。这些扩展主要包括以下几个方面：-深度图像增强支持：优化了对深度信息（DepthMap）的封装与描述能力，为空间计算、三维重建和沉浸式媒体应用提供了更完善的底层支持；-增强的派生图像类型：新增了若干派生图像类型定义，扩展了HEIF在多视角图像、光场图像和计算摄影场景中的应用能力；-改进的元数据描述灵活性：增强了图像文件的元数据描述和组织能力，使文件能够更高效地携带内容创作、版权管理及智能媒体处理所需的丰富附加信息。3.4文件格式级别的实现与兼容性策略在文件格式级别的实现上，本修改件遵循ISO/IEC23008-12既有的框结构设计哲学，通过新增定义特定的框（Box）类型和项目类型（ItemType）来实现上述功能扩展。这一设计策略确保了修改件与基础标准版本之间的后向兼容性——未实现本修改件特性的旧版解码器在读取包含新特性框的文件时，可以正常忽略这些新增框而不影响对主图像数据的正常解码和呈现。同时，本修改件还充分考虑了向前兼容性，通过标准中已定义的“不兼容/兼容标志位”（Incompatible/CompatibleBrand）机制，使得支持本修改件的解码器能够正确识别文件是否包含色调图导出等扩展能力，从而在应用层面选择正确的处理路径。这种既向后兼容又向前预留的双向兼容策略，为标准的平稳推广和产业采纳扫清了技术障碍。3.5标准的更新于发布状态ISO/IEC23008-12:2025/AMD1:2025修改件由ISO/IECJTC1/SC29（编码音视频、多媒体和超媒体信息分技术委员会）下设的WG3工作组（编码视频与图像技术）组织制定。该修改件经过多轮委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）等阶段的技术评审和投票程序，共有来自各国标准化机构、产业企业和研究机构的数百位专家参与讨论，最终于2025年10月13日正式发布。该修改件的发布状态为现行（Active），由国际电工委员会作为发布机构对外发行，语言为英语，标准编号确定为ISO/IEC23008-12:2025/AMD1:2025。该修改件的正式发布，标志着HEIF标准在HDR影像适配能力方面迈上了新的台阶，也为全球HDR影像生态的互联互通提供了更坚实的技术基石。4标准意义与影响分析4.1技术价值本修改件在技术层面的价值集中体现在以下三个方面。第一，显著提升文件存储效率。通过色调图导出机制替代传统的“双版本存储”方案，HDR图像文件的存储开销大幅降低。在典型的HDR+SDR双版本场景中，SDR版本通常占整个文件体积的30%至50%；而采用色调图导出方案后，色调映射参数的存储开销通常仅占原文件体积的1%以下，存储效率的提升效果十分显著。第二，实现全链路动态适配。该机制使得HDR内容可以在从专业HDR监视器、高性能电视到普通移动设备、低成本显示面板的广泛终端范围内实现自适应呈现，并可通过参数配置灵活控制输出效果的品质等级，在终端算力与显示能力之间取得最优折衷。第三，促进技术路线的开放融合。本修改件的发布为不同的色调映射实现方案提供了一个统一的标准接口。无论是基于传统信号处理的方式、基于感知模型的映射算法，还是基于学习的方法，都可以通过标准定义的参数化接口嵌入HEIF框架中，有效避免了技术路线的碎片化。4.2产业价值从产业视角来看，本修改件的发布具有显著的经济效益和产业促进作用。在移动生态领域，主流操作系统和硬件平台对HEIF格式已实现原生支持，色调图导出功能的加入将进一步提升HDR影像在移动端社交分享、云存储和跨设备传输中的体验一致性。在流媒体与广播领域，通过对HDR内容的高效封装和动态适配，可以显著降低CDN带宽成本和终端兼容性适配的开发投入。在专业影像工作流领域，摄影师和后期制作团队可以在单一文件中保留完整的HDR创作信息，同时自动生成满足不同交付需求的SDR版本，大幅简化了多版本输出管理的复杂度。根据行业分析机构的估算，全球HDR影像相关市场规模预计在未来五年内将持续保持两位数增长，本修改件的推广应用将有助于加速这一增长进程，降低产业链各环节的适配成本，提升整体生产效率。4.3生态价值在更宏观的标准化生态系统层面，本修改件体现了MPEG标准化工作从“单一编码效率”向“全链路互操作体验”演进的重要趋势。通过与SMPTE、ITU-R、ISO/TC42（摄影）等国际标准化组织的协调联动，该修改件为HDR影像从采集、制作、分发到呈现的全生命周期管理提供了更为顺畅的标准衔接。特别值得关注的是，色调图导出机制的标准化为“HDR原生制作、多端自适应分发”这一全新的内容生产范式提供了基础性的文件格式支持。这一范式有望从根本上改变当前“分别制作HDR和SDR版本”的内容生产方式，推动产业向更高效、更环保的内容生产和分发模式转型。5主要参与单位介绍在本修改件的制定过程中，来自全球的多家标准化机构和产业龙头企业做出了突出的技术贡献。其中，荷兰皇家飞利浦电子公司（KoninklijkePhilipsN.V.）作为在HDR影像技术和标准化领域具有深厚积累的行业领导者，在该修改件的制定过程中发挥了重要的技术主导作用。飞利浦公司长期致力于HDR显示、影像处理和色调映射技术的研发与标准化推广。作为SMPTEST2094系列标准的共同发起者和主要贡献者之一，飞利浦在HDR动态元数据领域拥有核心专利组合和技术话语权。在ISO/IEC23008-12/AMD1的制定过程中，飞利浦公司的技术专家深度参与了色调映射参数模型的设计、色调图导出操作流程的规范定义以及与其他HDR元数据标准的兼容性协调工作。飞利浦提出的基于感知亮度均匀性（PerceptualUniformity）的色调映射参数表达方案被采纳为标准的重要组成部分，该方案在保证映射精度的同时实现了极高