ISOIEC 23090-262025 信息技术 沉浸式媒体的编码表示 第26部分基于几何学的点云压缩数据承载的一致性和参考软件标准立项发展报告

信息技术沉浸式媒体的编码表示第26部分：基于几何学的点云压缩数据承载的一致性和参考软件标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Informationtechnology–Codedrepresentationofimmersivemedia–Part26:Conformanceandreferencesoftwareforcarriageofgeometry-basedpointcloudcompressiondata摘要关键词：点云压缩；G-PCC；一致性测试；参考软件；沉浸式媒体；ISO/IEC23090；数据承载；互操作性Keywords:PointCloudCompression;G-PCC;ConformanceTesting;ReferenceSoftware;ImmersiveMedia;ISO/IEC23090;DataCarriage;Interoperability一、引言1.1标准立项背景三维点云数据由空间中的大量离散点构成，每个点通常包含三维坐标信息及颜色、反射强度等属性信息，是真实世界三维数字化的重要数据形态。随着采集设备（如LiDAR、深度相机、多视角摄影系统）的精度不断提升，单帧点云的数据量可达数百万至数千万个点，原始数据的存储和传输面临着巨大的带宽与存储压力。据国际数据公司（IDC）预测，到2026年全球沉浸式媒体相关数据流量将占互联网总流量的近20%，其中三维点云数据占据了相当大的比重。针对这一挑战，国际标准化组织ISO/IECJTC1/SC29（音频、图像、多媒体和超媒体信息编码分技术委员会）持续推进点云压缩标准化工作，先后制定了基于几何学的点云压缩（G-PCC）标准和基于视频的点云压缩（V-PCC）标准。其中G-PCC标准（ISO/IEC23090-9）采用直接编码几何信息的方式，主要面向大规模静态点云场景，适用于自动驾驶、文化遗产数字化保护、三维地图等应用领域。1.2标准立项必要性本标准的制定具有以下三方面的必要性：第一，确保编码器与解码器的互操作性。点云数据编码涉及几何量化、属性预测、算术编码等多个复杂环节，不同实现方式在边界条件处理、舍入策略等细节上可能存在差异，若无统一的一致性验证手段，将直接影响跨厂商设备的互联互通。第二，规范数据承载格式的技术一致性。G-PCC编码后的比特流需要封装在特定的承载（carriage）格式中（如基于ISO基媒体文件格式的封装），承载格式的规范化程度直接关系到数据在传输、存储和解析过程中的完整性。第三，提供可复用的参考实现框架。参考软件作为标准文本的重要补充，能够为开发人员提供统一的实现参照，有效降低各参与方对标准条款理解的歧义，加速产品开发进程。二、标准基本信息与技术定位2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO/IEC23090-26:2025||英文名称|Informationtechnology–Codedrepresentationofimmersivemedia–Part26:Conformanceandreferencesoftwareforcarriageofgeometry-basedpointcloudcompressiondata||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）/国际标准化组织（ISO）||发布日期|2025年6月2日||国别|国际组织||语种|英语||技术归口|ISO/IECJTC1/SC29（WG7，三维图形与沉浸式媒体编码工作组）|2.2标准在ISO/IEC23090系列中的定位ISO/IEC23090系列标准（即MPEG-I标准体系）系统性地定义了沉浸式媒体的编码表示规范。截至目前，该系列已涵盖以下几个核心部分：-Part1:沉浸式媒体架构（Architecture）-Part2:omnidirectionalmedia格式（OMAF）-Part3:沉浸式视频（ImmersiveVideo）-Part5:基于视觉渲染的点云压缩（V-PCC）-Part9:基于几何学的点云压缩（G-PCC）-Part10:基于神经网络的点云压缩（NNPC）-Part12:场景描述（SceneDescription）-Part26:G-PCC数据承载的一致性和参考软件（本部分）ISO/IEC23090-26:2025作为G-PCC编码标准（Part9）的配套一致性标准，聚焦于承载层面的规范验证，与Part9形成"编码-承载-验证"的完整技术闭环。同时，该标准与Part5（V-PCC的一致性）在结构框架上保持协调一致，共同构成了点云压缩一致性验证的标准体系。2.3适用范围本标准适用于以下对象和场景：-G-PCC编码器及解码器的制造商和开发者——用于验证其产品是否符合国际标准要求；-点云数据服务提供商——用于确保所分发的点云数据比特流格式合法、可解析；-终端设备厂商（如VR/AR头显、自动驾驶系统）——用于验证接收端设备对G-PCC数据的兼容性；-第三方测试认证机构——用于建立标准化的符合性测试流程和认证体系；-科研机构与高校——作为参考基准开展点云压缩算法研究与学术比对。三、标准核心内容解析3.1一致性测试框架（1）比特流级别一致性：验证G-PCC编码后的比特流语法元素、参数集及编码单元划分是否符合标准规定的语法约束。测试通过标准中提供的测试向量（TestVectors）进行解码，检查解码过程中是否出现语法违规或超出法定范围的情况。（2）承载格式级别一致性：验证G-PCC数据在ISO基媒体文件格式（ISOBMFF）或其他指定承载容器中的封装方式，包括样本（sample）的存储方式、时间戳信息的准确性、轨道（track）配置的合理性等。此部分测试将检查承载层与编码层之间的映射关系是否正确实现。（3）解码器输出一致性：通过标准中预定义的一致性测试点（ConformanceTestingPoints），对解码器输出的点云几何信息和属性信息进行精度比对，评估重建点云的质量误差是否在允许的公差范围内。3.2测试向量设计本标准设计了一套覆盖多种应用场景的官方测试向量集，包括：-静态场景点云序列：模拟文化遗产数字化、工业零部件逆向工程等场景，包含不同密度分布和几何复杂度的点云数据；-动态点云序列：模拟人员在室内行走、手势交互等动态场景，包含帧间几何变化和属性渐变的数据；-大规模室外场景点云：模拟自动驾驶道路环境的大规模LiDAR点云数据，包含远近距离混合、反射强度多样化等特征；-极端边界条件数据：涵盖最大编码块尺寸、最小编码单元、极限量化参数等边界条件下的比特流，用于检验实现的健壮性。每个测试向量均配有对应的参考解码输出（含几何坐标和属性值），供被测设备进行逐点比对。3.3参考软件架构标准的另一核心内容是参考软件（ReferenceSoftware）的实现规范。参考软件基于G-PCC参考编解码器（如MPEG的G-PCCTestModel,TMC13）进一步扩展，增加了承载格式封装与解封装的功能模块。其主要架构包括：2.承载封装模块：将编码比特流封装为规定的承载格式文件（如MP4容器格式），并正确设置样本描述、解码器配置等元数据信息；3.承载解封装模块：从承载文件中提取G-PCC比特流，还原时间戳和样本边界，为解码器提供正确的输入；4.解码功能模块：实现标准解码流程，验证编码比特流在解封装之后能否被正确解码还原；5.比对验证模块：将解码输出的点云数据与参考输出逐一比对，自动生成一致性测试报告。参考软件在标准发布时以配套电子附件形式提供，使用者可基于该参考软件进行二次开发和集成测试。值得注意的是，参考软件并非为追求最高编码效率或最优解码速度而设计，其首要目标是提供一种透明、正确的实现参照，以利于行业各方快速理解和验证标准的技术要求。3.4符合性评估方法ISO/IEC23090-26:2025规定了两种符合性评估方法：-方法B——语义级符合性评估：在语法检验基础上，额外地对解码重建点云的几何精度和属性质量进行量化评估，采用峰值信噪比（PSNR）、豪斯多夫距离（HausdorffDistance）等客观质量指标作为判断依据。该方法更加严格，能够捕捉语法合规但语义失真的非典型案例。标准允许不同的认证机构根据实际场景灵活选择评估方法，同时鼓励在关键应用领域采用方法B进行严格验证。四、主要参与单位与制定过程4.1标准制定历程ISO/IEC23090-26:2025标准的制定工作经历了严谨的多阶段流程。按照ISO/IECJTC1的标准化工作程序，标准制定包括预研（PreparatoryStage）、委员会草案（CommitteeDraft,CD）、国际标准草案（DraftInternationalStandard,DIS）、最终国际标准草案（FinalDraftInternationalStandard,FDIS）及正式发布（Publication）等阶段。自项目正式立项以来，WG7工作组联合各成员国国家体成员体专家进行了多轮技术讨论与验证实验：-探索阶段（2023年）：评估G-PCC数据承载一致性的技术需求，征集各成员体提案，确定标准框架和适用范围；-委员会草案阶段（2024年上半年）：形成标准初稿，明确测试模型、测试向量策略及参考软件设计原则；-国际标准草案阶段（2024年下半年）：在更大范围内征集意见，进一步优化测试向量的覆盖面和参考软件的功能完整性；-最终草案与发布阶段（2025年）：完成最终技术审核和文本编辑，2025年6月由ISO/IEC正式联合发布。4.2主要承担单位——ISO/IECJTC1/SC29/WG7本标准的制定工作由ISO/IECJTC1/SC29/WG7（三维图形与沉浸式媒体编码工作组）主导推进。WG7是国际音视频编码标准化领域最活跃、最具影响力的工作组之一，汇聚了来自全球数十个成员体的百余位专家，覆盖了来自中日韩、欧美等主要经济体在三维图形、沉浸式媒体和点云处理领域的顶尖技术力量。WG7的主要职责涵盖：-制定和维护三维图形编码、点云压缩和沉浸式媒体表示领域的国际标准；-组织各成员体之间的技术提案征集、评估和融合工作；-管理参考软件的开发与维护；-协调与相关标准化组织（如3GPP、IEEE、ITU-T）的技术联络与协作。在ISO/IEC23090-26:2025的制定过程中，WG7召集了来自电信设备制造商、消费电子企业、互联网公司、科研院所和高校等多类机构的专家力量，开展了大量核心实验（CoreExperiments）和交叉验证工作，确保了标准技术内容的科学性、合理性和可实施性。4.3关键技术贡献单位在WG7的组织框架下，以下类型的机构在本标准制定中发挥了关键作用：-日本企业（如Sony、Panasonic）在G-PCC编码优化和测试向量设计方面提供了大量技术输入，在几何量化误差控制方面贡献了核心算法方案。-韩国企业（如Samsung、ETRI）在参考软件架构设计和跨平台兼容性验证方面积累了丰富经验，推动了软件框架的优化与完善。-欧洲研究机构（如FraunhoferHHI）在一致性测试方法论和评估指标体系方面提供了重要理论基础，其提出的多层次评估框架被标准采纳。-中国企业和高校（如华为、北京大学）在承载格式优化和端到端系统验证方面做出了重要贡献，基于实际部署场景反馈了大量有价值的工程优化建议。五、标准的技术创新与应用价值5.1技术特色与创新点ISO/IEC23090-26:2025相较于以往的一致性测试标准，在以下方面实现了技术创新：（1）统一的测试向量描述语言。标准引入了一种统一的位流描述语言（BitstreamDescriptionLanguage,BDL）机制，使得测试向量的描述信息不仅包含二进制数据流本身，还包含了各语法元素语义层面的标注信息，极大地方便了自动化测试工具的开发和运维。（2）分层一致性测试架构。该标准创新性地将一致性测试划分为语法层、承载层和语义层三个递进层级，分别对应编码器、封装器（muxer）和解码器三个不同的功能单元，使得产品开发中能够精确定位不合规环节，大幅缩短了问题排查与修复的时间成本。（3）基于容差的客观质量评估机制。考虑到不同点云应用场景对几何和属性精度的要求存在差异，标准引入了一种基于容差的客观质量评估机制，允许在特定应用场景预设可接受的误差阈值，从而实现"分级一致性"的灵活判定。5.2行业应用价值ISO/IEC23090-26:2025的发布对多个行业领域具有重要的应用价值：在虚拟现实与增强现实领域，高精度点云场景的实时传输是实现沉浸式用户体验的关键。该标准为VR/AR设备制造商提供了一致性验证的统一依据，有效降低了端到端的适配成本，加速了沉浸式应用的产业化进程。在自动驾驶领域，LiDAR点云数据的实时压缩与可靠传输直接关系到感知系统的准确性和安全性。本标准为车载计算平台与云端数据中心之间的点云数据传输提供了标准化的一致性保障，有助于提升多传感器融合系统的整体可靠性。在文化遗产数字化保护领域，高精度三维扫描点云的数据量通常极为庞大，一致性标准的建立使得不同时期、不同团队采集的点云数据能够可靠地共享与整合，为文化遗产的永久性数字化保存提供了坚实的技术基础。在数字孪生与智慧城市领域，海量三维地理信息数据的标准化承载与互操作，将有效促进跨部门、跨系统的数据融合与共享，助力城市级数字孪生体的高效构建。六、结论与展望ISO/IEC23090-26:2025作为国际首部专门针对G-PCC数据承载一致性和参考软件的标准文件，填补了点云压缩标准化体系中的关键空白。该标准的正式发布，标志着G-PCC技术从"编码标准制定"阶段迈入"产业化应用验证"的新阶段，为全球范围内的设备互操作、内容交换和服务集成提供了权威的技术依据和统一的评估手段。从技术演进趋势来看，点云压缩技术正朝着更高压缩效率、更低延迟和更强鲁棒性的方向持续发展。ISO/IEC23090系列中基于神经网络的点云压缩（NNPC，Part10）已在紧锣密鼓地推进中。未来，如何将本标准的测试框架有效扩展至基于深度学习的新一代点云压缩算法，将成为WG7下一阶段的重要课题。此外，随着6G通信、边缘计算和空间计算等新兴技术的逐步成熟，点云数据的高效承载与实时交互将在更多关键场景中发挥核心作用，这将对一致性测试的自动化程度、实时性指标以及端到端服务质量评估提出更高的要求。可以预见，ISO/IEC23090-26:2025将为全球点云产业链的标准化建设奠定坚实基础，推动沉浸式媒体技术从标准化制定走向健康、有序的产业化发展。建议国内相关企业和科研机