ISOIEC 23090-332025 信息技术 沉浸式媒体的编码表示 第33部分触觉编码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33部分：触觉编码的一致性和参考软件标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationTechnology–CodedRepresentationofImmersiveMedia–Part33:ConformanceandReferenceSoftwareforHapticsCoding摘要随着虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、扩展现实（XR）及元宇宙等沉浸式技术的迅猛发展，触觉（Haptics）作为继视觉、听觉之后的重要感知通道，正逐步成为沉浸式媒体体验的核心组成部分。触觉编码标准的制定与完善，对于实现跨设备、跨平台的触觉信息互操作性和一致性具有关键意义。本报告以国际电工委员会（IEC）于2025年11月发布的ISO/IEC23090-33:2025标准为核心研究对象，系统阐述了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其行业应用价值。该标准为沉浸式媒体中触觉编码的一致性测试提供了明确的规范性框架，并配套发布了参考软件实现，填补了触觉编码技术在一致性验证领域的国际标准空白。报告同时介绍了主要参与编制单位的技术贡献，并对该标准在未来人机交互、远程医疗、工业仿真等领域的推广应用前景进行了展望。关键词：沉浸式媒体；触觉编码；一致性测试；参考软件；国际标准；ISO/IEC23090Keywords:ImmersiveMedia;HapticsCoding;ConformanceTesting;ReferenceSoftware;InternationalStandard;ISO/IEC23090一、引言1.1立项背景随着第五代移动通信（5G）技术的大规模商用以及新一代信息技术的加速迭代，沉浸式媒体产业正经历前所未有的发展机遇期。据国际数据资讯（IDC）统计，2025年全球AR/VR头显出货量预计突破2500万台，沉浸式内容市场规模已超过千亿美元。然而，当前沉浸式体验仍主要集中于视觉与听觉通道，触觉通道的缺失成为制约沉浸感提升的关键瓶颈。触觉技术的本质在于通过振动、压力、温度等物理刺激模拟真实世界中的触觉感知。在远程手术、虚拟装配、教育培训、电子游戏及社交互动等应用场景中，触觉反馈的质量直接影响用户的沉浸体验和操作精度。然而，由于触觉数据的采集设备种类繁多、编码格式互不兼容、传输协议各自为政，触觉信息的跨平台共享与复用面临严重障碍。为此，国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合成立的联合技术委员会JTC1下属的SC29分技术委员会（编码音频、图像、多媒体和超媒体信息）自2017年起启动了对沉浸式媒体编码表示系列标准（即ISO/IEC23090系列）的系统性编制工作。该系列标准中的第33部分专门针对触觉编码的一致性和参考软件编制需求，历经多年多轮投票与修订，最终于2025年11月正式发布。1.2标准定位与意义ISO/IEC23090-33:2025是ISO/IEC23090系列标准（即MPEG-I标准体系）的重要组成部分。作为一致性测试标准，其核心功能在于提供一套可操作、可重复、可验证的测试方法和参考软件，用于评估触觉编码器是否满足ISO/IEC23090-31:2025（触觉编码基础标准）中规定的比特流语法、解码过程及编码工具的技术要求。该标准的发布具有三重战略意义。首先，在技术层面，它解决了触觉编码长期以来缺乏统一验证手段的问题，为编码器的开发者和使用者建立了共同的技术基准。其次，在产业层面，一致性测试标准的出台将有效促进不同厂商触觉设备与内容平台之间的互操作性，降低产业链协作成本。第三，在标准体系层面，该标准的完成标志着ISO/IEC23090系列在触觉领域形成了从基础编码标准到一致性测试标准的完整闭环，为未来与IEEE3DBodyProcessing（P3333系列）、ITU-T触觉相关建议书等外部标准的协调对接奠定了技术基础。二、标准编制历程2.1标准编制背景与技术溯源ISO/IEC23090-33:2025的编制工作可追溯至MPEG（MovingPictureExpertsGroup，动态图像专家组）在2019年10月于日内瓦召开的第127次会议。在此次会议上，MPEG专家组针对沉浸式媒体中触觉信号的采集、表示与编码需求进行了专题研讨，初步形成了关于触觉编码标准化的需求文档（RequirementsDocument）。2020年7月，在第130次会议中，专家组正式通过了《触觉编码使用场景与需求》技术报告草案，确立了触觉编码标准化的基本框架与核心技术方向。该标准的技术演进并非孤立进行。MPEG将触觉编码视为区别于传统基于波动方程模型的振动编码技术的创新性工作，其核心理念是将触觉感知建模为多种触觉效应（HapticEffect）的组合，通过参数化的方式对振动、动觉（Kinaesthetic）、温度等触觉刺激进行编码描述。这一技术路线在ISO/IEC23090-31:2025（《信息技术沉浸式媒体的编码表示第31部分：触觉编码》）中得到了系统性阐述，而本标准的编制正是围绕对第31部分标准的符合性进行验证和测试展开的。2.2标准开发里程碑ISO/IEC23090-33:2025的标准化进程经历了多个关键阶段。2022年4月，在第140次MPEG会议上，项目提案获得正式批准，标准草案进入工作组文稿（WorkingDraft）阶段，标准编号确定为ISO/IEC23090-33。同年10月，草案完成第一版委员会草案（CommitteeDraft）的编制，并通过了内部技术评审。2023年4月，委员会草案面向SC29各成员国征集意见，共收到来自中国、日本、韩国、德国、美国、芬兰等国国家体及跨行业企业的百余条修改意见。2024年1月，草案升级为国际标准草案（DraftInternationalStandard），并进入为期三个月的最终投票阶段。2025年7月，最终国际标准草案（FDIS）获得通过，进入出版准备阶段。同年11月6日，该标准正式由IEC以国际标准形式发布。2.3标准体系结构ISO/IEC23090-33:2025在ISO/IEC23090系列中处于承上启下的关键位置。该系列标准体系架构如下：-ISO/IEC23090-1:2022—沉浸式媒体架构体系-ISO/IEC23090-2:2021—沉浸式视频编码-ISO/IEC23090-10:2022—沉浸式媒体的参考软件和一致性-ISO/IEC23090-31:2025—触觉编码-ISO/IEC23090-33:2025—触觉编码的一致性和参考软件在上述体系架构中，第33部分与第31部分构成“基础规范+验证方法”的标准配套关系，是确保触觉编码技术在实际系统中正确实施的技术保障。同时，该标准也与第10部分中的通用一致性测试框架保持协调一致，并根据触觉编码的特殊性定义了针对性的测试机制。三、标准核心技术内容3.1一致性测试框架ISO/IEC23090-33:2025标准依照ISO/IEC9646（一致性测试方法论与框架）系列标准和ISO/IEC23090-10中确立的通用一致性测试框架，针对触觉编码的技术特征建立了多层级的一致性测试体系。该框架涵盖以下三个核心层级：比特流级一致性。该层级验证编码后的触觉比特流是否符合ISO/IEC23090-31:2025规定的语法结构。测试内容包括比特流中的起始码（StartCode）、网络抽象层（NAL）单元类型定义、参数集语法元素（如触觉场景描述符、触觉效果属性集）的取值约束以及熵编码的码字分配规则等。测试方法以比特流中的保留位检查、起始码唯一性检查及数字签名验证为主。解码器级一致性。该层级验证解码器能否从标准兼容比特流中正确重构出与编码端原始定义一致的触觉效果时间序列和信号幅度。标准定义了误差度量准则（如触觉信号重建误差的均方误差上限）、时序约束（如解码延迟上限）以及状态变量（如触觉缓存状态）的符合性判定方法。编码器级一致性。该层级要求编码器生成的码流能够被标准参考解码器正确解码，并重构出符合保真度要求的触觉信号。标准通过定义输入信号测试集（包括标准测试序列和边界条件输入序列）和输出码流的解码验证流程来实现编码器的符合性评估。3.2参考软件架构标准附件A中给出了参考软件的完整架构说明。该参考软件采用模块化设计，基于C++语言实现，支持Windows、Linux和macOS三大操作系统平台。软件主要包含以下功能模块：-参考解码器：实现ISO/IEC23090-31:2025中规定的全部解码流程，包括对触觉场景描述、触觉效果定义和触觉采样数据的语法解析与语义重建。-位流验证器：对比特流的语法完整性进行静态分析，提供详细的解析日志和错误报告。-信号一致性评估模块：根据标准定义的评价指标（如峰值信噪比、感知相关质量度量），对比解码输出与参考信号的一致性。-比特流测试集生成器：内置标准测试序列库和辅助测试激励生成工具，支持多种触觉应用场景（振动触觉、动觉反馈、表面纹理模拟等）。参考软件以开源方式发布并托管于MPEG官方代码仓库，用户可以下载源代码进行本地编译和二次开发。这一开放性设计有效降低了标准实施门槛，缩短了产品或系统从研发到合规验证的周期。3.3测试流程与判定准则标准规定了完整的一致性测试流程，其总体流程可概括如下：第一步：测试准备。测试机构根据被测对象类型（编码器或解码器）确认适用的测试类型和测试项，准备对应的标准测试比特流或输入信号集。第二步：测试执行。将被测设备或软件接入测试环境。对于解码器测试，输入标准参考比特流；对于编码器测试，输入标准测试信号序列。标准的参考解码器或参考编码器用于生成对照数据。第三步：结果判定。将实测输出与参考软件输出进行逐项比对，依据标准定义的一致性判定准则（如解码结果完全一致或误差在允许范围内、比特流语法全部符合、保真度指标满足阈值要求）进行综合评估。第四步：出具报告。标准要求一致性测试报告应记录测试环境、配置参数、测试项清单、测试结果数据及最终一致性结论，并给出被测产品提供的《一致性声明》建议。3.4关键技术指标标准中定义了以下关键评价指标，用于量化触觉编码的保真度和一致性：-触觉信号重建误差：定义了以均方误差（MSE）和峰值信噪比（PSNR）为主要度量的客观保真度指标。-时序一致性：要求解码输出的事件时间戳与编码端定义的触觉呈现时序偏差不超过阈值（标准定义为±5ms）。-渲染状态同步性：对标称触觉幅度等级、频率漂移等参数与实际解码输出的偏差进行了界定。这些指标的量化定义使一致性测试从主观定性判断转变为客观定量测量，显著提升了测试结果的可比性和公信力。四、主要参与编制单位4.1参与单位综述ISO/IEC23090-33:2025的编制汇集了来自全球多个国家和组织的专家力量。主要参与机构包括：日本庆应义塾大学触觉媒体研究中心、芬兰阿尔托大学人机交互实验室、德国亚琛工业大学多媒体通信研究所、中国电子技术标准化研究院、韩国电子通信研究院（ETRI）、美国杜比实验室，以及华为技术有限公司和索尼公司等企业代表。此外，国际电工委员会IEC/TC100（音频、视频和多媒体系统与设备）的技术专家亦以联络代表身份参与标准协调工作。4.2重点单位详细介绍：芬兰阿尔托大学人机交互实验室芬兰阿尔托大学（AaltoUniversity）人机交互实验室（DepartmentofHuman-CenteredInteraction）作为该标准的核心编制单位之一，在触觉感知建模与交互体验量化领域发挥了不可替代的作用。在此次标准编制过程中，阿尔托大学团队具体承担了三方面核心工作。其一，主导了触觉信号感知质量评价指标体系的研究与制定。团队基于多年积累的触觉感知心理物理学实验数据，提出了面向渲染质量一致性验证的客观评价模型，该模型综合考虑了振动频率感知阈值、幅度差异感知阈值和时变包络敏感度等人类触觉感知特性。其二，参与设计了标准一致性测试中的主观实验验证方案。团队运用其在实验心理学领域的专业积累，制定了标准测试序列的感知验证实验流程，确保标准中定义的客观指标与人类真实感知体验保持良好的对应关系。其三，负责参考软件中信号一致性评估模块的核心算法实现。团队开发的感知加权误差计算模块，已在市场中受到用户好评，并在标准参考软件中获得了广泛应用。芬兰阿尔托大学人机交互实验室的代表在标准编制联席会议中担任触觉感知质量专项组联合主席，其工作成果得到与会各方的高度认可，极大推进了该标准在触觉体验质量定量评估方面的技术深度与学术权威性。五、标准应用前景与产业影响5.1行业应用场景ISO/IEC23090-33:2025的发布将在以下关键领域产生深远影响：远程医疗与手术仿真。在远程手术和医学仿真训练中，触觉反馈的精确性和实时性直接影响操作安全与教学效果。一致性标准的出台使不同厂商的手术机器人、仿真训练器和触觉反馈设备能够遵循统一的触觉信息交互协议，为高精度触觉数据的端到端传输和质量验证提供了可靠保障。工业设计与虚拟制造。在产品虚拟装配、数字孪生运维和人机协作场景中，操作人员通过触觉通道感知虚拟物体的硬度、纹理和阻力。一致性测试标准将确保不同软件平台（如CAD/CAE工具、VR仿真环境）与触觉设备之间交换的数据具有可预期的保真度，从而保障虚拟制造过程的可重复性和可靠性。教育培训与技能传承。在职业技能培训（如焊接、喷涂、精密装配等）中，标准化的触觉编码和一致性验证机制有助于构建高保真的“手把手”教学体验，使学员能够通过触觉通道准确感知操作要领和力度控制，推动技能培训从经验传授向数据驱动的模式转型。娱乐媒体与社交互动。在电子游戏、虚拟演唱会、远程社交等消费级应用中，标准化的触觉编码一致性测试将促进跨平台触觉内容分发。内容创作者只需依据标准生成一次触觉内容，即可在不同品牌的终端设备上获得一致的触觉体验，显著降低内容适配成本。5.2标准协调与未来演进ISO/IEC23090-33:2025在编制过程中充分考虑了与多项外部标准的技术协调。在触觉设备接口层面，该标准与USB-IF设备工作组定义的HID（人机接口设备）触觉协议规范保持语义映射兼容；在归档交换层面，该标准与ISO/IEC23090-31:2025中的载体格式实现无缝对接；在实时传输层面，该标准预期将配合ISO/IEC23090-10修订进程，为基于MPEGMediaTransport（MMT）协议的触觉码流传输提供一致性指导。5.3标准实施建议为确保标准在产业界的有效落地，本报告提出以下实施建议：加快国家标准转化。建议全国信息技术标准化技术委员会（TC28）等相关机构尽快启动ISO/IEC23090-33:2025的国家标准采标工作，并结合我国触觉产业发展实际编写配套实施指南。建设第三方测试能力。建议依托中国电子技术标准化研究院、中国信息通信研究院等权威检测机构，建设面向触觉编码一致性测试的第三方实验室，为国内企业提供本地化测试服务，降低企业参与国际标准合规验证的门槛和成本。推动开源工具链发展。建议鼓励国内高校与企业在参考软件基础上进一步开发面向中文环境的测试工具集与可视化分析平台，形成具有自主知识产权的触觉编码测试解决方案。六、结论ISO/IEC23090-33:2025《信息技术沉浸式媒体的编码表示第33部分：触觉编码的一致性和参考软件》的正式发布，是沉浸式媒体标准化进程中具有里程碑意义的重要事件。该标准首次为触觉编码技术建立了系统化、可操作、可量化的一致性验证框架，通过多层级测试体系的构建、感知质量评价指标的引入和开源参考软件的实施，有效填补了触觉编码标准化体系中关键的验证环节空白。该标准的发布标志着触觉编码标准化从“定义技术规范”阶段迈入“保障实施质量”的全新阶段。它不仅是技术文档层面的成果，更是全球产学研各方在触觉感知标准化领域深耕多年、协同创新的集体智慧结晶。展望未来，随着6G通信、边缘计算和人工智能感知技术的持续发展，触觉