ISOIEC 21122-12024Amd 12026 信息技术 JPEG XS低延迟轻量级图像编码系统 第1部分核心编码系统 修改1切片同步元数据标准立项发展报告

信息技术JPEGXS低延迟轻量级图像编码系统第1部分:核心编码系统修改1:切片同步元数据标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Informationtechnology—JPEGXSlow-latencylightweightimagecodingsystem—Part1:Corecodingsystem—Amendment1:Slicesynchronousmetadata摘要关键词：JPEGXS；切片同步元数据；低延迟编码；图像压缩；ISO/IEC21122；标准化修订；超高清视频Keywords:JPEGXS;SliceSynchronousMetadata;Low-latencyCoding;ImageCompression;ISO/IEC21122;StandardizationAmendment;Ultra-highDefinitionVideo1引言1.1研究背景JPEGXS以“视觉无损质量”和“极低复杂度”为核心设计目标，其硬件实现可在极低的功耗预算下达到亚毫秒级的编码延迟，逐步成为SDIoverIP、广电制作域、无人机图传、VR/AR头显等应用的关键支撑技术。随着应用场景向8K乃至更高分辨率、多视角实时交互方向演进，业界对编解码并行化、切片（Slice）级独立处理和信息同步能力提出了新的功能需求，促使JPEG委员会正式启动对ISO/IEC21122-1的修订工作，即本报告所聚焦的《修改1：切片同步元数据》。1.2标准修订的必要性在JPEGXS原始标准框架中，图像被划分为若干编码单元（Slice），以实现并行编码与局部解码。然而，在多路信号同步传输、多设备并行拼接以及网络丢包恢复等实际场景中，现有JPEGXS码流缺乏对切片间时间同步关系、帧边界标记及数据优先级等元数据信息的显式描述。具体而言，以下因素构成了本次修订的核心驱动力：第一，多链路并行传输需求日益突出。在8K及以上超高清信号传输中，通常需要将单幅图像划分为多个切片并通过多条物理链路（如多条10G/25G以太网或SDI链路）并行传输。接收端需依据时间戳和同步信息对多路切片进行精确重组。当前的JPEGXS标准并未提供标准化的切片同步元数据格式，各厂商不得不依赖私有协议进行同步，造成互操作性挑战。第二，分布式编码与云计算架构的兴起。基于云平台的分布式转码、远程制作（RemoteProduction）和边缘计算节点协作处理等新范式，要求JPEGXS码流具备更细粒度的可分割性和同步恢复能力。切片同步元数据可为分布式系统中的各处理节点提供公共的时基参考和数据边界标识，简化系统设计与调试流程。第三，网络鲁棒性与错误恢复能力提升的需要。在无线传输或不可靠IP网络环境中，数据包丢失或误码在所难免。通过显式标识切片间的同步信息，解码器能够在部分数据缺失的条件下实现快速错误隐藏与重同步，从而显著改善用户体验。第四，与国际主流产业生态对标。SMPTEST2110、AMWANMOS等专业媒体网络标准已在其技术规范中引入了对JPEGXS码流同步和元数据传递的需求。为使JPEGXS标准体系与上述生态系统实现无缝对接，以标准化方式定义切片同步元数据已成为必要前提。1.3国内外标准化工作概况JPEGXS系列标准由ISO/IECJTC1/SC29（编码的音视频、图像和多媒体信息）下设的WG1（JPEG委员会）负责制定。截至目前，ISO/IEC21122系列包含以下部分：-ISO/IEC21122-1：核心编码系统（CoreCodingSystem）；-ISO/IEC21122-2：符合性与测试（ProfilesandBufferModels）；-ISO/IEC21122-3：传输与容器格式（TransportandContainerFormat）；-ISO/IEC21122-4：一致性测试（ConformanceTesting）；-ISO/IEC21122-5：参考软件（ReferenceSoftware）。其中，第1部分作为核心编码规范，于2024年发布了第三版（ISO/IEC21122-1:2024），本次修订（Amd1:2026）即是针对该版本的补充完善。JPEG委员会下设的WG1AdHocGrouponJPEGXS持续跟踪产业需求，通过多轮正式提案与讨论，于2025年形成一致性修订草案，并于2026年5月正式出版。国内方面，全国信息技术标准化技术委员会多媒体分技术委员会（TC28/SC29）持续推进JPEGXS标准的中文采纳与产业转化工作，与AVS（数字音视频编解码技术标准工作组）系列标准形成互补格局。多家国内头部企业与研究机构正在同步开展基于JPEGXS的8K超高清编解码芯片及系统解决方案研发，该修订案的技术内容亦被纳入国内相关白皮书与产业规划的重点跟踪方向。1.4报告内容组织本报告后续部分将首先概述JPEGXS核心编码系统的基本原理与技术特点，在此基础上详细阐述切片同步元数据修订案的核心技术内容与主要改进，随后重点介绍参与标准修订的企事业单位及其技术贡献，最后总结修订案的意义与价值，并对未来发展趋势进行展望。2JPEGXS核心编码系统概述2.1编码框架与技术特点JPEGXS是一种面向视觉无损质量的轻量级图像编码标准，其编码框架建立在提升小波变换（Lifting-basedWaveletTransform）与率-失真优化量化（Rate-DistortionOptimizedQuantization）的基础之上。编码流程可概括为以下主要阶段：1.颜色变换：将输入图像从RGB或YCbCr颜色空间转换至更适合压缩的变换域，采用可逆的颜色变换以支持无损或近无损编码。3.子带量化：根据视觉感知模型对各子带系数进行均匀量化，量化步长由目标码率与质量等级共同决定。4.熵编码：采用基于位平面（Bit-plane）的熵编码方案，具有有限的计算复杂度和内存需求，支持精确的码率控制。5.码流打包：将编码后的数据按照预设的切片结构（Slice）组织为独立可解码的码流单元，每个切片与图像中的特定空间区域相对应，支持并行编解码和部分解码。JPEGXS的核心特性体现在以下几个方面：|特性维度|技术特点|产业意义||---------|---------|---------||超低延迟|端到端延迟控制在几行像素周期内，典型延迟小于1ms|满足实时交互式应用需求，支持SDIoverIP无缝桥接||低复杂度|编码器与解码器均可通过轻量级硬件逻辑实现，功耗极低|适合FPGA、ASIC实现，降低终端设备成本与散热压力||视觉无损|在目标码率范围内，重建图像主观质量与原始图像无可见差异|满足专业广电制作、医疗影像等领域严格要求||多级质量可伸缩|支持从2:1到20:1的压缩比范围，可按需适配带宽|适应多样化网络环境与传输链路||切片级并行|图像被划分为独立编码的切片单元，支持并行处理和局部解码|有利于高分辨率图像的实时处理和分布式架构|2.2标准体系与编码层级ISO/IEC21122-1定义了从图像输入到码流输出的完整编码流程，规定了编码器所需遵循的技术路径与解码器所需的码流语法。该标准采用分层架构设计，自顶向下包括：-图像层（PictureLayer）：定义单幅图像的编码参数与全局元数据；-切片层（SliceLayer）：将图像划分为若干切片单元，每个切片独立编码；-子带层（Sub-bandLayer）：定义切片内各子带的量化参数与数据排列方式；-熵编码层（EntropyCodingLayer）：规定位平面熵编码的具体语法与码字分配方案。在ISO/IEC21122-1:2024中，切片结构的设计已充分考虑到并行编码的需求，允许每幅图像被划分为一行或多行切片，每个切片可独立编码并生成独立的码流段。然而，原始标准对切片的外部同步信息描述有限，未能在码流层面提供标准化的时间戳、序列号及帧间关系标识，这构成了本次修订的切入点。3本次修改的核心技术内容3.1切片同步元数据（SliceSynchronousMetadata）ISO/IEC21122-1:2024/Amd1:2026的核心修订内容为在JPEGXS码流中引入一套标准化的切片同步元数据机制。该机制旨在为编码器、传输系统与解码器之间提供统一的切片时间与空间同步信息，从而提升系统整体同步精度、容错能力与互操作性。具体而言，切片同步元数据包含以下关键信息要素：-序列标识符（SequenceIdentifier）：用于唯一标识当前码流所属的视频序列实例，在多路并发传输环境中用于区分不同信号源。-时间戳（Timestamp）：以标准时钟为参照，标记当前切片所属图像帧的采集或呈现时刻，精度可达微秒级。该字段在接收端用于多链路信号的重建同步。-帧序号（FrameNumber）：标识当前切片所属图像在序列中的精确位置，配合时间戳信息可在数据包乱序到达或丢失时实现快速帧定位和重组。-切片空间坐标（SliceSpatialCoordinates）：描述当前切片在整帧图像中的精确位置（如起始行、起始列及宽高），便于接收端在多路切片并行到达时正确拼接重建。-数据优先级（PriorityFlag）：标识当前切片在错误恢复或带宽受限场景下是否需要优先保障传输，为自适应码流调度提供基础支持。-校验与完整性标识（IntegrityIndicator）：提供针对切片数据的轻量级校验信息，用于传输错误的快速检测与定位。3.2语法与语义设计切片同步元数据作为补充增强信息（SupplementalEnhancementInformation,SEI）纳入JPEGXS码流的图像层语法结构中。该设计遵循以下原则：-向后兼容性：对不支持该修订的解码器而言，切片同步元数据应当被安全地跳过而不影响正常解码，确保现有JPEGXS设备生态的无缝过渡。-最小开销：元数据以紧凑的二进制格式编码，单切片开销控制在数十字节以内，保证即使在8K/120p等极端高吞吐场景下，码率增加比例仍可忽略不计。-可扩展性：元数据结构预留扩展标志位，允许未来版本在不破坏向后兼容的前提下增加新的信息要素。-层级化组织：同步元数据可以在图像层、切片层分别存在，图像层提供全局同步参考，切片层提供局部同步细节，两层信息形成互补。3.3与传输层和系统层的协同切片同步元数据在设计上充分考虑与上层传输协议（如SMPTEST2110-22、RTP封装）及系统层控制协议（如AMWANMOSIS-04/IS-05）的协同工作。其设计目标包括：-与SMPTEST2110-22中定义的JPEGXSRTP载荷格式实现互操作；-提供与NMOS系统发现、连接管理机制所需的时间同步和流标识信息；-支持在标准参考时钟（如SMPTEST2059-1PTP精确时间协议）框架下的时间对齐。4主要起草单位与产业应用价值4.1主要起草单位——intoPIX本次修改标准的起草工作由JPEG委员会下设的AdHocGroup牵头，核心技术提案由比利时intoPIX公司提出并主导推进。以下对该企业进行重点介绍。intoPIX的主要产品线包括：-TICO：一种浅压缩（MezzanineCompression）编码技术，被广泛用于广播与专业视频领域，是JPEGXS的前身和技术基础之一；-JPEGXSIP核：面向FPGA和ASIC的JPEGXS编解码IP解决方案，涵盖从HD到8K的全分辨率支持，已被全球超过200家设备制造商所采用；-XSPro系列编解码器：面向广电、音视频制作、医疗和国防等专业市场的硬件编解码设备；-R3DConnect等前沿研发项目：探索JPEGXS在远程制作、云工作流和AI辅助视频处理中的集成应用。intoPIX作为JPEG委员会的核心成员单位（PrincipalMember），在本次切片同步元数据修订中承担了需求分析、技术方案设计、核心提案撰写、参考软件修改与交叉验证等多项关键工作。该公司联合欧洲广播联盟（EBU）、SMPTE等标准组织，广泛调研了广播与专业媒体领域对切片级同步的实际需求，提出了一套兼顾性能开销与功能完备性的元数据设计方案，并最终被ISO/IEC采纳为正式修订内容。4.2标准修订的产业价值本次修订案的发布，预期将在以下方面产生显著的产业价值：增强广电与专业媒体系统的互操作性。通过统一的切片同步元数据格式，不同厂商的编解码设备、交换设备与接收终端可在同一时间基准和空间参考下协同工作，消除私有同步方案的壁垒。推动8K超高清产业链落地。8K信号的实时传输与处理对切片级并行处理能力要求极高，同步元数据的标准化将降低系统实现复杂度，加速8K制播链路的规模部署。赋能远程制作与云端协同工作流。在远程制作和云转码场景中，切片同步元数据使分布于不同地理位置的编码节点和处理节点能够共享精确的同步基准，提升分布式系统的整体效率和鲁棒性。促进安防监控、医疗成像等领域拓展应用。除广播和专业音视频外，JPEGXS切片同步元数据有望在智能安防的多路视频融合、医疗内窥镜/手术影像的实时同步传输等新场景中发挥重要作用。5结论与展望ISO/IEC21122-1:2024/Amd1:2026《信息技术JPEGXS低延迟轻量级图像编码系统第1部分