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摘要随着高动态范围（HDR）影像技术在影视制作、虚拟现实、远程医疗、智能安防及移动互联网等领域的快速普及，图像文件格式对高动态范围内容的存储、传输与呈现提出了更高要求。ISO/IEC23008-12（即HEIF，HighEfficiencyImageFileFormat）作为新一代图像容器格式，凭借其高效的压缩性能和丰富的功能扩展能力，已逐步成为行业标准。然而，现行版本在HDR色调映射导出、多应用场景适配以及新兴图像处理技术方面仍存在功能缺口。为此，国际电工委员会（IEC）于2025年10月13日正式发布ISO/IEC23008-12:2025/AMD1:2025修改件，重点增加对色调图导出（tonemapderivation）及其他关键技术的支持。本报告系统梳理该修改件的立项背景、技术动因、主要修订内容及其行业影响，分析其在国际标准化体系中的定位，并对未来发展方向进行展望。报告认为，该修改件的发布将进一步完善HEIF在高动态范围影像处理链条中的技术闭环，显著提升图像格式在多设备、多场景间的互操作性和适应性，对推动全球HDR影像产业的标准化进程具有重要里程碑意义。关键词：ISO/IEC23008-12；高动态范围；色调图导出；图像文件格式；标准化；互操作性Keywords:ISO/IEC23008-12;HighDynamicRange(HDR);ToneMapDerivation;ImageFileFormat;Standardization;Interoperability1.引言1.1背景概述数字影像技术正经历从标准动态范围（SDR）向高动态范围（HDR）的深刻转型。HDR技术通过扩展亮度动态范围（通常达到0.001至10,000尼特）和拓宽色域空间（如BT.2020），能够呈现更接近人眼视觉感知的真实世界场景，为用户带来沉浸式的视觉体验。根据市场研究机构TrendForce的数据，2025年全球HDR显示设备出货量预计突破8.2亿台，涵盖电视、显示器、平板电脑及移动终端等各类产品。与此同时，HDR内容生产规模也在快速扩张——全球主流流媒体平台（如Netflix、YouTube、Disney+）已全面支持HDR视频内容分发，而智能手机HDR拍摄功能的普及使得普通用户也能产生大量HDR图像素材。在这一技术浪潮中，图像文件格式作为连接内容生产、分发和呈现的关键枢纽，其标准化水平直接影响整个产业链的效率与用户体验。传统JPEG格式设计于1992年，仅支持8比特/通道的SDR图像，无法满足HDR内容的存储需求。尽管后续出现了JPEGXT等扩展方案，但其技术架构基于旧有DCT变换，在高压缩效率和高级功能支持方面存在固有局限。1.2标准发展历程ISO/IEC23008（即MPEG-H系列标准）由国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）下属联合技术委员会JTC1/SC29（音频、图片、多媒体和超媒体信息编码）制定，目标是建立一套覆盖视频编码、音频编码和图像格式的完整媒体技术标准体系。其中第12部分——HEIF（HighEfficiencyImageFileFormat）标准于2015年首次发布（ISO/IEC23008-12:2015），基于ISO基础媒体文件格式（ISO/IEC14496-12）构建，以高效视频编码（HEVC/H.265）和高级视频编码（AVC/H.264）为压缩基础。HEIF自发布以来经历了多个版本的演进：2017年发布第一修订版（AMD1），增加了对渐进解码和衍生图像的支持；2019年发布第二修订版，引入了基于版本2的HEVC编码约束；2022年发布ISO/IEC23008-12:2022全面修订版，进一步优化了格式架构。2025年10月13日发布的AMD1:2025是对2022版的重要补充，核心目标是实现对色调图导出（即基于HDR图像生成适配不同显示设备能力的SDR或HDR图像）的标准化支持。1.3研究意义本报告对该修改件的立项背景、技术内容和行业影响进行系统分析，其意义在于：第一，HDR技术正在经历从专业领域向消费级市场的快速渗透，图像格式标准能否提供完善的高动态范围支持已成为产业发展的关键瓶颈；第二，色调映射技术（ToneMapping）作为HDR内容适配不同显示能力设备的核心环节，其标准化水平直接影响HDR内容在全链路中的呈现质量一致性；第三，该修改件在IEC标准体系中的定位和修订路径，为国内相关标准化工作提供了国际参照和决策参考。2.技术背景与修订动因2.1高动态范围图像与色调映射技术现状HDR图像以其更高的亮度层次（通常为10至12比特）和更广的色彩空间，实现了对真实场景更精确的数字化重现。然而，当前显示设备的HDR支持能力参差不齐：高端电视可呈现4,000尼特以上的峰值亮度，而大多数移动设备仅能支持600至1,000尼特，部分低端设备甚至仍为SDR显示能力。这种显示能力的异构性（heterogeneity）要求图像格式必须具备灵活的色调映射能力——即在保留创作者意图的前提下，将高动态范围内容适配到不同性能等级的显示设备上。色调映射作为一项已有二十余年研究历史的经典技术。从早期的全局映射函数（如Reinhard算子）到当代基于学习的局部自适应算法，学术界积累了丰富的理论基础。然而，在标准化层面，图像文件格式中对色调映射导出的支持一直处于相对薄弱的环节。现有的HEIF规范允许存储HDR图像并携带显示元数据（如SMPTEST2086静态元数据和ST2094-40动态元数据），但缺乏对色调映射导出过程的标准化描述，导致不同设备和应用程序在呈现同一HDR图像时可能产生明显差异。2.2现行标准的功能缺口ISO/IEC23008-12:2022为HDR图像的存储提供了基本框架，在实际应用中暴露出若干功能性缺口：（1）色调图导出缺乏标准化支持。当前标准虽然支持HDR图像的存储，但未定义如何从HDR源图像生成适用于不同显示能力设备的输出图像（色调图）。这意味着设备制造商需要自行实现色调映射算法，导致同一内容在不同设备上的呈现效果缺乏一致性保障。（2）多应用场景适配不足。现代图像应用场景日益多样化——从印刷出版（需要SDR输出）到移动端显示（需要HDR或SDR输出），再到高端影院（需要特定色彩空间映射）。现行标准未能为这些不同场景提供统一的映射描述机制。（3）新兴技术兼容性欠缺。随着AI驱动图像增强、基于深度学习的超分辨率、以及增强现实（AR）应用等技术的快速演进，图像文件格式需要为这些新型处理技术提供扩展接口。2.3产业界的需求驱动从产业需求角度分析，该修改件的立项具有明确的市场驱动力。苹果公司自2017年起在iOS和macOS生态中采用HEIF作为默认图像格式；2024年，Android15将HEIF列为强制支持的图像格式；佳能、尼康、索尼等相机制造商已全面在专业设备中支持HEIF。与此同时，HDR内容生态正加速构建——NVIDIA、AMD、高通等芯片厂商在硬件层面引入HDR处理能力；Adobe、Corel等软件开发商将HDR工作流集成至专业工具中。这些产业链力量均对HDR色调映射的标准化提出了迫切需求。3.标准主要内容3.1修订范围与定位ISO/IEC23008-12:2025/AMD1:2025作为对ISO/IEC23008-12:2022的修改件，其定位和范围具有明确的技术边界。根据IEC正式发布的修改文件说明，该修改件的核心目标是双重的：一是为HDR图像的色调映射导出（tonemapderivation）提供标准化的技术规范和实现指南；二是为若干新兴关键图像处理技术——包括高比特深度（如16比特）处理、增强的缩略图生成机制、改进的媒体数据块组织方式，以及面向特定应用场景的图像变换技术——提供标准接口支持。修改件关注的核心问题可归纳如下：如何在不破坏原有格式兼容性的前提下，为HDR图像的高效显示适配提供统一的标准化方案。从标准性质来看，本修改件属于技术改进型修订，并非对既有架构的推翻或重构，而是在原有框架基础上进行系统性功能补全和性能优化。3.2色调图导出技术要点在基本概念方面，修改件引入了“色调映射图像”（tone-mappedimage，简称TMI）这一核心术语。明确指出了色调图导出逻辑与主图像（HDR主图）之间的层级和参考关系，明确了TMI作为主图的辅助呈现版本的功能定位。此外，修改件将导出所需的上采样和下采样操作纳入标准范围，以支持在不同分辨率之间的色调映射处理。值得强调的是，修改件明确了色彩转换参数的应用位置，确保HDR图像从输入到输出的全链路色彩管理具有一致性和可追溯性。在技术方案层面，修改件在HEIF已有的派生图像机制（derivedimage）基础上，引入了专门的色调映射派生机制。色度信息基于现行ITU-RBT.2100标准定义的HDR传递函数（PQ或HLG）进行规范化处理。在实现层面，形成了一组色调映射相关的元数据和嵌套结构，从HDR主图中提取相关信息并加以运算，最终生成与目标显示设备能力匹配的SDR或HDR输出图像。在元数据支撑方面，修改件定义了多层次的色调映射参数集，用以描述从HDR源到目标设备比特深度的映射关系。同时，修改件采用基于SMPTEST2094-40的标准化元数据模型，增强了与现行视频色调映射动态元数据的兼容性。修改件还定义了一套用于描述色调映射曲线和色彩变换的嵌套结构，使得整个色调映射流程可以被精确地记录和复现。3.3其他新增技术方向除色调图导出这一核心功能外，该修改件还涉及若干其他技术改进方向，体现了标准制定者对产业前沿需求的全面回应：（1）扩展色调映射的辅助功能。修改件增强了图像编辑（cropping）与色调映射操作的协同能力，优化了旋转操作中相关参数的变换和传递机制。这些增强确保了实际图像处理流程中的操作可组合性。（2）更丰富的缩略图支持。修改件扩展了缩略图（thumbnail）的生成机制，支持基于辅助图像和从主图像解码得到的多分辨率缩略图方案，提升了大尺寸HDR图像在列表浏览和快速预览场景下的用户体验。（3）更灵活的媒体数据结构。修改件对媒体数据块的组织方式进行了优化调整，改进了解码器对交错存储数据的访问效率，减少了不必要的解码开销，有助于提升大尺寸HDR图像的加载速度和处理效率。3.4主要技术参数与规范修改件在技术参数方面与既有HEIF系列标准保持了良好的兼容性：图像编码仍以HEVC（H.265）和AVC（H.264）为主，新增了对HDR静态图像压缩配置文件的明确支持；色彩信息编码遵循ITU-RBT.2020/BT.2100建议书及SMPTEST2086元数据标准；文件封装继续遵循ISO/IEC14496-12（ISOBaseMediaFileFormat）的基础架构。从整体看，该修改件是一个功能增强型修订版，保持了与基础标准的向下兼容性。4.修订单位简介4.1标准制定组织本修改件由国际标准化组织与国际电工委员会下属联合技术委员会JTC1/SC29（音频、图片、多媒体和超媒体信息编码分技术委员会）负责制定，具体由MPEG（MovingPictureExpertsGroup，动态图像专家组）体系内的图像格式工作组推进完成。MPEG作为全球最具影响力的多媒体标准化组织之一，自1988年成立以来已制定了一系列影响深远的国际标准，包括MPEG-1、MPEG-2（用于DVD和数字电视）、MPEG-4AVC/H.264（全球最广泛使用的视频编码标准）、MPEG-H系列等。在HEIF标准的制定过程中，MPEG与ISO、IEC合作紧密，并广泛吸纳来自全球各国的产业界和学术界专家参与。JTC1/SC29的成员包括来自美国、中国、日本、韩国、德国、法国等主要经济体的国家标准化机构，以及Apple、Qualcomm、Sony、Samsung、Huawei、Nokia、InterDigital等国际知名企业的技术专家。4.2主要贡献单位——AppleInc.在本修改件的制定过程中，AppleInc.（苹果公司）作为HEIF格式的首倡者和最大推动者，发挥了关键性的技术引领作用。苹果公司于2015年向MPEG提交了基于HEVC的静态图像格式提案（即HEIF前身），是HEIF标准最初的技术源头。在AMD1:2025的制定过程中，苹果公司的核心技术团队承担了色调图导出机制的框架设计、参考软件实现以及一致性测试验证等核心工作，是本次修改件最重要的技术贡献方之一。从产业实践来看，苹果公司在HDR影像技术领域拥有深厚的技术积累和完整的产品生态：2017年，苹果在iOS11和macOSHighSierra中率先将HEIF作为默认图像格式；2020年起，iPhone系列全面支持HDR拍摄和杜比视界；2023年发布的iPhone15系列进一步实现了端到端的HDR图像处理流水线。截至目前，苹果生态中HEIF格式图像日均处理量已超过百亿张。其在HDR图像采集前端（ISP处理）、存储（HEIF封装的优化实现）、显示端（自适应色调映射技术）形成了完整的技术闭环，积累了宝贵的实践经验。5.行业影响与应用前景5.1对HDR影像产业的推动作用ISO/IEC23008-12:2025/AMD1:2025的发布对HDR影像产业产生深远的影响，其核心价值体现在以下维度：内容创作端，统一色调映射标准使得创作者可以更精确地控制和预测其作品在不同设备上的呈现效果。在标准化之前，摄影师和后期制作团队需要针对不同目标设备手工调整色调映射参数；标准发布后，这一过程可以在创作阶段内嵌到图像文件中，实现“一次创作、多种适配”的工作流程优化，显著提升创作效率。设备制造端，清晰的技术规范降低了设备制造商在HDR显示适配方面的开发难度。终端设备只需依据标准中规定的色调映射元数据执行标准化操作，即可在保证质量的前提下完成HDR图像的适配显示。这有助于降低不同品牌设备之间的显示一致性差异，提升用户跨设备体验的一致性。芯片与软件生态，标准为ISP（图像信号处理器）、GPU（图形处理单元）和显示驱动芯片提供了明确的硬件加速实现目标，有助于促进HDR图像处理能力的硬件化部署。同时，主流图像处理软件（如AdobeLightroom、Photoshop、CaptureOne等）可以依据标准提供更高效的HDR工作流支持。5.2与其他标准的协同该修改件不是孤立的技术文件，而是编织在标准网络中的关键节点。在ISO/IEC标准家族内部，它依赖于ISO/IEC14496-12（基�本媒体文件格式）的封装框架，与ISO/IEC23008-2（HEVC）、ISO/IEC14496-10（AVC）等编码标准形成紧密配合；在外部标准体系方面，它与ITU-R建议书（如BT.2100色域和传递函数标准，BT.2408HDR电视制作实践指南）及SMPTE标准（如ST2086HDR静态元数据、ST2094-40动态色调映射元数据）实现有效协同。值得关注的是，JPEG委员会近期也在推进JPEGXTHDR扩展和JPEGXL标准，其功能与HEIF存在一定重叠。两者在HDR支持方面形成了竞争与互补并存的关系。从长远来看，HEIF凭借与视频