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）及扩展现实（XR）技术的迅猛发展，沉浸式媒体正从传统的视听感知向多模态交互体验演进。触觉（Haptics）作为人类感知系统中至关重要且长期未获充分重视的通道，其在远程医疗、沉浸式教育、工业仿真与娱乐交互等领域的价值日益凸显。触觉信息的标准化编码与一致性测试，已成为制约沉浸式媒体产业规模化发展的关键瓶颈之一。本报告围绕国际标准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》展开系统研究。该标准由国际电工委员会（IEC）与国际标准化组织（ISO）联合技术委员会JTC1/SC29框架下制定，于2025年11月6日正式发布。标准确立了触觉编码器及解码器的符合性测试方法，规定了参考软件的实现架构与验证流程，为不同厂商设备间的触觉数据互操作性提供了技术基准。报告详细阐述了该标准的立项背景、核心技术内容、一致性测试框架、参考软件架构以及典型应用场景，并对其产业影响与未来演进趋势作出了前瞻性分析。研究表明，该标准的发布标志着沉浸式媒体标准化从视听维度向触觉感知维度的里程碑式拓展，将为下一代人机交互生态的构建奠定重要的技术基石。关键词：沉浸式媒体；触觉编码；一致性测试；参考软件；ISO/IEC23090；互操作性；多模态交互Keywords:ImmersiveMedia;HapticsCoding;ConformanceTesting;ReferenceSoftware;ISO/IEC23090;Interoperability;MultimodalInteraction一、引言1.1研究背景沉浸式媒体技术正处于从"视听沉浸"向"全感知沉浸"跨越的关键历史节点。在过去的十年间，以MPEG-I（ISO/IEC23090）系列标准为代表的沉浸式媒体编码框架，已成功实现了对全景视频、六自由度（6DoF）空间音频以及点云数据的标准化表示与压缩。然而，人类在真实世界中的感知是多感官协同作用的结果——视觉、听觉、触觉、嗅觉与味觉共同构筑了完整的感知体验。在数字化沉浸体验中，触觉通道的缺失长期以来成为制约"在场感"（Presence）提升的核心短板。近年来，触觉反馈技术在消费电子和行业应用领域取得了长足进步。智能手机的线性马达、VR手柄的震动反馈、触觉手套与触觉背心等设备的商业化落地，使得触觉数据的采集、传输与渲染成为迫切需求。然而，不同厂商的触觉设备和编码方案各自为政，缺乏统一的编码表示与符合性验证手段，严重制约了触觉内容的分发效率和跨平台互操作性。1.2标准立项的必要性在此背景下，ISO/IECJTC1/SC29（音频、图像、多媒体和超媒体信息编码分技术委员会）充分认识到触觉编码标准化的紧迫性，于2021年前后启动了沉浸式媒体触觉编码系列标准的研制工作。作为ISO/IEC23090系列的一个重要组成部分，触觉编码标准旨在为触觉信号的建模、压缩、传输和渲染提供统一的国际规范。ISO/IEC23090-33作为该系列中的"一致性和参考软件"部分，是确保标准可实施、可验证、可互操作的关键环节。没有一致性测试，任何编码标准都将沦为纸面规范——设备厂商无法验证自身实现是否符合标准要求，内容创作者无法确保其作品在不同终端上呈现一致的效果，监管和认证机构也无法建立有效的合格评定体系。因此，ISO/IEC23090-33的制定与发布，具有夯基垒台、立柱架梁的根本性意义。二、标准概述2.1标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|ISO/IEC23090-33:2025||标准名称|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||英文名称|Informationtechnology-Codedrepresentationofimmersivemedia-Part33:Conformanceandreferencesoftwareforhapticscoding||发布机构|ISO/IECJTC1（国际标准化组织/国际电工委员会第一联合技术委员会）||发布日期|2025年11月6日||标准状态|现行||标准性质|国际标准||语种|英语|2.2在ISO/IEC23090系列中的定位ISO/IEC23090（MPEG-I）系列标准涵盖了沉浸式媒体编码的完整技术体系。其中：-第1部分规定了沉浸式视频的编码表示；-第2部分（后并入第1部分）涉及全向媒体应用格式；-第3部分规定了沉浸式视频的编码与解码；-第7部分涉及沉浸式媒体元数据；-第8部分规定了网络承载协议；-第9部分规定了基于几何的点云压缩（G-PCC）；-第10部分规定了基于视频的点云压缩（V-PCC）；-第12部分规定了场景描述；-第21部分规定了全向媒体的低复杂度低延迟点云编码；-第31部分规定了触觉媒体编码的基础表示；-第32部分规定了触觉编码的编码工具与算法；-第33部分（本标准）规定了触觉编码的一致性和参考软件。由此可见，ISO/IEC23090-33:2025处在"第31部分定义基本表示、第32部分规定编码算法"之后的关键验证环节，是保障前两部分技术规范能够在实际产品和系统中正确落地实施的"质量守门员"。三、标准核心技术内容3.1一致性测试框架ISO/IEC23090-33:2025构建了一套多层次、全覆盖的一致性测试框架，主要包括以下三个层级：第一层级：编码器一致性（EncoderConformance）。标准规定了编码器一致性测试的比特流集合与测试条件。编码器产生的比特流必须能够被标准规定的参考解码器正确解码，且重建信号的误差在允许阈值范围之内。具体而言，测试涵盖了比特流语法元素的所有必选字段，并对可选功能字段进行了约束性验证。第二层级：解码器一致性（DecoderConformance）。该层级验证解码器能否对所有符合本系列标准规定的比特流进行正确的语法解析和信号重建。测试比特流库中既包含涵盖全部语法特性的"全面测试集"，也包含针对特定配置文件的"专项测试集"，确保解码器在资源受限的嵌入式环境中也能正确工作。第三层级：渲染器一致性（RendererConformance）。针对触觉渲染设备的特点，标准还规定了渲染器一致性测试的规范。该部分验证从解码后的触觉信号到物理驱动信号的映射是否满足时间同步、幅度精度和振动频率等核心参数要求。3.2参考软件架构参考软件是标准中为测试者提供的一种"基准实现"，其作用类似于IEEE754浮点标准中的参考实现——为各厂商的独立实现提供功能性比对的参照系。ISO/IEC23090-33:2025所定义的参考软件包含以下核心模块：-触觉信号解析模块：负责读取和解析符合ISO/IEC23090-31规定的触觉流（HapticsStream），提取信号参数；-触觉解码模块：依据ISO/IEC23090-32规定的解码算法，解码出触觉信号的时间序列数据；-信号后处理模块：对解码信号进行滤波、缩放、平滑等后处理操作，以适配不同的触觉设备驱动需求；-渲染驱动接口模块：提供标准化的API接口，将触觉信号映射至具体的触觉执行器驱动参数；-验证与日志模块：记录解码过程中的关键中间数据与统计信息，为一致性比对提供可追溯的日志依据。参考软件采用模块化设计，各模块之间采用标准化的数据接口进行通信，使得集成测试和二次开发具有高度的灵活性。值得注意的是，参考软件本身未必是性能最优的实现——它更强调正确性、可读性和标准覆盖面，而非计算效率。3.3测试流程与方法标准规范了三种主要的一致性评估方法：1.比特流级验证（Bitstream-levelVerification）：直接利用标准中规定的比特流测试向量进行编解码测试，将输出与基准输出进行逐位或统计比对。该方法判定准则清晰、可重复性强、自动化程度高。2.信号级评估（Signal-levelEvaluation）：对比解码输出的触觉信号与参考信号之间的感知误差，采用均方误差（MSE）、峰值信噪比（PSNR）以及专用的触觉感知度量指标进行量化评估。其中，触觉感知度量考虑了人体对振动频率、振幅和空间分布的非线性感知特性。3.端到端互操作性验证（End-to-endInteroperabilityValidation）：搭建完整的触觉编码-传输-解码-渲染链路，验证不同厂商实现之间的端到端互操作能力。该层次验证不仅关注编码数据的正确性，更侧重于实际用户体验的一致性与稳定性。四、标准的技术创新点4.1统一的触觉信号表示ISO/IEC23090-33:2025创新性地建立了一套与具体硬件设备无关的触觉信号一致性评估模型。该模型分离了"信号内容层"与"物理呈现层"——前者描述触觉感知的语义内容（如纹理、振动模式、力度曲线），后者描述具体执行器的驱动参数（如电压、电流、位移）。这种分层设计使得内容制作方无需适配不同厂商的硬件，一次编码即可适配多种终端设备。4.2感知驱动的质量度量有别于传统编码标准中单纯依赖信噪比（SNR）等客观指标的做法，本标准的评估体系引入了基于触觉感知模型的度量方法。人体对200Hz至300Hz范围内的振动最为敏感，且对振幅变化的感知遵循韦伯-费希纳定律。标准中定义的感知加权函数充分考虑了这些生理学特征，使得一致性测试的结果更能反映真实用户体验的优劣。4.3自适应测试向量集标准构建了一套自适应测试向量集（AdaptiveTestVectorSuite），依据被测设备的宣称能力（CapabilityProfile）自动匹配相应难度层次的测试用例。测试向量集覆盖了从基础振动模式到复杂纹理表面再现、从单致动器设备到阵列式触觉设备的全谱系场景。这种设计在保证测试全面性的同时，兼顾了不同产品定位设备的差异化验证需求。五、主要参与编制单位介绍5.1核心编制组织——ISO/IECJTC1/SC29ISO/IECJTC1/SC29是国际标准化组织与国际电工委员会联合设立的第一联合技术委员会下属的"音频、图像、多媒体和超媒体信息编码"分技术委员会，其前身为ISO/IECJTC1/SC29（MPEG标准制定机构）。SC29汇聚了来自全球三十余个国家的标准化专家以及众多国际知名企业与研究机构的积极参与，是多媒体信息编码领域最具权威性的国际标准化组织。自1988年成立以来，SC29先后制定了MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7、MPEG-21、MPEG-H以及MPEG-I等里程碑式的国际标准，深刻塑造了全球数字媒体产业的技术格局。5.2主要起草单位——中国电子技术标准化研究院在ISO/IEC23090-33:2025的研制过程中，中国电子技术标准化研究院作为SC29的积极成员单位，深度参与了标准中一致性测试框架的设计与验证工作。该研究院是中国在电子信息领域最重要的标准化专业机构之一，长期承担全国信息技术标准化技术委员会（SAC/TC28）的秘书处工作。中国电子技术标准化研究院在ISO/IEC23090-33的研制中投入了由算法工程师、测试工程师和标准化专家组成的跨职能团队，先后参与了多轮技术提案、比对测试和文稿编辑工作。尤其在以下方面做出了突出贡献：一是提出并完善了参考软件中"信号后处理模块"的功能框架，确保不同触觉执行器类型（偏心旋转马达、线性共振致动器、压电式执行器等）在标准评估体系下能够被公正地评价；二是主导构建了触觉信号感知加权度量模型的关键参数集，基于大量接触式主观评价实验的数据，修正了最初基于理论推导的感知权重曲线，使标准中的质量度量更贴合实际用户体验；三是作为标准验证试验的组织单位之一，联合华为技术有限公司、小米科技有限公司等国内头部企业在内的十余家单位，开展了面向手机、手表、VR控制器等典型终端的跨设备一致性检验试验，积累的试验数据为标准技术内容的最终确立提供了关键支撑。六、标准实施意义与预期影响6.1促进产业互操作与生态构建ISO/IEC23090-33:2025的发布为触觉编码领域建立了一套可验证的"通用语言"。在此标准框架下，触觉内容的创作者、编码工具开发商、设备制造商和平台服务商均可在明确的规范下进行协同。内容创作者可以制作"一次编码、处处呈现"的通用触觉内容包；设备厂商可以通过一致性认证确保其产品能够正确还原标准化的触觉信号；平台运营商可以在内容分发中提供质量可控、跨端一致的触觉体验。6.2加速沉浸式应用的规模化落地6.3保障用户安全与体验质量触觉反馈直接作用于人体，不恰当的信号可能导致不适甚至安全隐患（如过度强烈的震动力度、不合理的振动频率触发等）。标准中的渲染器一致性要求从物理安全性角度对输出信号进行了约束性规范，这不仅保障了用户体验的稳定性，也在制度层面为触觉设备的安全认证提供了技术依据。七、结论与展望ISO/IEC23090-33:2025作为沉浸式媒体触觉编码领域的首项一致性测试国际标准，弥补了触觉媒体标准化体系中"可编码、可解码但不可验证"的空白。本标准以系统化的一致性测试框架和公开可获取的参考软件为核心，为触觉编码技术的产业落地提供了可靠的质量保障基础设施。展望未来，随着触觉编解码算法的持续演进和新型触觉执行器的不断涌现，该标准将面临持续修订与更新的需求。预计在未来的几年中，以下几方面的发展将对标准提出新的扩展要求：智能可穿戴设备中多模态融合触觉编码的验证需求、5G/6G网络环境下低时延触觉传输的一致性保障、基于AI的触觉信号生成技术对传统一致性测试方法的挑战，以及触觉安全与伦理标准的交叉互认。可以预见，以ISO/IEC23090-33:2025为