ISOIEC 21122-12024AMD12026 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

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：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摘要随着超高清视频制作、虚拟现实、专业影像传输及远程实时协作等应用的快速发展，低延迟、高吞吐量的图像编码技术已成为行业刚需。JPEGXS作为由国际标准化组织（ISO）与国际电工委员会（IEC）联合制定的新一代轻量级图像编码标准，以其近乎无损的图像质量、极低的编码延迟和适中的计算复杂度，广泛应用于广电制作域、专业音视频传输及嵌入式视觉系统。ISO/IEC21122-1:2024/AMD1:2026是JPEGXS核心编码系统的第一项正式修正案，重点引入了切片同步元数据（SliceSynchronousMetadata）机制。该机制通过在编码码流中嵌入精确到像素行的时序同步信息，使解码端能够在极低时延约束下实现帧内多个切片的同步重建与并行处理，显著改善了高分辨率、高帧率应用场景下的端到端延迟和系统同步性能。本报告系统梳理了该修正案的立项背景、技术原理、修订内容及其应用价值，分析了其对广电制作、专业显示、智能驾驶和远程医疗等领域的深远影响，并对该标准的后续演进趋势进行了展望。关键词：JPEGXS；切片同步；低延迟编码；轻量级图像编码；元数据；广电制作；ISO/IEC21122AbstractWiththerapidadvancementofUltra-High-Definition(UHD)videoproduction,virtualreality,professionalimagetransmission,andremotereal-timecollaboration,low-latencyandhigh-throughputimagecodingtechnologieshavebecomeanindustryimperative.JPEGXS,jointlydevelopedbyISOandIEC,isanext-generationlightweightimagecodingstandardthatdeliversnear-losslessimagequality,exceptionallylowcodinglatency,andmoderatecomputationalcomplexity.Itiswidelydeployedacrossbroadcastingproduction,professionalAVtransmission,andembeddedvisionsystems.ISO/IEC21122-1:2024/AMD1:2026constitutesthefirstofficialamendmenttotheJPEGXScorecodingsystem,introducingtheSliceSynchronousMetadatamechanism.Byembeddingtimingsynchronizationinformationaccuratetopixellineswithinthecodedbitstream,theamendmentenablesdecodingendpointstoachievesynchronousreconstructionandparallelprocessingofmultiplesliceswithinaframeunderextremelylowlatencyconstraints,therebysignificantlyimprovingend-to-enddelayperformanceandsystemsynchronizationinhigh-resolution,high-frame-rateapplications.Thisreportsystematicallyreviewsthebackground,technicalprinciples,revisioncontents,andapplicationvalueofthisamendment,analyzesitsfar-reachingimpactonbroadcastingproduction,professionaldisplay,intelligentdriving,andtelemedicine,andpresentsanoutlookonthefutureevolutionofthestandard.Keywords:JPEGXS;SliceSynchronous;Low-latencyCoding;LightweightImageCoding;Metadata;BroadcastingProduction;ISO/IEC211221引言1.1标准化背景在专业音视频制作与传输领域，图像编码标准的选择直接决定了系统的端到端延迟、画质保留程度以及硬件实现成本。传统基于帧间预测的编码标准（如H.264/H.265）虽然具有较高的压缩效率，但其编码延迟通常在数十毫秒甚至百毫秒量级，难以满足广电级实时制作、远程沉浸式交互以及机器视觉等场景对亚帧级延迟的严苛要求。在这一背景下，JPEG委员会（ISO/IECJTC1/SC29/WG1）于2018年前后启动了一项面向低延迟轻量级编码的技术开发工作，其成果即JPEGXS标准族（ISO/IEC21122系列）。JPEGXS的设计目标可概括为"轻量、低延迟、视觉无损"三重追求：编码器的计算复杂度控制在每像素极低的操作数范围内，端到端延迟控制在数毫秒以内，同时保证在适当码率下达到视觉无损的质量水平。经过多个版本的迭代，ISO/IEC21122-1:2022确立了JPEGXS的核心编码系统，定义了码流语法、解码过程以及编码器一致性要求。1.2修订必要性随着JPEGXS在实际系统中的规模化部署，业界对帧内切片级同步能力的需求日益突出。在广电演播室IP化制作环境中，视频信号通常以ST2110等协议承载，要求编码器输出的码流能够支持接收端在极短时间窗口内完成多路信号的帧对齐和像素级同步。在8K超高清制作和虚拟制片（VirtualProduction）等前沿应用中，单个视频帧被划分为多个切片（Slice）分别进行编解码以降低单核处理压力，但切片之间的时序不一致会导致画面拼接处出现可见的撕裂或延迟伪影。此外，在多通道同步采集和分布式处理场景中，不同通道的JPEGXS码流之间需要精确的时序对齐信息，以便在混合切换或拼接时保持帧同步。然而，ISO/IEC21122-1:2022基础版本中并未提供面向切片级别的时间同步信令机制。编码器虽然可以将视频帧划分为多个切片独立编码，但解码端无法获知各切片在时间轴上的精确对应关系，也无法据此实施低延迟的同步输出策略。这一技术空白制约了JPEGXS在高精度同步需求场景中的应用深度。1.3标准立项意义ISO/IEC21122-1:2024/AMD1:2026的发布填补了上述空白。该修正案定义了切片同步元数据的语法和语义，为编码码流赋予了帧内切片级的时间同步能力，使解码器能够在极低时延下实现多切片的同步重建、并行输出和帧对齐，从而支撑广电IP化制作、多通道同步采集、超高分辨率拼接显示以及实时机器视觉等关键应用。本报告围绕该修正案，从技术原理、标准化内容、应用场景和产业影响四个维度进行系统分析，旨在为标准应用方、设备制造商及相关研究机构提供参考。2JPEGXS标准体系概述2.1JPEGXS标准族结构JPEGXS标准族由ISO/IEC21122系列标准构成，覆盖了从核心编码系统到一致性测试、参考软件及传输格式的完整技术链条。主要组成部分如下表所示：|标准编号|标准名称|内容说明||---------|---------|---------||ISO/IEC21122-1|核心编码系统|定义码流语法、解码过程、编码器技术要求||ISO/IEC21122-2|符合性测试|定义码流和解码器的符合性测试方法||ISO/IEC21122-3|参考软件|提供编码器和解码器的参考实现||ISO/IEC21122-4|一致性测试|界定编码器一致性的测试程序和条件||ISO/IEC21122-5|传输格式|定义JPEGXS码流的封装和传输格式|JPEGXS核心编码系统基于帧内小波变换和分层量化技术，采用零空间差分编码和嵌入式块编码策略，在保持高并行度的同时实现低复杂度压缩。其编解码流程可概括为：图像分量分解、二维离散小波变换（DWT）、量化与熵编码、码流打包等主要阶段。由于所有编码操作仅限于帧内，JPEGXS天然支持逐帧独立编解码，为低延迟传输奠定了基础。2.2JPEGXS技术特征JPEGXS的技术特征可以归纳为以下几个方面：-低复杂度：编码器的计算复杂度通常仅为每像素数拍字节量级，适合FPGA、ASIC及GPU等异构平台实现。-低延迟：在配置合理的情况下，端到端延迟可控制在3毫秒以内，优于绝大多数传统编码方式。-视觉无损：在建议码率条件下，编码失真低于人眼可感知阈值，满足专业制作领域对图像质量的高标准要求。-高并行性：JPEGXS将图像划分为若干独立编码的块/切片，支持高度并行的硬件实现，利于大规模实时处理。-可扩展性：支持多分辨率、多比特深度以及RGB和YCbCr等多种色彩表示，适应不同应用场景。2.3修订基础与目标ISO/IEC21122-1:2024作为JPEGXS核心编码系统的最新版本框架，已经纳入了自2022年版以来的若干小幅修订和技术澄清。AMD1:2026在此基础之上新增切片同步元数据支持，其目标可归纳为以下四点：1.定义一种低开销的元数据承载机制，在不显著增加码率的前提下携带切片级时序同步信息。2.保持对已有JPEGXS码流的完全向后兼容性，不破坏现有解码器的正常工作。3.提供灵活的同步粒度选择，使不同应用可以在像素行级、切片级或帧级选择所需的同步精度。4.为多通道、多设备协同工作提供统一的时间基准描述方式，支持跨设备的帧对齐与同步输出。AMD1:2026的立项过程严格遵循ISO/IECJTC1的标准化工作程序，经过了多轮委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）阶段的审议与投票，最终于2026年5月正式发布。3切片同步元数据技术内容3.1技术原理切片同步元数据的核心思想，是在JPEGXS码流的补充增强信息（SupplementalEnhancementInformation）区域中嵌入一组与编码切片相关的时序同步描述符。每个描述符可携带以下关键信息：-同步时间戳：该切片对应的采集时刻或期望输出时刻的时间戳信息，采用统一的时钟基准（如PTP时钟或媒体时钟）表示。-切片标识：用于唯一标识视频帧内某一空间区域的切片编号信息。-时序偏移量：切片相对于帧起始位置的时序偏移，以像素行或微秒为单位。-像素精度指示：标明同步信息的时间分辨率和精度等级。在实际应用中，编码器在划分切片并独立编码的同时，记录每个切片的时序信息并封装为元数据写入码流。解码器在收到码流后，通过解析元数据即可获得各切片的精确时序关系，据此协调各切片解码模块的输出时刻，实现帧级或切片级的同步呈现。3.2编码与传输机制切片同步元数据在码流中作为补充信息存在，不参与图像重建过程，因而其存在与否不影响解码器对图像数据的解析。这种设计保证了元数据嵌入的透明性和兼容性：-支持旧版解码器的正常工作，元数据被直接忽略或跳过；-支持新版解码器在正确解析元数据后获得同步能力；-元数据的插入可在编码阶段完成，也可在码流传输过程中的网关或处理节点插入，为系统集成提供了灵活性。在传输层面，切片同步元数据既可以随JPEGXS码流一同封装在传输协议（如ST2110-22、SDI、IP网络等）中，也可以作为侧边信息（SideInformation）通过独立通道传输。在广电IP化制作场景中，通常建议采用PTP（IEEE1588）作为统一时间基准，以确保各设备间的时间同步精度达到亚微秒级别。3.3与核心编码系统的协同切片同步元数据的设计充分考虑了与JPEGXS核心编码系统的配合。在核心编码系统中，视频帧被划分成多个独立的切片（Slice），各切片可独立编解码。AMD1:2026的元数据扩展与这一架构天然契合：-每个元数据描述符与指定的切片ID绑定，无需修改核心码流语法；-元数据支持按需添加，可在不增加额外延迟的前提下实时生成并嵌入码流；-对于硬件实现，FPGA或ASIC只需在编码流水线的码流打包阶段插入元数据即可，实现成本极低。这种"核心码流+扩展元数据"的双层结构，既保持了核心编码系统的稳定性，又为应用层提供了灵活的功能扩展机制。4应用场景与行业影响4.1广电与专业音视频制作在广电IP化制作领域，ST2110标准族推动了SDI向IP网络的全面迁移，JPEGXS作为ST2110-22的推荐编码格式，被广泛用于无压缩视频信号的轻量化传输。切片同步元数据的引入为广电制作系统带来了直接收益：-多机位同步切换：在体育赛事或综艺节目制作中，多台摄像机信号需要帧级同步切换。切片同步元数据确保各JPEGXS码流在切换台输入端完成精确的帧对齐，避免画面切换时的撕裂或跳变。-视频拼接与沉浸式制作：在LED虚拟制片和沉浸式显示系统中，多台放映或显示设备需要像素级同步刷新。切同步元数据为各显示通道提供了统一的时间基准，消除了画面拼接处的时序偏差。-低延迟信号监测：在演播室信号监测和质检环节，同步元数据帮助监测设备在极短时间内完成多路信号的时序对比分析，提升了异常检测的实时性。4.2专业显示与沉浸式体验在高端商业显示、医疗影像显示、工业检测显示及VR/AR头戴显示设备中，JPEGXS的应用正在快速增长。切片同步元数据为这些场景提供了重要的技术支持：-在VR/AR系统中，左右眼双通道的JPEGXS解码输出必须实现像素级同步，否则会导致视觉眩晕。切片同步元数据为双通道同步输出提供了精确的时序依据。-在多投影拼接系统中，各投影通道的帧同步输出依赖精确的时序信息，切片同步元数据使得基于JPEGXS的投影系统能够实现无缝拼接效果。-在医疗内窥镜和手术显微镜等实时影像系统中，低延迟同步输出对于手术操作的精准性和安全性至关重要。4.3智能视觉与工业自动化在智能驾驶、工业机器视觉和安防监控等领域，JPEGXS因其确定性的低延迟和高可靠性受到越来越多的关注。切片同步元数据在以下方面发挥作用：-多传感器融合：在自动驾驶系统中，摄像头、毫米波雷达和激光雷达等多源传感器的数据融合需要统一的时间基准，切片同步元数据为图像传感器与其他传感器之间的时间对齐提供了有效手段。-工业产线检测：在高速产线上的视觉检测装置中，多台相机同时拍摄同一工件不同角度，切片同步元数据确保各视角图像在时间上严格对齐，避免因运动模糊或错位导致的误检。-机器人视觉伺服：在机器人实时视觉反馈控制中，图像的低延迟同步获取是保证控制稳定性的关键。4.4远程医疗与实时通信在远程手术、远程会诊和实时医学影像传输场景中，图像质量与时间同步性的要求均为最高等级。JPEGXS的视觉无损特性和切片同步元数据的精确时序能力相结合，为远程医疗提供了可靠的技术基础：-远程手术中，主刀医生端与患者端的视频信号必须保持极低的延迟和严格的帧同步，任何时序偏差都可能影响手术安全。-多学科会诊中，来自不同医院的影像信号需要汇聚到同一显示终端，切片同步元数据保障了各路信号的同步显示。行业影响总结：切片同步元数据的引入，不仅完善了JPEGXS标准的功能体系，更关键的是它打通了低延迟编码与高精度同步控制之间的技术瓶颈，使JPEGXS从一种单纯的"轻量级编码工具"升级为"低延迟影音系统的时间同步基础设施"。这种能力跃迁将进一步推动JPEGXS在专业音视频全产业链的采纳深度。5主要参与单位介绍5.1国际电工委员会（IEC）国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）成立于1906年，总部位于瑞士日内瓦，是制定和发布电工电子领域国际标准的领先全球组织。IEC与ISO（国际标准化组织）共同管理信息技术领域的标准化工作，具体由ISO/IECJTC1（联合技术委员会1）负责。JPEGXS标准族即由ISO/IECJTC1/SC29（音频、图片、多媒体和超媒体信息编码分技术委员会）下的WG1（JPEG委员会）制定。IEC作为本次修订的发布机构，负责组织成员国进行标准投票、意见征集和技术审查。在