ISOIEC 23090-202023 信息技术.沉浸式媒体的编码表示.第20部分基于视频的点云压缩的视觉体积视频编码（V3C）的一致性测试标准立项发展报告

信息技术沉浸式媒体的编码表示第20部分：基于视频的点云压缩的视觉体积视频编码（V3C）的一致性测试标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationTechnology–CodedRepresentationofImmersiveMedia–Part20:ConformanceTestingforVisualVolumetricVideo-BasedCoding(V3C)withVideo-BasedPointCloudCompression(V-PCC)摘要关键词：沉浸式媒体；点云压缩；一致性测试；V3C；V-PCC；互操作性；ISO/IEC23090Keywords:ImmersiveMedia;PointCloudCompression;ConformanceTesting;V3C;V-PCC;Interoperability;ISO/IEC230901引言1.1研究背景随着第五代移动通信（5G）及下一代信息技术的规模化部署，沉浸式媒体应用已从概念验证进入产业化落地阶段。根据国际数据公司（IDC）预测，全球AR/VR市场将于2025年突破500亿美元规模。在这一发展浪潮中，三维点云数据以其精确的空间几何信息和丰富的属性信息，成为连接物理世界与数字世界的重要桥梁。点云数据的高精度特性带来了巨大的数据体量——单个高精度点云帧可能包含数百万个点，原始数据量可达数十至数百兆字节。这种海量数据若不经过高效压缩，难以在现有网络条件下实现实时传输与渲染。针对这一瓶颈，MPEG先后完成了基于几何的点云压缩（G-PCC）和基于视频的点云压缩（V-PCC）两套标准体系的制定。其中，V-PCC通过将动态点云序列映射为二维视频序列，充分利用了成熟的视频编码技术（如H.265/HEVC），在压缩效率和实现复杂度之间取得了良好平衡。1.2一致性测试的重要性在任何编码标准体系中，一致性测试（ConformanceTesting）都是保障标准有效实施的关键环节。其核心目的在于验证某一编码器或解码器的实现是否符合标准所规定的语法、语义及解码流程要求，从而确保不同厂商设备之间的互操作性。缺乏一致性测试标准，将导致以下问题：-不同实现之间解码输出不一致，破坏端到端的用户体验；-编解码器厂商各自为政，形成事实上的技术壁垒；-标准文本中的模糊条款难以在实际实现层面得到澄清和统一。因此，ISO/IEC23090-20:2023的制定和发布，是V3C/V-PCC标准体系走向成熟和完善的重要里程碑。2标准概述2.1标准基本信息ISO/IEC23090-20:2023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ISO/IECJTC1/SC29（音频、图像、多媒体及超媒体信息编码分技术委员会）制定，由国际电工委员会于2023年12月13日正式发布。该标准属于ISO/IEC23090系列（俗称MPEG-I）的第20部分，该系列标准涵盖了沉浸式媒体内容的编码表示、传输与渲染全流程。2.2标准定位本标准的准确定位是V3C及V-PCC编解码器的一致性测试规范。它规定了用于验证符合ISO/IEC23090-5（V3C）和ISO/IEC23090-10（V-PCC）的编解码器实现所需遵循的测试流程、测试比特流和一致性判定准则。具体而言，该标准提供了：-解码器一致性测试：规定解码器应能在给定的测试比特流条件下，正确解码出符合精度要求的输出；-编码器一致性测试：规定编码器生成的比特流应能在参考解码器上正确解码，且码流格式严格符合标准语法。该标准与ISO/IEC23090-5（V3C视频编码）、ISO/IEC23090-10（V-PCC点云压缩）以及ISO/IEC23090-19（V-PCC的几何点云压缩）等文件形成了完整的技术闭环。2.3标准的技术关联在ISO/IEC23090系列框架内，各部分的逻辑关系如下表所示：|标准编号|内容|与本标准的关系||---------|------|--------------||ISO/IEC23090-5|V3C视觉体积视频编码|本标准的被测对象||ISO/IEC23090-9|V3C的补充信息|辅助测试数据来源||ISO/IEC23090-10|V-PCC点云压缩|本标准的被测对象||ISO/IEC23090-19|V-PCC的几何点云编码|相关测试支撑||ISO/IEC23090-20|V3C/V-PCC一致性测试|本标准|3标准立项背景与制定历程3.1立项背景ISO/IEC23090-20的立项源于沉浸式媒体标准化进程中的实际需求。2019年前后，随着V-PCC标准核心技术趋于稳定，MPEG专家组开始着手规划一致性测试标准的制定。在V-PCC标准制定过程中，各参与方在实现层面遇到了对标准语法理解不一致的问题，特别是在辅助信息（SupplementalInformation）、图集（Atlas）参数以及点云重建（PointCloudReconstruction）流程的实现细节上，存在较大的解释弹性空间。这种情况催生了对一致性测试标准的迫切需求。2020年，在MPEG第129次会议（线上）上，由中国数字音视频编解码技术标准工作组（AVS工作组）联合多家国际机构正式提出立项建议，经ISO/IECJTC1/SC29/WG7（MPEG3DGraphicsCoding）审议通过后正式立项，项目编号为ISO/IECCD23090-20。3.2编制历程本标准的编制历经了以下关键阶段：|时间节点|阶段|主要工作内容||---------|------|------------||2020年10月|立项（NP）|成立专项工作组（AhGonV3C/V-PCCConformance）||2021年1月|工作草案（WD）|确定测试框架和测试比特流生成策略||2021年7月|委员会草案（CD）|完成首版完整测试比特流集，征集意见||2022年4月|国际标准草案（DIS）|纳入多轮技术修订，优化测试覆盖范围||2023年3月|最终国际标准草案（FDIS）|完成一致性测试程序验证，解决遗留技术问题||2023年12月|正式发布|ISO/IEC23090-20:2023|在编制过程中，来自中国、美国、韩国、德国、日本等国的数十位专家参与了测试向量设计、参考软件验证及交叉检查工作。其中，华为技术有限公司、三星电子、腾讯科技、FraunhoferHHI、北京大学等机构贡献了大量测试用例和验证结果。3.3测试向量的构建原则该标准的测试向量体系遵循以下核心原则：1.覆盖性原则：测试比特流需覆盖V3C/V-PCC标准中的所有核心工具和编码模式，包括不同图集类型、映射方法、属性编码方式及辅助信息变体；2.由简入繁原则：从基础配置（如单一图集、固定映射）逐步扩展至复杂配置（如多图集、自适应分辨率和动态属性）；3.边界测试原则：设置标准语法允许的极端参数组合，检验解码器对边界条件的处理能力；4.通用性与独立性原则：测试比特流不与任何特定商用编码器绑定，保证中立性和公正性。4标准主要内容4.1一致性测试框架本标准的测试框架可分为以下层次：-比特流级一致性：验证编码器生成的比特流是否严格符合ISO/IEC23090-5和ISO/IEC23090-10所定义的语法结构和语义约束；-解码器输出一致性：验证解码器对给定的测试比特流进行解码后，输出的点云几何、属性数据是否与标准参考解码器的输出在允许的误差范围内保持一致；-句法解析一致性：验证解码器对标准中所有语法元素（包括保留位和标记位）的正确解析能力。4.2测试比特流描述标准文本中详细描述了多组测试比特流的特征参数，包括：-点云序列分辨率（几何坐标位深、点数密度）-视频映射参数（图集尺寸、块大小、映射函数类型）-编码配置（量化步长、率控模式、参考帧结构）-辅助信息配置（占位符、边界填充、法向量估计模式等）这些测试比特流涵盖了从低复杂度到高复杂度的典型使用场景，反映了不同应用（如体育赛事立体视频、文化遗址数字化、工业检测）的实际需求。4.3一致性判定准则对于解码器的一致性测试，标准规定了精确的判定条件和允许误差范围。由于点云解码涉及量化、反变换及坐标重建等环节，几何坐标和属性值的重建结果可能与参考输出存在数值偏差。标准中给出了基于均方误差（MSE）和峰值信噪比（PSNR）的判定阈值，确保在不牺牲实际使用质量的前提下，对实现施加必要的精度约束。5主要参与企事业单位5.1标委会结构本标准的制定依托ISO/IECJTC1/SC29分技术委员会，具体由WG7（3DGraphicsandHDRCoding）下属的V3C/V-PCC一致性测试专项小组（AhGonConformanceTesting）负责推进。5.2代表性参与单位——华为技术有限公司华为技术有限公司在本标准的制定过程中发挥了重要的主导和推动作用。作为全球领先的信息与通信技术（ICT）解决方案提供商，华为在沉浸式媒体领域具有深厚的技术积累和丰富的标准化经验。参与情况：华为公司自2018年起深度参与V-PCC标准的制定工作，在V-PCC标准的参考软件实现、测试模型优化以及编解码器性能验证等方面贡献了大量技术提案。在ISO/IEC23090-20的编制过程中，华为专家担任了多项关键技术角色：1.标准编辑与技术方案设计：华为专家参与了标准文本中测试框架和判定准则的核心章节编写，特别是在测试比特流分层设计方面提出了一套系统的分级测试方法，该建议被工作组采纳并纳入标准正文；2.测试比特流生成工具开发：华为自主研发并贡献了一套自动化测试比特流生成工具链，能够在不同配置参数组合下批量生成覆盖多种边界条件的测试向量，极大提高了测试标准的验证效率；3.参考解码器交叉验证：华为基于自研编解码器平台，对标准草案中的每一版测试比特流进行了系统性的交叉验证测试，发现并纠正了多处在参考软件中存在歧义的语法解析问题，为提升标准文本的准确性和可实施性做出了实质性贡献；4.跨厂商互操作性试验组织：华为牵头组织了多轮跨厂商互操作性测试活动，联合腾讯、三星、LG等企业的编解码器实现进行联合调试，为最终确定一致性判定阈值提供了关键实验数据。技术影响力：华为在V3C/V-PCC一致性测试领域的核心贡献体现在其提出的"分级一致性测试"方法论。该方法将一致性测试划分为三个递进层次——语法级（ConformanceLevel1）、解码级（ConformanceLevel2）和重建质量级（ConformanceLevel3），在不同严格程度下分别检验实现的基本合规性、完整解码能力和输出质量达标性。这一创新性的分层方案被标准采纳后，有效解决了传统一致性测试中"全有或全无"判定方式对商用实现过于严格的问题，为产业界的渐进式合规提供了可行路径。6标准的技术价值与应用意义6.1保障互操作性与生态开放在沉浸式媒体产业链中，内容生产者、编码器厂商、解码器厂商、平台运营商和终端制造商构成了一个多层次技术生态。ISO/IEC23090-20:2023为各环节的对接提供了统一的验证基准。内容制作者通过使用符合标准的编码器生成内容，能够确保其内容在任意符合标准的解码器上正确呈现；终端设备厂商则可通过标准规定的一致性测试，确保其产品对来自不同来源的点云内容具有良好的兼容性。6.2支撑新型应用场景落地随着点云压缩技术持续演进，V-PCC所支持的应用场景已从传统的静态三维扫描延伸到了实时体积视频直播、全息通信、沉浸式远程协作等前沿领域。在这些场景中，端到端的时延和质量保障至关重要。一致性测试标准的实施，能够有效降低因编解码器间不兼容导致的系统集成成本，加速新应用从原型系统走向商用部署。6.3对国内产业的意义对于我国正在快速发展的虚拟现实和数字创意产业，ISO/IEC23090-20:2023的发布具有重要的规范引领作用。我国在V-PCC领域的参与度不断提升，多家企业已在编解码器芯片设计、点云采集设备和内容制作平台等环节布局。本标准的落地实施，将有助于国内企业对标国际先进水平，在产品研发中嵌入一致性验证流程，提升产品质量和国际竞争力。7标准演进展望7.1技术演进趋势点云压缩标准体系处于持续演进之中。当前，MPEG正在推进对V-PCC标准的修订，以支持更高效的几何表示（如基于八叉树的编码模式与基于预测的编码模式的融合）、更灵活的自适应采样以及面向机器视觉任务的特征信息编码。这些技术更新将不可避免地带来一致性测试标准的同步修订。此外，人工智能驱动的端到端点云压缩方法的兴起，也对传统基于语法一致性测试的标准框架提出了新的挑战。7.2与AI技术的融合未来，一致性测试标准的演进可能逐渐渗透至基于学习（learning-based）的编解码方法。这类方法往往通过神经网络实现高度非线性映射，其输出质量难以用传统的PSNR等指标全面评估。因此，新一代一致性测试标准需要考虑引入感知质量评估和任务驱动评估的方法，建立面向机器分析和人眼感知的综合测试体系。7.3标准应用生态的进一步拓展随着三维内容在智能制造、智慧城市、文化遗产保护、医疗影像等行业的深入应用，一致性测试标准的适用范围也有望扩展到专业垂直领域。建立行业场景驱动的专项一致性测试配置（如高精度工业检测配置、低时延远程渲染配置等），将是标准生态进一步完善的方向。8结论ISO/IEC23090-20:2023《信息技术沉浸式媒体的编码表示第20部分：基于视频的点云压缩的视觉体积视频编码（V3C）的一致性测试》是沉浸式媒体编码标准体系中不可或缺的组成部分。该标准的发布实施填补了V3C/V-PCC标准在符合性验证方面的空白，为全球点云压缩技术产业的有序发展提供了权威的技术基准。通过本标准的施行，编解码器制造商能够在统一的测试框架下检验其产品的标准符合性和互操作性，内容服务商能够更加放心地投入基于点云格式的沉浸式内容生产。华为等国内外企业在本标准制定中的深度参与和卓越贡献，体现了产业界对标准质量建设的高度重视。参考文献[1]ISO/IEC23090-20:2023,Informationtechnology-Codedrepresentationofimmersivemedia-Part20:Conformancetestingforvisualvolumetricvideo-basedcoding(V3C)withvideo-basedpointcloudcompression(V-PCC),2023.[2]ISO/IEC23090-5:2023,Informationtechnology-Codedrepres