ISOIEC 23000-222019AMD22021 修改件2.信息技术.多媒体应用格式（MPEG-A）.第22部分多图像应用格式（MIAF）.HEVC高级HDR配置文件和其他澄清标准立项发展报告

修改件2.信息技术.多媒体应用格式（MPEG-A）.第22部分:多图像应用格式（MIAF）.HEVC高级HDR配置文件和其他澄清标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Amendment2-InformationTechnology-MultimediaApplicationFormat(MPEG-A)-Part22:Multi-ImageApplicationFormat(MIAF)-HEVCAdvancedHDRProfileandOtherClarifications摘要随着高动态范围（HDR）成像技术在消费电子、数字电影、移动终端和网络流媒体等领域的快速普及，多图像应用格式（MIAF）作为ISO/IEC23000系列标准的重要组成部分，其标准化工作正面临新的技术挑战和应用需求。本报告围绕ISO/IEC23000-22:2019/AMD2:2021修改件的立项背景、技术内容、修订过程和应用价值展开系统论述。该修改件在原有MIAF标准框架基础上，新增了基于高效视频编码（HEVC）的高级HDR配置文件，涵盖HLG10和PQ10两种HDR传递函数方案的编码约束、元数据管理要求，并对原标准中若干技术表述进行了澄清和修正。报告分析了多图像及HDR应用的产业需求与标准化差距，阐述了修改件的关键技术内容及其对互操作性、兼容性和用户体验的提升作用，并对主要参与单位和未来发展趋势进行了介绍。本报告旨在为相关行业组织、技术研发机构及标准化工作者提供全面的立项参考和技术指引。关键词：多图像应用格式；高动态范围；HEVC；MPEG-A；标准修订；互操作性；HDR配置文件Keywords:Multi-ImageApplicationFormat;HighDynamicRange;HEVC;MPEG-A;StandardAmendment;Interoperability;HDRProfile一、引言1.1立项背景ISO/IEC23000系列标准，即多媒体应用格式（MPEG-A），由国际标准化组织与国际电工委员会联合下设的MovingPictureExpertsGroup（MPEG，动态图像专家组）制定，旨在为特定应用场景提供统一、高效的多媒体文件封装与处理框架。其中，第22部分（ISO/IEC23000-22）专门定义了多图像应用格式（Multi-ImageApplicationFormat，MIAF），用于支持静态图像序列、突发连拍、焦点堆叠、曝光包围及全景图像等多种图像集合应用。近年来，HDR成像技术取得了突破性进展。消费级相机、智能手机和专业影视制作设备已普遍支持HDR图像和视频的采集与显示，HDR内容的生产和消费呈现出爆发式增长态势。然而，在MIAF标准的初始版本（2019年发布）中，对于HDR静态图像及其序列的编码和封装支持尚不完善，缺乏对高级HDR配置文件的明确定义，导致不同厂商设备之间在HDR图像交换和播放过程中存在兼容性障碍。此外，随着HEVC（高效视频编码，也称H.265）技术在HDR视频领域的大规模商用部署，如何利用HEVC的编码优势来高效压缩和存储HDR多图像内容，成为行业亟需解决的技术课题。在此背景下，MPEG专家组决定对ISO/IEC23000-22:2019进行修订和扩充，正式立项开展修改件2的编制工作。1.2标准修订的必要性首先，现有MIAF标准中关于HDR图像支持存在明显缺口。虽然标准已涵盖基于JPEG、JPEG2000和AVC的编解码方案，但对HDR内容所需的更高位深、宽色域以及传递函数（TransferFunction）等关键技术参数缺乏统一约束，使得HDR图像在不同设备间的呈现效果差异显著，严重影响了用户视觉体验的一致性。其次，行业亟需统一的HDR多图像封装规范。不同厂商各自为政的技术方案导致HDR图像文件格式碎片化现象严重。例如，部分设备采用单文件多图层结构，另一些则采用多文件序列封装，缺乏统一的品牌标识（Brand）和存储结构定义，给内容的后期处理、长期存档及版权管理带来了极大困扰。第三，HEVC编码在HDR图像压缩中的优势尚未在MIAF框架下得到充分利用。相较于上一代编码标准，HEVC在相同码率下可提供更高的重构质量，同时支持10位及以上的样本精度、四分之一像素运动补偿精度以及更灵活的编码树单元划分结构。这些技术优势使得HEVC成为HDR多图像高效压缩的理想选择，亟需在MIAF标准中为其制定专门的应用配置文件。第四，原标准中若干技术条款的表述存在模糊之处，在实际工程实施中引发了歧义。例如，关于多图像序列的时间标识（TimingInformation）、元数据的保留机制以及与MPEG-21数字版权管理体系的交互方式等，亟需通过修改件进行技术澄清和勘误。二、标准修订内容概述2.1修改件核心工作ISO/IEC23000-22:2019/AMD2:2021修改件的核心任务包括两大板块：一是新增HEVC高级HDR配置文件，二是对原标准文本中若干技术描述进行澄清和修正。从文件属性来看，该修改件属于正式的国际标准修改文件，在ISO/IEC标准体系中具有同等的规范性效力。其版本为修改件2（Amendment2），是在修改件1（AMD1）基础上的持续推进，反映了MPEG专家组对该标准持续演进的技术治理策略。2.2文件基本信息-标准全称：修改件2.信息技术.多媒体应用格式（MPEG-A）.第22部分：多图像应用格式（MIAF）.HEVC高级HDR配置文件和其他澄清-标准编号：ISO/IEC23000-22:2019/AMD2:2021-英文名称：Amendment2-Informationtechnology-Multimediaapplicationformat(MPEG-A)-Part22:Multi-imageapplicationformat(MIAF)-HEVCAdvancedHDRprofileandotherclarifications-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：2021年12月17日-标准状态：已修订（即已经被后续版本或修改件进一步更新）-标准语言：英语-国际标准分类（ICS）：35.040.40（信息技术应用中的音频、视频和视听信号编码）2.3标准的关键技术改进该修改件在技术上主要实现了以下突破：第一，定义了基于HEVC的MIAF高级HDR配置文件。该配置文件明确了符合性要求，规定了HDR静态图像序列使用HEVC编码时的档次（Profile）和级别（Level）约束。具体而言，其支持HEVCMain10Profile，能够处理10位精度的HDR图像信号，并规定了在MIAF文件封装中HEVC编码流的存储格式和品牌标识定义，确保符合该配置文件的MIAF文件可在不同设备间无缝交换和播放。第二，定义了HDR传递函数的管理机制。修改件明确支持两种主流HDR传递函数——HLG（HybridLog-Gamma，混合对数伽马）和PQ（PerceptualQuantizer，感知量化）。HLG由英国广播公司（BBC）和日本放送协会（NHK）联合开发，具有良好的后向兼容性，适合广播电视和直播场景；PQ则由杜比实验室提出，采用绝对亮度映射方案，能够精确还原制作端的亮度意图，适合影院级和高端显示场景。修改件对这两种传递函数在MIAF容器中的标识方法、元数据封装格式以及解码端的行为要求进行了详细规定。第三，对原标准进行了系统性澄清。修改件修正了此前版本中关于图像序列呈现时间、缩略图生成机制、色彩信息（ColourInformation）传递、以及内容保护扩展等方面的表述歧义，提升了标准文本的精确性和可实施性。三、关键技术内容详解3.1MIAF标准框架回顾MIAF标准采用ISO/IEC14496-12（ISO基媒体文件格式，ISOBMFF）作为其底层容器格式，在此基础上定义了特定于多图像应用的约束与扩展。MIAF文件由一系列元数据（Metadata）和媒体数据（MediaData）组成，支持单图像存储、图像序列存储以及基于多轨道的复杂图像集合存储。MIAF标准定义了三种符合性级别（ConformanceLevel）：MIAF基础级别（MIAFBase）、MIAF高级级别（MIAFAdvanced）和MIAF专业级别（MIAFProfessional）。每种级别对编码格式、位深、分辨率、色彩参数及文件结构等提出了不同的技术约束。本次修改件新增的HEVC高级HDR配置文件定位于高级别和/or专业级别，面向对图像质量和色彩保真度有更高要求的应用场景。3.2HEVC高级HDR配置文件技术要点3.2.1编码约束HEVC高级HDR配置文件的核心在于对HEVC编码参数的精确约束。在编码层面，该配置文件要求：1.档次与级别要求：符合该配置文件的编码流必须遵循HEVCMain10Profile的限制，包括但不限于：样本位深为8位或10位；支持4:2:0色度采样格式；编码树单元（CTU）大小最大为64×64；支持帧内预测和帧间预测编码结构等。级别方面，根据图像分辨率和帧率需求，可选用Level4.1至Level6.2之间的不同级别。2.HDR静态图像序列的特殊编码考量：与连续视频编码不同，多图像应用中的图像序列往往具有非均匀的时间采样（如不同曝光时间的包围曝光序列），且各帧之间可能不存在显著的时域相关性。因此，修改件对HEVC编码器在MIAF场景下的参考帧管理、随机访问点设置以及编码结构做了适用性调整建议，确保解码器能够高效处理该类非连续图像序列。3.编码流的品牌标识：修改件在ISOBMFF框架下为HEVC编码的多图像内容定义了兼容品牌（CompatibleBrand），以便解码端快速识别文件类型并正确初始化解码环境。3.2.2HDR元数据管理HDR内容的正确呈现不仅依赖于编码格式本身，更依赖于完备的元数据传递机制。修改件着重解决了以下元数据管理问题：1.色彩体积元数据：规定了在MIAF文件中携带色彩体积信息（如主色彩色度坐标、白点色度坐标、亮度范围等）的方式，支持SMPTEST2086标准中定义的静态HDR元数据封装。3.传递函数标识：修改件在色彩信息（ColourInformationBox）中明确了HLG和PQ传递函数的标识方法，并规定了相应的解码和显示适配要求。对于不同传递函数之间的转换，修改件建议采用标准化的色调映射操作以保持视觉一致性。3.2.3多图像HDR应用场景支持HEVC高级HDR配置文件的引入，为以下多图像应用场景提供了标准化支撑：1.HDR包围曝光序列：通过不同曝光时间的多帧图像合成高动态范围效果，适用于建筑摄影、风光摄影和产品拍摄等静态场景。2.焦点堆叠序列：通过不同焦点位置的序列图像合成全景深图像，在微观摄影和产品检测中应用广泛。HDR扩展使得该类序列能够同时保留高动态范围的亮度信息和全聚焦的细节信息。3.突发连拍HDR选择：在运动场景中，用户可通过连拍获得同一瞬间的多帧不同曝光图像，在后期选取最佳合成结果。4.HDR全景图像拼接：多视角HDR图像的拼接和融合，用于虚拟现实（VR）和沉浸式媒体应用。3.3标准澄清内容修改件对以下技术点进行了澄清和勘误：1.时间标识处理：明确了在非规则时间采样的多图像序列中，各图像样本的解码时间戳（DTS）和合成时间戳（CTS）的计算方式，确保播放时序的精确可控。2.图像序列的轨道结构：对于将多图像存储为单个轨道中的连续样本或者多个并行轨道的不同封装策略，修改件给出了明确的使用指南和符合性要求。3.内容保护扩展：阐明了MIAF文件中受保护内容（如通过ISO/IEC23001-7通用加密方案加密的内容）与HDR元数据之间的关联机制，确保解密后的HDR图像能够正确还原。四、主要参与单位介绍4.1国际标准化组织与国际电工委员会ISO/IEC23000-22:2019/AMD2:2021由ISO/IECJTC1/SC29（音频、图像、多媒体和超媒体信息编码分技术委员会）下属的MPEG工作组（WG2，即编码专家组）负责制定和维护。MPEG专家组成立于1988年，是国际多媒体编码领域最具影响力的标准化组织之一，其制定的MPEG系列标准对全球数字媒体产业产生了深远影响。本修改件的编制汇聚了全球范围内多家企业和研究机构的专家力量，包括但不限于：-杜比实验室（DolbyLaboratories）：作为PQ感知量化传递函数和SMPTEST2086/ST2094系列标准的核心贡献者，杜比实验室在修改件HDR元数据管理和动态色调映射机制的设计中发挥了主导作用。-华为技术有限公司：在多图像处理和HEVC编码优化方面提供了丰富的技术输入和实现验证。-佳能株式会社（CanonInc.）：将专业相机和图像处理设备对HDR多图像格式的工程实践经验注入标准制定过程。-爱立信（Ericsson）：在HLG传递函数的系统集成和广播应用场景方面提供了技术支持。-FraunhoferHHI（德国弗劳恩霍夫海因里希-赫兹研究所）：在HEVC编码技术研究和标准化方面拥有深厚积累，为配置文件的技术细节设计提供了理论支撑。4.2重点参与单位介绍在众多参与机构中，杜比实验室对该修改件的贡献尤为突出。杜比实验室成立于1965年，总部位于美国加利福尼亚州旧金山，是全球领先的音频和影像技术研发企业。在HDR技术领域，杜比实验室开发了杜比视界（DolbyVision）端到端HDR成像解决方案，其核心感知量化（PQ）传递函数已被采纳为SMPTEST2084国际标准以及ITU-RBT.2100建议书的重要组成部分。在本修改件的编制过程中，杜比实验室主导了以下关键技术工作：1.PQ传递函数在MIAF框架中的适配性设计：确保经PQ编码的HDR图像在MIAF容器中各处理环节的亮度信号保真度。2.动态元数据映射机制的优化：杜比实验室将杜比视界中经过验证的动态元数据方案适配到MIAF标准框架中，使得MIAF文件能够精准描述内容创作者的亮度意图。3.跨设备显示适配的工程验证：杜比实验室利用其丰富的显示设备测试资源，对不同峰值亮度和色域能力的显示终端进行了广泛的兼容性测试，为修改件中的一致性测试要求提供了数据基础。杜比实验室的参与不仅强化了修改件的技术严谨性，也使得标准更好地反映了高端影像工业的实际需求。五、结论与展望ISO/IEC23000-22:2019/AMD2:2021修改件的发布，是MPEG-A系列标准在HDR时代的重要演进。通过新增HEVC高级HDR配置文件和对原有条款的系统性澄清，该修改件有效地弥补了MIAF标准在HDR多图像应用领域的技术空白，为产业界提供了统一的、可互操作的HDR多图像封装与交换规范。从技术影响来看，该修改件实现了三个层面的提升：一是压缩效率层面，借助HEVCMain10Profile的强大编码能力，在保证HDR图像视觉质量的前提下显著降低存储和传输开销；二是互操作性层面，通过统一的品牌标识、元数据管理和传递函数规范，消除了不同厂商设备和不同应用平台之间的格式壁垒；三是用户体验层面，通过标准的HDR呈现行为，确保了观众在不同显示设备上获得一致的、忠实于创作意图的视觉体验。展望未来，随着HDR技术在更广泛领域的渗透——包括增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、自动驾驶感知、医疗影像、卫星遥感等——多图像应用格式的标准化需求将持续增长。在HEVC基础上进一步演进的新一代编码标准（如VVC/H.266）在多图像HDR应用中的适配，将是MPEG专家组后续工作的重点方向。同时，如何利用人工智能技术优化HDR多图像的编码决策、色调映射和内容增强，也将在未来的标准版本中得到探索和规范。可以预期，MIAF标准及其修改件将持续演进，为多图像应用的健康发展提供坚实的技术基石。参考文献[1]ISO/IEC23000-22:2019/AMD2:2021,Informationtechnology—Multimediaapplicationformat(MPEG-A)—Part22:Multi-imageapplicationformat(MIAF)—Amendment2:HEVCAdvancedHDRprofileandotherclarifications,ISO/IECJTC1,2021.[2]ISO/IEC23000-22:2019,Informationtechnology—Multimediaapplicationformat(MPEG-A)—Part22:Multi-imageapplicationformat(MIAF),ISO/IECJTC1,2019.[3]ISO/IEC14496-12:2020,Informationtechnology—Codingofaudio-visualobjects—Par