ISOIEC 23008-22025 信息技術(shù) - 異構(gòu)環(huán)境中的高效率編碼和媒體傳送 - 第2部分高效率視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)發(fā)展報(bào)告

信息技術(shù)-異構(gòu)環(huán)境中的高效率編碼和媒體傳送-第2部分:高效率視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)發(fā)展報(bào)告StandardizationDevelopmentReport:Informationtechnology—Highefficiencycodingandmediadeliveryinheterogeneousenvironments—Part2:Highefficiencyvideocoding摘要關(guān)鍵詞高效率視頻編碼；H.265；異構(gòu)環(huán)境；視頻壓縮；超高清視頻；國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；媒體傳送KeywordsHighEfficiencyVideoCoding;H.265;HeterogeneousEnvironment;VideoCompression;UltraHighDefinitionVideo;InternationalStandard;MediaDelivery正文1.引言2.標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)背景與目的2.1技術(shù)瓶頸催生標(biāo)準(zhǔn)更迭2.2異構(gòu)環(huán)境的現(xiàn)實(shí)需求“異構(gòu)環(huán)境”是本標(biāo)準(zhǔn)名稱的核心關(guān)鍵詞，它體現(xiàn)了現(xiàn)代媒體生態(tài)的復(fù)雜性。視頻內(nèi)容可能在超算中心制作，通過衛(wèi)星、有線電視、光纖寬帶、4G/5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等多種路徑傳輸，最終在智能電視、手機(jī)、平板、VR頭顯乃至車載娛樂系統(tǒng)等不同計(jì)算能力和屏幕尺寸的設(shè)備上呈現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)必須有能力應(yīng)對(duì)這種多樣性，在編碼端提供充足的靈活性（如可分級(jí)編碼），在傳輸端適應(yīng)不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)帶寬（如丟包重傳保護(hù)），在解碼端實(shí)現(xiàn)低功耗、高性能的解碼。2.3標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)的產(chǎn)業(yè)驅(qū)動(dòng)力該標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)主要由以下幾個(gè)產(chǎn)業(yè)需求驅(qū)動(dòng)：一是超高清視頻產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化發(fā)展需要更高壓縮率的編碼標(biāo)準(zhǔn)來降低成本；二是流媒體巨頭（如Netflix、YouTube、騰訊視頻）需要降低CDN帶寬成本；三是5G時(shí)代的到來，要求視頻能夠在更有限的無線頻譜資源上高效傳輸；四是廣播電視行業(yè)向IP化、4K/8K化轉(zhuǎn)型的技術(shù)需求。3.標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)內(nèi)容解析ISO/IEC23008-2:2025繼承并優(yōu)化了HEVC（H.265）標(biāo)準(zhǔn)的核心框架，并在多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了突破性進(jìn)展。3.1編碼效率的顯著提升與H.264/AVC相比，HEVC在相同的客觀質(zhì)量（PSNR/SSIM）下，碼率可以降低約50%。這一質(zhì)的飛躍主要得益于以下幾個(gè)核心技術(shù)的引入：-更大更靈活的編碼樹單元（CTU）：HEVC用64x64像素的CTU取代了H.264的16x16宏塊，并支持四叉樹遞歸劃分，這使得編碼器能夠更精確地將計(jì)算資源分配給復(fù)雜紋理區(qū)域（如草地、波濤）和平滑區(qū)域（如天空、墻面）。-增強(qiáng)的幀內(nèi)預(yù)測(cè)：幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式從H.264的9種擴(kuò)展到33種角度預(yù)測(cè)加上DC和Planar模式，共35種。2025版進(jìn)一步優(yōu)化了角度預(yù)測(cè)的精度，特別是在處理屏幕內(nèi)容（如文字、圖形）時(shí)，引入了基于調(diào)色板（Palette）模式，極大提升了屏幕內(nèi)容的編碼效率。-優(yōu)化的運(yùn)動(dòng)估計(jì)與補(bǔ)償：采用了更先進(jìn)的自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)（AMVP）和融合模式（MergeMode），以及更高精度的1/4像素和1/8像素運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。允許使用更大的插值濾波器，提高了運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。-樣本自適應(yīng)偏移（SAO）：在環(huán)路濾波環(huán)節(jié)，SAO通過對(duì)重構(gòu)像素進(jìn)行自適應(yīng)分類和補(bǔ)償，有效減少了振鈴效應(yīng)，修復(fù)了編碼失真，顯著提升了主觀畫質(zhì)。3.2對(duì)超高清視頻格式的原生支持2025版本標(biāo)準(zhǔn)明確強(qiáng)化了對(duì)UHDTV-1（4K）和UHDTV-2（8K）的全面支持：-主流和高端檔次（Main/Main10/Main12Profile）：支持最多8位/10位/12位的像素深度，高比特深度是顯示HDR內(nèi)容的基礎(chǔ)，能夠保留更豐富的色彩過渡和亮度細(xì)節(jié)。-色度采樣：原生支持4:2:0、4:2:2和4:4:4色度格式。4:2:2和4:4:4對(duì)于視頻后期制作、數(shù)字電影、專業(yè)攝像領(lǐng)域至關(guān)重要，能避免色彩信息的丟失。-高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）和廣色域（WCG）支持：標(biāo)準(zhǔn)不僅壓縮像素?cái)?shù)據(jù)，還定義了元數(shù)據(jù)傳遞機(jī)制，允許編碼器將SMPTEST2084（PQ曲線）、HybridLog-Gamma（HLG）等HDR傳遞函數(shù)以及BT.2020廣色域信息嵌入碼流中，確保解碼端能正確還原HDR/WCG視覺效果。3.3并行處理與可擴(kuò)展性-并行化設(shè)計(jì)：面對(duì)即將到來的8K（7680×4320）視頻，單核解碼已不現(xiàn)實(shí)。HEVC標(biāo)準(zhǔn)通過波前并行處理（WPP）和片（Tiles）技術(shù)，允許將一幀圖像分割成獨(dú)立編解碼的矩形區(qū)域，使得多核CPU和GPU能夠并行處理，將解碼時(shí)間從分鐘級(jí)縮短到實(shí)時(shí)。2025版進(jìn)一步優(yōu)化了Tiles間的邊界濾波處理，減少了并行處理帶來的質(zhì)量損失。-可分級(jí)擴(kuò)展：雖然本標(biāo)準(zhǔn)主要關(guān)注單層編碼，但其作為MHEG系列的一部分，為未來向可分級(jí)HEVC（SHVC）演進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。SHVC允許編碼器輸出一個(gè)基礎(chǔ)層（如1080p）和一個(gè)或多個(gè)增強(qiáng)層（如4K、HDR），解碼器可以根據(jù)自身能力和網(wǎng)絡(luò)條件靈活選擇解碼不同層的內(nèi)容。4.標(biāo)準(zhǔn)修訂的企事業(yè)單位或標(biāo)委會(huì)介紹本標(biāo)準(zhǔn)的制定主要由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國(guó)際電工委員會(huì)第一聯(lián)合技術(shù)委員會(huì)（ISO/IECJTC1）下屬的動(dòng)態(tài)圖像專家組（MovingPictureExpertsGroup,MPEG）負(fù)責(zé)。MPEG是全球數(shù)字音視頻編碼領(lǐng)域最具權(quán)威性和影響力的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)組織。其下設(shè)的視頻編碼聯(lián)合協(xié)作組（JointCollaborativeTeamonVideoCoding,JCT-VC）是具體承擔(dān)HEVC標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研發(fā)與文本撰寫的核心工作組。JCT-VC由ISO/IECMPEG和國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門（ITU-T）的視頻編碼專家組（VCEG）聯(lián)合組成。這種跨組織的合作模式確保了標(biāo)準(zhǔn)既能滿足多媒體產(chǎn)業(yè)（MPEG）的應(yīng)用需求，又能兼顧電信領(lǐng)域（ITU-T）的傳輸與網(wǎng)絡(luò)要求。JCT-VC的成員包括全球頂尖的大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)以及科技巨頭，如FraunhoferHeinrichHertzInstitute（HHI）、高通（Qualcomm）、三星（Samsung）、英特爾（Intel）、華為（Huawei）、索尼（Sony）等。這些單位貢獻(xiàn)了數(shù)千項(xiàng)技術(shù)提案，共同完成了從算法研究、參考軟件實(shí)現(xiàn)、一致性測(cè)試到文檔標(biāo)準(zhǔn)的全部工作。以弗勞恩霍夫海因里希-赫茲研究所（FraunhoferHHI）為例，該機(jī)構(gòu)是HEVC/H.265標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)明人之一和核心貢獻(xiàn)者。其開發(fā)的參考軟件HM（HEVCTestModel）是整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)制定過程中的基準(zhǔn)。FraunhoferHHI的團(tuán)隊(duì)在CTU結(jié)構(gòu)、環(huán)路濾波（SAO）、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)上擁有大量核心專利，其貢獻(xiàn)直接影響了標(biāo)準(zhǔn)的最終性能。通過參與JCT-VC的標(biāo)準(zhǔn)化工作，F(xiàn)raunhoferHHI將其在底層算法上的深厚積累轉(zhuǎn)化為全球產(chǎn)業(yè)界共同遵循的技術(shù)規(guī)范，并通過其商業(yè)化團(tuán)隊(duì)（如Spin-off公司）推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)業(yè)落地，體現(xiàn)了從基礎(chǔ)研究、標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)到商業(yè)價(jià)值的完整創(chuàng)新鏈條。5.標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用現(xiàn)狀與前景5.1當(dāng)前應(yīng)用領(lǐng)域目前，ISO/IEC23008-2系列標(biāo)準(zhǔn)已廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域：-超高清藍(lán)光光盤（Blu-rayUltraHD）：采用HEVCMain10Profile進(jìn)行編碼，支持4K分辨率和HDR/WCG。-流媒體服務(wù)：Netflix、AmazonPrimeVideo、AppleTV+、YouTube、Bilibili及國(guó)內(nèi)主流視頻平臺(tái)均已廣泛使用HEVC作為4K內(nèi)容的主要編碼格式。-廣播電視與直播：包括日本NHK的8K頻道、歐洲D(zhuǎn)VB組織的UHD-1廣播標(biāo)準(zhǔn)，以及我國(guó)中央廣播電視總臺(tái)的4K/8K超高清頻道均不同程度采用了HEVC。-視頻會(huì)議與實(shí)時(shí)通信：雖然AV1和VVC在挑戰(zhàn)其地位，但HEVC因其成熟度和廣泛的硬件支持，仍是許多高端視頻會(huì)議系統(tǒng)（如CiscoWebex、Zoom的高級(jí)版本）的首選。5.22025版本標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)期影響2025年發(fā)布的這一版本，預(yù)計(jì)將產(chǎn)生以下影響：1.鞏固基礎(chǔ)地位：在下一代標(biāo)準(zhǔn)（VersatileVideoCoding，VVC/H.266）尚未完全普及之前，HEVC2025版將作為業(yè)界最高成熟度的UHD編碼標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)承擔(dān)起產(chǎn)業(yè)主力軍的角色。2.優(yōu)化特定場(chǎng)景：對(duì)屏幕內(nèi)容的優(yōu)化將促進(jìn)在線教育、遠(yuǎn)程桌面、云游戲等場(chǎng)景畫質(zhì)的提升。3.推動(dòng)專業(yè)領(lǐng)域：對(duì)8K、更高位深和色度支持，將吸引更多專業(yè)電影制作和后期公司采用HEVC作為其內(nèi)部制作的中間格式或分發(fā)格式。6.結(jié)論ISO/IEC23008-2:2025《信息技術(shù)-異構(gòu)環(huán)境中的高效率編碼和媒體傳送-第2部分:高效率視頻編碼》是一項(xiàng)成熟且不斷進(jìn)化的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。它完美地回應(yīng)了數(shù)字時(shí)代視頻數(shù)據(jù)爆炸性增長(zhǎng)與有限傳輸帶寬之間的矛盾，成功支撐了當(dāng)前超高清視頻產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化落地。從H.264到HEVC，視頻壓縮效率實(shí)現(xiàn)了近50%的提升，為4K/8K、HDR等前沿視頻技術(shù)進(jìn)入千家萬戶鋪平了道路。展望未來，盡管新的全能視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)（VVC/H.266）已經(jīng)推出且壓縮效率進(jìn)一步提升，將有望在未來5-10年內(nèi)逐步取代HEVC的地位。但I(xiàn)SO/IEC23008-2:2025標(biāo)準(zhǔn)憑借其龐大的既有