測繪地理信息點云數據壓縮編碼規范目 次前 言 Ⅲ引 言 Ⅳ范圍 1規范性引用文件 1術語和定義 1縮略語 3基本要求 3技術要求 3壓縮效果評價 4附錄A（資料性附錄）數據壓縮應用示例 6附錄B（規范性附錄）壓縮效果評價 9參考文獻 12I測繪地理信息點云數據壓縮編碼規范范圍本文件規定了測繪地理信息點云數據壓縮的基本要求、技術要求、效果評價等內容。本文件適用于測繪地理信息領域采用點云數據進行數據處理、傳輸、存儲及應用。規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。ISO/IEC23090-5:2021Visualvolumetricvideo-basedcoding(V3C)andvideo-basedpointcloudcompression(V-PCC)ISO/IEC23090-9:2021Geometry-basedpointcloudcompression(G-PCC)CH/T3020-2018:3.6實景三維地理信息數據激光雷達測量技術規程術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1點云數據pointclouddata3.2信息類型components用于描述三維空間的幾何信息和屬性信息。3.3幾何信息geometry點在三維空間位置的一組三維坐標，通常用(x,y,z)表示。3.4屬性信息attribute一組與每個點云點關聯的要素，可用于進一步描述點云，包括顏色、反射強度、回波次數、法線信息、掃描角度、采集時間等屬性。3.5體素voxel可以用于表示點云幾何形態的空間大小均勻的三維網格。3.6壓縮compression通過利用原始數據中的冗余和不相關性來降低目標質量的編碼率，以便在有限的帶寬通道和存儲設備上進行傳輸和存儲。3.71解壓decompression3.8有損壓縮lossycompression3.9無損壓縮losslesscompression3.10實時壓縮real-timecompression在點云數據寫入磁盤前進行壓縮，使用的存儲空間比實際的數據量更少。3.11低時延壓縮low-delaycompression在點云數據寫入磁盤后進行壓縮，實現硬件、處理速度、傳輸速度和點云質量的最佳平衡。3.12對稱均方根距離symmetricrootmeansquaredistance（sRMS）以原始點云為參考，計算解壓縮點云基于幾何距離的平均距離誤差的最大值。3.13對稱豪斯多夫距離symmetricHausdorffdistancedistance（sHausd）表示要評估的兩個互為鄰域的點云之間最大的幾何距離。3.14幾何峰值信噪比geometrypeaksignal-to-noiseratio（gPSNR）以原始點云作參考，考慮了原始點云的邊界框最大寬度和對稱均方根距離，計算基于幾何形狀的位置偏差。3.15屬性信息峰值信噪比attributepeaksignal-to-noiseratio（aPSNR）3.16比特bit信息量的度量單位，1比特表示二進制數的一位包含的信息。3.17點比特位數bitsperpoint（bpp）每個點所占用的有效比特數。23.18壓縮比compressionratio原點云數據文件大小與通過壓縮后的點云數據文件大小之比。縮略語下列縮略語適用于本文件：PCL-PCC：點云庫的點云壓縮技術（pointcloudlibrarypointcloudcompression）G-PCC：動態圖像專家組的點云壓縮技術（geometry-basedpointcloudcompression）C2C：點與點之間的對應關系（cloudtocloud）基本要求測繪地理信息點云數據宜采用無損壓縮，在不損失目標關鍵信息，且不影響后續應用的條件下可采用有損壓縮。采用有損壓縮時，數據壓縮前后的信息類型應保持一致。符合本規范要求外，也應符合相關的技術標準需求。同一種應用場景，宜采用同一種壓縮技術。壓縮時采用的參數與解壓縮的采用參數應保持一致。數據壓縮前后的格式應保持一致。壓縮解壓縮后需要進行質量評價。應采用通用的壓縮技術方法，鼓勵采用先進的壓縮技術。經壓縮后的點云數據存儲、傳輸和應用，應符合國家對點云數據的保密要求。技術要求壓縮方法與指標數據壓縮根據壓縮結果分為無損壓縮和有損壓縮。數據壓縮采用與壓縮質量評價相同的指標，具體包括壓縮比、幾何信息峰值信噪比、顏色信息7無損壓縮無損壓縮應滿足以下要求：3；幾何信息（xyz）、顏色信息（RGB）和反射強度信息（I）等在壓縮前后無損失；當需要采用實時傳輸時，壓縮速度應能滿足實時傳輸需求；PCL-PCC、Draco、G-PCC、LASzip1。3表1無損壓縮的基本技術要求壓縮比幾何信息峰值信噪比顏色信息峰值信噪比反射強度信息峰值信噪比適用場景適用方法≥3趨于無窮趨于無窮趨于無窮無人駕駛、地形類等PCL-PCC、Draco、G-PCC、LASzip等≥4趨于無窮趨于無窮趨于無窮植被類、城市建（構PCL-PCC、Draco、G-PCC、LASzip等有損壓縮有損壓縮應滿足以下要求：5；等信息類型應無損失；數據壓縮結果應滿足使用需求；當壓縮數據應用需要采用實時傳輸需求時，壓縮速度應能滿足實時傳輸需求；PCL-PCCDracoG-PCC2A。表2有損壓縮的基本技術要求壓縮比幾何信息峰值信噪比顏色信息峰值信噪比反射強度信息峰值信噪比適用場景適用方法≥7≥50≥40≥35植被類、地形類等PCL-PCC、G-PCC、Draco等≥5≥50≥30≥40無人駕駛等PCL-PCC、G-PCC、Draco等壓縮效果評價點云數據壓縮效果評價分為壓縮質量評價和壓縮性能評價。數據壓縮場景應用與評價示例參見附錄A。質量評價分為幾何信息評價和屬性信息評價。Cloudto獲得的幾何峰值信噪比對解碼點云的幾何質量進行評估；CloudtoCloud（C2C）獲得的信息峰值信噪比對解碼點云的屬性質量進行評估。壓縮性能分為壓縮效率評價和算法復雜度評價。4B。5附錄A數據壓縮應用示例（資料性附錄）植被碳匯應用示例植被碳匯應用主要包含林業蓄積量調查、森林和城市碳匯等，宜采用機載、地面站和移動式激光雷達獲取點云數據。植被碳匯應用應滿足以下要求：低時延壓縮；對三維幾何、反射強度、顏色屬性進行壓縮；宜采用無損壓縮，可以進行有損壓縮，不得丟失地表物體幾何形態。植被碳匯應用可使用PCL-PCCDracoG-PCC和LASzip表3植被碳匯壓縮的參數設置和技術要求方法參數設置技術需求壓縮模式壓縮參數壓縮比幾何信息峰值信噪比顏色信息峰值信噪比反射強度信息峰值信噪比PCL-PCC無損細節編碼，非降采樣實際分辨率≥4趨于無窮趨于無窮趨于無窮有損非細節編碼，降采樣按需分辨率≥7≥50≥40≥35Draco無損無損壓縮，不作量化壓縮等級7-10≥6趨于無窮趨于無窮趨于無窮有損12-30壓縮等級7-10≥10≥50≥40≥35G-PCC無損無損壓縮實際分辨率≥8趨于無窮趨于無窮趨于無窮有損有損壓縮，r≥3按需分辨率≥15≥50≥40≥35LASzip無損固定固定≥4趨于無窮趨于無窮趨于無窮6城市三維實景應用示例城市三維實景應用主要用于城市建筑道路規劃與管理，建筑物室內外一體化調查等，宜采用地面站、移動式以及手持式激光雷達獲取點云數據。城市三維實景應用應滿足以下要求：低時延壓縮；對三維幾何、反射強度、顏色屬性、類別進行壓縮；應采用無損壓縮。城市三維實景應用可使用PCL-PCCDracoG-PCC和LASzip表4城市實景三維壓縮的參數設置和技術要求方法參數設置技術需求壓縮模式壓縮參數壓縮比幾何信息峰值信噪比顏色信息峰值信噪比反射強度信息峰值信噪比PCL-PCC無損細節編碼，非降采樣實際分辨率≥4趨于無窮趨于無窮趨于無窮Draco無損無損壓縮，不作量化壓縮等級7-10≥6趨于無窮趨于無窮趨于無窮G-PCC無損無損壓縮實際分辨率≥8趨于無窮趨于無窮趨于無窮LASzip無損固定固定≥4趨于無窮趨于無窮趨于無窮7無人駕駛應用示例無人駕駛應用主要用于障礙物檢測、分類和場景理解以及實時路徑和駕駛決策規劃等，宜采用GPS、IMU、相機等設備的組合來定位，通過車載激光掃描設備獲取點云數據。無人駕駛應用應滿足以下要求：實時壓縮；對三維幾何、反射強度、顏色屬性進行壓縮；無人駕駛應用可使用PCL-PCC、G-PCC和LASzip等方法進行點云數據壓縮，具體參數設置與技術要求見表5。表5無人駕駛壓縮的參數設置和技術要求方法參數設置技術需求壓縮模式壓縮參數壓縮比幾何信息峰值信噪比顏色信息峰值信噪比反射強度信息峰值信噪比PCL-PCC無損細節編碼，非降采樣實際分辨率≥3趨于無窮趨于無窮趨于無窮有損非細節編碼，降采樣按需分辨率≥5≥50≥35≥40G-PCC無損無損壓縮實際分辨率≥6趨于無窮趨于無窮趨于無窮有損有損壓縮，r≥3按需分辨率≥10≥50≥35≥40LASzip無損固定固定≥4趨于無窮趨于無窮趨于無窮8附錄B（規范性附錄）壓縮質量評價幾何信息評價幾何信息評價可采用對稱均方根距離、對稱豪斯多夫距離、幾何信息峰值信噪比進行評價，具體。?1Σ?1Σ?∈?|???)????_?∈????????

??

,????

（1）

????(???,????)=max(???????,????,????????,???) （2）???——原始點云；????——解壓縮點云；????_?(?)——原始點云中某一點所對應的最鄰近解壓縮點云；?——原始點云中的點數；????——最近點之間的平均距離；????——對稱均方根距離。（3）（4）：

?????,????)=ax||_(?)????||) 3）??????(???,????)=max(????????,????,?????????,???) （4）?????——豪斯多夫距離；??????——對稱豪斯多夫距離。??????=ax(???????,???????,?,???) 5）???=20?0?????/????,???) 6）式中：??????9?????——幾何信息峰值信噪比。屬性信息評價式中：?????——屬性信息峰值信噪

?????=

(?2???

) （7）????——屬性信息峰值，可以取對稱均方根距離????(???,????)或者對稱豪斯多夫離??????(???,????)，具體計算見公式（3）（4）。?——屬性值的峰值。YUVPSNRpRGBPSNRp255。PSNRMSEp10壓縮性能評價壓縮效率評價壓縮效率評價采用壓縮比和存儲每個點所占的比特位數來評價，壓縮比越高壓縮效率就越高，BPP越低壓縮效率越高。8：式中：?????????

????=???????

（8）9：式