CN103004213B - 色调和色域映射方法和装置 - Google Patents

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Abstract

色调和/或色域映射装置和方法可以应用于映射图像数据中的色彩值以用于在特定显示器或其它下游设备上显示。可以基于正被映射的像素数据的位置和/或色彩坐标选择映射算法。所述装置和方法可以被配置为根据像素是否与图像中的光源对应和/或是否具有特殊或保留色彩值而不同地映射色彩坐标。

Description

色调和色域映射方法和装置
相关申请的交叉引用
本发明要求于2010年6月8日提交的美国临时专利申请No.61/352,444的优先权，通过引用将其全文合并到此。
技术领域
本发明涉及图像处理、图像显示和图像再现。本发明实施例提供了处理图像数据以变换色彩和/或色调用于本地的或在下游设备处的显示或再现的方法和装置。一些示例实施例是被配置为接收并且处理图像数据以及显示经处理的图像数据以用于观看的显示器。
背景技术
商业视频制作典型地包含获取并且编辑视频序列。在发布之前，可以在色彩分级（colorgrading）步骤中调整视频制作中的色彩。色彩分级典型地包含在理想观看条件下在基准显示器上显示视频制作并且调整视频制作中的色彩和色调以实现期望的艺术意图。例如，操作色彩分级装置的人（色彩分级者）可能决定通过降低图像的亮度（brightness）来使得场景具有忧郁的感觉。也可以通过进行其它调整（例如，改变某些显示对象的色彩，改变场景中的整体对比度，改变场景的整体亮度等）来满足艺术目的。当在基准显示器上显示时，结果与色彩分级者的艺术意图匹配。
在商业上可利用大量替代性显示技术。它们范围从数字影院显示器到电视机，其可以基于阴极射线管、等离子体显示器、LED显示器、其中LCD面板由各种类型的背光系统背后照明的LCD面板显示器等。不同的显示器具有不同的能力。例如，一些显示器可以具有比其它显示器更宽的色域。一些显示器可能能够再现比其它显示器更宽范围的亮度和/或更高的最大亮度。发明人已经意识到需要如下这样的方法和装置，即能够以可在不损害图像数据中的图像所表现的艺术意图的情况下利用特定显示器的能力的方式变换图像数据。
这种需要还扩展为：通过各种类型的打印、雕刻和其中再现技术可具有再现与图像数据所表现出（assume）的色彩和/或色调不同的色彩和/或色调的能力的其它图像再现技术来再现静止图像。
仍然需要灵活和成本有效的色调和/或色域映射装置和方法。特别需要可以应用于在高质量显示器上展示有趣图像的装置和方法。
发明内容
本发明的各方面的范围和本发明的示例实施例在下文被描述并且在附图中被示出。
附图说明
附图示出本发明的非限制性示例实施例。
图1A是可以位于显示端的根据一个示例实施例的装置的组件的框图。
图1B是可以位于色彩分级工具处的根据一个示例实施例的装置的组件的框图。
图2A是示出根据示例实施例的方法的流程图。
图3是示出根据另一示例实施例的装置的框图。
图4是示出根据另一示例实施例的装置的框图。
图5A是用于标准视频数据的色调曲线和用于其中存在光源的图像的区域的色调曲线的曲线图。
图5B是用于标准视频数据的色调曲线和用于其中存在发射光源和反射光源的图像的区域的色调曲线的曲线图。
图6是已被预定义以描述色调/色域参数的元数据的示例表示。
图7是示出通过视频传递通路的一部分的视频数据和元数据的传递的流程图。
图8示意性地示出根据一个示例实施例的色彩分级处理。
具体实施方式
贯穿以下描述，阐述特定细节，以对于本领域技术人员提供更透彻的理解。然而，可以不详细示出或描述公知元件，以免不必要地使得本发明模糊。相应地，描述和附图被看作是说明性而不是限制性的。
图1A和图1B是示出根据示例实施例的色调和色域映射装置10的高级框图。装置10的组件（例如，诸如图1A所示的组件）可以位于显示端。装置10的某些其它组件（例如，诸如图1B所示的那些组件）可以位于色彩分级工具处、在显示器的上游，并且可以通过色彩分级工具箱（例如色彩分级工具提供的色彩分级功能的集合）操作以驱动元数据创建。色彩分级工具可以包括例如色彩分级者可操作的基于软件和/或硬件的系统，以接收输入图像数据并且调整输入图像数据的区域中的像素数据的色彩和/或照度，以对于图像实现期望的艺术效果。
在显示端，装置10具有输入12，在输入12处接收图像数据14。图像数据14可以包括视频数据、指定一个或多个静止图像的数据等。输入12可以包括物理输入（例如串行或并行数据总线）、无线数据输入、可以存取图像数据14的存储器位置、从一些数据通信信道接收图像数据14的接口、用于从介质（例如DVD、CD-ROM、闪存或其它数据记录）检索图像数据14的硬件等。
图像数据14包括待显示的图像中的像素的像素数据15。像素数据15的每个集合包括多个色彩坐标，在该示例中为C1、C2和C3，其指示像素的色彩和色调。像素数据15还明确地或隐含地包括由像素数据15表示的像素的在该示例中由坐标X和Y所标识的位置信息。特定像素数据15的图像数据14内的偏移或其它相对位置可以表示位置信息X、Y。在图1A所示的示例实施例中，明确地示出位置信息X和Y。
装置10可选地包括坐标变换块16，其将坐标C1、C2和C3变换到与图像数据14的色彩空间不同的色彩空间中。在一些实施例中，装置10在不同的色彩空间内部工作是方便的。不同的色彩空间可以是例如线性色彩空间（即线性地表示诸如亮度（例如光亮度（lightness）或强度或照度（luminance））的物理值的色彩空间）。在这些实施例中，坐标变换块16可以执行到线性色彩空间内的转换。在某些实施例中，坐标变换块16可以执行到IPT、LAB或RGB色彩空间或比图像数据14的色彩空间更适合于色调或色域映射的另一色彩空间的转换。
块18接收像素数据15，并且执行像素数据15到映射像素数据15’的映射。可以通过使用查找表、执行映射算法的逻辑电路等来执行映射。影响映射逻辑19的操作的映射参数20指定所执行的特定映射。
映射像素数据15’作为映射图像数据14’而输出。映射图像数据14’的输出可以包括：例如，将映射像素数据15’放置到文件或缓冲器中或串行或并行数据总线上，发送映射像素数据15’将映射像素数据15’供给到下游设备或电路等。
在所示实施例中，映射参数20包括通过配置机构26设置的参数22。配置机构26根据从元数据提取/接收单元24接收的元数据而设置映射参数22。在一些实施例中，元数据嵌入在信号、数据结构或图像数据14的其它表示中，并且由元数据提取/接收单元24从图像数据14提取。在其它实施例中，在单独的信道上、在单独的数据结构中等接收元数据。无论如何，映射逻辑19的操作受控于可至少部分地响应于元数据而被设置或选择的参数22。
在所示实施例中，参数22包括一般性（general）参数22A、色彩参数22B和位置参数22C。在该实施例中，映射逻辑19执行的映射可以根据正被映射的像素数据15中表示的色彩坐标和/或与正被映射的像素15对应的位置信息而变化。以下描述这些能力的示例应用。
在示例实施例中，提供给配置单元26的元数据21包括待应用于视频数据14的全部或所选部分的一般性元数据。例如，可以对于视频数据14内的所选场景或帧指定一般性元数据。配置单元26可以被配置为（例如通过选择或计算）建立映射参数22的集合，以用于基于一般性配置元数据而映射图像数据14。一般性配置元数据可以专用于嵌入装置10或为距装置10的下游的特定显示或图像再现技术。
呈现给配置单元26的元数据也可以包括对于特定色彩或色彩范围指定特定映射行为的元数据。例如，元数据可以指定不应受块18的变换影响的一个或多个保留色彩（reservedcolor）或保留色彩范围。可以在参数22B中指定这些保留色彩或范围。映射逻辑19可以被配置为以这样的方式进行变换：该变换不改变参数22B中标识的保留色彩。
作为另一示例，在一些实施例中，映射参数22指定的映射可以具有将至少一些色彩映射到图像数据14中表示的色域的外部的已变换色彩的能力。在一些实施例中，位置靠近色域14的边界的色彩范围内的色彩可以经受与应用于在远离在其中表示图像数据14的色域的边界的色彩坐标处的色彩的变换不同的变换。
作为另一示例，来自图像数据14的一个或多个所选色彩可以与图像数据14的色域的外部的对应目标色彩关联。在这些情况下，映射逻辑19可以被配置为朝向对应目标色彩将所选色彩映射到显示器或其它目标设备的显示能力内的色彩。
映射逻辑19也可以被配置为根据与像素数据对应的位置信息（例如在所示示例中的坐标X、Y）执行不同的变换。例如，配置单元26接收的元数据可以指定当前图像内的光源的位置。可以根据与正处理的像素数据对应的位置信息是指示像素数据与光源中的位置对应还是与光源外部的位置对应而应用不同的映射。可以通过调整色调曲线来应用不同的映射。例如，图5A示出用于标准视频数据的色调曲线（没有对于光源的任何调整）以及对于标识为光源的区域而调整后的色调曲线（“调整后的色调曲线”）。为了确保无缝调整，调整后的色调曲线可以在光源与非光源区域之间的边界处与用于标准视频数据的色调曲线匹配。例如，如图5A可见，朝向（例如与标识为光源的区域的外部的区域对应的）下部输入像素驱动值，调整后的色调曲线可以与标准视频数据的色调曲线相同。在下部输入像素驱动值与上部输入像素驱动值之间的某值处，调整后的色调曲线偏离标准视频数据的色调曲线。调整后的色调曲线可以与可对应于标识为光源的区域的上部输入像素驱动值的标准视频数据的色调曲线不同（例如，上部输入像素驱动值可以映射到比标准视频数据的输出值更高的输出值，如图5A所示）。在上部输入驱动值处，调整后的色调曲线定义标识为光源的区域中的像素的强度。对于一个示例实施例，图5A的调整后的色调曲线示出可以如何调整光源区域中的像素的强度。在其它实施例中，调整后的色调曲线可以是与图5A所示不同的曲线（例如，对于各个实施例，调整后的色调曲线可以具有可以位于该曲线之上或之下的特定拐点）。取决于期望的效果，特定的调整后的色调曲线可以应用于图像，以影响相对于图像的其它区域如何调整图像的光源区域的强度。
在一些实施例中，取决于光源的类型而应用不同的映射。例如，可以取决于光源在元数据中是标识为反射光源还是发射光源而应用不同的映射。在一些实施例中，对于多个不同类型的光源中的每一个提供单独的映射算法和/或映射参数。图5B示出待应用于标识为具有发射光源和反射光源的区域的示例色调曲线和用于标准视频数据的色调曲线（没有对于光源的任何调整）。
图1B示出可以位于色彩分级工具处的装置10的组件。在色彩分级工具处，装置10在输入12A处接收输入图像数据14A，并且输出色彩分级图像数据14B（其可以包括元数据21）。图像数据14A、14B可以包括视频数据、指定一个或多个静止图像的数据等。图像数据14A可以包括待显示的图像中的像素的像素数据15A。色彩分级工具可以包括色彩分级处理器11，其接收像素数据15A，并且响应于用户输入而执行一个或多个色彩分级功能，从而产生色彩分级像素数据15B。软件和/或硬件可以实现色彩分级功能。处理器11进行的色彩分级功能的操作可以受控于专业色彩分级者。例如，色彩分级者可以决定加强特定色彩，或改动图像中的像素的照度、饱和度和/或色度（hue），并且可以将适当的用户输入提供给色彩分级工具，以使得色彩分级工具的所选色彩分级功能应用于像素数据15A，从而实现期望的艺术效果。
在所示实施例中，色彩分级处理器11通信地耦合到元数据生成器17。元数据生成器17可以存取或生成可以描述色调/色域参数的元数据定义13的集合。元数据生成器17可以存取色彩分级像素数据15B。元数据生成器17可以生成随色彩分级像素数据15B一起发送的元数据21。元数据生成可以基于色彩分级处理器11通信的和/或从色彩分级像素数据15B确定的图像特性以及由色彩分级处理器11进行的对像素数据的调整。元数据生成器17可以标识色彩分级像素数据的参数，以驱动元数据创建。
在所示实施例中，元数据生成器17包括程序存储器23，用于存储软件功能，其当由元数据生成器17的处理器27执行时可以标识色彩分级像素数据的参数（例如，比如图像中的光源的位置、有意地在色域之外色彩分级的色彩、保留色彩等）。元数据生成器17可以使用关于这些参数的信息来生成元数据21。元数据生成器17生成的元数据21可以与色彩分级像素数据15B组合或随其发送，并且作为图像数据14B输出到下游设备。在某些实施例中，图1A所示的装置10的组件可以接收图像数据14B（图1B）作为图像数据14。
图8示出根据示例实施例的色彩分级处理。专业色彩分级者35通过控制基准显示器以显示来自外部视频内容源的视频数据而启动处理；可以已经通过相机捕获、CGI（计算机生成的影像）等来创建该视频数据。在色彩分级处理中，在观看基准显示器上显示的视频数据的同时，色彩分级者35使用色彩分级工具88以根据创建者的艺术意图而调整或修改视频帧78A（或帧序列（即场景））。色彩分级处理器11根据来自色彩分级者35的输入而调整视频帧78A以制作色彩分级视频帧47。
在色彩分级处理中，对于：特定图像区域（例如特定色调映射可以应用于与光源位置对应的图像区域）；特殊色彩（例如，可以根据色彩特定映射而映射某些色彩或色调/色域）；和/或保留色彩（例如，可以在色调/色域映射期间在色彩分级处理中禁止皮肤色调、草地色调和指定为保留色彩的其它色调的调整），可以不同地修改每个帧的部分。在帧或场景内，可以在元数据栅格41上设置局部化色调或色域标记，该元数据栅格41定义已经在色彩分级处理中调整色调/色域的特定像素的位置；和/或尚未有意地在色彩分级处理中调整色调/色域的特定像素的位置（例如可以是针对保留色彩的情况）。局部化色调或色域标记可以标识关于对像素进行的色调/色域调整的信息。色彩分级视频内容、局部化色调或色域标记和与每个局部化色调或色域标记对应的像素位置可以保存到存储器或缓冲器设备49。局部化色调或色域标记和这些标记所指示的信息可以保存到帧元数据容器48中作为累计的局部化元数据。
编解码器82接收元数据容器48中存储的元数据以及（存储设备49中存储的）局部色调/色域调整和视频帧47中的色彩分级内容，并且对元数据和色彩分级内容进行编码，以用于发布。编解码器82进行编码的方法可以包括，例如：
对累计的局部化元数据进行编码，并且放置到在视频图片或场景的开始处的元数据中。视频和帧元数据可以被编码，并且可以跟随累计的元数据。可以格式化帧元数据以索引累计的局部化元数据，从而最小化发送元数据所需的数据量。
●忽略累计的元数据，并且连同色彩分级视频一起对帧元数据进行编码（这可能增加总带宽）。
图7示出开始于色彩分级阶段80并且结束于显示色调/色域映射阶段84的视频传递通路（pipeline）的一部分。未示出视频传递通路的阶段80、84中任一个之前或之后的其它阶段。可以在色彩分级阶段80处使用图1B所示的装置10的组件和/或图8所示的色彩分级工具，以生成在下游设备处用于色调/色域映射目的的元数据。可以连同视频数据一起将元数据传递到编解码器阶段82，以用于对视频数据和元数据进行编码和/或解码。在一些实施例中，可以通过单独的通信信道来传递元数据。视频数据和元数据传递到下游设备，以用于在阶段84处的色调/色域映射。可以在色调/色域映射阶段84处使用图1A所示的装置10的组件，以实现在此描述的色调/色域映射方法。
图2A示出可以应用于将图像数据14映射到映射图像数据14’的方法25。在块28中，获得元数据。元数据可以从视频流、包含视频数据的文件、单独的数据结构提取，在分离的数据流上接收等。可以在获得图像数据之前和/或在获得图像数据期间获得元数据。在一些实施例中，可以在图像数据的处理期间连续地执行块28。
在块29中，响应于接收的元数据而配置映射逻辑。配置可以包括：例如，将值写入到用于映射色彩值和/或色调值的查找表；记录保留色彩，标识具有单独的映射或修改的映射的特殊色彩范围；标识具有特定的映射或修改的映射的特殊位置；将参数值写入到映射算法所存取的寄存器中；配置可配置逻辑实现映射算法等。可以每次接收到更新的元数据就重复块29。
元数据可以包括影响在显示器上示出像素数据的色彩/照度值的方式或（在相同或不同的色彩空间中）从发送的色彩/照度值到映射的色彩/照度值执行映射的方式的元数据。元数据也可以包括有助于缩减元数据或减少发送元数据所需的数据量的元数据。例如，在一些实施例中，元数据可以定义稍后用于色调/色域映射中的色调/色域映射。后续元数据可以指示对于某些像素，待使用预先定义的色域映射中的一个。可以在视频传递通路的显示端处在映射装置可以参照的数据结构中存储或缓冲预先定义的映射。数据结构可以是例如一维数据结构或二维数据结构。
在一些实施例中，元数据可以定义提供关于在色彩分级处理中进行的色调或色域调整的信息的元数据标记。关于色调或色域调整的信息可以标识例如：因为其为保留色彩所以尚未调整的色彩；已经有意地在色域外色彩分级的色彩；将根据色彩特定映射而映射的特殊色彩等。元数据标记和对应色调或色域调整信息可以存储在可以在显示端处存储或缓冲并且由映射装置稍后参照的数据结构（例如查找表）中（例如，见图6，示出在与图像数据的帧对应的元数据栅格上像素处设置的局部化色调或色域标记以及预先定义的色域元数据结构）。发送到显示端的后续元数据可以指示：特定局部化色调或色域标记与像素数据中的某些像素对应。映射装置可以继而使用这样的信息，以在存储的元数据结构中查找对这些像素进行的色调或色域调整，并且基于这些色调或色域调整而选择并且应用色调/色域映射方法。
方法25包括数据处理序列25B，其执行像素数据的映射。可以对图像数据14中的每个像素数据15重复序列25B。在块30中，接收像素数据。块30可以例如包括：从缓冲器检索下一像素数据；从存储器检索像素数据；在输入线路（例如并行或串行总线）上接收像素数据等。在块32中，将像素数据的色彩坐标与零个或多个保留色彩的集合进行比较。如果不存在保留色彩，则块32是可选的，并且无需被执行。如果正处理的像素数据的色彩坐标与保留色彩对应，则或者如路径33指示的那样，像素数据未映射而通过，或者像素数据通过块34，其仅执行像素数据的色调的映射（例如，块34可以扩展像素数据的动态范围或另外改变像素数据的照度值以适合下游应用）。在某些实施例中，对于表示图像的特定对象或区域的像素（例如表示皮肤、草地、天空等的像素）保留色调。相应地，保留色彩可以与用于描述这些对象的色彩对应。在色彩分级阶段色彩分级者可以设置保留色彩（例如色彩分级者可以指定某色调作为皮肤色调）。在像素数据的映射期间，可以保留保留色彩的预定余量内的色调。
在块36中，将与像素数据对应的位置信息与零个或多个特殊位置的集合进行比较。如果元数据尚未指定特殊位置，则块36是可选的，并且无需被执行。在已经标识特殊位置的情况下，块36确定用于像素数据的位置信息是否与特殊位置对应，如果对应，则在块38中对于像素数据使得位置特定映射有效。
在一些实施例中，特殊位置可以与不同类型的映射算法关联。例如，可以对于不同类型的光源提供不同的映射算法（或映射算法的不同变形）。例如，可以对于光发射对象和反射对象提供不同的映射算法。在一些实施例中，可以取决于用于与像素数据15相关的像素的位置特定元数据，根据以下算法来映射像素数据15：默认算法；用于发射对象的算法；或用于反射对象的算法。在这些实施例中，块38可以包括从多种算法中的选择。
在块39中，位置特定映射应用于像素数据，以获得映射像素数据。
在块40中，将（可以包括色调或照度值的）像素数据的色彩坐标与零个或多个特殊色彩区域的集合进行比较。特殊色彩区域可以包括色彩空间的单个点或色彩空间中的区域。如果尚未指定特殊色彩，则块40是可选的，并且可以被省略。如果像素数据的色彩坐标与色彩空间的特殊区域对应，则在块42中，选择色彩特定映射。在块43中，色彩特定映射应用于将像素数据映射到映射像素数据。
在块44中，根据一般性映射来映射不与保留色彩、特殊位置或特殊色彩对应的像素数据。在块45中，输出映射像素数据。块45可以包括例如将映射像素数据放置到串行或并行数据总线上，穿过有线或无线通信信道发送映射像素数据，将映射像素数据应用于另外的图像处理显示或再现硬件，将映射像素数据写入到存储器等。
在一些实施例中，元数据包括图像直方图或其它图像统计。映射算法可以使用该信息（例如当前图像的平均照度）以控制色调和/或色域映射。在一些实施例中，在映射当前图像的像素数据之前，图像统计对于数据处理序列25B可用。这可以允许甚至在接收用于图像的所有数据之前开始映射的情况下，像素数据的映射是基于图像的统计的。在一些实施例中，映射是局部的（即，在不考虑对于图像中的其它像素的像素数据15的值的情况下映射像素数据15的每个集合）。
用于图像数据帧的元数据所提供的图像直方图可以标识例如具有与直方图散列（bucket）中的每一个关联的照度范围内的照度值的每个色彩通道的像素的数量（例如，可以对于每个色彩通道提供256个24比特直方图散列）。图像直方图和/或图像统计可以用于分析图像数据。可以基于该图像数据分析而执行色调/色域映射。例如，在一些实施例中，可以基于整体区域的亮度或暗度的评估、与关于平均照度的亮区域或暗区域的重要性或从直方图或图像统计提取的其它准则来执行特殊色调/色域映射算法。在一些实施例中，色调/色域映射可以包括例如通过以下操作来实现亮图像区域与暗图像区域之间的平衡：调整待应用的色调曲线，从而更不着重于亮图像区域中的对象，或调整待应用的色调曲线，从而更着重于暗图像区域中的对象。
在一些实施例中，一般性元数据包括指定用于色调/色域映射装置的所选操作模式的信息。如果对于上游或下游设备标准化映射算法的实现，则该特征可以用于例如允许主管对在电视或其它下游设备处应用的色调/色域映射算法施加控制。在一些实施例中，由通常指示模式特性的代码标识所选操作模式。例如，合并有在此描述的色调/色域映射装置的一些电视可以支持在“vivid”、“cinema”、“standard”和“pro”模式当中的选择。不同的电视可以通过它们自己的方式来实现所支持的模式。
图3示出根据另一示例实施例的装置50。装置50包括元数据提取器52，其从图像数据14或一些其它源读取元数据21。控制器54响应于检测到的元数据而控制开关55。例如，控制器54可以响应于元数据21所指示的期望模式来设置开关55的位置。
开关55可以包括物理开关或逻辑开关。对于开关55的每个位置，使得映射算法的不同集合56对于映射逻辑57可用。所示实施例提供集合56A、56B和56C（统称为集合56）。每个集合56包括例如一般性算法57A、用于不同特定类型的光源的多种算法57B-1、57B-2和用于特定色彩或色彩区域的多种算法57C-1、57C-2。
在一些实施例中，电视或其它下游设备可以结合有被配置为接收对于待应用于视频数据14的映射算法的规范的色调/色域映射装置。规范可以是某些映射参数，例如查找表值、对装置所实现的色调和/或色域映射算法的操作的一些方面进行控制的参数，或在映射图像数据14的色调和/或色域中将由装置执行的一种或多种特殊算法的规范。可以在初始化时设置查找表，元数据可以用于索引查找表以选择期望的色调/色域映射。可以通过固定数据集合（可以包括并非内置于接收端处而是由用户所提供的数据）或通过元数据的发送来执行初始化。
表1提供可以在本发明的上下文中使用的位置特定元数据代码的一些示例的说明。表1所示的代码仅为示例。
表II提供可以在本发明的上下文中使用的色彩特定元数据代码的一些示例的说明。表II所示的代码仅为示例。
表III提供可以在本发明的上下文中使用的一般性元数据信息的一些示例的说明。表III所示的信息项仅为示例。
可以改动方法25中的操作的顺序。例如，正被处理的像素数据是否与特殊位置对应的确定可以在确定该像素数据是否与色彩空间中的特殊区域对应之后执行。在另一示例实施例中，如图2A所示，如果像素数据标识为与特殊位置对应，则执行块40A以执行确定像素数据是否也与色彩空间中的特殊点或区域对应。如果对应，则在块42A中选择位置特定和色彩特定的映射，并且该映射然后在块43A中应用于映射用于像素的色彩坐标。
在示例应用中，视频信号已经被色彩分级以显示在“标准色彩电视”上。然而，视频信号将显示在具有比标准电视更宽的色域并且还具有比标准电视更大的动态范围的电视上。在该应用中，可以期望的是，稍微提升输入视频数据的动态范围，然后稍微扩展输入视频数据的色域，以利用显示器的能力。例如以查找表集合的形式来提供默认映射，该默认映射提供动态范围和色域的合适扩展。为了促进该操作，可以将图像数据呈现或变换到包括色度和光亮度坐标的色彩空间中。
在色彩分级期间，特定色彩（例如比如在视频中图示的人的肉体中出现的色彩范围）标识为保留色彩。元数据标识这些保留色彩，从而映射将不改动肉体色调。此外，在视频内容的操作的准备中或在映射装置上游的后续位置处，处理视频图像以定位图像内的光源。生成标识那些光源的位置（并且，在一些情况下，光源的类型）的元数据。
将像素位置信息与光源的位置进行比较。如果正被处理的像素数据与光源的位置对应，则可应用不同映射。在一些实施例中，用于与光源对应的位置的所选映射比应用于未标识为与光源对应的区域的映射更积极地扩展动态范围。
图4示出根据示例实施例的映射逻辑60。在缓冲器或存储器62中接收正映射的像素数据15。比较单元64将像素数据15的色彩坐标与缓冲器或存储器66中的保留色彩坐标65的集合进行比较。第二比较单元68将该像素数据的位置信息与缓冲器或存储器70中的特殊位置69的集合进行比较。算法选择逻辑72基于比较单元64和68的输出而选择用于像素数据的适当映射算法。所示实施例具有均被配置为执行不同映射算法的若干并行映射通路75。算法选择逻辑72确定通路75中的哪一个将用于处理像素数据15。映射像素数据15’写入到存储器或缓冲器77。
可以通过任何合适的方式来实现通路75当中的选择。一些示例是：
●有选择地启用通路75中的一个；
●像素数据15仅应用于所选通路75；
●选择从其写入映射像素数据15’的一个通路75的输出。作为另一替选，算法选择单元72可以被配置为重新配置忙碌中的（onthefly）可编程或另外可配置的逻辑通路，以执行与比较单元64和68的输出对应的映射算法。比较单元64和68可以具有但不限于具有两个状态输出。在一些实施例中，比较单元64和68中的一个或二者的输出可以具有三个或更多个状态。
可以使得根据本发明的方法和装置可用的一些具体方式包括：
●包括根据本发明实施例的装置的图像处理芯片；
●结合有在此描述的色调和/或色域映射装置的机顶盒、电视、计算机监视器、投影仪和/或其它显示器；
●结合有在此描述的色调和/或色域映射装置的图像数据源（例如DVD播放器（例如Blu-ray播放器）、视频播放器、相机、移动电话等）；
●物理或非暂态计算机可读介质，其包括当被执行时配置可编程处理器和/或可配置逻辑装置以执行根据本发明的方法的固件或其它计算机可读指令；
●一个或多个中央处理单元（CPU）、一个或多个微处理器、一个或多个现场可编程门阵列（FPGA）、一个或多个专用集成电路（ASIC）、一个或多个图形处理单元（GPU）、或它们的任何组合或包括能够执行根据本发明的方法的硬件和/或软件的任何其它合适的处理单元；以及
●结合有在此描述的色调和/或色域映射装置的色彩分级工具。
虽然以上已经讨论了大量示例性方法和实施例，但本领域技术人员应认识到其特定修改、变换、添加和子组合。因此，随后所附权利要求以及下文提出的权利要求应被解释为在它们的真实精神和范围内包括所有这些修改、变换、添加和子组合。
因此，随后所附权利要求以及下文提出的权利要求应被解释为在它们的真实精神和范围内包括所有这些修改、变换、添加和子组合。
相应地，本发明可以合适地包括、包含或基本上包括在此描述的、当前现有的和/或随后开发的本发明的要素（各个部分或特征及其等同物。此外，可以在缺少任何要素的情况下实践在此示意性地公开的本发明，无论该要素是否具体地在此公开。显然，根据以上教导，本发明的大量修改和变化是可能的。因此，应理解，在所附权利要求的范围内，可以以除了在此具体描述的方式以外的其它方式实践本发明。
相应地，可以通过在此描述的任何形式实施本发明，包括但不限于描述本发明一些部分的结构、特征和功能的以下的列举示例实施例（EEE）：
EEE1、一种用于映射像素数据的方法，所述方法包括：将与所述像素数据对应的位置信息和一个或多个特殊位置的集合进行比较，并且响应于位置信息与一个或多个特殊位置的所述集合中的一个特殊位置匹配，根据特殊映射算法对所述像素数据执行色调和色域映射中的一个或二者。
EEE2、如EEE1所述的方法，包括：将所述像素数据的色彩坐标与一个或多个保留色彩的集合进行比较，并且响应于色彩坐标与保留色彩的所述集合中的一个保留色彩匹配，禁止所述像素数据的色域映射。
EEE3、如EEE1所述的方法，包括：将所述像素数据的色彩坐标与一个或多个特殊色彩区域的集合进行比较，并且响应于色彩坐标与特殊色彩区域的所述集合中的一个特殊色彩区域对应，选择色彩特定映射并且根据所述色彩特定映射来映射所述像素数据。
EEE4、如EEE1所述的方法，包括：接收并且存储包括指定一个或多个特殊位置的所述集合的信息的元数据。
EEE5、如EEE2所述的方法，包括：接收并且存储包括指定一个或多个保留色彩的所述集合的信息的元数据。
EEE6、如EEE3所述的方法，包括：接收并且存储包括指定一个或多个特殊色彩区域的所述集合的信息的元数据。
EEE7、如EEE4至6中的任一项所述的方法，其中，接收所述元数据包括：从包含所述像素数据的信号或文件提取所述元数据。
EEE8、如EEE1所述的方法，其中，所述特殊位置包括多种类型的特殊位置，并且所述方法包括：基于所述位置信息所匹配的特殊位置的类型而从多种预定特殊算法选择所述特殊映射算法。
EEE9、如EEE8所述的方法，其中，所述特殊位置的类型包括发射光源和反射光源中的一个。
EEE10、如EEE1至9中的任一项所述的方法，所述方法包括：
接收关于所述像素数据的照度或色度值的统计信息；以及
通过部分地基于所述统计信息的映射来将所述像素数据映射到映射像素数据。
EEE11、如EEE10所述的方法，其中，所述统计信息包括具有与多个预先定义的直方图散列中的一个关联的照度范围内的照度值的各色彩通道的像素数量的直方图。
EEE12、图像处理装置，包括：
多个并行通路，均被配置为根据对应映射算法而将像素数据映射到映射像素数据；
算法选择逻辑，被配置为至少部分地基于与特定像素数据对应的位置信息而选择用于映射特定像素数据的所述多个通路中的一个通路。
EEE13、如EEE12所述的图像处理装置，包括包含特殊位置集合的缓冲器或存储器以及被配置为将所述像素数据的位置信息与所述特殊位置集合中的位置进行比较的第一比较单元，其中，所述算法选择逻辑被配置为至少部分地基于所述第一比较单元的输出而选择所述多个通路中的一个。
EEE14、如EEE13所述的图像处理装置，包括包含指定一个或多个特殊色彩的信息的缓冲器或存储器以及被配置为将所述像素数据的色彩坐标与特殊色彩的集合进行比较的第二比较单元，其中，所述算法选择逻辑被配置为至少部分地基于所述第二比较单元的输出而选择所述多个通路中的一个。
EEE15、一种用于映射图像数据中的像素数据的色调、色域或色调和色域二者的方法，所述方法包括：
在映射装置处接收图像的像素数据；
在所述映射装置处接收元数据，所述元数据包括以下项中的一个或多个：
指定一个或多个特殊位置的集合的信息；
指定一个或多个保留色彩的集合的信息；以及
指定一个或多个特殊色彩区域的集合的信息；以及
根据至少部分地基于从所述元数据确定的映射参数的算法将所述像素数据映射到映射像素数据。
EEE16、如EEE15所述的方法，其中，所述元数据包括指定一个或多个特殊位置的集合的信息，所述方法包括：将与所述像素数据对应的位置信息和一个或多个特殊位置的所述集合进行比较，并且响应于位置信息与一个或多个特殊位置的所述集合中的一个特殊位置匹配，根据特殊映射算法对所述像素数据执行色调和色域映射中的一个或二者。
EEE17、如EEE16所述的方法，其中，所述元数据包括指定一个或多个保留色彩的集合的信息，所述方法包括：将所述像素数据的色彩坐标和一个或多个保留色彩的所述集合进行比较，并且色彩坐标响应于与保留色彩的所述集合中的一个保留色彩匹配，禁止所述像素数据的色域映射。
EEE18、如EEE17所述的方法，其中，所述元数据包括指定一个或多个特殊色彩区域的集合的信息，所述方法包括：将所述像素数据的色彩坐标与一个或多个特殊色彩区域的所述集合进行比较，并且响应于色彩坐标与特殊色彩区域的所述集合中的一个特殊色彩区域对应，选择色彩特定映射并且根据所述色彩特定映射来映射所述像素数据。
EEE19、如EEE18所述的方法，其中，所述元数据包括具有与多个预先定义的直方图散列中的一个关联的照度范围内的照度值的各色彩通道的像素的数量的直方图，所述方法包括：
分析所述直方图以评估所述图像的亮度或暗度；以及至少部分地基于所述图像的亮度或暗度的评估而生成用于映射所述像素数据的色调曲线。
EEE20、如EEE19所述的方法，其中，接收所述元数据包括：从包含所述像素数据的信号或文件提取所述元数据。
EEE21、如EEE16所述的方法，其中，所述特殊位置包括多种类型的特殊位置，所述方法包括：基于所述位置信息所匹配的特殊位置的类型而从多种预定的特殊算法选择所述特殊映射算法。
EEE22、如EEE21所述的方法，其中，所述特殊位置的类型包括发射光源和反射光源中的一个。
EEE23、如EEE15所述的方法，包括：
至少部分地基于色彩分级者所调整的所述像素数据的色调或色域参数而生成所述元数据；以及
对图像数据中的所述元数据进行编码，以用于发送到所述映射装置。
EEE24、如EEE23所述的方法，其中，生成所述元数据包括：定义用于帧或场景的局部化元数据定义，所述方法包括：在用于帧或场景的图像数据之前，将所述局部化元数据定义传送到所述映射装置。
EEE25、如EEE24所述的方法，其中，接收所述元数据包括：从包含所述像素数据的图像数据提取所述元数据。
EEE26、一种用于映射图像数据中的像素数据的色调、色域或色调和色域二者的装置，所述装置包括：
元数据提取单元，被配置为从图像数据提取元数据；
配置单元，被配置为接收所提取的元数据并且至少部分地基于所提取的元数据而生成映射参数集合，其中，所述映射参数包括以下项中的一个或多个：位置参数和色彩参数；以及
映射单元，被配置为接收所述映射参数集合以及用于图像的图像数据中的像素数据，并且至少部分地基于所述映射参数集合而将所述像素数据映射到映射像素数据。
EEE27、如EEE26所述的装置，其中，所述映射单元被配置为将与所述像素数据对应的位置信息与在所述位置参数中定义的一个或多个特殊位置的集合进行比较，并且响应于位置信息与一个或多个特殊位置的所述集合中的一个特殊位置匹配，根据特殊映射算法对所述像素数据执行色调和色域映射中的一个或二者。
EEE28、如EEE27所述的装置，其中，所述映射单元被配置为将所述像素数据的色彩坐标与所述色彩参数中定义的一个或多个保留色彩的集合进行比较，并且响应于色彩坐标与保留色彩的所述集合中的一个保留色彩匹配，禁止所述像素数据的色域映射。
EEE29、如EEE28所述的装置，其中，所述映射单元被配置将所述像素数据的色彩坐标和所述色彩参数中定义的一个或多个特殊色彩区域的集合进行比较，并且响应于色彩坐标与特殊色彩区域的所述集合中的一个特殊色彩区域对应，选择色彩特定映射并且根据所述色彩特定映射而映射所述像素数据。
EEE30、如EEE26所述的装置，其中，所述配置单元生成的映射参数包括以下项中的一个或多个：
对于待显示所述图像数据的显示器特定的一般性配置参数；
统计图像参数；以及
用于主管的所选操作模式的参数。

Claims (40)

1.一种用于映射像素数据的方法，所述方法包括：
将与所述像素数据对应的图像帧内的位置信息与所述图像帧内的一个或多个特殊位置的集合进行比较，所述特殊位置与特殊映射算法相关联；
将所述像素数据的色彩坐标和一个或多个保留色彩的集合进行比较，所述保留色彩被指定为不受映射变换影响；
将所述像素数据的色彩坐标与一个或多个特殊色彩区域的集合进行比较，所述特殊色彩区域与色彩特定映射相关联；并且
基于用于色彩分级者所调整的所述像素数据的包含所述特殊位置、保留色彩和特殊色彩区域的色调或色域参数而生成元数据。
2.如权利要求1所述的方法，包括：
响应于所述色彩坐标与保留色彩的所述集合中的一个保留色彩相匹配，禁止所述像素数据的色域映射。
3.如权利要求2所述的方法，包括：
接收并且存储包括指定一个或多个保留色彩的所述集合的信息的元数据。
4.如权利要求3所述的方法，其中，接收所述元数据包括：从包含所述像素数据的信号或文件提取所述元数据。
5.如权利要求2所述的方法，所述方法包括：
接收关于所述像素数据的照度或色度值的统计信息；以及
通过部分地基于所述统计信息的映射来将所述像素数据映射到映射像素数据。
6.如权利要求1所述的方法，包括：
响应于所述色彩坐标与特殊色彩区域的所述集合中的一个特殊色彩区域相对应，选择色彩特定映射并且根据所述色彩特定映射来映射所述像素数据。
7.如权利要求6所述的方法，包括：
接收并且存储包括指定一个或多个特殊色彩区域的所述集合的信息的元数据。
8.如权利要求7所述的方法，其中，接收所述元数据包括：从包含所述像素数据的信号或文件提取所述元数据。
9.如权利要求8所述的方法，所述方法包括：
接收关于所述像素数据的照度或色度值的统计信息；以及
通过部分地基于所述统计信息的映射来将所述像素数据映射到映射像素数据。
10.如权利要求1所述的方法，包括：
接收并且存储包括指定一个或多个特殊位置的所述集合的信息的元数据。
11.如权利要求10所述的方法，其中，接收所述元数据包括：从包含所述像素数据的信号或文件提取所述元数据。
12.如权利要求1所述的方法，其中，特殊位置包括多种类型的特殊位置，并且
所述方法包括：基于所述位置信息所匹配的特殊位置的类型而从多种预定的特殊算法中选择所述特殊映射算法。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述特殊位置的类型包括发射光源和反射光源中的一个。
14.如权利要求1所述的方法，所述方法包括：
接收关于所述像素数据的照度或色度值的统计信息；以及
通过部分地基于所述统计信息的映射来将所述像素数据映射到映射像素数据。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述统计信息包括具有与多个预先定义的直方图散列中的一个相关联的照度范围内的照度值的各色彩通道的像素数量的直方图。
16.如权利要求1所述的方法，包括：
响应于所述位置信息与一个或多个特殊位置的所述集合中的一个特殊位置相匹配，根据特殊映射算法对所述像素数据执行色调和色域映射中的一个或二者。
17.一种图像处理装置，包括色彩分级处理器，所述色彩分级处理器被配置为：
接收图像的像素数据；
基于能够由色彩分级者选择的色调或色域参数生成元数据，其中所述参数包括：
图像帧内的一个或多个特殊位置，所述特殊位置与特殊映射算法相关联；
一个或多个保留色彩；所述保留色彩被指定为不受映射变换影响；以及
一个或多个特殊色彩区域，所述特殊色彩区域与色彩特定映射相关联。
18.如权利要求17所述的图像处理装置，包括
包含特殊位置的集合的缓冲器或存储器，以及
第一比较单元，被配置为将所述像素数据的位置信息与特殊位置的所述集合中的位置进行比较。
19.如权利要求18所述的图像处理装置，包括
包含指定一个或多个特殊色彩的信息的缓冲器或存储器，以及
第二比较单元，被配置为将所述像素数据的色彩坐标与所述特殊色彩的集合进行比较。
20.如权利要求17所述的图像处理装置，包括
多个并行的通路，每一通路被配置为根据对应的映射算法而将像素数据映射到映射像素数据；
算法选择逻辑，被配置为至少部分地基于与特定像素数据对应的位置信息而选择用于映射所述特定像素数据的所述多个通路中的一个通路。
21.一种用于映射图像数据中的像素数据的色调、色域或色调和色域二者的方法，所述方法包括：
在映射装置处接收图像的像素数据；
在所述映射装置处接收元数据，所述元数据包括以下中的一个或多个：
指定图像帧内的一个或多个特殊位置的集合的信息，所述特殊位置与特殊映射算法相关联；
指定一个或多个保留色彩的集合的信息，所述保留色彩被指定为不受映射变换影响；以及
指定一个或多个特殊色彩区域的集合的信息，所述特殊色彩区域与色彩特定映射相关联；以及
根据至少部分地基于从所述元数据确定的映射参数的算法将所述像素数据映射到映射像素数据。
22.如权利要求21所述的方法，包括：
至少部分地基于色彩分级者所调整的所述像素数据的色调或色域参数而生成所述元数据；以及
将所述元数据编码到图像数据中以便发送到所述映射装置。
23.一种用于映射像素数据的装置，所述装置包括：
用于将与所述像素数据对应的图像帧内的位置信息与所述图像帧内的一个或多个特殊位置的集合进行比较的部件，所述特殊位置与特殊映射算法相关联；
用于将所述像素数据的色彩坐标和一个或多个保留色彩的集合进行比较的部件，所述保留色彩被指定为不受映射变换影响；
用于将所述像素数据的色彩坐标与一个或多个特殊色彩区域的集合进行比较的部件，所述特殊色彩区域与色彩特定映射相关联；并且
用于基于用于色彩分级者所调整的所述像素数据的包含所述特殊位置、保留色彩和特殊色彩区域的色调或色域参数而生成元数据的部件。
24.如权利要求23所述的装置，包括：
用于响应于所述色彩坐标与保留色彩的所述集合中的一个保留色彩相匹配，禁止所述像素数据的色域映射的部件。
25.如权利要求24所述的装置，包括：
用于接收并且存储包括指定一个或多个保留色彩的所述集合的信息的元数据的部件。
26.如权利要求25所述的装置，其中，用于接收所述元数据的部件包括：用于从包含所述像素数据的信号或文件提取所述元数据的部件。
27.如权利要求24所述的装置，所述装置包括：
用于接收关于所述像素数据的照度或色度值的统计信息的部件；以及
用于通过部分地基于所述统计信息的映射来将所述像素数据映射到映射像素数据的部件。
28.如权利要求23所述的装置，包括：
用于响应于所述色彩坐标与特殊色彩区域的所述集合中的一个特殊色彩区域相对应，选择色彩特定映射并且根据所述色彩特定映射来映射所述像素数据的部件。
29.如权利要求28所述的装置，包括：
用于接收并且存储包括指定一个或多个特殊色彩区域的所述集合的信息的元数据的部件。
30.如权利要求29所述的装置，其中，用于接收所述元数据的部件包括：用于从包含所述像素数据的信号或文件提取所述元数据的部件。
31.如权利要求30所述的装置，所述装置包括：
用于接收关于所述像素数据的照度或色度值的统计信息的部件；以及
用于通过部分地基于所述统计信息的映射来将所述像素数据映射到映射像素数据的部件。
32.如权利要求23所述的装置，包括：
用于接收并且存储包括指定一个或多个特殊位置的所述集合的信息的元数据的部件。
33.如权利要求32所述的装置，其中，用于接收所述元数据的部件包括：用于从包含所述像素数据的信号或文件提取所述元数据的部件。
34.如权利要求23所述的装置，其中，特殊位置包括多种类型的特殊位置，并且
所述装置包括：用于基于所述位置信息所匹配的特殊位置的类型而从多种预定的特殊算法中选择所述特殊映射算法的部件。
35.如权利要求34所述的装置，其中，所述特殊位置的类型包括发射光源和反射光源中的一个。
36.如权利要求23所述的装置，所述装置包括：
用于接收关于所述像素数据的照度或色度值的统计信息的部件；以及
用于通过部分地基于所述统计信息的映射来将所述像素数据映射到映射像素数据的部件。
37.如权利要求36所述的装置，其中，所述统计信息包括具有与多个预先定义的直方图散列中的一个相关联的照度范围内的照度值的各色彩通道的像素数量的直方图。
38.如权利要求23所述的装置，包括：
用于响应于所述位置信息与一个或多个特殊位置的所述集合中的一个特殊位置相匹配，根据特殊映射算法对所述像素数据执行色调和色域映射中的一个或二者的部件。
39.一种用于映射图像数据中的像素数据的色调、色域或色调和色域二者的装置，所述装置包括：
用于在映射装置处接收图像的像素数据的部件；
用于在所述映射装置处接收元数据的部件，所述元数据包括以下中的一个或多个：
指定图像帧内的一个或多个特殊位置的集合的信息，所述特殊位置与特殊映射算法相关联；
指定一个或多个保留色彩的集合的信息，所述保留色彩被指定为不受映射变换影响；以及
指定一个或多个特殊色彩区域的集合的信息，所述特殊色彩区域与色彩特定映射相关联；以及
用于根据至少部分地基于从所述元数据确定的映射参数的算法将所述像素数据映射到映射像素数据的部件。
40.如权利要求39所述的装置，包括：
用于至少部分地基于色彩分级者所调整的所述像素数据的色调或色域参数而生成所述元数据的部件；以及
用于将所述元数据编码到图像数据中以便发送到所述映射装置的部件。
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