CN103597812B - 用于高动态范围视频的图形处理设备及方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理视频信息的设备具有输入单元（112）和视频处理器（113），该输入单元用于接收具有低动态范围[LDR]视频数据和/或高动态范围[HDR]视频数据的视频信息，该视频处理器用于生成显示信号以便以LDR显示模式或HDR显示模式进行显示。图形数据被处理以便生成用于叠加视频数据的叠加物。该输入单元接收视频信息中所包括的图形处理控制数据，该图形处理控制数据包括用于在HDR显示模式中叠加图形数据的至少一个HDR处理指令。该视频处理器被构建用于在叠加图形数据时依据具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适。有利地，使得视频信息的源能够经由HDR处理指令来控制图形在HDR显示模式中的处理。

Description

用于高动态范围视频的图形处理设备及方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理视频信息的设备，该设备包括输入单元和视频处理器，输入单元用于接收视频信息，视频信息包括低动态范围[LDR]视频数据和/或高动态范围[HDR]视频数据，视频处理器用于通过处理视频数据以便以作为LDR显示模式和HDR显示模式中的任一种的具体显示模式进行显示、并且处理图形数据以便生成用于叠加视频数据的叠加物，来生成显示信号。
本发明进一步涉及一种用于传输视频信息的视频信号，以及一种用于生成视频信息的设备，一种用于处理视频信息的方法以及一种用于生成视频信息的方法。
本发明涉及在高动态范围[HDR]显示器上显示视频信息的领域。当前正在研发这样的显示单元，其能够提供高亮度水平以及图像的黑暗部分与图像的明亮部分之间的非常高的对比度。为了对这样的显示器的能力加以充分利用，可以通过提供经调适的视频信息（例如其具有考虑了更高亮度和HDR对比度范围的更高分辨率）来改善视频信息。为了与HDR相区别，传统的视频信息在本文档中被称作低动态范围[LDR]视频。照此，为了改善的对比度，可以以HDR显示模式将LDR视频信息显示在HDR显示单元上。然而，当视频信息自身以HDR视频格式生成时，例如在为了更佳的视觉效果或者在明亮或黑暗区域中有所改进的可见度而采用增强的分辨率，同时通过使用稍有不同的颜色而避免视觉条带时，实现更为引人注目的图像。除了提升图像数据的精确度之外，电影导演例如可以通过强调爆发（explosion）而在局部提升体验，和/或改善明亮或黑暗场景/区域中的可见度。诸如弹出菜单或字幕之类的图形数据可以包括在视频信息中以便进行叠加。
视频处理设备可以是蓝光盘播放器并且可以经由适当接口耦合至如支持HDR的电视机或监视器的显示设备，该接口优选为如HDMI的高速数字接口。HDR显示器还可以与视频处理设备结合。
背景技术
文献US2004/0067041描述了一种具有用于管理图形数据的再现的数据结构的记录介质，以及记录和再现方法及装置。该记录介质包括让至少一个图形图像信息分段以及至少一个调色板信息分段记录于其中的图形信息区域。每个调色板信息分段提供颜色信息。每个图形图像信息分段提供用于再现一个或多个图形图像的再现信息。建议了多个颜色调色板，每个调色板对应于主视频的处于8位和24位之间的不同颜色深度。
发明内容
US2004/0067041中所提出的用于图形数据的数据结构使得能够使用不同颜色的调色板之一，不同调色板对应于图形数据的不同分辨率。不同图形图像可以同时叠加在主视频上，不同图形图像具有不同的大小和颜色深度。然而，这样的视频信息格式可能在接收器处导致困难或附加成本。例如，必须包括相应调色板以便以特定颜色深度显示图形图像。实际的颜色深度可以在再现设备中根据图形图像的重要程度和大小来确定。
已知图形数据结构具有的问题在于，当再现设备中的优选显示模式改变时，图形数据结构的不同调色板和大小导致的结果是，使用预定义调色板而基于图形图像来预定义且固定地生成叠加物。
本发明的目的是提供一种用于显示视频信息的系统，其中生成叠加物能够适应于优选显示模式。
出于该目的，根据本发明的第一方面，在如开始段落中所描述的用于处理视频信息的设备中，输入单元被构建用于接收在视频信息中所包括的图形处理控制数据，该图形处理控制数据包括用于在HDR显示模式中叠加图形数据的至少一个HDR处理指令，并且视频处理器被构建用于在叠加图像数据时依据具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适。当对HDR视频或图像进行编码时，能够以不同方式来完成它。例如，可以使用12或16位的字用于像素颜色的辉度，并且使用微弱非线性（faint non-linearity）对场景中的宽范围辉度进行编码。还可以利用强非线性以8位字对HDR场景进行编码，其随后也相对适合于也在LDR显示器上立即进行显示，但是也可转换为对于在任意HDR显示器上呈现场景的完整HDR内容而言最优的那样的驱动信号（例如，2000或15000 尼特峰值亮度）。当前，如字幕之类的任意图形可以以这样的方式进行编码，其中如果要立即使用图形像素代码（例如，作为“图形白色”的某数值）而没有进一步优化，则根据呈现时的实际显示和观看环境等，但是也可能还根据图形的类型（像例如，其大小或在屏幕上的位置），该白色可能被感知为例如过于明亮或过于黯淡。利用所提出的HDR处理指令，可以最佳地调谐图形（其通常被感知为LDR，但是最终，至少在通过一起显示在HDR画面上而进行协调时——也被感知为HDR），而无论其是针对如用于呈现的显示器之类的一些配置必须向上还是针对其他配置必须向下，并且无论（多个）（HDR）图像和图形被编码的不同方式。控制信息允许接收显示器被操作为创建侧所预见的类型之一，或者自己确定所提供的视频/图像的共同呈现选项中的哪一个选项是最优的。
根据本发明另外的方面，该视频信号用于向视频处理设备传输视频信息，该视频信息包括低动态范围[LDR]视频数据和/或高动态范围[HDR]视频数据，该视频信号包括视频信息中所包括的图形处理控制数据，该图形处理控制数据包括用于在HDR显示模式中叠加图形数据的至少一个HDR处理指令，以便在叠加图形数据时根据具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适。
根据本发明另外的方面，一种光学记录载体包括光学可读痕迹的轨道，其中所述痕迹代表以上的视频信号。
根据本发明另外的方面，一种用于生成视频信息的设备包括用于向视频处理设备传输视频信息的输出单元，该视频信息包括低动态范围[LDR]视频数据和/或高动态范围[HDR]视频数据，该视频处理设备被布置为通过处理视频数据以便以作为LDR显示模式和HDR显示模式中任意一种的具体显示模式进行显示、并且处理图形数据以便生成用于叠加视频数据的叠加物，来生成显示信号；以及用于生成视频信息的该设备包括用于生成包括图形处理控制数据的视频信息的视频处理器，该图形处理控制数据包括用于在HDR显示模式中叠加图形数据的至少一个HDR处理指令，以便在该视频处理设备中，在叠加图形数据时依据具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适。
根据本发明另外的方面，一种处理视频信息的方法包括：处理视频数据以便以作为LDR显示模式和HDR显示模式中任意一种的具体显示模式进行显示；处理图形数据以便生成用于叠加视频数据的叠加物；接收视频信息中所包括的图形处理控制数据，该图形处理控制数据包括用于在HDR显示模式中叠加图形数据的至少一个HDR处理指令；并且在叠加图形数据时依据具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适。
根据本发明另外的方面，一种生成视频信息的方法包括：生成图形处理控制数据，该图形处理控制数据包括用于在HDR显示模式中叠加图形数据的至少一个HDR处理指令，以便在视频处理设备中，在叠加图形数据时依据具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适；以及将该图形处理控制数据包括在视频信息中。
而且，一种用于处理视频信息的计算机程序产品可进行操作以使得处理器执行如以上所定义的方法。
该图形处理控制数据包括用于叠加图形数据的HDR处理指令，比如要被应用于对HDR模式中的处理进行调适而生成叠加物或者应用于对主视频的处理进行调适的图形命令或设置。特别地，所述图形指令定义要在具体显示器处于HDR显示模式时被应用的处理。该视频处理器被布置为在叠加图形数据时对图形数据和/或视频数据的处理进行调适。
所述措施具有的效果在于，根据视频处理设备中根据图形处理控制数据中所包括的所述相应HDR处理指令而确定的具体显示模式，来控制图形数据和/或视频数据的处理的调试。因此，该图形处理控制数据定义并控制再现设备中所执行的实际处理操作，原因在于相应HDR处理指令在视频信息的来源处提供。有利地，使得视频信息的作者能够在以HDR显示模式生成显示时对图形数据的显示进行控制。例如，可以避免为了在LDR模式或HDR模式中显示视频而制造单独图形物品的努力，这是因为能够通过在创作侧的控制下对接收侧处的处理进行适当调适而使用单个图形物品集合。
本发明还基于以下认识。在扩展用于HDR的现有视频系统时，可在高级显示设备中使用的高对比率（contrast ratio）被用来实现生动且真实的视频图像。然而，发明人已经看到，当在这样的HDR显示模式中叠加图形时，可能出现若干问题。例如，伴随着在HDR视频的上面叠加（半透明）图形时可能出现的问题是，HDR视频中的一些场景可能格外明亮。这将明显降低同时显示的诸如字幕或菜单之类的图形的辨识度。另一种可能出现的问题在于，字幕中的字符可能变得过于明亮而变得使读者厌烦或疲劳。而且，极端明亮的字幕或菜单可能导致光环效应或眩光，并且因此降低视频的感知质量。发明人已经通过在视频信息中提供所述HDR处理指令解决了这样的问题，其能够被新颖的视频处理设备所处理，该视频处理设备通过对主视频进行解码来处理到来的视频并且随后按照所述HDR处理指令的指示叠加图形数据。
可选地，视频信息包括定义用于生成叠加物的参数的分段，所述分段具有相应分段类型，所述分段包括用于构建图形处理控制数据的HDR处理定义类型的HDR处理定义分段，并且该视频处理器被布置为根据来自HDR处理定义分段的HDR处理指令对所述处理进行调适。有利地，使用定义视频参数的分段对视频信息的格式进行扩展，所述分段还可以被用于其他解码信息。
可选地， 图形数据包括定义至少一个LDR颜色调色板的LDR调色板信息以及定义至少一个HDR颜色调色板的HDR调色板信息，并且该图形处理控制数据包括用于选择HDR调色板的调色板选择指令，并且该视频处理器被布置为依据该调色板选择指令而在HDR显示模式中选择HDR颜色调色板。该视频数据包括LDR颜色调色板和HDR颜色调色板二者，并且该调色板选择指令使得能够在HDR显示模式中选择相应调色板。
可选地，图形处理控制数据包括相对于LDR显示模式中的透明度定义透明度降低的透明度指令，并且该视频处理器被布置为依据该透明度指令而在HDR显示模式中对叠加物中的图形数据的透明度进行调适。有利地，可以针对相应HDR视频场景对图形数据的透明度进行调适。
可选地，该图形处理控制数据包括定义在具体显示模式是HDR显示模式时是否将视频数据的处理切换至LDR显示模式的视频切换指令，并且该视频处理器被布置为依据该视频切换指令，在具体显示模式是HDR显示模式时，在叠加视频数据时将视频数据切换至LDR显示模式，或者该图形处理控制数据包括定义在具体显示模式是HDR显示模式时是否获取HDR图形数据流的图形选择指令，并且该视频处理器被布置为依据该图形选择指令，在具体显示模式为HDR显示模式时，在叠加视频数据时使用HDR图形数据。有利地，可以在叠加图形数据时将视频显示临时切换至LDR模式，或者图形处理可以被设置为使用专用的HDR图形流。
可选地，该图形处理控制数据包括相对于LDR显示模式中的辉度定义辉度降低的辉度指令，并且该视频处理器被布置为依据该辉度指令，在HDR显示模式中定义叠加物中的图形数据的辉度。有利地，可以在以HDR显示模式进行显示时方便地调节图形数据的辉度。
可选地，该图形处理控制数据包括定义在HDR显示模式中叠加弹出图形数据时的HDR处理指令的弹出处理描述符。有利地，在设备被激活以显示例如弹出菜单或按钮时根据相应HDR处理指令对所述处理进行调适。
可选地，该图形处理控制数据包括定义在HDR显示模式中叠加字幕图形数据时的HDR处理指令的字幕处理描述符。有利地，在设备被激活以显示字幕时，根据相应HDR处理指令对所述处理进行调适。因此，当在HDR模式中显示字幕时，特定处理被激活。
可选地，该视频处理器被布置为依据从被连接以接收显示信号的显示设备获取的显示能力信息，来设置具体显示模式。
可选地，该视频处理器被布置为依据从被连接以接收显示信号的显示设备接收的显示模式信息，来设置具体显示模式。有利地，所述处理可以自动适应于相应显示模式。
可选地，该视频处理器被布置为依据视频信息中所包括的指示视频信息的动态范围的动态范围信息，来设置具体显示模式。有利地，所述处理可以自动地适应于所接收的视频信息。
可选地，该视频处理器被布置为依据基于用户设置的显示模式偏好，来设置具体显示模式。有利地，所述处理可以根据用户设置而适应于相应显示模式。
以上选项可以被适当组合以便构建根据本发明的设备和方法的另外的优选实施例。另外的实施例在所附权利要求中给出，其公开通过引用合并于此。以上或者从属权利要求中针对特定方法或设备定义的特征相应地应用于其他设备或方法。
附图说明
通过以下描述中通过示例描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见，并且通过进一步参考以下描述中通过示例描述的实施例，本发明的这些和其他方面将被阐明，其中
图1示出了用于传输视频信息的系统，
图2示出了接收设备中的视频处理系统，
图3示出了具有图形的BD数据流，
图4示出了分段的类型，
图5示出了图形处理控制数据，
图6示出了用于弹出图形的HDR图形处理指令，
图7示出了用于字幕图形的HDR图形处理指令，
图8示出了用于仅具有LDR视频数据的视频信息的输入流的HDR图形处理指令，
图9示出了针对仅具有LDR视频数据的视频信息的输入流而经由图形处理控制数据和显示模式进行控制的视频处理，以及
图10示出了针对具有LDR和HDR视频数据的视频信息的输入流而经由图形处理控制数据和显示模式进行控制的视频处理。
附图仅是图示性的而并非依比例进行绘制。在附图中，与已经描述过的部件相对应的部件具有相同的附图标记。
具体实施方式
与常见显示器相比，高动态范围（HDR）显示器可以提供高得多的光输出以及在黑色和白色之间的高得多的对比度。这样的显示器在背光源中可以具有高效LED的矩阵，其向显示器提供40.000:1和更高的动态范围。这样大的动态范围与高（局部）光输出相结合大幅提高了显示器上示出的图像的真实性。为了充分使用这些显示器的大动态范围和高亮度，内容也必须在辉度和颜色上支持足够的保真度和分辨率。
在若干标准中描述了音视频（A/V）内容的配送，比如例如用于广播的DVB以及用于封装媒体的蓝光盘或DVD。将使用这些标准传送的数字视频内容采样为YUV 4:2:0或更好地，YUV 4:2:2，并且通过使用来自MPEG组的标准对其编码。在传送之后，内容被解码并且在诸如蓝光盘播放器之类的实施相关标准的设备上进行回放。随后通过使用适当的接口，经解码的内容被传送至显示器。根据传统标准编码的视频在本文档中被称作低动态范围（LDR）视频。所述标准可以被扩展以支持HDR视频。
蓝光盘（BD）标准支持用于字幕、全屏菜单、动画和弹出图形的图形叠加物。而且，BD播放器典型地以屏上显示（On Screen Display OSD）菜单为特色。因此，也可以局部地生成图形信息。与在HDR显示器上在视频背景的上面叠加图形相关的若干问题被解决。例如，可能出现的一个问题是，字幕中的字符可能变得过于明亮而使得其变得使读者厌烦或疲劳。可能伴随着在HDR视频的上面叠加（半透明）图形而出现的另一个问题是，HDR视频中的一些场景可能格外明亮。这将明显降低诸如同时显示的字幕或菜单之类的图形的辨识度。本文描述了，根据所显示的视频类型（LDR或HDR视频）对如字幕或弹出菜单的图形的处理进行调适。而且，在数据流仅包含一种视频（LDR或HDR）的情况下，当在HDR显示器上显示结合了图形的该视频时，问题可能出现。因此，所提出的解决方案与包含LDR视频数据、HDR视频数据或LDR和HDR视频数据二者的视频信息相关。
所概括的各种问题得以被所提出的系统所解决，诸如：
- 确保支持HDR的盘在传统播放器上正确播放；
- 图形与视频背景的格外明亮的区域的半透明叠加可能使得诸如字幕或菜单之类的图形不可读；
- 字幕可以由于极端亮度而变得令人厌烦或疲劳；
- 极为明亮的字幕或弹出菜单可能对所感知的视频质量有负面影响。这可以由光环效应或眩光所导致；
- 针对例如菜单和字幕之类的不同类型的图形内容，在HDR显示器上进行显示的情况下所需要的图形处理可能有所不同。
图1示出了用于传输视频信息的系统。该系统具有视频源100，视频源100提供要经由传输介质130传输至视频处理设备110的视频传输信号104，该传输介质130例如是光盘140、互联网或广播网络。该处理器设备构成了接收器，该接收器将来自记录介质或广播的视频信号111接收到输入单元112中。该接收器向HDR显示设备120提供显示信号114，例如向能够以高动态范围（HDR）显示模式显示视频的电视或投影系统提供HDMI信号。可替换地，该接收器可以连接至LDR显示设备（未示出）并且于是可以生成LDR显示信号。该接收器可以是如蓝光盘（BD）播放器或机顶盒（STB）或卫星接收器之类的单独设备。可替换地，接收器110和HDR显示器120被组合在单个设备中，如具有内建的数字调谐器和视频处理器的数字HDR电视。
该系统被布置为以在视频传输信号中进行多路复用的多个数据流来传输视频信息，这例如是根据已知如此的视频格式。该视频信息包括低动态范围[LDR]视频数据和/或高动态范围[HDR]视频数据，并且还可以包括如字幕或菜单的图形数据。在视频源设备100的主输入101上提供HDR视频数据。图形数据可以在视频源100的辅助输入102上提供，并且被布置为显示在主视频数据上的叠加物之中，诸如字幕。所要注意的是，可以包括多个图形数据流。如弹出菜单的另外的图形数据可以在单独图形流中进行编码，其通常在多路复用的实时视频数据流以外单独传输（所谓的复用外（out-of-mux）），以使得能够在任意时刻预加载和激活。而且，可以在下游生成附加图形数据，例如在接收器110中的接收侧生成菜单。
在来源一侧，该系统供给用于在视频传输信号中包括如以下所描述的图形处理控制数据的功能。该图形处理控制数据包括用于在HDR显示模式下叠加图形数据的至少一个HDR处理指令。所述功能可以在源设备中的视频处理器103中实施，但是也可以在基于专用计算机程序的创作系统、广播工作室等中执行。
通过根据视频传输格式布置HDR视频数据来处理主视频。根据可应用的传输标准，该系统向接收器提供指示参数的控制数据，以使得该接收器能够再现主视频数据并且叠加图形数据。最后，如以上所描述的，对视频传输信号104中的数据传输流（包括如以下详细描述的图形处理控制数据）进行整合，以便经由传输介质130进行传输。
用于传输HDR视频信息和图形处理控制数据的视频传输信号104经由传输介质130进行传输，该传输介质130例如是如BD的光盘140、公共电视传输网络、卫星网络、互联网等。在视频信号中，传输流代表HDR视频信息。视频信息传输平台是数字视频广播（DVB）。DVB应用针对陆地、电缆、卫星和移动的各种标准以便传送音频/视频、图形（字幕等）和交互式应用（Java应用或HTML/XML），并对其进行关联的信号发送。目前，显示技术上的发展使得可能向大量的市场使用者引入HDR视频。因此，为了允许HDR内容的广泛分布，可以对DVB标准进行扩展以允许HDR内容的广播。另外的传输介质包括BD光盘、互联网等，并且相应各个视频格式也可以适应于HDR视频。特别地，可以通过定义视频传输信号以包括所提出的图形处理控制数据而改进这样的视频格式。应注意，视频信息可以进一步被布置为可选地与HDR增强视频信息相结合而显示三维（3D）视频数据。
接收器110具有输入单元112，输入单元112用于接收视频信号111，即，如以上所描述的经由传输介质130传输之后的视频传输信号104。视频信息和图形处理控制数据被获取并耦合至视频处理器113。视频处理器具有信号处理结构，该信号处理结构用于通过处理视频数据以便以作为LDR显示模式和HDR显示模式中的任意一种的具体显示模式进行显示、并且处理图形数据以便生成用于对视频数据进行叠加的叠加物，来生成显示信号114。如以下详细阐述的，该视频处理器在叠加图形数据时依据具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适。
源设备100用于生成视频信息，并且该设备具有用于将视频信息传输至视频处理设备110的输出单元105。该源设备具有视频处理器103，该视频处理器103用于生成包括图形处理控制数据的视频信息，该图形处理控制数据包括用于在HDR显示模式中叠加图形数据的至少一个HDR处理指令，以便在该视频处理设备中，在叠加图形数据时依据具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适。
视频信号111用于向视频处理设备传输视频信息，该视频处理设备被布置为通过处理视频数据以便以作为LDR显示模式和HDR显示模式中的任意一种的具体显示模式进行显示、并且处理图形数据以便生成用于对视频数据进行叠加的叠加物，来生成显示信号。视频信号在视频信息中包括图形处理控制数据。所述图形处理控制数据具有用于在HDR显示模式下叠加图形数据的至少一个HDR处理指令，以便在叠加图形数据时依据具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适。
在一个实施例中，在例如DVD或BD的光学记录载体140上提供视频信号。该光学记录载体具有可选地可读痕迹的轨道，其中所述痕迹代表如以上所描述的视频信号。以下对用来存储基于BD的包括图形处理控制数据的视频信息的具体视频格式的实际示例进行描述。
图2示出了接收设备中的视频处理系统。该设备例如可以是BD播放器、数字电视机或机顶盒。输入单元201包括用于从视频信号获取视频信息的解调器。该输入单元还可以包括用于从光学记录载体获取视频信息的光学记录载体单元。该解调器从视频信号获取传输流，该传输流被耦合至多路分解器单元202，其还可以包括分解器（descrambler），用于从传输流获取各种数据流和控制数据。数据流被耦合至用于对视频和音频数据进行解码的主解码器203，并且被耦合至用于对图形数据和控制数据进行解码的辅助解码器204。解码器和另外的部件经由系统总线209耦合至中央处理单元（CPU）、图形处理器206、存储器207和输出级208以便例如根据HDMI而生成显示信号。
在一些实施方式中，视频和字幕的处理管道是不同且分离的。诸如A/V解码和图形处理之类的处理和高带宽操作（滤波器操作等）在专用ASIC中完成，而诸如字幕之类的低带宽信息的处理则由低功率通用处理器来完成。直到完全处于处理管道的末端处，才将字幕和视频进行组合。
在下文中，根据蓝光盘格式来讨论视频信息。所要注意的是，BD格式是实际的示例，并且可以以任意其他适当的视频格式包括类似的图形处理控制数据。
图3示出了具有图形的BD数据流。蓝光盘数据流包括传输流31，传输流31具有传输分组34。分组34的子集可以具有相同的分组标识符PID并且因此形成专门的基本分组流（PES），所述PES分组构成基本图形流32。分段33是嵌入PES分组的流之中的数据结构。有关BD系统的进一步信息能够在美国申请US2006580647和US20090103895以及可从蓝光盘联盟获得的BD-ROM A/V白皮书100604(1)-15916中找到。这些文献描述了在蓝光盘播放器中如何对流进行处理以及如何将视频与同步图形和音频数据相结合以创建引人注目的电影体验。在蓝光盘中，音频和图形数据可以嵌入主传输流中或者可以嵌入另一个辅助传输流中，该辅助传输流包含可以与取决于来自用户的输入的主传输流的内容同步地呈现的数据。例如，可以用不同语言的多个字幕流来定义播放列表。在蓝光盘中，这例如意味着用多个播放项来定义播放列表，因此每个播放项可以具有多个子播放项，这些子播放项因而将包含系统能够根据用户输入从其中进行选择的不同字幕流。
使用PES分组中的呈现时间戳（PTS）数值在基本流级完成与主视频的同步。蓝光盘图形分段包括分段描述符和分段数据。分段描述符包含分段的类型和长度。
例如如下，提出定义新的分段类型，其承载有关在视频回放模式被设置为HDR时如何处理图形的信息。
支持HDR的盘上的呈现图形或交互式图形或文本字幕流附加地包含HDR_Processing_definition（HDR处理定义）分段。该分段定义了在HDR视频的情况下解码器在高清晰度电影（HDMV）模式和/或BD Java（BD-J）模式以及交互式图形（HDMV模式）下对呈现图形或文本字幕图形进行处理的方式。HDR_Processing_definition分段还可以针对流中的每个调色板定义分段包含新的HDR_palette（HDR调色板）定义。用于BD图形解码器模型中的HDMV呈现图形解码器、HDMV交互式图形解码器和HDMV文本字幕解码器的复合缓冲器被扩展以便能够存储针对LDR和HDR呈现二者的调色板数据。当菜单被激活时，图形解码器模型通过新寄存器或新定义的（最初保留的）寄存器位来检查指示LDR/HDR回放模式的显示模式。当完成从LDR到HDR的模式转变时，图形解码器模型如HDR_Processing_definition分段中所定义的那样对图形进行处理。图形解码器模型可以忽略标准调色板定义，而是替换地，将新的HDR调色板定义从复合缓冲器加载到CLUT（颜色查找表）中。当切换回LDR模式时，标准调色板定义分段被从复合缓冲器加载到CLUT中而HDR调色板则被忽略。还可以在HDR_Processing_definition分段中定义用于图形处理的其它算法。
该方法的优势在于，由于现有LDR播放器将忽略新的分段类型，所以所述方法提供了向后兼容的解决方案。附加地，该方法节约了盘容量和带宽，原因在于其不需要重复的图形对象，同时附加HDR_Processing_definition分段需要相当少量的数据。另外，使用调色板允许针对不同类型的图形内容进行不同处理。
在针对弹出菜单的另外的实施例中，视频在用户激活BD-Java弹出菜单时被自动切换回LDR模式。在弹出菜单被关闭的时刻，视频被自动切换回HDR。
在另外的实施例中，定义了两个不同图形流集合。一个图形流被提供用于LDR而另外一个则至少具有基本上相同的内容但是适应于HDR。可以在图形流的属性中提供HDR图形指示。可以提供LDR图形流和对应HDR图形流之间的链接机制以指示哪个图形流是对应于特定LDR图形流的HDR图形流，例如指针。HDR版本指示可以包括在例如播放列表文件的扩展数据中并且可以包含到对应LDR版本的链接。因此，使得再现设备能够选择两个流中相应的一个。在该实施例中，图形处理控制数据可以包括图形选择指令，其定义了是否在具体显示模式是HDR显示模式时获取HDR图形数据流，并且视频处理器被布置为依据该图形选择指令而在具体显示模式是HDR显示模式时在对视频数据进行叠加的同时使用HDR图形数据。
图4示出了分段的类型。在蓝光盘标准（其中保留了数值0x83至0xFF）中定义了诸如调色板定义分段、对象定义分段等各种类型的分段。该表格包括例如具有数值0x83的新分段类型41，数值0x83指示包含HDR_Processing_definition分段的分段。通常，HDR_Processing_definition分段包含对图形解码器在HDR显示模式中处理图形的方式有所影响的参数和/或指令。所以，在显示模式是HDR的情况下，所述参数和/或指令修改常规处理的结果。
图5示出了图形处理控制数据。该表格示出了HDR_Processing_definition分段的结构可以看上去像如何的示例。在该示例中，HDR_Processing_definition分段包含两个处理指令：Pop-up_process_descriptor （弹出处理描述符）51和Subtitle_processdescriptor （字幕处理描述符）52。该分段还可以包含要在显示模式为HDR时使用的HDR调色板53。所要注意的是，原始调色板（现在称作LDR调色板）在如BD标准中所定义的其他分段中提供。此外，HDR调色板包含与原始LDR调色板相同数目的条目，但是所述条目适应于HDR显示模式，使得
· 调色板中的Y、Cr和Cb数值具有与相关联的HDR视频流相同的颜色矩阵；
· Y、Cr、Cb和T的数值适应于减少在HDR显示模式下组合图形时的问题。
图6示出了用于弹出图形的HDR图形处理指令。指令Pop-up_process_descriptor规定了在弹出图形与HDR视频相结合的情况下该图形的额外处理。作为示例，该参数可以具有以下数值：
· Pop-up_process_descriptor=0x00是命令针对HDR视频的图形处理等同于针对LDR视频的处理的指令；
· Pop-up_process_descriptor=0x01至0x09是透明度指令61，其命令透明度要被降低至LDR透明度数值的特定百分比；
· Pop-up_process_descriptor=0x0A是视频切换指令62，并且命令播放器在弹出图形被激活时切换至LBR视频并且在弹出图形被去激活时切换回HDR；
· Pop-up_process_descriptor=0x0B2是HDR指令63，其命令图形处理器使用HDR调色板。
对于透明度指令，应注意，在原始数据为透明的情况下，透明度才需要被降低。表格中的降低数值仅为示例，实际数值可能有所不同，例如具有较低级别、对数比例尺等。
对于视频切换指令，注意以下内容。在HDMV模式中，播放器简单地对预定义的PopUp On()和PopUp Off()用户操作以及播放器状态寄存器（PSR）的要被定义字段中的可选偏好设置作出响应。该偏好可以通过针对标题的播放列表中的数值进行设置并且指示视频应当在显示弹出菜单时切换回LDR。如果该偏好被设置为切换回LDR，播放器将在PopUpOn()用户操作被激活时自动切换至LDR，并且在PopUp Off()被激活时切换回HDR。在BD-J模式中，通过令BD-J程序对VK_POPUP_MENU BD-J事件作出响应并且适当控制视频流选择和回放，能够实现相同种类的行为。
图7示出了用于字幕图形（例如，呈现图形或文本字幕）的HDR图形处理指令。指令Subtitle_process_descriptor规定了在字幕图形与HDR视频相结合的情况下该图形的额外处理。作为示例，该参数可以具有以下数值：
· Subtitle_process_descriptor=0x00是命令HDR视频中的图形处理等同于LDR视频的指令；
· Subtitle _process_descriptor=0x01至0x09是辉度指令71，其命令辉度数值要被降低至LDR辉度数值的特定百分比（该辉度数值代表辉度，通常被表示为Y）；
· Subtitle_process_descriptor=0x0A是HDR指令，其命令图形处理器使用HDR调色板。
附加地，用于弹出图形和/或字幕图形的HDR图形处理指令可以进一步包括如以上所描述的图形选择指令。
附加地，HDR图形处理指令可以进一步包括用于改变屏幕上的图形和/或视频的位置的指令。因此，可以通过改变所述位置中的至少一个而避免图形与视频的极亮区域的叠加。例如，在宽银幕格式中，视频可以被向上移动并且字幕可以位于视频下方的黑条之中。
应注意，可以基于例如经由HDMI信号而耦合至视频处理设备的显示设备的能力来确定显示模式。而且，显示设备中用于选择显示模式（LDR或HDR）的用户设置可以被传输至处理设备。HDMI提供了接收设备的显示能力到源设备的传输（比如EDID或显示端口），例如，定义HDR被支持的1个比特的指示。BD播放器可以使用该指示来设置显示能力寄存器。可替换地，用户可以在设立过程期间对显示能力进行设置。最后，应注意，用户还可以动态切换显示模式，即用户在回放期间基于变化的偏好而选择不同的显示模式。用于控制显示模式和图形处理的各种选项通过以下附图进行阐述。
图8示出了用于仅具有LDR视频数据的视频信息的输入流的HDR图形处理指令。所要注意的是，该视频可以最初为LDR视频，其现在以HDR显示模式进行显示。视频信息被提供具有用于在显示模式为HDR时对图形处理进行控制的HDR图形处理指令。实际指令与图6类似，但是并不存在切换指令62。
图9示出了针对仅具有LDR视频数据的视频信息的输入流而经由图形处理控制数据和显示模式进行控制的视频处理。例如BD播放器的视频处理系统91接收例如BD数据流92的视频信息的输入流。LDR视频数据在LDR视频解码器LDR-dec 94中进行处理。图形数据在图形解码器GR-dec 96中进行处理，并且进一步在额外图形处理器GR-ex 97中进行附加处理。模式控制器MOD-CTR 98可以接收显示模式信号154，该显示模式信号154指示由耦合至视频处理系统的输出的接收设备所设置的显示模式。该模式控制器还可以接收用户命令，比如用户显示模式设置150或用于临时转换显示模式的用户临时设置151。该模式控制器可以控制寄存器中指示实际显示模式的一个比特设置，例如在BD播放器的播放器寄存器中。该模式控制器向额外的图形处理器提供模式数据153，该模式数据153指示作为LDR显示模式和HDR显示模式中的任意一种的显示模式。该额外图形处理器还接收包括如以上所描述的HDR处理指令的图形处理控制数据152。经处理的图形数据构成叠加物，该叠加物在叠加物处理器OVR 95中用来叠加视频以生成显示信号93，例如HDMI信号。在该实施例中，图形处理由如HDR_Processing_definition分段所定义的HDR指令以及指示显示模式是LDR还是HDR的模式数据153来规定。
图10示出了针对具有LDR和HDR视频数据的视频信息的输入流而经由图形处理控制数据和显示模式进行控制的视频处理。该系统具有类似于图9中的部件。例如BD播放器的视频处理系统191接收例如具有LDR视频数据和HDR视频数据二者的BD数据流192的视频信息的输入流。模式控制器MOD-CTR 198可以接收显示模式信号154，该显示模式信号154指示由耦合至视频处理系统的输出的接收设备所设置的显示模式。该模式控制器还可以接收用户命令，比如用户显示模式设置150或用于临时转换显示模式的用户临时设置151。该模式控制器可以控制寄存器中指示实际显示模式的一个比特设置，例如在BD播放器的播放器寄存器中。该模式控制器向额外的图形处理器提供模式数据153，该模式数据153指示作为LDR显示模式和HDR显示模式中的任意一种的显示模式。该模式控制器还经由视频流选择信号155对LDR解码器194或HDR解码器199的选择进行控制以便对相应LDR视频数据流或HDR视频数据流进行解码。图形数据在图形解码器GR-dec 196中进行处理，并且进一步在额外图形处理器GR-ex 197中进行附加处理。该额外图形处理器还接收包括如以上所描述的HDR处理指令的图形处理控制数据152。经处理的图形数据构成叠加物，其在叠加物处理器OVR 95中用来对视频进行叠加以生成显示信号193，例如HDMI信号。在该实施例中，图形处理由如HDR_Processing_definition分段所定义的HDR指令以及指示显示模式是LDR还是HDR的模式数据153来规定，而视频流的解码则相应地进行选择。
在一个实施例中，提供与图10相类似的处理系统，其具有额外图形处理197和模式控制器198但是并不具有HDR解码器199，例如低成本播放器。该系统可以连接至HDR显示器。输入流可以是具有LDR视频数据和HDR视频数据二者的视频数据流192。该系统将自动选择要经由LDR解码器进行解码的LDR视频数据流，但是将依据模式控制器所确定的显示模式而对额外图形处理197进行控制。
根据本发明的不同方面，视频信号用于向视频处理设备传输视频信息，该视频信息包括低动态范围[LDR]视频数据和/或高动态范围[HDR]视频数据，并且该视频信号包括该视频信息中所包括的LDR图形数据和HDR图形数据二者。两个图形数据流可以被完全独立地编码，或者可以共享一些要素。具有分别用于LDR显示模式和HDR显示模式的两个单独的图形数据流，有利地使得视频源能够单独针对两种显示模式完全控制图形功能。可选地，HDR指示包括在图形流的属性之中，并且LDR图形流和对应HDR图形流之间的链接机制被提供。
所要注意的是，传统上，显示期间的亮度和对比度仅在再现侧由用户进行控制。发明人已经发现，如果传统图形在用户控制下在HDR显示模式下进行显示将会出现问题。虽然所述问题的一些可能通过提供另外的用户控制（例如针对HDR模式的单独用户透明度设置）而有所缓解，但是发明人已经发现，这可能会使得用户感到困扰，并且已经提出了在来源一侧向视频信号添加LDR图形流和HDR图形流二者。这与信号传输系统领域中试图对需要被传输的数据量加以限制的传统相悖。
可选地，弹出图形数据、字幕图形数据以及如交互式图形应用的其他图形数据中的任一个或全部可以以所述两个版本包括在视频信号中。而且，还可以仅在视频信号中的有限时间段内，例如仅在来源决定实际发生了以上问题时，才提供分离的版本。在具有所述图形数据的两个版本的时间段中，再现设备将根据显示模式来选择LDR版本或HDR版本。在视频信号的其他时间段中，再现设备将使用如所提供的单个图形流。具有两个版本的时间段可以通过视频信号中所包括的特殊图形选择指示器数据来标记。
类似于图10的视频处理系统具有用于根据HDR显示器的具体显示模式来选择LDR图形流和HDR图形流中的一个的图形选择单元。用于处理视频信息的设备包括输入单元和视频处理器，该输入单元用于接收视频信息，该视频信息包括LDR视频数据和/或HDR视频数据，该视频处理器用于通过处理视频数据以便以作为LDR显示模式和HDR显示模式中的任意一种的具体显示模式进行显示、并且用于处理图形数据以便生成用于对视频数据进行叠加的叠加物，来生成显示信号。该视频信息包括LDR图形数据和HDR图形数据。在该设备中，该输入单元被构建用于针对视频信息获取LDR图形数据或HDR图形数据，并且该视频处理器被构建用于在依据具体显示模式叠加图形数据时选择LDR图形数据或HDR图形数据。
有利地，使用创作系统或者在例如以计算机程序实施的用于生成视频信息以便传输至视频处理设备的方法中在视频信号中提供LDR图形数据和HDR图形数据二者。因此，使得作者能够对将在相应显示模式中进行显示的图形进行完全控制。当LDR视频数据和HDR视频数据都包括在视频信号中时，对应的LDR或HDR图形数据可以被用于在再现侧生成显示信号。
在特定情况下，视频数据可以仅包括HDR视频数据但是仍然具有LDR图形数据和HDR图形数据二者。在视频信号仅包含单个视频数据流时，这在HDR视频数据被再现以便在传统（LDR）显示单元上进行显示时仍然允许选择LDR图形数据。HDR图形数据将被选择以便在HDR显示模式中进行显示。
可选地，视频数据可以仅包括LDR视频数据但是仍然具有LDR图形数据和HDR图形数据。LDR图形数据将被选择以便在LDR显示模式中进行显示。在视频信号仅包含单个视频数据流时，这在LDR视频数据被再现以便在改善的HDR显示单元上进行显示时仍然允许选择HDR图形数据。
所要注意的是，可以使用可编程组件而以硬件和/或软件来实施本发明。用于生成视频信息或处理视频信息以便实施本发明的方法具有与针对如参考图1所描述的系统来定义的功能相对应的步骤。
虽然已经通过使用经由BD的信号传输的实施例对本发明进行了大体说明，但是本发明也适用于经由例如DVB广播或互联网的数字信道的任意视频分布。
将要意识到的是，为了清楚起见，以上描述已经参照不同功能单元和处理器对本发明的实施例进行了描述。然而，将会显而易见的是，不同功能单元或处理器之间的任意适当功能分布都可以被使用而并不背离本发明。例如，被说明为由单独单元、处理器或控制器所执行的功能可以由相同的处理器或控制器来执行。因此，对特定功能单元的引用仅被看作对用于提供所描述功能的适当手段的引用而并非指示严格的逻辑或物理结构或组织。可以以包括硬件、软件、固件或者这些的任意组合的任意适当形式来实施本发明。
应注意，在本文档中，词语“包括”并不排除存在所列举的那些以外的其他部件或步骤，并且部件之前的词语“一”或“一个”并不排除存在多个这样的部件，任何附图标记都并不对权利要求的范围有所限制，本发明可以利用硬件和软件二者来实施，并且若干“装置”或“单元”可以由相同的硬件项或软件项来表示，并且处理器可以可能地与硬件部件进行协作而完成一个或多个单元的功能。另外，本发明并不局限于实施例，并且本发明在于以上描述或者在相互不同的从属权利要求中记载的每个即各个新颖特征或特征的组合。

Claims (11)

1. 一种用于处理视频信息的设备（110），该设备包括：
-输入单元（112），其用于接收视频信息，所述视频信息包括低动态范围[LDR]视频数据和/或高动态范围[HDR]视频数据，和
-视频处理器（113），其用于通过处理该视频数据以便以作为LDR显示模式和HDR显示模式中的任意一种的具体显示模式进行显示、并且处理图形数据以便生成用于对视频数据进行叠加的叠加物，来生成显示信号，其中
-该输入单元被构建用于接收视频信息中所包括的图形处理控制数据，该图形处理控制数据包括用于在HDR显示模式中叠加图形数据的至少一个HDR处理指令，并且
-该视频处理器被构建用于在叠加图形数据时依据所述具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适。
2.根据权利要求1所述的设备，其中该视频信息包括定义用于生成所述叠加物的参数的分段，所述分段具有相应的分段类型，所述分段包括用于构建图形处理控制数据的HDR处理定义类型的HDR处理定义分段，并且该视频处理器（113）被布置为根据来自HDR处理定义分段的HDR处理指令对所述处理进行调适。
3.根据权利要求1所述的设备，其中该图形数据包括定义至少一个LDR颜色调色板的LDR调色板信息以及定义至少一个HDR颜色调色板的HDR调色板信息，并且该图形处理控制数据包括用于选择HDR调色板的调色板选择指令，该视频处理器（113）被布置为依据该调色板选择指令而在HDR显示模式中选择HDR颜色调色板。
4.根据权利要求1所述的设备，其中该图形处理控制数据包括相对于LDR显示模式中的透明度定义透明度降低的透明度指令，并且该视频处理器（113）被布置为依据该透明度指令而在HDR显示模式中对叠加物中的图形数据的透明度进行调适，或者该图形处理控制数据包括相对于LDR显示模式中的辉度定义辉度降低的辉度指令，并且该视频处理器（113）被布置为依据该辉度指令而在HDR显示模式中对叠加物中的图形数据的辉度进行定义。
5.根据权利要求1所述的设备，其中该图形处理控制数据包括定义在具体显示模式是HDR显示模式时是否将视频数据的处理切换至LDR显示模式的视频切换指令，并且该视频处理器（113）被布置为依据该视频切换指令，在具体显示模式是HDR显示模式时在叠加视频数据时将视频数据切换至LDR显示模式，或者该图形处理控制数据包括定义在具体显示模式是HDR显示模式时是否获取HDR图形数据流的图形选择指令，并且该视频处理器（113）被布置为依据该图形选择指令，在具体显示模式为HDR显示模式时，在叠加视频数据时使用HDR图形数据。
6.根据权利要求1所述的设备，其中该图形处理控制数据包括以下项中的至少一个：
- 弹出处理描述符，其定义在HDR显示模式中叠加弹出图形数据时的HDR处理指令；
- 字幕处理描述符，其定义在HDR显示模式中叠加字幕图形数据时的HDR处理指令。
7.根据权利要求1所述的设备，其中该视频处理器（113）被布置为依据以下项中的至少一个来设置具体显示模式：
- 从被连接以接收显示信号的显示设备获取的显示能力信息；
- 从被连接以接收显示信号的显示设备接收的显示模式信息；
- 视频信息中包括的指示视频信息的动态范围的动态范围信息；
- 基于用户设置的显示模式偏好。
8.根据权利要求1所述的设备，其中该设备包括以下项中的至少一个：
- 显示单元，其用于以作为LDR显示模式和HDR显示模式中的任意一种的具体显示模式来对显示信号进行显示；
- 光学记录载体单元，其被包括在输入单元中以便从光学记录载体获取视频信息。
9.一种用于生成视频信息的设备，该设备（100）包括用于向视频处理设备（110）传输视频信息的输出单元（105），该视频信息包括低动态范围[LDR]视频数据和/或高动态范围[HDR]视频数据，
该视频处理设备被布置为通过处理视频数据以便以作为LDR显示模式和HDR显示模式中任意一种的具体显示模式进行显示、并且处理图形数据以便生成用于叠加视频数据的叠加物，来生成显示信号，
其中，
-用于生成的该设备包括视频处理器（103），该视频处理器（103）用于生成包括图形处理控制数据的视频信息，该图形处理控制数据包括用于在HDR显示模式中叠加图形数据的至少一个HDR处理指令，以便在该视频处理设备中，在叠加图形数据时依据具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适。
10. 一种处理视频信息的方法，该视频信息包括低动态范围[LDR]视频数据和/或高动态范围[HDR]视频数据，该方法包括：
- 处理视频数据以便以作为LDR显示模式和HDR显示模式中任意一种的具体显示模式进行显示，并且
- 处理图形数据以便生成用于叠加视频数据的叠加物，
其中该方法进一步包括
- 接收视频信息中所包括的图形处理控制数据，该图形处理控制数据包括用于在HDR显示模式中叠加图形数据的至少一个HDR处理指令，并且
- 在叠加图形数据时依据具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适。
11.一种生成用于传输至视频处理设备的视频信息的方法，该视频信息包括低动态范围[LDR]视频数据和/或高动态范围[HDR]视频数据，
该视频处理设备被布置为通过处理视频数据以便以作为LDR显示模式和HDR显示模式中任意一种的具体显示模式进行显示、并且处理图形数据以便生成用于叠加视频数据的叠加物，来生成显示信号，
其中该方法包括
- 生成图形处理控制数据，该图形处理控制数据包括用于在HDR显示模式中叠加图形数据的至少一个HDR处理指令，以便在视频处理设备中，在叠加图形数据时依据具体显示模式和HDR处理指令对所述处理进行调适，并且
- 将该图形处理控制数据包括在视频信息中。
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