CN105637534A - 用于减少经压缩及经解压缩数字图像及视频的显示中的可见伪影的系统及方法 - Google Patents

用于减少经压缩及经解压缩数字图像及视频的显示中的可见伪影的系统及方法 Download PDF

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CN105637534A CN201380080316.XA CN201380080316A CN105637534A CN 105637534 A CN105637534 A CN 105637534A CN 201380080316 A CN201380080316 A CN 201380080316A CN 105637534 A CN105637534 A CN 105637534A
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Abstract

本发明揭示编码方法及系统。处理装置接收图像缓冲区。所述处理装置将所述图像缓冲区的一个或多个像素从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间。所述处理装置将所述一个或多个像素的明度通道乘以第一值。所述处理装置将所述一个或多个像素的一个或多个色彩通道乘以第二值。所述处理装置将所述图像缓冲区从所述一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为所述原生色彩空间。所述处理装置将所述图像缓冲区发射到下游装置。

Description

用于减少经压缩及经解压缩数字图像及视频的显示中的可见伪影的系统及方法
技术领域
本发明的实施例涉及图像处理，且更特定来说涉及改进现有图像及视频压缩方法的感知质量及/或效率。
背景技术
实现良好图像及视频压缩效率需要选择紧密逼近人类视觉系统(下文中，HVS)的差分敏感性的图像色彩及亮度的符号表示；否则，译码速率被浪费，如以引用的方式并入本文中的琼L.米切尔(JoanL.Mitchell)等人的“MPEG视频压缩标准(MPEGVideoCompressionStandard)”(查普曼与霍尔有限责任公司，伦敦，英国，1996)中所描述。由于HVS的感知机制是复杂且非线性的，因此用于视频及图像压缩、发射及显示的色彩系统及色彩空间的设计遭受准确度及精确度对系统复杂性及实际实施方案的折衷。
国际照明委员会(通常缩写为CIE(Commissioninternationaledel'eclairage))色彩空间(下文中“CIE1931XYZ”)提出基于人类色彩感知的粗略测量而产生色彩空间的第一次尝试(即，1931指的是出版年代)。CIE1931XYZ用于基于JPEG2000的编解码器系统(例如数字电影封包所使用的那些系统，如“数字电影系统规范版本1.2与勘误表”(DCI，LLC，2012年10月10日)中所规定)中，但其在其它方面由于其复杂性及对由系统实施者(或终端用户)提供标准照明与三色刺激值的需要而未广泛用于视频发射系统中。尽管CIE1931XYZ有对HVS的色彩感知敏感性的良好逼近，但CIE1931XYZ远不是HVS对色彩差异的敏感性的完美表示-即便其中使所需三色刺激值及照明值保持恒定-作为对HVS及其感知敏感性的调查及仔细测量的结果而获得的知识，如国际色彩联盟，“规范ICC.1:2004-10(特性文件(profile)版本4.2.0.0)图像技术色彩测量-架构、特性文件格式及数据结构(Imagetechnologycolourmanagement-Architecture,profileformat,anddatastructure)”(2006)(其引用的方式并入本文中)中所描述。
在CIE1931XYZ之后且随着后来彩色电视的出现及标准化，在1953年开发照度(Y)、同相(I)、正交(Q)色彩空间(下文中，“YIQ色彩空间”)主要作为用以在频带严重受限的发射及接收制度中将彩色信号编码的方式。尽管相比于RGB磷光体阴极射线管彩色电视在其发明及广泛使用时所需的RGB色彩空间表示，YIQ确实是对人类视觉感知特性的感知趋势的更佳逼近，但YIQ色彩空间绝不是理想的。YIQ色彩空间主要是出于同时可用的具成本效益的模拟射频组件的实际实施方案的目的且为了维持与现有“黑白”电视发射标准的向后兼容性而构想。
YCbCr及Y'CbCr色彩空间是YIQ色彩空间出于对人类视觉感知色彩处理及感知均匀性的非常有效、但仍非常粗略的逼近的目的的衍生物。尽管这些色彩空间在于1980年代早期设计时是实际的，但采用YCbCr及Y'CbCr色彩空间的设计限于具有非常有限的处理能力及数字存储器传送带宽的简单数字电路及系统。YCbCr及Y’CbCr色彩空间表示形成采用JPEG及MPEG压缩标准的较早及当前视频压缩编解码器系统的基础。尽管有其实际性，但YCbCr及Y’CbCr色彩空间表示是低效的，这是因为其将显著照度及色彩深度符号速率或位速率分配给感知上不显著的色彩差异。
最近，已发布表示对HSV感知均匀性的更忠实逼近的色彩空间及感知差异框架，例如“ISO11664-4:2008(E)/CIES014-4/E:2007：联合ISO/CIE标准：比色法-第4部分：CIE1976L*a*b*色彩空间(ISO11664-4:2008(E)/CIES014-4/E:2007:JointISO/CIEStandard:Colorimetry-Part4:CIE1976L*a*b*ColourSpace)”(下文中，CIELAB)中所描述的CIELAB标准。CIELAB将明度及色彩维度中的感知敏感性及CIECAM02考虑在内，所述CIECAM02描述于“CIE159:2004：用于色彩管理系统的色彩外观模型：CIECAM02(CIE159:2004:AColourAppearanceModelforColourManagementSystems:CIECAM02)”(下文中，CIECAM02)中，其并入前述CIELAB维度以及如E.H.兰德(E.H.Land)在“色彩视觉的视网膜皮层理论(Theretinextheoryofcolorvision)”(科学，美国，1977年)中所观察的众所周知的空间中心-环绕视网膜皮层效应。
甚至在定义感知上均匀的色彩空间上的这些先进努力也遭受特定观察到的异常。一个实例称为“蓝-紫色调恒定性”问题，其中在明度横穿从暗到亮的色彩空间时，蓝色调色彩不沿循完全线性路径，如莫罗尼(Moroney)的“使用梯度评价色调恒定性(Assessinghueconstancyusinggradients)”(色彩成像：独立于装置的色彩、色彩硬复制及图形艺术V(ColorImaging:Device-IndependentColor,ColorHardcopy,andGraphicArtsV)，莱纳埃斯克巴克(ReinerEschbach)，加布里埃尔G.马尔库(GabrielG.Marcu)编辑，SPIE学报，第3963卷，第294页到第300页(2000年)，其以引用的方式并入本文中)中所详细说明。此外，CIELAB及其相关色彩空间的更特定色调恒定性异常已被仔细测量及映射(如布劳恩(Braun)等人的1998年的“色调线性化的CIELAB色彩空间中的色域映射(ColorGamutMappinginaHue-LinearizedCIELABColorSpace)”(IS&T/SID第六次色彩成像会议(IS&T/SID6thColorImagingConference)，第163页到第168页)中所教示)，且比仅蓝-紫恒定性问题更广泛。具体来说，此问题的大体所观察形式称为贝佐尔德-布鲁克(Bezold-Brucke)移位：明显色调可随照度改变(且反之亦然)，且此效应已挫败寻找用于视频及图像发射以及其它应用的感知上高效的色彩表示的努力。
存在扩展或修改CIELAB及相关色彩空间表示上的许多尝试，例如高村(Takamura)和小林(Kobayashi)的2002年的“用以改进均匀性的对CIELUV色彩空间的实际扩展(PracticalextensiontoCIELUVcolorspacetoimproveuniformity)”(IEEICIP002，其教示用以改进感知线性的跨CIELUV的交替转换矩阵系数)，及贝伦斯(Behrens)的“CIE-L*a*b*色彩空间的缺陷及SRLAB2色彩模型的介绍(DeficienciesoftheCIE-L*a*b*colorspaceandintroductionoftheSRLAB2colormodel)”(“www.magnetkern.de/srlab2.tex”(下文中，SRLAB2，其以引用的方式并入本文中))。SRLAB2提出使用CIECAM02的色度适应模型的完全新的色彩空间表示，但其以蓝-紫(色调)恒定性换取色调角度均匀性及色调-明度间隔长度均匀性的减小，尤其是在色彩空间的皮肤色区域中。
明显地，不存在展现照度或明度均匀性、色调恒定性、色调角度均匀性及色调-明度间隔长度均匀性的所有特性的完全感知上均匀的色彩空间，所有所述特性对用于视频及图像译码及发射的理想色彩空间表示均是必要的。
由于YCbCr及Y'CbCr色彩空间主要为了实施方案的简化及实际性且稍后出于向后兼容性原因的开始时期，大多数视频编码器系统今天仍保持基于利用YCbCr色彩空间而不是最近、更复杂但感知上更均匀的色彩空间及基于感知差异的色彩表示而标准化。
使用YCbCr作为用于视频压缩的色彩空间基础的低效率扩展超出色彩符号表示以及照度的理想化。举例来说，CIELAB还引入用于明度感知而不仅是色彩(且在大多数图像及视频编码及显示系统中)的非线性、非指数感知曲线，此仅被过于简单的指数伽马函数考虑在内。实际观察者测量已证明，简单指数或对数关系不足以表示照度的感知差异，尤其是在低照度范围区域中，如CIELAB中所教示。
然而，尽管有包含减小的重构质量及浪费的译码速率的缺点，但即使是在本发明的时间的最当前视频及图像编码系统(例如所提出HEVC视频编码标准)继续利用YCbCr作为色彩空间基础。
当前视频编码系统的色彩空间基础及符号表示的选择的缺陷是本技术领域中众所周知的，且已存在矫正或至少缓解这些编解码器低效率的负面影响的数次尝试。使用感知上均匀的色彩空间表示作为用于图像及视频压缩的基础的较早尝试(例如莫罗尼及费尔柴尔德(Fairchild)的“用于JPEG图像压缩的色彩空间选择(ColorspaceselectionforJPEGimagecompression)”(电子成像杂志(JournalofElectronicImaging)4(4)，373-381(1995年10月))及朱克鲁(Drukarev)的“色彩空间的压缩相关的性质(Compression-relatedpropertiesofcolorspaces)”(SPIE，第3024卷)中所教示的那些尝试)被其用于实时编码及解码的应用的复杂性或其展现相比来说较少益处所挫败。此外，当与RGB、YIQ或YCbCr相比时，扩展地用于相关技术中的CIE1931XYZ色彩空间被公认为更佳逼近人类视觉系统对色彩差异的敏感性，但其也因高达80:1的比率而为高度不均匀的，如波因顿查尔斯(PoyntonCharles)的“对数字视频的技术介绍(ATechnicalIntroductiontoDigitalVideo)”(约翰威利父子出版公司(JohnWiley&Sons)，1996)及在“www.poynton.com/ColorFAQ.html”下的所附“关于色彩的常被问到的问题(FrequentlyAskedQuestionsaboutColour)”(下文中，波因顿)(其两者均以引用的方式并入本文中)中所论述。对于CIELAB，此比率改进为大约6:1，但如波因顿指出，CIELAB转换针对视频在计算上非常昂贵，且在其写此文时不适合于实时处理。均匀性是实现最高效译码的关键概念，且即使是CIELAB也远不是理想感知上均匀的色彩空间，如现有技术中所展示。
其它方法(例如第US2012/0314943A1号美国专利申请公开案(下文中，“格雷罗(Guerrero)”)中所描述的那些方法)尝试通过采用以下两项中的任一者而实现一解决方案：(1)应用于针对人类视觉系统的模型优化的色彩空间中的量化因子，其降低色彩空间熵及冗余；或(2)色彩表查找步骤，其用以降低色彩空间熵及冗余，但其由于在预编码阶段处需要针对每一像素的表查找而增加系统的存储器传送带宽要求。这两种方法在略微减小色彩空间熵上均是有效的，条件是利用适合HVS模型及感知上均匀的色彩空间-格雷罗利用并非感知上均匀的色彩空间的CIE1931XYZ，且尽管随意提及CIELAB，但出于前述原因CIELAB也不是用于此目的的理想色彩空间。最重要的是，格雷罗所揭示的方法以增加空间熵为代价而减小色彩熵，这使对于标准基于DCT的编码器(例如JPEG及MPEG)的实施方案的大多数益处无效。通过组合所揭示量化因子或色彩表查找以及直方图压缩函数来减小空间及色彩空间熵以及冗余两者将是可能的，但此将需要在解码器端上的后处理以扩大直方图，且进一步将需要带内或带外通信来协调此直方图压缩扩大的参数。格雷罗未揭示这些概念，且事实上教示背离其的内容。此外，在畅销计算机系统或终端用户装置上实时在实时吞吐量速率下以高清晰度、4K、5K及8K分辨率视频执行直方图计算异常具挑战性，如第8,451,384号美国专利中所教示。
分别用以协调编码器及解码器的预滤波及后滤波的前述带内或带外通信方法是本技术领域中众所周知的，如第6,195,394号美国专利(下文中，'394专利)中所描述。虽然'394专利中所描述的预滤波及后滤波过程针对于空间带宽的减小及后续恢复而不是感知色彩带宽的减小及恢复，但'394专利证明，需要用于用信号发送预滤波及后滤波操作的存在及配置的带外通信方法来确保接近于解码器的图像及视频的恰当重构。
需要但尚未提供一种改进现有图像及视频压缩或发射系统及方法的感知质量及/或发射或存储效率的高吞吐量系统及方法，其不对编码器或解码器装置或系统强加处理复杂性或存储器传送带宽要求的过度负担。所述系统及方法将不强加替换编码器或解码器的要求。所述系统及方法将使编码器的预滤波与解码器的后滤波同步以用信号发送所述系统及方法的存在及配置。
发明内容
通过提供编码方法及系统解决了上文所描述问题且在本技术领域中实现技术解决方案。处理装置接收图像缓冲区。所述处理装置将所述图像缓冲区的一个或多个像素从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间。所述处理装置将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素的明度通道乘以第一值。所述处理装置将一个或多个色彩通道的一个或多个像素乘以第二值。所述处理装置将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素从所述一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为所述原生色彩空间。所述处理装置将所述图像缓冲区发射到下游装置。
所述感知上均匀的色彩空间是如下色彩空间：其中在色彩空间中相等笛卡尔距离的两个色彩相对于人类视觉系统在感知上是基本上同等遥远的。
在一实例中，所述第一值可为常数值且所述第二值可为常数值。在一实例中，所述处理装置可将所述第一值及所述第二值发射到所述第二处理装置。所述处理装置可从上游装置或存储器缓冲区中的一者接收所述第一值及所述第二值。所述处理装置可将所述经转换图像缓冲区发射到编码器，其中所述编码器将所述图像缓冲区编码，之后发射器将所述经编码图像缓冲区发射到所述下游装置。
在一实例中，所述处理装置可接收一个或多个白点值。所述处理装置可基于所述一个或多个白点值而将所述图像缓冲区的所述像素从所述原生色彩空间转换为所述一个或多个感知上均匀的色彩空间。所述处理装置可将所述一个或多个白点值发射到所述下游装置。
在一实例中，所述第一值、所述第二值及所述一个或多个白点值可与所述图像缓冲区一起作为元数据被带内发射到所述下游装置。在一实例中，所述第一值、所述第二值及所述一个或多个白点值可与所述图像缓冲区一起作为元数据被带外发射到所述下游装置。
在一实例中，将所述图像缓冲区从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间可基于测量色调。在一实例中，测量色调可包括评估所述图像缓冲区的每一像素的色调且采用所述经测量色调来在多个感知上均匀的色彩空间中的一者或多者当中进行选择。
通过提供解码方法及系统解决了上文所描述问题且在本技术领域中实现技术解决方案。第一处理装置从第二处理装置接收图像缓冲区及第一值。所述第一处理装置将所述图像缓冲区的一个或多个像素从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间。所述第一处理装置将所述一个或多个像素的明度通道乘以所述第一值的倒数。所述第一处理装置从所述第二处理装置接收第二值且将一个或多个色彩通道的一个或多个像素乘以所述第二值的倒数。所述第一处理装置将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素从所述一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为所述原生色彩空间。所述第一处理装置将所述图像缓冲区发射到下游装置。所述第一值可为常数值且所述第二值可为常数值。
在一实例中，所述第一处理装置从所述第二处理装置接收一个或多个白点值且基于所述一个或多个白点值而将所述图像缓冲区的所述像素从所述一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为所述原生色彩空间。在一实施例中，所述第一值、所述第二值及所述一个或多个白点值可与所述图像缓冲区一起从所述第二处理装置被带内接收。在一实例中，所述第一值、所述第二值及所述一个或多个白点值是与所述图像缓冲区一起从所述第一处理装置被带外接收。
在一实例中，与所述第一处理装置相关联的所述原生色彩空间可不同于与所述第二处理装置相关联的原生色彩空间。在一实例中，与所述第一处理装置相关联的所述一个或多个感知上均匀的色彩空间可不同于与所述第二处理装置相关联的所述一个或多个感知上均匀的色彩空间。
在一实例中，所述下游装置可为显示器、编码器或图像处理管线中的一者或多者。
附图说明
图1是图解说明本发明的实例可在其中操作的编码计算系统的实例的框图。
图2是图解说明与图1的编码计算系统相关联的编码方法的实例的流程图。
图3是图解说明本发明的实例可在其中操作的解码计算系统的实例的框图。
图4是图解说明与图3的编码计算系统相关联的解码方法的实例的流程图。
图5展示在CIELAB色彩空间内绘制的YCbCr色域体积。
图6展示在Y＝0、Y＝0.5及Y＝l时的正规化YCbCr色彩空间的三个横截面。
图7展示在量化为8位精确度之后的转换为CIELAB色彩空间的图6的横截面。
图8展示用以图解说明量化轮廓边界的转换为CIELAB色彩空间的图7的横截面。
图9展示在Z＝l时的正规化CIE1931XYZ色彩空间的横截面。
图10展示在量化为8位精确度之后的转换为CIELAB色彩的图9的横截面。
图11展示经量化以图解说明量化轮廓边界的转换为CIELAB色彩空间的图8的横截面。
图12是一起工作的图1及3的计算系统的实例性实施方案的框图。
图13是相关技术中的视频发射系统的框图。
图14是在相关技术中减小感知色彩熵的视频发射系统的框图。
图15展示对色彩空间应用量化函数以减小色彩熵的缺点，其中以空间熵替换色彩熵。
图16图解说明呈计算机系统的实例性形式的机器的图解性表示，在所述计算机系统内可执行用于致使所述机器执行本文中所论述的方法中的任何一者或多者的一组指令。
具体实施方式
本发明的实施例提供高吞吐量系统及方法，其准许现有图像及视频收发器或编解码器系统及方法利用关于人类视觉系统对照度及色彩的感知的最新及未来发现而不对编码器或解码器添加过度处理复杂性或过度存储器带宽要求。本发明的实施例提供发射译码速率或存储大小的额外感知质量或效率而不需要替换或修改编码器或解码器。描述用于使编码器的预滤波及解码器的后滤波同步以用信号发送本发明的实例性系统的存在及配置的方法。
更特定来说，揭示用于改进图像及视频的压缩方法的感知质量及/或效率的高吞吐量方法及系统。根据本发明的实施例的系统及方法执行以下功能：(1)将输入图像或视频的每一像素中的一者或多者转换为一个或多个感知上均匀的色彩及明度表示；(2)将每一像素的明度通道乘以第一值，及将每一像素的色彩通道中的每一者乘以第二值；(3)将图像的每一像素转换回到适合于压缩编码器的色彩及照度表示，将图像或视频编码；(4)作为带内或带外元数据与图像或视频数据一起发射或存储非零第一及第二值。
根据本发明的实施例的系统及方法执行以下功能：(5)读取或解码与接收元数据一起接收的图像或视频；(6)将图像或视频的经解码像素转换为一个或多个感知上均匀的色彩及明度表示；(7)将明度通道的每一像素乘以第一值的倒数，及将色彩通道的每一像素乘以第二值的倒数；及(8)将所述图像转换回到适合于显示的色彩及照度表示。
在以下说明中，陈述了众多细节。然而，所属领域的技术人员将明了，本发明可不借助这些特定细节来实践。在一些实例中，以框图形式而非详细地展示众所周知的结构及装置，以避免使本发明的实施例模糊。
图1是本发明的实例可在其中操作的实例性编码计算系统100的框图，所述实例性编码计算系统改进图像及视频的压缩方法的感知质量及/或效率。通过非限制性实例的方式，计算系统100从一个或多个数据源105(例如视频摄像机或者在线存储装置或发射媒体)接收数据。计算系统100还可包含数字视频或图像捕获系统110及计算平台115。数字视频或图像捕获系统110处理一个或多个图像、数字视频流，或将模拟视频转换为数字视频，为可作为一个或多个数据源105由计算平台115处理的形式。计算平台115包括主机系统120，所述主机系统可包括(举例来说)处理装置125，例如一个或多个中央处理单元130a-130n。处理装置125耦合到主机存储器135。主机存储器135可将从一个或多个数据源105接收的数字图像或视频数据存储于图像数据缓冲区150中。
所述处理装置可进一步实施图形处理单元140(GPU)。所属领域的技术人员将了解，除GPU外还可利用其它协处理器架构，例如但不限于DSP、FPGA或ASIC或者处理装置125自身的附属固定功能特征。所属领域的技术人员将进一步了解，GPU140可与中央处理单元130a-130n共同位于相同物理芯片或逻辑装置上，还称为“APU”，例如在移动电话及平板计算机上所发现。单独GPU及CPU功能可发现于其中GPU是物理扩展卡的计算机服务器系统以及个人计算机系统及膝上型计算机上。GPU140可包括GPU存储器137。所属领域的技术人员将了解，主机存储器135与GPU存储器137还可共同位于相同物理芯片或逻辑装置上，例如在APU上。
处理装置125经配置以实施色彩空间转换器与处理器145(下文中，“色彩空间处理器145”)以从数据源105接收数据，且接收图像数据缓冲区150，图像数据缓冲区150作为图像缓冲区155被传送到GPU存储器137。在一个实例中，处理装置125可将色彩处理器145实施为GPU140的组件。色彩空间处理器145经配置以将图像数据缓冲区155的像素中的一者或多者从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间。
色彩空间处理器145经配置以将经转换图像缓冲区155的每一像素的明度通道乘以第一值，且将经转换图像缓冲区155的每一像素的色彩通道乘以第二值。色彩空间处理器145进一步经配置以将图像缓冲区155的一个或多个像素从所述一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为原始原生输入色彩空间或者适合于显示输出或适合于发射到编码器180的色彩空间。在一个实例中，经转换图像数据可被显示于显示器170上。在另一实例中，色彩空间处理器145可将经转换图像数据发射到编码器180。在一个实例中，编码器180可使用本技术领域中已知的编码方法将经转换图像数据编码。编码器180可将经编码数据传达到发射器185，所述发射器直接或通过网络195将经编码数据发射到一个或多个下游装置190。在一个实例中，编码器180或发射器185中的一者或两者可在处理装置125或计算平台115外部。在另一实例中，编码器180或发射器185中的一者或两者可与处理装置125或计算平台115集成在一起。
图2是图解说明改进现有图像及视频压缩方法的感知质量及/或效率的编码方法200的实例的流程图。方法200可由图1的计算机系统100执行且可包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微码等)、软件(例如，在处理装置上运行的指令)或其组合。在一个实例中，方法200主要由图1的计算系统100的色彩空间处理器145执行。
如图2中所展示，为了准许计算系统100将图像数据编码，在方框210处，色彩空间处理器145接收图像缓冲区155。在方框220处，色彩空间处理器145将图像缓冲区155的一个或多个像素从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间。所述感知上均匀的色彩空间是如下色彩空间：其中在所述色彩空间中相等笛卡尔距离的两个色彩相对于人类视觉系统在感知上是基本上同等遥远的。
图像缓冲区155的所述经转换一个或多个像素可包括多个像素，其中每一像素包括一明度通道及一个或多个色彩通道。在方框230处，色彩空间处理器145将经转换图像缓冲区155的一个或多个像素的明度通道乘以第一值。在一个实例中，所述第一值是常数值。在方框240处，色彩空间处理器145将经转换图像缓冲区155的一个或多个像素的一个或多个色彩通道乘以第二值。在一个实例中，所述第二值是常数值。
在方框250处，色彩空间处理器145将图像缓冲区155的一个或多个像素从一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为原生色彩空间。在方框260处，色彩空间处理器145将图像缓冲区155、第一值及第二值发射到编码器180或者发射到多路复用器或包装器。如本文中所使用，包装器是在视频文件格式的SMPTE定义的意义上使用的术语，其中“本体”描述编解码器有效负载及其内容，且“包装器”描述文件格式或发射格式或者用于本体的其它有效负载封包。如所属领域的技术人员将了解，包装器还可被解释为意指单个图像的文件格式(例如JFIF)，其描述JPEG图像将被封装成文件的标准方式。在方框270处，编码器180将图像缓冲区155编码。在方框280处，编码器180将图像缓冲区155发射到发射器185。在方框290处，发射器185将图像缓冲区155发射到显示器170或者一个或多个下游装置190中的一者或多者。在一个实例中，发射器185通过网络195将图像缓冲区155发射到一个或多个下游装置190(例如，第二处理装置)。
在一个实例中，色彩空间处理器145可进一步接收一个或多个参考白点三色刺激值，如“ISO11664-4:2008(E)/CIES014-4/E:2007：联合ISO/CIE标准：比色法-第4部分：CIE1976L*a*b*色彩空间”(下文中，CIELAB，以引用的方式并入本文中)所描述。色彩空间处理器145可基于一个或多个白点值而将图像缓冲区的一个或多个像素从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间。发射器可将一个或多个白点值进一步发射到一个或多个下游装置190。第一值、第二值及一个或多个白点值可与图像缓冲区155一起被带内或带外发射到一个或多个下游装置190。
图3是本发明的实例可在其中操作的实例性解码计算系统300的框图，所述实例性解码计算系统改进图像及视频的压缩方法的感知质量及/或效率。通过非限制性实例的方式，计算系统300经配置以从一个或多个数据源305接收经编码数据。一个或多个数据源305可为图1的编码计算系统100。计算系统300还可包含计算平台315。计算平台315包括主机系统320，所述主机系统可包括(举例来说)处理装置325，例如一个或多个中央处理单元330a-330n。处理装置325耦合到主机存储器335。主机存储器335可将从一个或多个数据源305接收的经编码数字图像或视频数据存储于图像数据缓冲区350中。经编码数据可由接收器360接收，由解码器365解码且被传递到图像数据缓冲区350。接收器360可直接从一个或多个数据源305或经由网络310接收经编码数据。在一个实例中，接收器360或解码器365中的一者或两者可在处理装置325或计算平台315外部。在另一实例中，接收器360或解码器365中的一者或两者可与处理装置325或计算平台315集成在一起。
处理装置325可进一步实施图形处理单元340(GPU)。所属领域的技术人员将了解，除GPU外还可利用其它协处理器架构，例如但不限于DSP、FPGA或ASIC或者处理装置325自身的附属固定功能特征。所属领域的技术人员将进一步了解，GPU340可与中央处理单元330a-330n共同位于相同的物理芯片或逻辑装置上，还称为“APU”，例如在移动电话及平板计算机上所发现。单独GPU及CPU功能可发现于其中GPU是物理扩展卡的计算机服务器系统以及个人计算机系统及膝上型计算机上。GPU340可包括GPU存储器337。所属领域的技术人员将了解，主机存储器335与GPU存储器337还可共同位于相同的物理芯片或逻辑装置上，例如在APU上。所属领域的技术人员将进一步了解，解码处理装置325可部分地或完全地与编码处理装置125一起集成到图1的计算系统100中以提供编码及解码功能性两者。
处理装置325经配置以通过接收器360从数据源305接收经编码图像数据、第一值及第二值(例如，在图1的编码系统100中所采用的第一值及第二值)。处理装置325经配置以传送第一值、第二值，且基于所接收经编码图像数据而创建图像数据缓冲区350，到解码器365以将图像缓冲区350、第一值及第二值解码。解码器365经配置以传送图像缓冲区350、第一值及第二值，其作为图像缓冲区355被传送到GPU存储器337。
处理装置325经配置以实施色彩空间转换器与处理器345(下文中，“色彩空间处理器345”)以从解码器、多路分用器或解包装器接收图像缓冲区355、第一值及第二值。在一个实例中，处理装置325可将色彩处理器345实施为GPU340的组件。
色彩空间处理器345经配置以将图像缓冲区355的一个或多个像素从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间。色彩空间处理器345经配置以将经转换图像缓冲区的一个或多个像素的明度通道乘以第一值的倒数，且将经转换图像缓冲区的一个或多个像素的色彩通道乘以第二值的倒数。色彩空间处理器345进一步经配置以将图像缓冲区355的一个或多个像素从一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为原始原生输入色彩空间或者适合于在显示器370上显示输出或适合于发射到一个或多个下游装置375(例如，编码器)的色彩空间。
图4是图解说明用于改进现有图像及视频压缩方法的感知质量及/或效率的解码方法400的实例的流程图。方法400可由图3的计算机系统300执行且可包括硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微码等)、软件(例如，在处理装置上运行的指令)或其组合。在一个实例中，方法300主要由图3的计算系统300的色彩空间处理器345执行。
如图4中所展示，为了准许计算系统300将图像数据解码，在方框410处，接收器360从数据源305接收经编码图像数据、第一值及第二值。在方框420处，解码器365将图像缓冲区355、第一值及第二值解码，且将经解码数据放置于处理装置325的图像数据缓冲区350中。在方框430处，处理装置325将经解码图像缓冲区355、第一值及第二值传送到GPU存储器337的GPU图像缓冲区355。在方框440处，色彩空间处理器345从GPU存储器337接收图像缓冲区355、第一值及第二值。
经转换图像缓冲区355可包括多个像素，其中每一像素包括一明度通道及一个或多个色彩通道。在方框450处，色彩空间处理器345将图像缓冲区355的一个或多个像素从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间。在方框460处，色彩空间处理器345将经转换图像缓冲区355的一个或多个像素的明度通道乘以第一值的倒数。在一个实例中，所述第一值是常数值。在方框470处，色彩空间处理器345将经转换图像缓冲区355的一个或多个像素的一个或多个色彩通道乘以第二值的倒数。在一个实例中，所述第二值是常数值。
在方框480处，色彩空间处理器345将图像缓冲区355从一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为原生色彩空间或者转换为适合于在显示器370上显示输出或适合于发射到一个或多个下游装置375(例如，通过网络310发射到编码器)的色彩空间。在方框390处，色彩空间处理器345将图像缓冲区输出到显示器370或下游装置375。
在一个实例中，色彩空间处理器345可从接收器360进一步接收一个或多个白点值。色彩空间处理器345可将所述一个或多个白点值用于将图像缓冲区的一个或多个像素从一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为原生色彩空间中。在一个实例中，第一值、第二值及一个或多个白点值是与图像缓冲区255一起从数据源305(例如，图1的计算系统100)带内或带外接收的。
在一个实例中，与处理装置325相关联的原生色彩空间可不同于与数据源305相关联的原生色彩空间(例如，图1的处理装置125)。在一个实例中，与处理装置325相关联的感知上均匀的色彩空间可不同于与数据源305相关联的感知上均匀的色彩空间(例如，图1的处理装置125)。
本发明的实施例可操作以提供高吞吐量、高效系统及方法，其用于通过利用感知色彩科学的最新或未来发现而准许现有在适当位置中的基于YCbCr的压缩系统实现更佳感知质量或减小的译码速率，同时维持与基于YCbCr的压缩的兼容性作为发射媒体及色彩空间。因此，可减小照度通道及色度通道两者中的熵及冗余而不需要直接修改编码器或解码器或者发射器或接收器。
YCbCr色彩空间具有显著感知冗余，尤其是在色彩空间体积的上部及下部界限处沿着照度或Y通道轴。很长时间以来公认理想图像或视频压缩系统应选择感知上均匀的色彩空间作为符号表示的基础。如本文中所使用，感知均匀性意指在色彩空间体积中相等笛卡尔距离的两个色彩也在感知上是同等遥远的。
图5是三个维度上的CIELAB色彩空间的投影再现，其中将YCbCr色彩空间的边界的轮廓描画为线框形状。CIELAB色彩空间是比YCbCr色彩空间大得多的色彩空间。注意，包在CIELAB色彩空间内的YCbCr色域体积具有不规则形状。CIELAB色彩空间内的YCbCr色彩空间色域体积展示“拉伸”。这些拉伸的区域表示其中基于YCbCr的译码系统及压缩系统将“太多”译码速率贡献于表示相对于其它色彩的感知色彩差异的体积的区域。如果YCbCr色彩空间相对于CIELAB为完全感知上均匀的，那么其色域体积将为完全立方体。换一种方式表达，紧实的区域表示其中基于YCbCr的译码系统将“太少”译码速率贡献于表示相对于其它色彩的感知色彩差异的体积的区域。
图6展示在Y＝0、Y＝0.5及Y＝l时的正规化YCbCr色彩空间的三个横截面。
图7展示转换为CIELAB色彩空间的图6的横截面，其具有对HVS感知敏感性的更均匀逼近且经量化为8位精确度。应注意，原始YCbCr空间的一些色彩比其余色彩占据更多区域。
图8展示图7的量化轮廓边界。图7的区展示非均匀分布-大的区展示每当视频或图像译码或压缩系统利用YCbCr色彩空间时“浪费的”译码速率。如果YCbCr色彩空间是完全高效的，那么所展示的区将全部具有相同逼近区域。应注意，在图8中，浪费的译码速率针对较低照度值沿着Cb轴集中(其中Cb小于0)，且针对较高照度值沿着Cb轴集中(其中Cb大于0)。
在基于YCbCr的系统(例如JPEG、MPEG/H.262/H.263、AVC/H.264及HEVC/H.265)的实例中，所述问题不仅扩展到色彩通道，已发现，YCbCr的照度假设不完全匹配HVS对亮度的敏感性。出于此原因，在YCbCr色彩空间的Y通道中也存在可贡献于伪影及/或发射低效率的冗余，尤其是在照度范围的暗区中。
更实际地，可在观看趋向于具有高对比度且明亮、有色光的具有高饱和度的经解码暗场景(例如音乐会视频)时看到伪影。在此类情况下，典型编码系统的色带或多色调分色伪影是明显的，尤其是在译码速率受约束或发射网络堵塞条件下。在连同基于YCbCr的译码或压缩系统一起使用本发明的实例时可防止或缓解这些质量缺陷。
本发明的实例提供用于准许现有在适当位置中的基于CIE1931XYZ的压缩系统实现更佳感知质量或减小的译码速率的高吞吐量、高效系统及方法。本发明的实例可利用感知色彩科学的最新或未来发现，同时维持CIE1931XYZ色彩空间作为发射媒体及色彩空间的假设以减小照度通道中的熵及冗余而不需要直接修改编码器或解码器或者发射器或接收器。
在基于CIE1931XYZ的系统(例如JPEG2000)的实例中，所述问题在如下照度假设下更尖锐：CIE1931XYZ不是已知使HVS敏感性与亮度匹配的最接近表示。出于此原因，在CIE1931XYZ色彩空间的Y通道中也存在可贡献于伪影及/或发射低效率的冗余。
图9展示在Z＝l时的正规化CIE1931XYZ空间的横截面。
图10展示转换为CIELAB色彩空间的图9的横截面，其为HVS感知敏感性的更均匀逼近、经量化为8位精确度。可看出，原始CIE1931XYZ空间的一些色彩比其余色彩占据更多区域。
图11展示图10的量化轮廓边界。图10的区展示非均匀分布，大区展示每当视频或图像译码或压缩系统利用CIE1931XYZ色彩空间时“浪费的”译码速率。如果CIE1931XYZ色彩空间是完全高效的，那么所展示的区将全部具有相同逼近区域。
作为实际问题，此意味着即使是最近基于JPEG2000的系统(例如数字电影封包)也可在不具有显著感知差异的情况下变成更高效的。
另外，本发明的实施例可提供高吞吐量系统及方法，其可利用未来细化及标准来进行色彩表示，因为与HVS色彩及亮度感知及处理有关的更准确数据及标准变得可用。如CIE所发布的未来色彩空间表示可增加复杂性，但产生感知上更均匀的表示。本发明的实施例仅取决于所产生的感知上均匀的色彩空间变换(及其逆变换)相对于HVS感知差异为均匀的，此准许本文中所描述的实施例为有效的，这是因为本文中的系统及方法不依赖于色彩查找表或任何非线性数学运算。
图12是一起工作的图1及3的计算系统100、300的实例性实施方案1200的框图。图1及3的计算系统100、300的实例性实施方案1200包括呈硬件(例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微码等)、软件(例如，在处理装置上运行的指令)或其组合的实施方案。
如图12中所展示，原始数字图像或视频输入1205被输入到第一色彩空间转换过程1210。此第一色彩空间转换过程1205从原生色彩空间(例如YCbCr色彩空间或R'G'B'色彩空间)转换为感知上线性的色彩空间(通过非限制性实例的方式，例如CIELAB、CIELUV或SRLAB2)。将R'G'B'色彩空间转换为L*a*b*色彩空间是两步骤过程，其涉及如以下方程式1中所展示的向CIE1931XYZ色彩空间的第一转换：
X Y Z = 0.412453 0.357580 0.180423 0.212671 0.715160 0.072169 0.019334 0.119193 0.950227 × R ′ G ′ B ′ .
下一步骤是在给出如以下方程式2中所展示的一组三个假定参考白点三色刺激值的情况下转换为L*a*b*色彩空间：
L * = 116 f ( Y Y n ) - 16
a * = 500 [ f ( X X n ) - f ( Y Y n ) ]
b * = 200 [ f ( Y Y R ) - f ( Z Z n ) ] ,
其中方程式2中所使用的CIE标准D65白点的正规化相对照度三色刺激值展示于以下方程式3中：
Xn＝95.047，Yn＝100.0，Zn＝108.883，
其中方程式2的函数f()定义于以下方程式4中：
所属领域的技术人员将了解，可使用许多方法来实现从原生色彩空间格式到L*a*b*色彩空间的直接转换，且以上方程式是非限制性实例且是出于说明及清晰的目的而提供。另外，所属领域的技术人员将认识到，白点的选择应受光照、发起的摄像机或捕获系统的配置数据的影响，且可取决于输入内容及其相关联比色元数据而被改变。
接下来，接着由明度与色彩预处理器1215将数字图像的每一像素的每一通道乘以两个由用户提供的值DL及Dab，如在方程式5中：
L 1 * a 1 * b 1 * = D L D a b D a b × L * a * b * ,
其中DL的典型值位于0.8与0.95之间，且Dab的典型值位于0.5与0.8之间。
接下来，通过第一逆色彩转换过程1220将经修改值及转换回到原始原生色彩空间(例如YCbCr色彩空间或R'G'B'色彩空间)。此通常为两步骤过程，其中第一步骤是转换回到CIE1931XYZ色彩空间，如方程式6中所展示：
Y = Y n f - 1 ( 1 116 ( L 1 * + 16 ) )
X = X n f - 1 ( 1 116 ( L 1 * + 16 ) + 1 500 a 1 * )
Z = Z n f - 1 ( 1 116 ( L 1 * + 16 ) - 1 200 b 1 * ) ,
其中f-1(t)在方程式7中给出：
接着，将CIE1931XYZ图像缓冲区转换回到原始原生色彩空间，其在R'G'B'色彩空间的情形中由方程式8给出：
R ′ G ′ B ′ = 3.2404542 - 1.5371385 - 0.4985314 - 0.9692660 1.8760108 0.0415560 0.0556434 - 0.2040259 1.0572252 × X Y Z .
再次，所属领域的技术人员将了解，可使用许多方法来实现从L*a*b*色彩空间到原生色彩空间格式的直接转换，且以上方程式是非限制性实例且是出于说明及清晰的目的而提供。
如上文中所论述，虽然已数次尝试实现“足够好的”逼近，但不存在完全感知上均匀的色彩空间表示。所有的最新色彩空间表示(例如CIELAB、CIECAM02及SRLAB2)具有特定均匀性折衷，例如色调均匀性或沿着照度或明度维度的色调线性。这些不完美的结果是值DL及Dab的量值在可见伪影变得在显示器370处明显之前被限制。此限制直接影响可实现的译码效率增益，这是因为DL及Dab的量值越小，编码器(及解码器)需要译码的熵越少。
色彩空间处理器345及145的另一实例通过以下操作而改进此效率：评估图像数据缓冲区输入355及155的每一像素的色调，及采用此色调值来确定是使用CIELAB(其针对品红色、红色、黄色及绿色之间的值具有良好色调均匀性特性)还是使用SRLAB2(其针对绿色、青色、蓝色及品红色之间的值具有良好色调均匀性特性)来转换给定像素。如本文中所描述的色调是(举例来说)通过方程式9从RGB计算：
maxRGB＝max(R,G,B)
minRGB＝min(R,G,B)
色度＝maxRGB-minRGB
在一个实例中，当如先前所计算的色调大于第一色调截点(例如，3.0(在色调的前述数字表示中的绿色))或色调小于第二色调截点(例如，0.0(品红色))时，可应用交替色彩空间转换。通过非限制性实例的方式，这些截点可在给出RGB源(其为CIELAB就色调恒定性来说最挑战的色彩表示)的情况下根据方程式9表示绿色-青色-蓝色范围，且可利用SRLAB2作为交替色彩转换变换；否则可在色彩空间转换内利用CIELAB。所属领域的技术人员将了解，其它逼近的、感知上均匀的色彩变换可被替代，通过非限制性实例的方式，例如CIELUV、HunterLAB或CIECAM02。此外，色彩空间(例如CIELAB、CIELUV、CIECAM02、SRLAB2或前述色调范围中的一者或多者的基本上感知上均匀的色彩空间的未来表示)的选择对本发明实例的有效功能不重要，只要选择每一者的有效恰当色调范围且每一色彩空间表示在其所利用的色调范围内是感知上均匀的即可。通过利用此方法，DL及Dab的先前最小值可分别从0.8及0.5扩大为0.5及0.11，其具有编码器效率的伴随效益而不具有解码、再现质量的可见减小。色调决策过程是发起的色彩处理器1215及接收色彩处理器1255两者本地的。无论给定像素是否由给定色彩空间处理，其均可通过带外或带内手段(例如经由四通道图像缓冲区或单独数据缓冲区的阿尔法通道，或经由适合于传达每一像素的关于采用哪一色彩转换的信息的任何其它手段)在色彩空间转换1210与逆色彩空间转换1220之间或在色彩空间转换1250与逆色彩空间转换1260之间传递。应注意，色彩空间决策信息不必沿着通信通道(仅本地)传达，只要相对于色彩空间转换过程1210及1260观察到色调恒定性即可。
第一逆色彩转换过程1220将经变换图像数据输出到编码器1225，且将DL及Dab的值及任选地由第一色彩转换过程1210利用的白点Xn、Yn、Zn传达到编码器1225或直接传达到发射器/多路复用器/写入器1230。所属领域的技术人员将了解，在许多情形中，文件格式封装或流多路复用过程可与编码器1225位于同一位置。另外，这些值可被传达到编码器1225或发射器/多路复用器/写入器1230，使得其被传递到下游接收器/多路分用器/读取器过程1240，且以此方式如此进行以不需要编码器1225、解码器1245、发射器/多路复用器/写入器1230或接收器/多路分用器/读取器1240过程的定制实施方案。如本技术领域中众所周知，文件及流格式提供各种方式来实现此情况。
通过非限制性实例，JPEG文件交换格式(下文中，JFIF)常用于封装JPEG经压缩图像，且JFIF规定呈包含EXIF、ICC特性文件及图片信息(PictureInfo)的许多格式的众所周知元数据扩展，其中的任一者可用于传达关于DL、Dab的存在及值以及任选Xn、Yn、Zn值的信息。
通过非限制性实例的方式，H264经编码位流支持包含任选补充增强信息(SEI)标头，其中可嵌入DL、Dab及任选Xn、Yn、Zn值。这些方法不需要对编码器(或解码器)过程1225、1245的改变，而只需要将这些值输出到编码器1225或发射器/多路复用器/写入器1230及伴随地从下游解码器1245或接收器/多路分用器/读取器1240查询这些值的能力。
传达元数据的其它方式完全不与译码器或编解码器格式有联系，而是与输送流自身有联系。通过非限制性实例的方式，这些包含可出于本文中所描述的目的而使用且还经由RTP扩展标头的MPEG输送流的ES描述符。
所属领域的技术人员将了解，尽管用于DL、Dab及任选Xn、Yn、Zn值的许多传达方法是可能的，但本发明所需的合意的特性包含编码器及解码器实施方案的独立性及经由API或其它方法通过在前述编码器、解码器、发射器、接收器、多路复用器、多路分用器、读取器及写入器外部的过程对这些经传达元数据的存取。此还可包含完全带外传达(例如特定编码器及解码器对DL、Dab的值及任选Xn、Yn、Zn值的标准化)，或通过其它通道及上下文(通过非限制性实例的方式，例如通过MPEG-DASH或HLS流的清单文件或者通过单独文件或协议)传递这些值。
连同经压缩图像或视频数据自身，元数据任选地经由发射通道1235或存储媒体从上游发射器/多路复用器/写入器1230发射或传递到下游接收器/多路分用器/读取器1240，此将图像或视频数据解封装成适合于解码器1245的形式，且将数据输出到第二色彩空间转换过程1250。第二色彩空间转换过程1250以与通过方程式1到方程式4所描述的第一色彩空间转换过程1205类似的方式从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间，且通过非限制性实例的方式，任选地其中通过方程式9针对每一像素选择特定感知上均匀的色彩空间。所属领域的技术人员将了解，由解码器1245提供的原生色彩空间可不同于供应到编码器1225的原生色彩空间，且不同转换过程将是必要的。将进一步了解，由第一明度与色彩预处理器1215利用的感知上均匀的色彩空间可不同于由解码器1245利用的一个或多个感知上均匀的色彩空间，隐含的唯一要求是其全部各自是基本上感知上均匀的。
经转换图像数据被输出到明度与色彩后处理器1255。另外，接收器/多路分用器/读取器1240或解码器1245通过前述元数据通信方法中的任一者或相当的方法向明度与色彩后处理器1255供应DL、Dab及任选Xn、Yn、Zn值。
明度与色彩后处理器1255将数字图像的每一像素的每一通道乘以所供应的两个值DL及Dab，如在方程式10中：
L * a * b * = 1 / D L 1 / D a b 1 / D a b × L 1 * a 1 * b 1 * .
在应用倒数乘法运算之后，明度与色彩后处理器1255将L*a*b*色彩空间值输出到第二逆色彩转换过程1260。
第二逆色彩转换过程1260以与第一逆转换过程1220相同的方式起作用，如由方程式5到方程式8所说明，但由第二逆色彩转换过程1260利用的感知上均匀的色彩空间可不同，且输出原生色彩空间可适合于稍后代码转换器或显示器，且可不同于经提供作为到第一色彩转换过程1210的输入的原生色彩空间。此图像数据被1265输出到(通过非限制性实例的方式)显示器或后续编码器或图像处理管线。
本发明具有优于现有技术方法的增加现有图像及视频压缩系统的感知质量及编码效率的数个优点。
图13图解说明典型编码器及解码器链，其由于先前所描述的色彩空间及符号表示的次最优选择而遭受低效率。
图14图解说明根据格雷罗的用以解决前面提及的低效率的现有技术尝试。如图14中所展示，将原始数字图像或视频输入输入到色彩空间转换过程。此色彩空间转换过程从原生色彩空间(例如YCbCr色彩空间或R'G'B'色彩空间)转换为在HVS之后模型化的色彩空间，例如CIE1931XYZ色彩空间或CIELAB色彩空间。接着，将色彩查找表或等距离量化公式应用于色彩空间的色彩通道中的每一者。不处理明度、照度或Y通道。因此，此过程不利用照度或Y通道的显著冗余，且如所属领域的技术人员已知，许多同时视频及图像压缩系统及方法相比于色度通道将更多计算复杂性及通道发射带宽引导到照度通道，因此消除其中的冗余尤其重要。
此外，根据格雷罗的过程假设针对在HVS之后模型化的任何色彩空间执行色彩通道的等距离量化是充分的；然而，如图9、10及11已证明，且根据波因顿，CIE1931XYZ色彩空间具有显著不均匀性。CIE1931XYZ色彩空间是格雷罗中所揭示的那些色彩空间中最优的，但尽管CIE1931XYZ色彩空间是基于HSV模型(如实际上，所有色彩空间均如此)，其并非感知上均匀的，因此等距离量化操作将在所得图像及视频中形成可见伪影。
为了解决此问题，格雷罗揭示色彩映射函数，其有效地充当色彩查找表(下文中，“LUT”)。相对于本发明的实施例，此方法的缺点是双重的：第一，需要有本发明的实施例不强加的用于原生输入色彩空间与输出HSV感知上经模型化色彩空间的每一组合的单独LUT；第二，LUT的使用对编码系统强加存储器传送带宽成本，借此每一像素必须具有针对至少两个色彩通道的LUT读取、进一步间接参考存储器读取及对其执行的后续写入操作，本发明的实施例同样不强加此情况。如果用公式替换LUT，那么格雷罗揭示将需要多个多项式求解及比较/分支运算的色彩范围，此在考虑到对这些的求解需要针对经转换视频流的每一像素重复执行时是不理想的。
通过比较的方式，本发明的实施例仅需要针对经转换图像数据的每一通道的每一像素的单个值乘法运算。
格雷罗预期与其中所揭示的系统及方法一起利用感知上均匀的色彩空间(例如CIELAB色彩空间)代替CIE1931XYZ色彩空间。然而，关于色彩映射函数及/或LUT实施方案的前述缺点适用。在所揭示量化函数的实例中，如此做的益处在与任何基于DCT的编码制度一起利用时变得无效，因此色彩熵仅由空间熵替代，因而不产生译码速率效率的净增益。
图15图解说明此情况，其中含有平滑8位梯度的原始图像片块经量化为4位。色彩熵已减小但空间熵已增加，这是因为新形成的边界边缘的尖锐边界加上边界条件误差导致表示显著增加的空间能量及熵的杂色空间特征。在基于DCT的编码制度(例如JPEG或包含HEVC的MPEG变体中的任一者)中，此导致额外熵以较高频率在DCT系数中扩展。此可通过预期此的定制编码器缓解，但本发明的实施例提供用于增加编码及解码的质量及/或效率而不需要对编码器及解码器实施方案的改变或替换的系统及方法。
先前所说明的空间熵问题可通过以下方式缓解：在接近编码器及解码器两者处恰当使用直方图函数(例如'384专利中所揭示的直方图函数)以缓解如格雷罗所揭示的在使用其中所揭示的量化函数时的过程的独特特征及问题，但此问题未在格雷罗中辨识或提及且是在格雷罗之外教示。本发明的实施例免除对此类过程的需要。
本发明的实施例的预编码过程足够高效以在同时、市售、畅销计算机硬件上在30fps下针对4K视频分辨率视频大于实时且针对5K及8K分辨率视频以近实时执行，且在各种分辨率下以实时及近实时执行多个图像及视频。本发明的实施例的后编码过程足够高效以在具有GPU、CPU或APU的任何终端用户装置上在全HD分辨率下针对视频及图像的单个实例(例如特征电话、智能电话、平板计算机、膝上型计算机、PC、机顶盒及电视)执行。
根据本发明的实施例的编码器接近及解码器接近两者处的效率的此组合打开新应用。这些应用包含但不限于，过顶(over-the-top)视频递送的实时改进的视频译码器效率、在从移动装置进行上传及下载视频及图像数据两者时公共无线电接入网络堵塞的成本效益实时减小、增加的实时通带电视递送容量、卫星转发器容量的增加、内容管理系统及网络DVR架构的存储成本的减小及分布网络核心处的图像及视频的高吞吐量处理。
图16图解说明呈计算机系统1600的实例性形式的机器的图解性表示，在所述计算机系统内可执行用于致使所述机器执行本文中所论述的方法中的任何一者或多者的一组指令。在一些实例中，所述机器可连接(例如，网络连接)到LAN、内联网、外联网或因特网中的其它机器。所述机器可在客户端-服务器网络环境中以服务器机器的资格操。所述机器可为个人计算机(PC)、机顶盒(STB)、服务器、网络路由器、交换机或桥接器或者能够执行规定将由所述机器采取的动作的一组指令(顺序或以其它方式)的任何机器。此外，尽管图解说明仅单个机器，但还应将术语“机器”视为包含个别地或联合地执行一组(或多组)指令以执行本文中所论述的方法中的任何一者或多者的任何机器集合。
实例性计算机系统1600包含处理装置(处理器)1602、主存储器1604(例如，只读存储器(ROM)、快闪存储器、例如同步DRAM(SDRAM)的动态随机存取存储器(DRAM))、静态存储器1606(例如，快闪存储器、静态随机存取存储器(SRAM))及数据存储装置1616，所述装置经由总线1608彼此通信。
处理器1602表示一个或多个通用处理装置，例如微处理器、中央处理单元等等。更特定来说，处理器1602可为复杂指令集计算(CISC)微处理器、精简指令集计算(RISC)微处理器、超长指令字(VLIW)微处理器或者实施其它指令集的处理器或实施若干指令集的组合的若干处理器。处理器1602也可为一个或多个专用处理装置，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器等等。分别展示于图1及3中的色彩空间处理器145、345可由经配置以执行本文中所论述的操作及步骤的处理器1602执行。
计算机系统1600可进一步包含网络接口装置1622。计算机系统1600还可包含视频显示单元1610(例如，液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))、字母数字输入装置1612(例如，键盘)、光标控制装置1614(例如，鼠标)及信号产生装置1620(例如，扬声器)。
驱动电路1616可包含其上存储有体现本文中所描述的方法或功能中的任何一者或多者的一组或多组指令(例如，色彩空间处理器145、345的指令)的计算机可读媒体1624。色彩空间处理器145、345的指令在其由计算机系统1600执行期间还可完全地或至少部分地驻存于主存储器1604内及/或处理器1602内，主存储器1604及处理器1602还构成计算机可读媒体。色彩空间处理器145、345的指令可进一步经由网络接口装置1622通过网络来发射或接收。
尽管在实例中将计算机可读存储媒体1624展示为单个媒体，但术语“计算机可读存储媒体”应视为包含存储一组或多组指令的单个非暂时性媒体或多个非暂时性媒体(例如，集中式或分布式数据库及/或相关联高速缓冲存储器及服务器)。术语“计算机可读存储媒体”还应视为包含能够存储、编码或载运供由机器执行的一组指令且致使机器执行本发明的方法中的任何一者或多者的任何媒体。因此，术语“计算机可读存储媒体”应视为包含但不限于固态存储器、光学媒体及磁性媒体。
在以上说明中，陈述了众多细节。然而，受益于本发明的所属领域的一般技术人员将明了，可在无这些特定细节的情况下实践本发明的实例。在一些实例中，以框图形式而非详细地展示众所周知的结构及装置，以避免使本说明模糊。
详细说明的一些部分是就对计算机存储器内的数据位的操作的算法及符号表示方面而呈现。这些算法说明及表示是由熟悉数据处理技术的人员用以最有效地将其工作的实质传达给所属领域的其它技术人员的手段。算法在此处且大体地设想为达到所要结果的始终一致的步骤序列。所述步骤是需要对物理量进行物理操纵的步骤。通常但并非必须，这些量采取能够被存储、传送、组合、比较及以其它方式加以操纵的电信号或磁信号的形式。已证实，主要出于常用的原因，将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数字等等有时比较方便。
然而，应记住，所有这些术语及类似术语均与适当的物理量相关联，且仅仅为应用于这些量的方便标签。除非如从以上论述明了另有具体陈述，否则应了解，在本说明通篇中，利用例如“接收”、“写入”、“维持”等等术语的论述是指计算机系统或类似电子计算装置的动作及过程，其对表示为计算机系统的寄存器及存储器内的物理(例如，电子)量的数据进行操纵并将其向新坐标系统翻译成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或者其它此类信息存储、发射或显示装置内的物理量的其它数据。
本发明的实例还涉及一种用于执行本文中的操作的设备。此设备可特别针对所需目的来构造，或其可包括通用计算机，由存储于所述计算机中的计算机程序来有选择地激活或重配置所述计算机。如本文中所揭示的改进现有图像及视频压缩或发射系统及方法的感知质量及/或发射或存储效率的高吞吐量系统及方法解决许多领域中的问题，例如过顶视频递送的实时效率、在从移动装置进行上传及下载视频及图像数据两者时公共无线电接入网络堵塞的成本效益实时减小、增加的实时通带电视递送容量、卫星转发器容量的增加、内容管理系统及网络DVR架构的存储成本的减小及分布网络核心处的图像及视频的高吞吐量处理，其作为但只是几个实例。
此计算机程序可存储于计算机可读存储媒体中，例如但不限于任何类型的磁盘(包含软盘、光盘、CD-ROM及磁光盘)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡或者适合于存储电子指令的任何类型的媒体。
本文中所呈现的算法及显示并不与任何特定计算机或其它设备内在地相关。各种通用系统可与根据本文中的教示的程序一起使用，或者构造用以执行所需方法步骤的更专门化设备可证明为方便的。各种这类系统的实例性结构将根据本文中的说明显而易见。另外，本发明并非参考任何特定编程语言而描述。将了解，各种编程语言可用于实施如本文中所描述的本发明的教示。
应理解，以上说明打算为说明性而非限制性的。在阅读且理解以上说明后，所属领域的技术人员将明了许多其它实例。因此，本发明的范围应参考所附权利要求书连同此权利要求书被授权的等效物的完全范围来确定。

Claims (27)

1.一种方法，其包括：
在处理装置处接收图像缓冲区；
使用所述处理装置将所述图像缓冲区的一个或多个像素从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间；
使用所述处理装置将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素的明度通道乘以第一值；
使用所述处理装置将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素从所述一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为所述原生色彩空间；及
将所述图像缓冲区发射到下游装置。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个感知上均匀的色彩空间是如下色彩空间：其中在所述色彩空间中具有相等笛卡尔距离的两个色彩相对于人类视觉系统在感知上是基本上同等遥远的。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括使用所述处理装置将所述图像缓冲区的一个或多个色彩通道的一个或多个像素乘以第二值。
4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括将所述第一值及所述第二值发射到所述下游装置。
5.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括在所述处理装置处从上游装置或存储器缓冲区中的一者接收所述第一值及所述第二值。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括由所述处理装置将所述经转换图像缓冲区发射到编码器，其中所述编码器可操作以将所述图像缓冲区编码。
7.根据权利要求3所述的方法，其进一步包括：
在所述处理装置处接收一个或多个白点值；
基于所述一个或多个白点值而将所述图像缓冲区的一个或多个像素从所述原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间；及
将所述一个或多个白点值发射到所述下游装置。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一值、所述第二值及所述一个或多个白点值是与所述图像缓冲区一起被带内发射到所述下游装置。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一值、所述第二值及所述一个或多个白点值是与所述图像缓冲区一起被带外发射到所述下游装置。
10.根据权利要求1所述的方法，其中将所述图像缓冲区的一个或多个像素从原生色彩空间转换为所述一个或多个感知上均匀的色彩空间是基于评估所述图像缓冲区的每一像素的色调及采用所述经评估色调来在多个感知上均匀的色彩空间当中进行选择。
11.根据权利要求10所述的方法，其中将所述图像缓冲区的一个或多个像素从一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为所述原生色彩空间是基于每一像素的所述先前经评估色调。
12.一种系统，其包括：
用以接收图像缓冲区的处理装置的存储器；
所述处理装置的色彩空间处理器，所述色彩空间处理器耦合到所述存储器且使用所述存储器，所述色彩空间处理器用以：
将所述图像缓冲区的一个或多个像素从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间；
将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素的明度通道乘以第一值；
将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素从所述一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为所述原生色彩空间；及
将所述图像缓冲区发射到下游装置。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述一个或多个感知上均匀的色彩空间是如下色彩空间：其中在所述色彩空间中具有相等笛卡尔距离的两个色彩相对于人类视觉系统在感知上是基本上同等遥远的。
14.根据权利要求12所述的系统，其中将所述图像缓冲区的一个或多个像素从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间是基于评估所述图像缓冲区的每一像素的色调及采用所述经评估色调来在多个感知上均匀的色彩空间当中进行选择。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述色彩处理器被实施为微处理器、微控制器、图形处理单元、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路中的一者。
16.一种方法，其包括：
在第一处理装置处从第二处理装置接收图像缓冲区及第一值；
使用所述第一处理装置将所述图像缓冲区的一个或多个像素从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间；
使用所述第一处理装置将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素的明度通道乘以所述第一值的倒数；
使用所述第一处理装置将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素从所述一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为所述原生色彩空间；及
使用所述第一处理装置将所述图像缓冲区发射到下游装置。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述一个或多个感知上均匀的色彩空间是如下色彩空间：其中在所述色彩空间中具有相等笛卡尔距离的两个色彩相对于人类视觉系统在感知上是基本上同等遥远的。
18.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括：
在所述第一处理装置处从所述第二处理装置接收第二值，及
使用所述第一处理装置将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素的一个或多个色彩通道乘以所述第二值的倒数。
19.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括：
在所述第一处理装置处从所述第二处理装置接收一个或多个白点值，及
使用所述第一处理装置基于所述一个或多个白点值而将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素从所述一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为所述原生色彩空间。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一值、所述第二值及所述一个或多个白点值是与所述图像缓冲区一起从所述第二处理装置被带内接收。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一值、所述第二值及所述一个或多个白点值是与所述图像缓冲区一起从所述第一处理装置被带外接收。
22.根据权利要求16所述的方法，其中与所述第一处理装置相关联的所述至少一个原生色彩空间不同于与所述第二处理装置相关联的至少一个原生色彩空间。
23.根据权利要求16所述的方法，其中与所述第一处理装置相关联的所述一个或多个感知上均匀的色彩空间不同于与所述第二处理装置相关联的所述一个或多个感知上均匀的色彩空间。
24.根据权利要求16所述的方法，其中所述下游装置是显示器、编码器或图像处理管线中的一者或多者。
25.一种系统，其包括：
用以从第二处理装置接收图像缓冲区及第一值的第一处理装置的存储器；
所述第一处理装置的色彩空间处理器，所述色彩空间处理器耦合到所述存储器且使用所述存储器，所述色彩空间处理器用以：
将所述图像缓冲区的一个或多个像素从原生色彩空间转换为一个或多个感知上均匀的色彩空间；
将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素的明度通道乘以所述第一值的倒数；
将所述图像缓冲区的所述一个或多个像素从所述一个或多个感知上均匀的色彩空间转换为所述原生色彩空间；及
将所述图像缓冲区发射到下游装置。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述一个或多个感知上均匀的色彩空间是如下色彩空间：其中在所述色彩空间中具有相等笛卡尔距离的两个色彩相对于人类视觉系统在感知上是基本上同等遥远的。
27.根据权利要求25所述的系统，其中所述色彩处理器被实施为微处理器、微控制器、图形处理单元、数字信号处理器、现场可编程门阵列或专用集成电路中的一者。
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