CN107211142A - 对彩色图像进行解码的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本公开总体上涉及一种对来自比特流的彩色图像进行解码的设备和方法。其包括：‑通过向从比特流获得的亮度分量施加非线性动态扩展函数来获得扩展范围的亮度作为第一分量，其中所述非线性动态扩展函数是依赖于已经向对彩色图像进行编码时获得的原始亮度分量施加的动态减小函数的逆来确定的；‑通过计算由第一分量确定的值和另一个值之间的差的平方根，获得第二分量S，所述另一个值计算为从所述比特流获得的两个色度分量的乘积和所述两个色度分量的平方值的线性组合的；以及‑通过将要解码的彩色图像的至少一个颜色分量确定为第二分量和两个色度分量的线性组合，至少从所述第二分量S和所述两个色度分量获得所述至少一个颜色分量。

Description

对彩色图像进行解码的方法和设备
技术领域
本公开通常涉及图像/视频编码和解码。具体地而非排除地，本公开的技术领域涉及对其像素值属于高动态范围的图像进行解码。
背景技术
本部分是为了向读者介绍可能与下文所述的和/或所要求保护的本公开各个方面相关的现有技术的各方面。相信该讨论有助于向读者提供背景信息以便帮助更好地理解本公开的各个方面。因此，应当理解：这些陈述应按这种方式解读，而不是作为对现有技术的承认。
在下文中，彩色图像包含特定图像/视频格式的样本(像素值)的若干阵列，所述特定图像/视频格式规定了相对于图像(或视频)的像素值的所有信息以及可以被显示器和/或任意其他设备用于例如对图像(或视频)进行显现或解码的所有信息。彩色图像包括第一样本阵列形式的至少一个分量(通常是luma(亮度)分量)，以及至少一个其他样本阵列形式的至少一个其他分量。或者等价地，相同的信息可以通过一组颜色样本(颜色分量)来表示，例如传统的三原色RGB表示。
像素值通过n个值的矢量来表示，其中n是分量的个数。矢量的每一个值由多个比特表示，所述多个比特定义了像素值的最大动态范围。
标准动态范围图像(SDR图像)是其亮度值用有限动态表示的彩色图像，该有限动态通常以2的幂或者F制光圈数来度量。SDR图像在线性域中具有约光圈数10的动态(即最亮像素和最暗像素之间的比为1000)，以及在非线性域中以有限数目的比特(在HDTV(高清电视系统)和UHDTV(超高清电视系统)中最常使用8或10个)例如通过使用ITU-R BT.709 OEFT(光电传递函数)(Rec.ITU-R BT.709-5，April 2002)或ITU-R BT.2020 OETF(Rec.ITU-RBT.2020-1，June 2014))进行编码，以减小动态。这种有限的非线性表示不允许对小信号变化的渲染进行校正，特别是对在暗的亮度范围和明的亮度范围内的小信号变化。在高动态范围图像(HDR图像)中，信号动态高得多(高达光圈数20，即最亮像素和最暗像素之间的比为一百万)，并且需要新的非线性表示来保持信号在整个范围内的高精度。在HDR图像中，原始数据通常按照浮点格式(每个分量32-比特或16-比特，即浮点或半浮点)表示，最流行的格式是OpenEXR半浮点格式(每个RGB分量16比特，即每个像素48比特)；或者以长整数来表示，通常至少16比特。
色域是颜色的某个完整集合。最经常的用法指的是可以在给定环境内(例如在给定的色彩空间内)或者由特定输出设备精确表示的颜色的集合。有时通过CIE1931色彩空间色度图中定义的RGB三原色和白点来定义色域。
例如，针对UHDTV，通过RGB ITU-RRecommendation BT.2020色彩空间来定义色域。旧的标准ITU-R Recommendation BT.709定义了针对HDTV的较小色域。在SDR中，对于对数据进行编码的色域，动态范围被官方地定义为高达100nitb(每平方米坎德拉)，尽管一些显示技术可以示出更亮的像素。
高动态范围图像(HDR图像)是用比SDR图像的动态高的HDR动态来表示亮度值的彩色图像。
HDR动态还没有由标准定义，而是可以预期高达几千nits的动态范围。例如，通过RGB BT.2020色彩空间和在所述RGB色彩空间中表示的属于从0至4000nits的动态范围的值来定义一个HDR色域。通过RGB BT.2020色彩空间和在所述RGB色彩空间中表示的属于从0至1000nits的动态范围的值定义了HDR色域的另一示例。
对图像(或视频)进行颜色分级是一种更改/增强图像(或视频)的颜色的处理。通常，对图像进行颜色分级涉及颜色容量(色彩空间和/或动态范围)的改变或者相对于该图像的色域的改变。因此，同一图像的两个不同颜色分级版本是在不同色彩空间(或者色域)中表示值的图像或者已经根据不同的颜色分级更改/增强了它们颜色的至少一个的图像。这可以涉及用户相互作用。
例如，在电影制作时，使用三原色照相机将图像和视频捕捉为由3个分量(红、绿和蓝)构成的RGB颜色值。RGB颜色值依赖于传感器的三原色特性(颜色要素)。然后获得所捕捉图像的第一颜色分级版本以便(使用特定的剧院分级)得到剧院渲染。典型地，根据例如定义了UHDTV的参数值的标准化YUV格式(例如BT.2020)来表示所捕捉的图像的第一颜色分级版本的值。
然后，调色师通常结合摄影导演通过精细调节/稍稍调整某些颜色值对所捕捉图像的第一颜色分级版本的颜色值执行控制，以便逐渐获得有美感的目的。
要解决的问题是在分配相关联的SDR图像(或视频)的同时对压缩的HDR图像(或视频)的分配，所述SDR图像表示所述HDR图像(或视频)的颜色分级版本。
平常的方案是在分配架构上同时播放SDR和HDR图像(或视频)，但是缺点是与适用于广播SDR图像(或视频)的传统结构(例如HEVC main 10 profile(High EfficiencyVideo Coding”，SERIES H：AUDIOVISUAL AND MULTIMEDIASYSTEMS，Recommendation ITU-TH.265，Telecommunication Standardization Sector of ITU，2013年4月))相比，几乎将所需要的带宽加倍。
使用传统分配架构要求加速HDR图像(或视频)分配的紧迫性。同样，应该在确保图像(或视频)的SDR和HDR版本的良好质量的同时，使比特率最小化。
此外，可以确保后向兼容性，即SDR图像(或视频)应该对于配备有传统解码器和显示器的用户可观看，即具体地，应该保持总的感知明度(即暗场景vs明场景)和感知颜色(例如，色调的保留等等)。
另一个直接解决方案是通过合适的非线性函数来减小HDR图像(或视频)的动态范围，典型地减小到有限个数的比特(即10比特)并且直接通过HEVCmain 10 profile进行压缩。已经存在这种非线性函数(曲线)，像由dolby在SMPTE(SMPTE standard：High DynamicRange Electro-Optical Transfer Function of Mastering Reference Displays，SMPTEST 2084：2014)提出的所谓的PQ EOTF。
这种解决方案的缺点是缺少后向兼容性，即所获得的图像(视频)的减小版本不具有足够的视觉质量以被认为可以作为SDR图像(或视频)来观看，并且压缩性能较差。
在考虑到上述内容的情况下设计了本公开。
发明内容
以下呈现了公开的简单概括以便提供对本公开的一些方面的基本理解。本发明内容不是本公开的扩展概述。并非意在确定本公开的关键或重要元素。以下发明内容只是以简化形式呈现本公开的一些方面，作为稍后提供的更详细描述的前言。
具体地，针对图像或图像序列的编码和解码描述了分配解决方案的编码侧和解码侧。在编码侧，所述解决方案包括例如将HDR图像映射到按照与传统SDR工作流兼容的格式表示的SDR图像。示例性而非限制性的，所述格式可以是专用于高清TV(由标准ITU-R推荐BT.709定义)的8-比特YUV格式或者专用于超高清TV(由标准ITU-R Rec BT.2020定义)的10-比特YUV格式。所述方案还包括通过使用传统SDR图像编码器对获得的SDR图像进行编码。例如但不局限于，所述编码器可以是标准8-比特h264/AVCmain profile或例如HEVC的标准10-比特HEVCmain 10 profile(或工作流可工作的任意其他编解码器)。另外，所述分配解决方案包括对所获得的已编码SDR图像的比特流进行分配。
在解码器侧，依赖于所寻址的用户可能存在两种情形。
在第一种情形中，已解码的SDR图像从所分配的比特流获得，并且显示在支持SDR的设备上。
在第二种情形中，首先通过获得已解码的SDR图像、然后通过施加从已解码的SDR图像至已解码的HDR图像的映射，从所分配的比特流获得已解码的HDR图像。
有利地，由编码器执行的从HDR图像到SDR图像的映射是可逆的，使得通过解码器来施加从SDR图像到HDR图像的逆映射。通过这样进行，将已解码HDR图像相对于HDR图像的编码误差最小化。
可逆的HDR到SDR映射的实施例在下文中描述，并且基于使用平方根作为EOTF的三步处理。
如图1所示，对彩色图像进行编码的方法100包括亮度动态减小(步骤110)，所述亮度动态减小包括：子步骤111，从彩色图像的颜色分量Ec(c＝1，2，3)中的至少一个获得原始亮度Y；以及子步骤112，直方图分析以便确定针对要编码图像的调制值(也称作背光值)Ba。不同的方法可以用于计算调制值，例如但是不局限于使用HDR亮度的平均、中值、最小值或最大值。可以在线性HDR亮度域YHDR，lin或者像ln(YHDR，lin)或YHDR，lin γ的非线性域中执行这些操作，其中γ＜1。
将彩色图像看作是具有三种颜色分量，所述三种颜色分量中表示了彩色图像的像素值。尽管至少部分地由具体示例说明，但是本公开不局限于其中表示三个分量的任意色彩空间，而是扩展至例如RGB、CIELUV、XYZ、CIELab等的任意色彩空间。作为示例，Ec在附图中指的是RGBHDR。在子步骤113中，通过施加依赖于原始亮度Y和调制值Ba的非线性函数，减小原始亮度Y的动态，以从原始亮度Y和调制值Ba获得亮度分量L。
在第二步骤120中，根据彩色图像的颜色分量Ec来确定两个色度分量C1和C2。对于图1中给出的示例，C1和C2指的是U′V′，而Ec指的是RGBHDR。在子步骤121中，通过取颜色分量Ec的平方根来获得中间分量Dc(在图1的示例中，Dc指的是R#B#G#)。对于图1中所示的示例，这指的是RGBHDR的平方根。在下一个子步骤122中，通过将中间分量Dc乘以公共乘法因子β”来获得减小的分量Fc(对于图1中所示的示例是)。因子β”(Ba，L)依赖于亮度分量L和调制值Ba。在下一个子步骤123中，通过将三个减小的分量Fc乘以矩阵来获得色度分量C1和C2(图1中的U’和V′)，即
[C1；C2]＝M[F1；F2；F3]，
其中M是依赖于彩色图像的色域的2x3矩阵。
在第三步骤130中，执行亮度分量L和色度分量C1、C2的校正，以获得校正的亮度分量L’和校正的色度分量C′1和C′2(在附图中称作U′V’至L′U″V″)。通过色域映射来获得这种校正，使得校正的分量L′、C’1、C′2的色域G1的感知颜色与HDR彩色图像的分量Ec的色域G2的感知颜色相对应。
更精确地，在色度学和颜色理论中，颜色丰满度、色度和饱和度指的是特定颜色的可感知强度。颜色丰满度是颜色和灰色之间的差异程度。色度是在类似的观看条件下相对于呈现为白色的另一种颜色的明度的颜色丰满度。饱和度是颜色相对于自己的明度的颜色丰满度。
高度鲜艳的激励是生动且强烈的，而低度鲜艳的激励表现得更加温和，更接近灰色。在根本没有颜色丰满度的情况下，颜色是“暗淡的”灰色(将任一种颜色中都不存在颜色丰满度的图像称作灰度图像)。任意颜色都可以从其颜色丰满度(或者色度或饱和度)、明亮度(明度)和彩色进行描述。
颜色的色调和饱和度的定义依赖于用于表示所述颜色的色彩空间。
例如，当使用CIELUV色彩空间时，将饱和度suv定义为色度与亮度L*之间的比率。
由下式给出色调：
根据另一示例，当使用CIELAB色彩空间时，将饱和度定义为色度与亮度之间的比率：
由下式给出色调：
这些等式是与饱和度的人类感知相一致的保护度和色调的合理预测，并且说明了在保持角度a*/b*(或u*/v*)固定的同时调节CIELAB(或CIELUV)色彩空间中的明度确实影响了色调，并且因此影响相同颜色的感知。在步骤150，将颜色分量Ec缩放了相同的因子保持了这一角度，因此保持了彩色。
现在考虑在CIELUV色彩空间以及图像I2中表示HDR彩色图像，通过将CIELUV颜色空间的亮度分量L与两个色度分量U(＝C1)和V(＝C2)组合在一起来形成所述图像I2，与彩色图像I的亮度的动态范围相比(步骤130)图像I2的动态范围减小。因为颜色的饱和度和彩色改变，因此人类不同地感知到图像I2的颜色。所述方法(步骤130)确定了校正的图像I3的色度分量C′1和C′2，使得校正的图像I3的颜色的色调与HDR彩色图像的色调最好地匹配。
在子步骤131、132中，确定了在第二步骤120中使用的公共乘法因子β”。在下一个子步骤133中，根据L产生了L′。
通过以下等式，根据亮度分量L和色度分量C1、C2获得了校正的分量L′、C′1、C′2。
C’1＝C1，
C’2＝C2，
L’＝L-mC’1-nC’2
其中m和n是两个实系数，并且指的是附图中的a和b。所述实系数依赖于HDRRecBT.709和Bt.2020的色域。M和n的典型值是在区间[0.1，0.5]中，且m≈n。
根据校正的变体，校正的亮度分量L’的值始终小于亮度分量L的值：
L′＝L-max(0，mC′1+nC′2)
这确保了校正的亮度分量L′的值不会超过亮度分量L的值，因此确保了不会发生颜色饱和。在比特流F和图像L′C′1C′2中对调制值Ba进行编码。
如图2所示，示意性地示出了对来自比特流的彩色图像进行解码的对应方法200。可以将解码步骤210、220和230看作对应编码步骤110、120和130的逆操作。在步骤230中，从比特流F获得校正的亮度和色度分量L’、C′1、C′2(在图2称作U′V′)。在子步骤中，通过对校正进行逆操作(即通过以下等式)来获得亮度分量L：
L＝L’+mC’1+nC’2
(m和n指的是图中所示的a和b)。
根据逆校正的变体，亮度分量L的值始终大于校正的亮度分量L′的值：
L＝L′+max(0，mC′1+nC′2)
该实施例是有利的，因为确保了亮度分量L不会超过通常由解码器用于限定亮度峰值的潜在限幅值。
在步骤210中，向亮度L施加非线性扩展函数以便产生作为扩展范围亮度的第一分量(图2中的Y或图3中的sqrt(Y))，所述非线性扩展函数是已经向对彩色图像进行编码时获得的原始亮度分量施加的动态减小函数的逆，例如YHDR＝f1(LSDR)。
在步骤220，从校正的色度分量C＇1、C′2(在所示示例中：U′V′)和第一分量Y(或sqrt(Y))来恢复要解码的彩色图像的至少一个颜色分量ec(在所示示例中的RGBHDR)。在子步骤221a中，执行校正的色度分量C′1、C’2与共同乘法因子β’的乘法以获得中间色度分量(C1rC2r是指图2的示例中所示的UrVr以及是指图示的中间色度分量在另外的子步骤222中用于获得第二分量S，即指代用于在图2中所示的示例的分量标记，值S由确定。在另外的子步骤223中，从SUrVr恢复R#G#B#：[R#；G#；B#]＝Mat3x3[S；Ur；Vr]。在下一个子步骤224中将已解码彩色图像的颜色分量RGBHDR确定为R#G#B#的平方。
换句话说，所述方法允许例如SDR到HDR的解映射，所述SDR到HDR的解映射从SDR亮度分量L和两个SDR色度分量UV恢复了对RGB HDR分量加以表示的R#G#B#，其中从L推导出HDR亮度分量，将值T计算为U2，V2与U*V的线性组合，将S计算为Y-T的平方根，并且将R#G#B#确定为3x3矩阵与SUV的乘积，并施加于输入SDR图像的每一个像素。例如，所述3x3矩阵是在ITU-R BT709/2020中定义的RGB-＞YUV矩阵的逆，即C＝A-1。
所述解码方案允许在分配对所述HDR图像的颜色分级版本加以表示的关联SDR图像的同时分配压缩的HDR图像。然而，因为当对HDR图像进行解码和显示时压缩损耗可能引入不精确性，使得不会始终确保解码的数值稳定性或者鲁棒性，因此可以进一步提高解码。
另外的公开阐述了提供一种对来自比特流的彩色图像进行解码的方法，所述方法提供进一步增加的鲁棒性。所述方法包括：
-通过向从所述比特流获得的亮度分量施加非线性动态扩展函数来获得第一分量；
-通过对由第一分量确定的值和从所述比特流获得的两个色度分量的乘积和平方值的线性组合之间的差取平方根，获得第二分量；以及
-至少从所述第二分量和所述两个色度分量获得要解码的彩色图像的至少一个颜色分量。
这允许施加非线性动态扩展函数，所述非线性动态扩展函数不必是在编码期间施加的对应非线性动态减小函数的逆，以便至少向亮度分量施加定制边界，例如考虑由处理硬件施加的限制。另外，平方根函数对于实际选择的非线性动态扩展函数所产生的第一分量的依赖性允许不但使第二分量的计算适应于引入的边界，而且影响非定义差异结果的无效，从而实现增强的数值稳定性。
根据实施例，
-只有当由第一分量确定的值等于或大于所述线性组合时，通过对所述值和所述线性组合之间的差取平方根来获得第二分量，以及
-将所述第二分量设置为等于零，另外将两个色度分量与公共因子相乘。这允许处理确定为非实数数字的第二分量的情况。否则，对这种误差情况进行处理可以另外依赖于所施加的硬件误差处理功能。通过将第二分量设置为0来解决这种例外。然而，用零代替虚数值等价于增加亮度。如果在不向色度分量施加公共因子的情况下将第二分量设置为0，实际上将导致在将第二分量设置为零的地方出现非常亮的像素。
根据一个实施例，公共因子是所述第一分量(即所述分量的值)与所述线性组合的平方根的比率。
在该实施例中，非线性动态扩展函数是例如当已经向对彩色图像编码时获得的原始亮度分量施加的动态减小函数的逆，并且由所述第一分量确定的所述值等于所述原始亮度分量。在这种情况下，非线性动态扩展函数提供原始亮度分量作为所述第一分量，并且将第二分量确定为原始编码的亮度和所述线性组合之间差的平方根。
根据另一个实施例，公共因子是所述线性组合的平方根的倒数。
在该实施例中，非线性动态扩展函数是当已经向对彩色图像编码时获得的原始亮度分量施加的动态减小函数的逆，并且由所述第一分量确定的所述值等于1。另外，获得要解码的彩色图像的至少一个颜色分量包括将至少一个颜色分量与第一分量相乘。这通过原始亮度分量的平方根引入了归一化，从而向色度分量和第二分量设置了边界，使得可以简化硬件实现方式。最后，所述的相乘去除了所施加的归一化。
为了向两个色度分量施加对应的缩放，根据实施例，获得两个色度分量的步骤包括将两个色度分量的每一个缩放依赖于第一分量的因子。
例如，所述缩放包括将两个色度分量除以第一分量，即除以在确定线性组合时也施加至亮度的相同归一化因子。
在实施例中，所述因子也依赖于从原始亮度分量获得的、正在解码的图像的背光值。
在实施例中，使用用于快速处理的查找表来确定第二分量。
根据实施例，所述至少从所述第二分量和所述两个色度分量获得要解码的彩色图像的至少一个颜色分量包括将所述至少一个颜色分量确定为第二分量和两个色度分量的线性组合。
即使参考一下实施例描述了示例，可以将以下实施例的任一个应用至除了RGB或YUV之外的其他色彩空间。
作为示例实施例，SDR至HDR解映射方法从SDR亮度分量L和两个SDR色度分量UV恢复了对RGB HDR分量加以表示的R#G#B#，其中从L推导出HDR亮度分量Y，将值T计算为U2、V2和U*V的线性组合。将S实质上计算为Y-T的平方根
i.如果T≤Y，那么S＝sqrt(Y-T)
ii.如果T＞Y，那么将U和V与公共因子F相乘并且将S设置为零。
然后将R#G#B#计算为3x3矩阵和SUV的乘积。将所述方法应用至输入的SDR图像的每一个像素。另外，可以将公共因子F设置为Y/√T。
作为另一个示例实施例，SDR至HDR解映射方法从SDR亮度分量L和两个SDR色度分量UV恢复了对RGB HDR分量加以表示的R#G#B#，其中从L推导出HDR亮度分量的平方根√Y，将T计算为U2、V2和U*V的线性组合，并且将S实质上计算为1-T的平方根。
i.如果T≤1，那么S＝sqrt(1-T)
ii.如果T＞1，那么将U和V与公共因子F相乘并且将S设置为零。
然后将计算为3x3矩阵和SUV的乘积，R#G#B#是 与√Y的乘积，并应用至输入的SDR图像的每一个像素。另外，公共因子是1/√T。在实施例中，可以在与1/√T最终相乘的同时施加F，即代替地与F/√T相乘。
所述实施例允许具有中等寄存器大小的解码器的简单硬件实现方式，其不依赖于彩色图像的峰值亮度。
根据其他方面，本公开涉及一种包括配置为实现上述方法的处理器在内的设备、包括程序代码指令以在计算机上执行该代码时执行上述方法的步骤的计算机程序产品、其中存储了使处理器至少执行上述方法的步骤的指令的处理器可读介质以及承载用于在计算设备上执行程序代码时执行上述方法的程序代码的指令的非瞬时存储介质。
本公开的特定性质以及本公开的其他目的、优点、特征和用作将根据结合附图对于实施例的以下描述将变得清楚明白。
附图说明
附图中，示出了本公开的实施例。附图示出了：
图1示意性地示出了根据本公开实施例的对彩色图像进行解码的方法的步骤的图；
图2示意性地示出了根据本公开实施例的对来自至少一个比特流的彩色图像进行解码的方法的步骤的图；
图3示意性地示出了根据本公开另一个实施例的对来自至少一个比特流的彩色图像进行解码的方法的步骤的图；
图4示意性地示出了根据本公开再一个实施例的对来自至少一个比特流的彩色图像进行解码的方法的步骤的图；
图5示出了在R#G#B#色彩空间中的线条和椭球体的交叉面的可能解；以及
图6示出了根据本公开实施例的设备结构的示例。
具体实施方式
下文将参照附图更完全地对本公开进行描述，其中示出了本公开的实施例。然而，本公开可以按多种替代形式来体现，并且不应当被解释为受到本文阐述的实施例的限制。尽管本公开允许各种改进和替代形式，但以示例方式在附图中示出并在下文中详细描述其特定实施例。然而，并非易于将本公开局限于公开的具体形式，相反地本公开覆盖落入由权利要求限定的本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和/或备选。
本文中所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例的目的，而不是意在限制本公开。如本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”意在还包括复数形式，除非上下文明确地给出相反的指示。还应理解，术语″包括″、″具有″和/或″包含″在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。此外，当提及元素“响应”于或”连接″到另一个元素时，它可以直接响应或连接到另一个元素，或者可以存在中间元件。相反，当提及元素″直接响应″于或″直接连接″到另一元素时，不存在中间元素。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联列出的项目的任意和所有组合，并且可以简写为“/”。
应当理解，虽然术语“第一”、“第二”等可以在本文用于描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语仅用来将元件彼此区分。例如，在不背离本公开教导的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件也可以被称为第一元件。
尽管一些图包括通信路径上的箭头来指示通信的主要方向，将理解通信可以在与所指示的箭头的相反方向上发生。
相对于方框图和操作流程图来描述一些实施例，其中每一个方框表示电路元件、模块或代码的一部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应当注意，在其他替代实现方式中，方框中标注的功能可以不按照标注的次序进行。例如，连续的两个方框可能在执行时实质上是同时执行的，或者方框在某些时候会以相反的顺序执行，这将取决于所涉及到的功能。
对″一个实施例″或″实施例″的提及意味着结合实施例所描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施方式中。在说明书中各处出现短语“在一个实施例中”或“根据实施例”不一定都指代相同的实施例，也不是与其他实施例互斥地分离的或备选的实施例。
权利要求中出现的附图标记仅仅是说明性的，并且对权利要求的范围没有限制作用。
虽然没有明确描述，但是本实施例及其变体可以被实施为任意组合或子组合。
本公开描述了对彩色图像进行解码，但是扩展对图像(视频)序列的解码，这是因为如下文所述对序列的每一个彩色图像顺序地进行解码。
将彩色图像I看作是具有三种颜色分量，所述三种颜色分量中表示了彩色图像的像素值。本公开不局限于其中表示了三个分量的任意色彩空间，而是扩展至诸如RGB、CIELUV、XYZ、CIELab等的任意色彩空间。
参考图3，示意性地示出了根据本公开实施例的对来自至少一个比特流的彩色图像进行解码的方法300的步骤的图。所示实施例实际上是图2中所示的解码方法的改进，现在确定了清楚的界限始终可用于已处理的亮度和色度分量，即Y，Ur，Vr，S。将只会详细解释实施例之间的变化。在步骤310中，非线性动态扩展函数是当已经向对彩色图像编码时获得的原始亮度分量施加的动态减小函数的逆，这将在步骤1中产生的第一分量的上限减小为√Y。引入通过1/√Y的归一化，接着是改进的色度重构步骤320，然后是通过√Y的重新归一化。
HDR亮度Y是分量Ec的线性组合。下文中，Ec的示例指的是RGBHDR。
其中，我们定义了
因此对于一些常数Ec，即所示示例中的RGB由Y和Dc限制，即所示示例中的R#G#B#由√Y限制。同样，当从编码器侧获取UrVr作为R#G#B#的线性组合，即
两个变量由R#G#B#限制，因此由√Y限制。接下来参考图2中所示实施例中S的定义，
平方根下面的项由Y限制，并且S由√Y限制。因此，解码处理的输入变量UrVr、中间变量S和输出变量R#G#B#都由√Y限制。因此，在图2中所示的解码方法中使用的乘法因子β’将被图3中所示实施例中的βY’代替，使得代替对Ur和Vr进行处理，而是对Ur/√Y和Vr/√Y进行处理。此外介绍了将输出回退√Y的重新缩放。
换句话说，将乘法因子β’(Ba，L)用βY’(Ba，L)代替：＝β’(Ba，L)/√Y，以便获得归一化输入
和
在输出处，将已解码的通过与√Y相乘缩放回去。
图3示出了SDR至HDR逆映射方法，该方法从SDR亮度分量L和两个SDR色度分量UV恢复了对RGB HDR分量加以表示的R#G#B#，其中从L推导出HDR亮度分量√Y，将值计算为U2，V2和U*V的线性组合，将第二分量S计算为的差的平方根，并且其中是3x3矩阵和SUV的乘积，以及R#G#B#是与√Y的乘积，应用至输入SDR图像的每一个像素。另外，将U和V除以√Y。
现在参考图4，示意性地示出了根据本公开另一个实施例的对来自至少一个比特流的彩色图像进行解码的方法400的步骤的图。所示实施例事实上是图3所示的解码方法的改进，现在附加地发现如果与图3中所示的相对应的第二分量导致了虚数值，则正确地处理例外情况，例如以便避免与对应像素相关联显示的颜色的可见失真。将只会详细解释实施例之间的变化。
假定所述映射提供了在S不是虚数时可解码的L′U′V’。然而，因为对L′U′V’进行压缩和解压缩，编码损耗可能导致输入三重态(L′，U′V’)，使得为负并且不是实数。一种解决方案是阈值为1，导致了然而，这破坏了对于已解码RGB亮度界限。用代替虚数值等价于增加Y。例如，如果得到将Y加倍导致了但是在这种情况下，对于RGB的界限Y也加倍。这导致了在将设置为零处出现了非常明亮的像素并且没有进一步处理。
如步骤420中所示，附加地执行下面的处理以便在求解的同时保留界限：
在分离的子步骤中确定第二分量在子步骤421中，仅确定了即两个色度分量的乘积和平方的线性组合。在下一个子步骤422中，检查导致正值还是负值。如果那么是实数，并且解码用这种来进行(子步骤423)，与图3中所示的处理相对应。
如果那么S是虚数，并且处理继续子步骤424，其中通过以下方式对变量和进行重新缩放，以便通过以下获得实数解：
ο设置和
ο在解码的其余部分中用代替
ο设置
所述处理提供了合适的解，当对问题进行几何分析时所述合适的解变得明显。等式
限定了R#G#B#空间中的椭球体，以及
限定了同一空间中两个平面的交叉，即线条。因此，所述解是椭球体和线条的交叉。这种交叉如下：
在S是虚数的情况下为空
在S＝0的情况下是一个点，线条是所述椭球体的切线
在S＞0的情况下是两个点，并且因为通过定义可知R#G#B#是正的，已经取了正值。
在图5中，在R#G#B#空间中示出了所述椭球体和线条。在图5中，用球体代表了所述椭球体。在无解的情况下，所述线条与球体(左侧)不交叉。设置S＝0等价于增加，其本身等价于使具有√Y作为半径的椭球体膨胀。在图5中所示的选择的解是为了将线条移动到接触椭球体(右侧)的点。然后通过构建，解R#G#B#在半径√Y的椭球体上，并且保留了界限。
在图1至图4中，也可以将步骤和子步骤看作是模块或功能单元，其可以与可区分的物理单元相关或者不相关。例如，这些模块或者这些模块的一些可以一起放在一个唯一的部件或电路中，或者对于软件的功能有贡献。相反地，一些模块可以潜在地包括分离的物理实体。使用纯的硬件来实现符合本公开的设备，例如使用诸如ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)或VLSI(超大规模集成)之类的硬件，或者从嵌入到设备中的几个集成电子部件来实现，或者从硬件和软件部件的混合体来实现。
图6示出了设备600的示例架构，设备600可以配置为实现参考1至4描述的方法。
设备600包括通过数据和地址总线601连接在一起的以下元件：
-微处理器602(或CPU)，其例如是DSP(或数字信号处理器)；
-ROM(或只读存储器)603；
-RAM(或随机存取存储器)604；
-I/O接口605，用于传输和/或接收来自应用的数据；以及
电池606。
根据一个变体，电池606在设备的外部。图6的这些元件的每一个对于本领域普通技术人员是众所周知的，并且将不会进一步公开。在所提及的每个存储器中，说明书中使用的词语“寄存器”可以对应于小容量的区域(一些比特)或非常大的区域(例如整个程序或大量的接收或解码的数据)。ROM 603至少包括程序和参数。将根据本公开的方法的算法存储在ROM 1303中。当接通时，CPU 602将程序上传到RAM中并执行对应的指令。
RAM 604在寄存器中包括由CPU 602执行并在设备600接通之后上传的程序、寄存器中的输入数据、寄存器中的方法的不同状态的中间数据以及用于执行寄存器中的方法的其它变量。
可以例如用方法或处理、装置、软件程序、数据流或信号来实现本文所描述的实施方式。虽然仅在单个实现形式的上下文中进行讨论(例如，仅作为方法或设备进行讨论)，但是所讨论的特征的实现还可以以其他形式(如程序)来实现。装置可以实现为例如适当的硬件、软件和固件。所述方法可以被实现于诸如处理器的装置中，所述处理器一般地是指处理设备，包括例如计算机、微处理器、集成电路或可编程逻辑器件。处理器还包括通信设备(例如计算机、蜂窝电话、便携/个人数字助理("PDA"))以及促进终端用户之间的信息通信的其他设备。
根据编码或编码器的特定实施例，从源获得彩色图像I。例如，源属于包括以下各项的集合：
-本地存储器(603或604)，例如视频存储器或RAM(或随机存取存储器)、闪存、ROM(或只读存储器)、硬盘；
-存储接口，例如与大容量存储器、RAM、闪存、ROM、光盘或磁性支撑体的接口；
-通信接口(605)，例如有线接口(例如，总线接口、广域网接口、局域网接口)或无线接口(例如，IEEE 802.11接口或接口)；以及
-图像获取电路(例如，传感器，如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体))。
根据解码或解码器的不同实施例，可以向目的地发送解码图像。具体地，目的地属于包括以下各项的集合：
-本地存储器(603或604)，例如视频存储器或RAM(或随机存取存储器)、闪存、ROM(或只读存储器)、硬盘；
-存储接口，例如与大容量存储器、RAM、闪存、ROM、光盘或磁性支撑体的接口；
-通信接口(605)，例如有线接口(例如，总线接口、广域网接口、局域网接口)或无线接口(例如，IEEE 802.11接口或接口)；以及
-显示器。
根据编码或编码器的不同实施例，可以向目的地发送比特流BF和/或F。作为示例，将比特流F和BF之一或者比特流F和BF两者存储在本地或远程存储器中，例如，视频存储器(604)或RAM(604)、硬盘(603)。在变型中，将一个或两个比特流发送到存储接口，例如，与大容量存储器、闪存、ROM、光盘或磁性支撑体的接口，和/或经过通信接口(605)(例如，到点对点链路、通信总线、点对多点链路或广播网络的接口)进行传输。
根据解码或解码器的不同实施例，可以从源获得比特流BF和/或F。示例性地，从本地存储器(例如视频存储器(604)、RAM(604)、ROM(603)、闪存(603)或硬盘(603))读取比特流。在变型中，从存储接口(例如与大容量存储器、RAM、ROM、闪存、光盘或磁性支撑体的接口)接收比特流，和/或从通信接口(605)(例如，到点对点链路、总线、点对多点链路或广播网络的接口)接收比特流。
根据不同的实施例，设备1300被配置为实现与图1至4相关地描述的解码方法，并且属于包括以下各项的集合：
-移动设备；
-通信设备；
-游戏设备；
-机顶盒；
-电视；
-平板电脑(或平板计算机)；
-便携式电脑；
-显示器；以及
-解码芯片。
这里所述的多种处理和特征的实现方案可以实现为多种不同设备或应用。这种设备的示例包括编码器、解码器、处理来自解码器的输出的后处理器、向编码器提供输入的预处理器、视频编码器、视频解码器、视频编解码器、网络服务器、机顶盒、膝上型计算机、个人电脑、蜂窝电话、PDA以及处理图像或视频的任意其他设备或其他通信设备。应当清楚，设备可以是移动的，甚至安装在移动交通工具中。
附加地，所述方法可以通过由处理器执行的指令来实施，并且可以将这些指令(和/或由这种实施产生的数据值)存储在计算机可读存储介质中。计算机可读存储介质可以采用计算机可读程序产品的形式，所述计算机可读程序产品体现在一个或多个计算机可读介质中，并且其中体现有可由计算机执行的计算机可读程序代码。如本文使用的计算机可读存储介质被认为是非暂时性存储介质，提供有用于在其中存储信息的固有能力以及用于从中获取信息的固有能力。计算机可读存储介质可以是例如但不限于：电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备或前述系统、装置或设备的任意合适组合。应当认识到，以下内容尽管提供了可以应用本发明原理的更特定的计算机可读存储介质的示例，但如本领域普通技术人员更容易认识到的，仅是说明性而非穷尽地列出为：便携式计算机磁盘；硬盘；只读存储器(ROM)；可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)；便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)；光存储设备；磁存储设备；或以上的任意合适组合。
指令可以形成在处理器可读介质上有形实施的应用程序。
指令可以位于例如硬件、固件、软件或其组合中。可以在例如操作系统、单独应用或这两者的组合中发现指令。因此，处理器可以被表征为例如配置用于执行处理的设备和包括具有用于执行处理的指令的处理器可读介质的设备(诸如，存储设备)。此外，处理器可读介质可以存储实现所产生的数据值，作为对指令的添加或替代。
本领域技术人员应清楚，实施方式可以产生被格式化为承载例如所存储的或所传输的信息的多种信号。信息可以包括例如用于执行方法的指令、或通过描述的实施方式之一所产生的数据。例如，信号可以被格式化为将用于写入或读取所述实施例的语法的规则作为数据进行携带，或将由所述实施例写入的实际语法值作为数据进行携带。这种信号可被格式化为例如电磁波(例如使用频谱的射频部分)或基带信号。格式化可以包括例如对数据流进行编码或者使用已编码数据流对载波进行调制。信号携带的信息可以是例如模拟或数字信息。可以通过公知的多种不同的有线或无线链路来传输该信号。信号可以存储在处理器可读介质上。
已经描述了多个实现方式。然而，将理解，可以进行各种修改。例如，可以组合、增补、修改或去除不同实现方式的元素，以便产生其他实现方式。附加地，本领域普通技术人员将理解的是，其他结构或过程可以替代那些公开的结构或处理，并且所得到的实施方式将用至少基本相同的方式来执行至少基本相同的功能，以实现与所公开的实施方式基本相同的结果。因此，本申请还涵盖这些和其他实施方式。

Claims (14)

1.一种对来自比特流的彩色图像进行解码的方法，其特征在于所述方法包括：
-通过向从比特流获得的亮度分量施加非线性动态扩展函数来获得扩展范围亮度作为第一分量，其中所述非线性动态扩展函数是依赖于已经向对彩色图像进行编码时获得的原始亮度分量施加的动态减小函数的逆来确定的；
-通过计算由第一分量确定的值和另一个值之间的差的平方根，获得第二分量S，所述另一个值计算为从所述比特流获得的两个色度分量的乘积和所述两个色度分量的平方值的线性组合；以及
-通过将要解码的彩色图像的至少一个颜色分量确定为第二分量和两个色度分量的线性组合，至少从所述第二分量S和所述两个色度分量获得所述至少一个颜色分量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
-只有当由第一分量确定的值等于或大于所述线性组合时，才能够通过计算由第一分量确定的值和所述线性组合T之间的差的平方根来获得所述第二分量S，以及
-另外将所述第二分量设置为等于零，并且将所述两个色度分量与公共因子F相乘。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述公共因子F是所述第一分量与所述线性组合的平方根的比率。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述公共因子F是所述线性组合的平方根的倒数。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述非线性动态扩展函数是当已经向对彩色图像编码时获得的原始亮度分量施加的动态减小函数的逆，并且由所述第一分量确定的所述值等于所述原始亮度分量。
6.根据权利要求1或4所述的方法，其中
-所述非线性动态扩展函数是当已经向对彩色图像编码时获得的原始亮度分量施加的动态减小函数的逆；
-由所述第一分量确定的所述值等于1，以及
-所述获得要解码的彩色图像的至少一个颜色分量包括将所述至少一个颜色分量与所述第一分量相乘。
7.根据权利要求6所述的方法，其中获得两个色度分量包括将两个色度分量的每一个缩放依赖于第一分量的因子。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述缩放包括在确定所述线性组合T之前将所述两个色度分量除以所述第一分量。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述因子还依赖于从原始亮度分量获得的背光值。
10.根据权利要求6至9之一所述的方法，其中所述第二分量是使用查找表来确定的。
11.一种对来自比特流的彩色图像进行解码的设备，其特征在于所述设备包括处理器，所述处理器配置为：
-通过向从比特流获得的亮度分量施加非线性动态扩展函数来获得扩展范围亮度作为第一分量，其中所述非线性动态扩展函数是依赖于已经向对彩色图像进行编码时获得的原始亮度分量施加的动态减小函数的逆来确定的；
-通过计算由第一分量确定的值和另一个值之间的差的平方根，获得第二分量S，所述另一个值计算为从所述比特流获得的两个色度分量的乘积和所述两个色度分量的平方值的线性组合；以及
-通过将要解码的彩色图像的至少一个颜色分量确定为第二分量和两个色度分量的线性组合，至少从所述第二分量S和所述两个色度分量获得所述至少一个颜色分量。
12.一种包括程序代码指令的计算机程序产品，当程序在计算机上执行时，所述程序代码指令用以执行根据权利要求1所述的方法的步骤。
13.一种存储有指令的处理器可读介质，所述指令用于使处理器至少执行根据权利要求1所述的方法的步骤。
14.一种承载程序代码的指令的非瞬时存储介质，当在计算设备上执行所述程序代码时所述程序代码执行根据权利要求1至11之一所述的方法的步骤。
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