CN107211152A - 用于对高动态范围（hdr）视频进行编码和解码的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

为了保留与非HDR设备或服务的后向兼容性，可以使用表示HDR图片的调制值和SDR图片来表示HDR图片。然后可以将所述调制值和所述SDR图片编码到比特流中。在接收侧处，可以对所述调制值和所述SDR图片进行解码。基于所述调制值，可以将所述SDR图片映射到已解码HDR图片。对于非HDR设备或服务，可以丢弃所述调制值信息并且仅对所述SDR图片进行解码。具体地说，可以使用四元树表示信息、帧内编码信息、帧间分区模式信息或运动矢量残差信息来隐式地对所述调制值进行信号传送。

Description

用于对高动态范围(HDR)视频进行编码和解码的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于对高动态范围(HDR)视频进行编码和解码的方法和装置，更具体地说，涉及用于传递关于HDR视频的光照信息的方法和装置。
背景技术
该部分旨在为读者介绍可能与本发明的以下描述的和/或要求保护的各个方面有关的本领域的各个方面。该讨论据信有助于为读者提供背景技术信息，以促进对本发明的各个方面的更好的理解。相应地，应理解的是，这些陈述是针对于此来阅读的，而并非认为是现有技术。
图片中的照度的动态范围可以被定义为图像的最高照度值与图像的最低照度值之间的比率：
r＝bright/dark (1)
其中，“bright”表示图像的最高照度值，“dark”表示图像的最低照度值。动态范围“r”通常表示为以2为幂的数字，称为f光圈(f-stops)或等效地称为光圈。例如，比率1000大约是10个f光圈，其为标准非HDR视频的典型动态范围，又称为SDR(标准动态范围)视频或等效地称为LDR(低动态范围)视频。
当前消费者市场中所使用的视频信号通常表示为8比特，并且可以处理多达10个f光圈，如以下所示。如果视频信号不线性地表示而使用非线性动态压缩曲线，则8比特视频可以表示比明显8个f光圈更高的动态范围。例如，在线性光视频信号上应用ITU-R所定义的并且近似地等效于对8比特视频信号应用伽玛(幂函数)1/2.2的BT.709OETF(光-电传递函数)曲线，这将允许多于10个f光圈的动态范围。具体地说，在输入范围V∈[0，1]上，逆OETF曲线表示为：
V＝1处的峰值在L＝1处输出最亮值，最低非零编码值V＝1/255在L＝0.00087处输出最暗值。因此，用于使用OETF曲线的8比特视频信号的动态范围是r＝1/0.00087＝1147，大致为10个f光圈。由于8比特视频信号可以具有约10个f光圈的动态范围，因此HDR视频通常指代具有显著高于10个f光圈的动态范围的视频。
HDR视频应用所支持的准确动态范围可以变化。例如，SMPTE(电影与电视工程师协会)定义了感知量化器EOTF(电-光传递函数)，又称为PQ EOTF(定义于SMPTE ST.2084中)非线性传递曲线，其优选地在12比特上编码，可以对从0.005尼特到10000尼特的范围上的照度进行编码(尼特(nit)是指代坎德拉每平方米单位或cd/m2的术语)，致使2兆或大约21个f光圈的比率。实际上，HDR在家庭的首要开发可以预期是提供并非远大于1000尼特的峰值亮度和15个f光圈的动态范围的电视机，如果可能则优选地在10比特数据格式上。这种受限的HDR又称为扩展动态范围(EDR)。典型地，SDR视频具有8比特或10比特的比特深度，并且HDR视频具有10比特以及更高的比特深度。例如，SDR视频可以是4：2：0Y’CbCr 10比特视频，HDR视频可以是PQ OETF Y’CbCr 12比特视频。
发明内容
根据本原理一方面，提出一种用于生成用于高动态范围(HDR)图片的比特流的方法，包括：响应于所述HDR图片，确定调制值；以及响应于所述HDR图片和所确定的调制值，生成包括标准动态范围(SDR)图片的比特流，其中，在所述比特流中隐式地对所确定的调制值进行信号传送。
根据本原理另一方面，提出一种用于对包括高动态范围(HDR)图片的比特流进行解码的方法，包括：确定所述比特流中被隐式地信号传送的调制值；以及响应于所述比特流中所包括的所确定的调制值和标准动态范围(SDR)图片，确定所述HDR图片。
根据本原理另一方面，提出一种用于生成用于高动态范围(HDR)图片的比特流的装置，包括：处理器，被配置为响应于所述HDR图片确定调制值，以及响应于所述HDR图片和所确定的调制值生成包括标准动态范围(SDR)图片的比特流，其中，在所述比特流中隐式地对所确定的调制值进行信号传送；以及通信接口，被配置为输出所述比特流。
根据本原理另一方面，提出一种用于对包括高动态范围(HDR)图片的比特流进行解码的装置，包括：通信接口，被配置为存取所述比特流；以及解码器，被配置为确定所述比特流中被隐式地信号传送的调制值，以及响应于所述比特流中所包括的所确定的调制值和标准动态范围(SDR)图片确定所述HDR图片。
附图说明
图1示出示例性SDR/HDR分发工作流。
图2示出根据本原理实施例的用于对HDR视频进行编码的示例性方法。
图3示出根据本原理实施例的用于对HDR视频进行解码的示例性方法。
图4示出根据本原理实施例的将HDR照度映射到SDR照度的函数的图解示例。
图5示出描述可以实现本原理示例性实施例的各个方面的示例性系统的框图。
图6示出描述可以与一个或多个实现方式一起使用的视频处理系统的示例的框图。
图7示出描述可以与一个或多个实现方式一起使用的视频处理系统的另一示例的框图。
图8A示出待编码的图片的具有64x64像素的典型大小的示例性第一LCU(最大编码单元)，图8B示出根据本原理实施例的以隐式方式对二进制表示Ba_bin的比特进行信号传送的示例性实施例。
图9是描述利用以及不利用所提出的技术的H.265/HEVC的率失真性能的示例性图解示例。
具体实施方式
关于SDR视频已经开发很多视频编码标准和视频编解码器，例如但不限于MPEG-2标准、H.264/AVC标准、H.265/HEVC标准以及符合这些标准的编解码器。在本申请中，支持SDR视频而不支持HDR视频的各种编码器、解码器和设备分别称为SDR(或非HDR)编码器、解码器和设备，并且支持HDR视频的各种编码器、解码器和设备分别称为HDR编码器、解码器和设备。在本申请中，我们互换地使用术语“帧”和“图片”，以标识一般包含用于多个分量的值的采样数组。
当处理HDR视频(例如，对HDR视频进行编码或分发)时，期望系统也可以对仅支持SDR视频的设备或服务提供后向兼容性。在本申请中，我们将处理HDR视频的、具有与SDR视频的后向兼容性的系统称为SDR/HDR系统。具体地说，通过后向兼容性，SDR/HDR系统内的SDR解码器应能够生成表示HDR视频但具有比HDR视频更有限的动态范围的相关联的SDR视频。
设计SDR/HDR分发系统的直接解决方案可以是在分发基础架构上同时联播SDR视频流和HDR视频流，这样实际上与仅分发SDR视频的基础架构相比使得所需的带宽加倍。当带宽有限时，SDR/HDR分发系统通常应将带宽消耗纳入考虑。
另一解决方案是使用非线性函数将HDR视频的动态范围减少为有限数量的比特(例如10比特)，压缩减少后的HDR视频(例如，使用H.265/HEVC的Main 10简档)，并且分发所压缩的视频流。用于减少HDR视频的动态范围的示例性非线性函数包括PQ OETF、伽玛补偿曲线以及BT.709/BT.2020 OETF ITU-R曲线。更一般地，可以使用“绝对”非线性映射曲线将HDR视频转换为SDR视频，其中，“绝对”应理解为所映射的SDR值对应于唯一HDR输入亮度(即，曲线并非适配于内容)。使用“绝对”映射曲线，减少后的HDR视频通常并不提供如SDR视频那样的良好的可观看性(即，保留对应HDR视频的整体感知亮度(即，暗场景vs亮场景)和感知色彩(例如，对色调和感知饱和度(又称为色彩度)的保留))，并且因此，该解决方案缺少后向兼容性。此外，压缩性能通常是不良的。
鉴于现有解决方案的缺点，我们认为，当设计具有与SDR设备和服务的后向兼容性的SDR/HDR分发系统时，通常应考虑以下约束：
-使得SDR/HDR分发系统的比特率最小化；
-确保SDR已解码视频和HDR已解码视频二者的良好质量；
-提供后向兼容性，从而SDR视频对于仅可以使用SDR解码器的用户来说是可解码并且可观看的；以及
-提供关于已解码SDR视频的良好可观看性，具体地说，SDR视频应保留对应HDR视频的整体感知亮度(即，暗场景vs亮场景)和感知色彩(例如，对色调和感知饱和度(又称为色彩度)的保留)。
图1示出了发送HDR视频同时提供与SDR解码器的后向兼容性的示例性SDR/HDR分发工作流100。在工作流100中，HDR帧被处理以获得对应的SDR帧和光照信息(110)。例如，可以从HDR帧确定光照帧(又称为光照图(illumination map)或背光帧/图像)，以表示HDR内容的背光。
在此，通过类比以彩色面板(例如LCD面板)和背向光照装置(例如LED阵列)制成的电视机，使用术语背光。通常生成白光的背向装置用于对彩色面板光照以将更多亮度提供给电视。因此，电视的照度是背向光照器的照度和彩色面板的照度的乘积。这种背向光照器一般称为“背光”。
给定光照帧，然后通过将HDR帧除以光照图来获得残差帧(即，SDR帧)。返回参照HDR等于SDR乘以背光的类比，SDR帧可以理解为(SDR)彩色面板的响应。随后，使用例如但不限于H.264/AVC编码器或H.265/HEVC编码器，将光照信息和SDR帧二者编码(120)为比特流。
当使用该方法对HDR帧进行编码时，编码器对如下两个分量进行编码：SDR帧(残差帧)，其可以是可观看的帧；以及相关联的HDR光照信息。这两个分量可以具有彼此不同的格式，例如，相关联的光照信息可以是单色的，SDR帧可以使用Y’CbCr格式或RGB格式。此外，每个分量可以具有不同格式(例如，Y’CbCr、YUV、RGB和XYZ)。
在解码侧处，可以关于后向兼容性使用SDR解码器对SDR帧进行解码(130)，这样将已解码SDR视频提供为输出。额外地，可以使用HDR解码器对SDR帧和光照信息二者进行解码(140)。使用已解码SDR帧和光照信息，可以将SDR帧映射回到已解码HDR帧(150)。也可以通过HDR解码器(140)执行从SDR到HDR的映射(150)。
当光照信息是由光照图表示时，可以使用不同方法以对光照信息和SDR帧进行编码。在一个示例中，编码器可以选取帧封装方法，其中，光照图和SDR帧放置在一起以形成单个图片之后再编码。
在另一示例中，编码器可以使用辅助图片编码，其即使仅使用单层编码(即，不使用可分级层)也可能需要例如SHVC(可分级HEVC)框架。与H.264/AVC不同，在此，需要SHVC标准仅用以定义辅助图片句法，这是因为这些图片在不可分级的HEVC标准中并未得以定义。通常，除了对应于内容的主要视频的所谓的“主编码图片”之外，还定义辅助图片。在一个实施例中，光照图被编码为辅助图片，而SDR帧作为对应主编码图片得以传送。
在又一示例中，编码器将输入HDR信号格式从输出SDR信号格式解耦合，并且使用VUI(视频可用性信息)以及包含重构输出HDR信号所需的信息的伴随SEI(补充增强信息)消息传送这两种信号格式的指示。具体地说，SEI消息嵌入PSF(点扩散函数)模型，这样需要额外处理步骤以从PSF模型重构光照图。
以上，我们讨论了将HDR视频划分为两个分量(即SDR视频和相关联的光照图)，以在保留后向兼容性的同时分发HDR视频。在另一实施例中，关于整个帧，我们可以仅确定单个调制值(又称为光照值或背光值，表示为Ba)，而非光照图。基于单个调制值，可以例如使用基本上通过调制值和对数函数执行归一化的非线性映射函数对于HDR帧获得对应的SDR帧。在一个实施例中，可以通过取决于调制值Ba和输入HDR照度YHDR的映射集合LSDR＝g(Ba,YHDR)，来确定SDR照度数据。
在取决于值Ba时若干输入HDR采样值可以对应于唯一SDR映射值的意义上，取决于光照信息的映射是“相对的”。在解码器侧上，使用接收到的Ba值和反函数g-1(Ba,LSDR)执行从SDR到HDR的解映射。注意，在本申请中，从SDR到HDR视频的映射处理有时又称为“解映射”。
返回参照图1，作为示例性SDR/HDR分发工作流，如果使用单个调制值，则工作流100将处理HDR帧以在110处获得单个调制值作为光照信息以及基于该单个调制值的SDR帧。
图2示出根据本原理的用于对HDR视频进行编码的示例性方法200。方法200开始于步骤205。在步骤210，确定用于HDR视频中的单独帧的调制值Ba。可以使用不同方法以计算调制值，例如但不限于使用HDR照度的平均值、中值、最小值或最大值。可以在线性HDR照度域YHDR,lin中或非线性域(例如ln(YHDR,lin)或YHDR,lin γ，其中，γ<1)中执行这些操作。
在步骤220，基于调制值Ba，将HDR图片映射到以与SDR编码器兼容的格式所表示的SDR图片上。在步骤230，对所获得的SDR图片和调制值Ba进行编码。在步骤240，检查HDR视频中是否有更多帧需要处理。如果是，则将控制返回到步骤210；否则，在步骤250输出比特流。方法200结束于步骤299。
图3示出根据本原理的用于对HDR视频进行解码的示例性方法300。方法300开始于步骤305。在步骤310，存取比特流(例如根据方法200所生成的比特流)。在步骤320，对比特流进行解码以获得已解码SDR图片以及用于该图片的调制值。在步骤330，基于调制值将已解码SDR图片映射到HDR图片。在步骤330所使用的解映射(即SDR到HDR映射)处理应是在编码器侧处所使用的HDR到SDR映射处理(例如在步骤220所使用的映射)的逆。在步骤340，检查比特流中是否有更多帧需要处理。如果是，则将控制返回到步骤320；否则，在步骤350输出所恢复的HDR视频。方法300结束于步骤399。
当HDR比特流待由SDR解码器解码时，可以丢弃调制值，并且将从比特流仅对SDR视频进行解码。
方法200中的步骤可以按与图2所示的顺序不同的顺序进行，例如，可以在步骤230之前执行步骤240。也就是说，HDR视频中的所有帧将在它们被编码之前被处理，以得到用于所有帧的调制值和相关联的SDR视频。相似地，方法300中的步骤可以按与图3所示的顺序不同的顺序进行，例如，可以在步骤330之前执行步骤340。也就是说，在SDR到HDR映射之前，将对用于所有帧的调制值和SDR视频进行解码。
在一个实施例中，可以使用以下映射函数以减少动态范围并且将HDR图片映射到SDR图片：
LSDR＝g(Ba，YHDR)＝MSDR f(YHDR/Ba)/f(PHDR/Ba) (3)
其中，PHDR是HDR工作流的峰值照度，MSDR是最大SDR亮度或照度值，LSDR是SDR图片的照度，YHDR是HDR图片的照度，f()是函数。在一个示例中，f可以是以下形式的Slog函数：
f(z)＝a ln(b+z)+c其中f(0)＝0 (4)
图4中示出由f定义为Slog函数的映射函数g(Ba,YHDR)的示例，其关于峰值PHDR＝5000尼特以及到10比特的SDR视频的映射(即，MSDR＝1023)。
解码器侧处的逆处理(即SDR到HDR映射)可以于是推导为：
YHDR＝Ba×f-1(f(PHDR/Ba)LSDR/MSDR) (5)
其中，在Slog函数f的情况下，其逆f-1是：
f-1(z)＝exp((z-c)/a)-b. (6)
给定动态减少曲线(即HDR到SDR映射)，HDR图片可以通过以下步骤被减少为SDR图片：
1.步骤1：照度动态范围减少。例如减少HDR照度YHDR动态范围以得到例如10比特的照度LSDR，可以执行为LSDR＝g(Ba,YHDR)；
2.步骤2：构造两个色度分量U(或Cb)以及V(或Cr)。相似地，可以使用USDR＝g(BaU,UHDR)和VSDR＝g(BaV,VHDR)来减少HDR色度分量，其中，在单色调制值的情况下，BaU＝BaV＝Ba。这样完成映射处理，并且SDR视频具有三个分量：LSDR、USDR和VSDR。在另一实施例中，可以通过RSDR＝g(Ba,RHDR)、GSDR＝g(Ba,GHDR)、BSDR＝g(Ba,BHDR)来减少RGBHDR分量，并且与在标准SDR工作流中通过对YUV矩阵使用BT.709或BT.2020RGB所做的相似地，将UVSDR推断为RGBSDR的线性组合。
以上，在不同操作中讨论各种数值。这些数值用于示例性目的，并且可以基于应用而受调整。例如，当SDR视频在以上主要讨论为10比特视频时，SDR视频也可以采用其它动态范围或比特深度。根据本原理的技术也不限于HDR视频或SDR视频的色彩格式。例如，当以上使用YUV格式主要讨论映射处理时，映射也可以应用于其它色彩格式，例如但不限于YCbCr格式、RGB格式和XYZ格式。
调制值信号传送
为了传送调制值，通过转换方法将调制值转换为二进制表示Ba_bin。这种转换可以采取对Ba值的简单标量量化后、然后对量化值的一元二进制表示的形式。这种转换也可以包括：应用对数函数、然后量化步骤。
以下，我们描述可以用于对调制值进行信号传送的不同方法。根据本原理的技术可以用在例如使用H.265/HEVC视频编解码器、H.264/AVC视频编解码器或任何其它视频编解码器的HDR视频分发中，以用于广播和OTT(Over The Top，过顶)，这是与SDR后向兼容的。
隐式信号传送
在一个实施例中，调制值信息可以“隐藏”在所编码的流中。因此，调制值信息的信号传送无需新的句法元素或元数据。
以下，我们使用HEVC标准以示出如何在不引入新的句法元素的情况下嵌入调制值信息。嵌入技术或隐藏技术也可以应用于其它视频压缩标准。
使用调制值隐藏，SDR/HDR分发可以在编码器侧处如下进行：
(1)确定用于每个帧的调制值Ba；
(2)可选地量化Ba值，以按减少的数量的比特使用二进制串来表示Ba；
(3)取决于Ba，将每个HDR图片映射到以与SDR编码器兼容的格式(例如，用于UHDTV的4：2：0YUV 10比特)所表示的SDR图片上。如果Ba值被量化了，则映射将基于所量化的Ba；
(4)通过使用SDR编码器对所获得的SDR视频进行编码，其中，至少一个已编码句法元素被用于既对符合当前标准的SDR图片进行编码，并且也对表示Ba值的二进制串进行编码；以及
(5)分发所获得的已编码SDR视频的比特流。
在解码器侧处，可以如下从比特流对HDR视频进行解码：
(1)对比特流进行解码，以重获用于每个帧的所隐藏的调制值Ba和已解码SDR视频；以及
(2)通过应用从HDR到SDR的映射的逆，将SDR视频解映射到HDR视频。
如果使用非HDR解码器对比特流进行解码，则解码器可以甚至不获知比特流中存在所隐藏的调制值，并且当对SDR视频进行解码时丢弃调制值信息。
在一个实施例中，可以将Ba值隐藏在用于表示HEVC编码单元和变换单元的四元树表示信息中。可以通过在HEVC比特流中将表示Ba的比特直接编码为变换树划分标志，来执行该操作。
使用H.265/HEVC作为示例，我们在图10中示出示例性四元树表示，其中，编码树单元(CTU)划分为编码单元和变换单元。如图10所示，CTU首先以四元树方式划分为编码单元(CU)。与给定的CU关联的HEVC句法指示出编码模式(帧内、帧间、跳过)、用于将CU划分为不同预测单元(PU)的分区模式、以及用于进一步将CU划分为变换单元的变换树深度。每个CU被分配所谓的分区模式，其指示将CU划分为一个或多个预测单元的方式。对每个预测单元给予帧内或帧间预测参数集合(例如用于帧内CU的角度预测方向、用于帧间CU的基准图片和运动矢量)。此外，每个CU还被划分成所谓的变换树。变换树包括CU中所包含的变换后的块的四元树表示。如图10所示，由于HEVC支持从4x4上至32x32的变换大小，因此变换树(图10中称为RQT)可以具有若干深度等级。
典型地最多占据0至17比特之间的信息的所隐藏的Ba值应通常完全包含于每个已编码图片的第一编码树单元(CTU)(又称为LCU(最大编码单元))的压缩的表示内。因此，一旦H.265/HEVC视频解码器已经处理第一LCU，就可以推导调制值，并且因此执行LCU的HDR重构。这样允许以非常高效的方式通过H.265/HEVC解码处理来对HDR重构处理进行管线化。解码器能够完整地处理一个LCU，然后开始处理随后的LCU。
图8A示出待编码的图片的具有64x64像素的典型大小的示例性第一LCU。根据率失真优化处理所获得的四元树结构，LCU被划分为不同大小的编码单元(CU)。
图8B示出以隐式方式对二进制表示Ba_bin的比特进行信号传送的示例性实施例。在一个实施例中，我们强制LCU四元树表示仅包含大小8x8的CU。对于每个编码单元，基于二进制表示Ba_bin可以要么使用4x4变换要么使用8x8变换。例如，为了嵌入二进制表示Ba_bin，8x8变换大小对应于Ba_bin二进制串中的等于0的比特，4x4变换对应于等于1的比特。因此，本应如图8A所示编码的图片的第一LCU实际上通过如图8B所示的强制结构得以编码。
注意，LCU典型地是64x64像素的大小，因此包含具有大小8x8的64个编码单元，如图8B所示。因此，可以使用所提出的技术嵌入64比特的二进制串，这对于我们想要针对Ba_bin进行发送的二进制串(例如，按17比特)是足够的。根据一个实施例，一旦解码器对于Ba_bin串已经解码了足够数量的比特(例如17)，于是这些元素的解码就完成。相似地，在编码器侧上，一旦足够数量的比特已经插入到H.265/HEVC比特流中以对Ba_bin进行信号传送，于是编码器就停止对编码参数决策处理施加以上约束。
使用该方法，关于图片的第一LCU，H.265/HEVC编码的率失真性能可能稍微受影响，如图9中的示例性率失真曲线所示，其中绘制了与图片的第一LCU相关联的理论率失真函数(实线)、以及可以利用H.265/HEVC编码器通过各种编码参数(CU大小、TU大小、预测模式)所实现的率失真点。可以在最大失真等级的约束下基于最大可实现率来计算理论率失真函数。
从图9可见，编码器在没有所提出的约束的情况下本应选取的率失真点(圆圈中嵌入的叉)位于对应于理论率失真函数的所有可实现的点的凸包附近。在此，由于我们对LCU的四元树表示施加约束，因此第一LCU的编码变为欠优化的。这通过最终用于LCU的编码的率失真点(正方形中嵌入的叉)来表示。优化的率失真点(圆圈中嵌入的叉)与欠优化点(正方形中嵌入的叉)之间的率差ΔR对应于与将Ba_bin信息隐藏到比特流中相关联的开销。因此，根据所考虑的实施例，其对应于关于对Ba_bin元素进行编码所导致的比特的量。
如上所述，关于图片的第一LCU，H.265/HEVC编码的率失真性能可能稍微受影响。然而，由于量化参数与没有Ba_bin嵌入的H.265/HEVC编码器相比未改变，因此所涉及的LCU中的像素域失真是以十分有限的方式受影响的。此外，由于处理仅应用于第一LCU，因此所考虑的SDR/HDR编码系统的整体率失真性能对于整个图片可以是可忽略的。
H.265/HEVC标准的其它句法元素可以用于嵌入Ba_bin信息。例如，帧内预测的信号传送可以适配于在其中插入Ba_bin信息。可以通过强制最大CU大小完成该操作，如先前实施例中那样，以确保所考虑的LCU中的最小数量的编码单元。于是，对于帧内编码单元，可以强制prev_intra_luma_pred_flag的值，从而指示Ba_bin二进制串中的比特的值。
在H.265/HEVC中，prev_intra_luma_pred_flag句法元素指示“最可能的帧内预测模式”之一是否在帧内CU内部被用于当前预测单元的帧内预测。如果等于1，则这说明，从相邻帧内所预测的预测单元来推导帧内预测方向。否则，除这些最可能帧内方向之外的帧内预测方向被用于当前帧内所预测的预测单元。
此外，对于帧间编码单元，可以在分区模式中包含某Ba_bin值，其指示预测单元形状。此外，如果存在运动矢量残差信息，则该信息可以用于指示Ba_bin中的值。运动矢量残差信息或运动矢量差信息指明运动矢量的如下分量之间的差：当前帧间所预测的预测单元的分量、与用于预测当前预测单元的运动矢量的运动矢量的分量。
当调制值信息如上所述被“隐藏”在比特流中时，不实现所提出的技术的H.265/HEVC解码器可以对SDR视频进行解码，而甚至无需认识到在比特流中嵌入了调制值。有利地，这些H.265/HEVC解码器忽略已编码调制值，并且因此，工作流可以保留完整后向兼容性。此外，所提出的技术还具有低计算复杂度，并且仅导致可忽略的额外带宽要求。由于在图片内嵌入调制值信息，因此也易于同步图片信息和调制值信息。
在对HDR视频进行编码和解码时(例如，在方法200的步骤230处的编码、以及方法300的步骤320时)，可以使用上述调制值嵌入和重获。
在一个实施例中，SEI消息可以被用于指示用于当前已编码图片的隐式地信号传送的Ba值的存在。该操作典型地采取仅由净荷类型句法元素(例如，如文献JCTVC-R1013_v6、HEVC版次2的草案版本的章节7.3.5中所描述的那样)构成的最小SEI消息的形式。例如，该SEI净荷类型包含特定值，该特定值指示序列中的相关联的当前已编码图片包含可以用于重获单值调制信息的一些隐藏信息(例如payloadType＝＝181)。
与显式地对调制值进行信号传送的方法不同，SEI消息在此仅服务于指示当前已编码图片中的与调制值Ba有关的所隐藏的信息的存在性，而在显式模式下，SEI消息与Ba值一起被发送。
该最小SEI消息的示例性句法描述于表1中。
表1 调制值存在性SEI消息句法
modulation_value_present{ 描述符
}
语义：
modulation_value_present：modulation_value_present SEI消息指示当前已编码图片在比特流中包含调制值隐藏信息，如表2所示。
表2 SEI消息的持续范围
SEI消息 持续范围
调制值存在性 包含SEI消息的存取单元
根据另一实施例，对于若干连续图片，modulation_value_present SEI消息是持续的。该持续范围可以通过信息方式描述于表(例如JCTVC-R1013_v6的表F.4或D.1中)，如表3和表4所示。
表3 SEI消息的持续范围-变形1
SEI消息 持续范围
调制值存在性 包含SEI消息的CVS
表4 SEI消息的持续范围-变形2
modulation_value_present SEI消息的句法可以如下，以显式地管理(比特流中所隐藏的)调制值存在性的时间持续性，如表5和表6所示。
表5 SEI消息的持续范围-变形3
SEI消息 持续范围
调制值存在性 由SEI消息的句法指明
表6 调制值存在性SEI消息句法-变形
语义：
modulation_value_cancel_flag等于1，则指示modulation_value_presentSEI消息以应用于当前层的输出顺序消除任何先前modulation_value_presentSEI消息的持续性。modulation_value_cancel_flag等于0，则指示modulation_value_present SEI跟随。
modulation_value_persistence_flag指明modulation_value_present SEI消息对于当前层的持续性。modulation_value_persistence_flag等于0，则指明modulation_value_present仅应用于当前图片。
设picA是当前图片。modulation_value_persistence_flag等于1，则指明调制值存在性对于当前层以输出顺序持续，直到以下条件中的任一成立：
-当前层的新的CLVS开始。
-比特流结束。
-包含有可应用于当前层的modulation_value_present SEI消息的存取单元中的当前层中的图片picB输出且PicOrderCnt(picB)大于PicOrderCnt(picA)，其中，PicOrderCnt(picB)和PicOrderCnt(picA)分别为紧随对于picB的图片顺序计数调用解码处理之后的picB和picA的PicOrderCntVal值。
modulation_value_present_flag等于1，则指明调制值存在并且隐藏在图片编码比特流中。modulation_value_present_flag等于0，则指明调制值不存在于图片编码比特流中。当modulation_value_present_flag不存在时，推知modulation_value_present_flag等于0。
在另一实施例中，可以在没有modulation_value_present_flag句法元素的情况下定义表6所示的modulation_value_present(payloadSize)。
根据另一实施例，采用上述隐式信号传送技术，以对若干值代替对上述Ba值进行编码。这些若干值适配用于光照图(又称为调制图片或背光图片)的表示，其在整个图片区域上不必是恒定的。在此情况下，在比特流中对一系列系数进行编码，以使得解码器侧重构光照图。典型地，该操作采取一些加权系数的形式，其用于计算2D空间函数(称为形状函数)的线性组合。解码器所计算的这种线性组合可以对应于此后用于执行SDR到HDR映射的光照图。
根据另一实施例，可以对于给定空间图片区域定义具有恒定值光照图，该给定空间图片区域例如对应于H.265/HEVC已编码图片的条块或片块。在此情况下，对于所考虑的图片中的每个图片区域，可以隐式地对一个Ba值进行信号传送。因此，Ba_bin表示是对于每个图片区域获得的，并且根据所介绍的隐藏技术中的一种或多种而被隐藏在对应图片区域的第一LCU中。
当待在比特流中插入多个与Ba有关的值时，所隐藏的调制值可以不仅包含于H.265/HEVC压缩图片的第一LCU中，而且也可以隐藏在图片中的随后LCU中。相同H.265/HEVC句法元素修改技术(四元树表示、帧内预测模式和运动矢量)可以用于隐藏这些多个系数。
图5示出可以实现本原理示例性实施例的各个方面的示例性系统的框图。系统500可以实施为包括下述各种组件并且被配置为执行上述处理的设备。这些设备的示例包括但不限于个人计算机、膝上型计算机、智能电话、平板计算机、数字多媒体机顶盒、数字电视接收器、个人视频记录系统、所连接的家庭电器和服务器。系统500可以通信地耦合到其它相似系统，并且经由如图5所示以及本领域技术人员公知的通信信道耦合到显示器，以实现上述示例性视频系统。
系统500可以包括至少一个处理器510，被配置为：执行其中所加载的指令，以用于实现上述各个处理。处理器510可以包括嵌入式存储器、输入输出接口以及本领域公知的各种其它电路。系统500可以还包括至少一个存储器520(例如易失性存储器设备、非易失性存储器设备)。系统500可以附加地包括存储设备540，其可以包括非易失性存储器，包括但不限于EEPROM、ROM、PROM、RAM、DRAM、SRAM、闪速设备、磁盘驱动器和/或光盘驱动器。作为非限定性示例，存储设备540可以包括内部存储设备、附连式存储设备和/或网络可存取存储设备。系统500可以还包括编码器/解码器模块530，被配置为：处理数据以提供已编码视频或已解码视频。
编码器/解码器模块530表示可以包含于设备中以执行编码功能和/或解码功能的模块。如公知的那样，设备可以包括编码模块和解码模块之一或二者。此外，编码器/解码器模块530可以实现为系统500的分离元件，或可以作为硬件和软件的组合包含于处理器510内，如本领域技术人员公知的那样。
待加载到处理器510上以执行上文中所描述的各种处理的程序代码可以存储在存储设备540中，并且随后加载到存储器520上，以用于由处理器510执行。根据本原理示例性实施例，处理器510、存储器520、存储设备540和编码器/解码器模块530中的一个或多个可以在执行以上在此所讨论的处理期间存储各种项中的一个或多个，包括但不限于调制值、SDR视频、HDR视频、等式、公式、矩阵、变量、运算和运算逻辑。
系统500可以还包括通信接口550，其使得能够经由通信信道560进行与其它设备的通信。通信接口550可以包括但不限于收发器，被配置为：从通信信道560发送并且接收数据。通信接口可以包括但不限于调制解调器或网络卡，并且通信信道可以实现于有线介质和/或无线介质内。系统500的各个组件可以使用包括但不限于内部总线、引线和印制电路板的各种合适的连接而连接或通信地耦合在一起。
可以通过处理器510所实现的计算机软件或通过硬件或通过硬件和软件的组合，来执行根据本原理的示例性实施例。作为非限定性示例，可以通过一个或多个集成电路实现根据本原理的示例性实施例。作为非限定性示例，存储器520可以是对于技术环境适当的任何类型，并且可以使用任何适当的数据存储技术得以实现，例如光存储器设备、磁存储器设备、基于半导体的存储器设备、固定存储器和可拆卸存储器。作为非限定性示例，处理器510可以是对于技术环境适当的任何类型的，并且可以涵盖微处理器、通用计算机、专用计算机和基于多核架构的处理器中的一个或多个。
参照图6，示出可以应用上述特征和原理的数据传输发送系统600。数据发送系统600可以是例如用于使用各种介质(例如卫星、缆线、电话线或地面广播)中的任何介质来发送信号的前端或发送系统。数据发送系统600也可以用于提供用于存储的信号。可以通过互联网或一些其它网络来提供发送。数据发送系统600能够生成并且传送例如视频内容和其它内容。
数据发送系统600从处理器601接收所处理的数据和其它信息。在一个实现方式中，处理器601使用表示HDR图片的单个调制值和SDR图片来生成HDR视频和/或表示HDR图片。处理器601也可以将指示例如映射曲线中所使用的函数或常数值的元数据提供给600。
数据发送系统或装置600包括编码器602以及能够发送已编码信号的发送器604。编码器602从处理器601接收数据信息。编码器602生成已编码信号。然后，编码器602可以使用例如图2中所描述的方法200。
编码器602可以包括子模块，包括例如用于接收各条信息并且将其组装为用于存储或传输的结构化格式的组装单元。各条信息可以包括例如已编码的或未编码的视频以及已编码的或未编码的元素。在一些实现方式中，编码器602包括处理器601，并且因此执行处理器601的操作。
发送器604从编码器602接收已编码信号，并且在一个或多个输出信号中发送已编码信号。发送器604可以例如适用于发送具有表示已编码图片和/或与之有关的信息的一个或多个比特流的节目信号。典型发送器执行诸如例如提供纠错编码、对信号中的数据进行交织、对信号中的能量进行随机化以及使用调制器606来将信号调制到一个或多个载波上中的一个或多个的功能。发送器604可以包括天线(未示出)，或与之进行交互。此外，发送器604的实现方式可能受限于调制器606。
数据发送系统600还通信地耦合到存储单元608。在一个实现方式中，存储单元608耦合到编码器602，并且存储来自编码器602的已编码比特流。在另一实现方式中，存储单元608耦合到发送器604，并且存储来自发送器604的比特流。来自发送器604的比特流可以包括例如已经进一步受发送器604处理的一个或多个已编码比特流。存储单元608在不同实现方式中是标准DVD、蓝光盘、硬驱或某些其它存储设备中的一个或多个。
参照图7，示出可以应用上述特征和原理的数据接收系统700。数据接收系统700可以被配置为通过各种介质(例如存储设备、卫星、缆线、电话线或地面广播)接收信号。可以通过互联网或某其它网络来接收信号。
数据接收系统700可以是例如蜂窝电话、计算机、机顶盒、电视或其它接收已编码视频并且提供例如已解码视频信号以用于显示(例如显示给用户)、用于处理或用于存储的设备。因此，数据接收系统700可以将其输出例如提供给电视屏幕、计算机监视器、计算机(用于存储、处理或显示)或某些其它存储设备、处理设备或显示设备。
数据接收系统700能够接收并且处理数据信息。数据接收系统或装置700包括接收器702，用于接收已编码信号(诸如例如该本申请的实现方式中所描述的信号)。接收器702可以接收例如提供HDR视频和SDR视频中的一个或多个的信号、或从图6的数据发送系统600输出的信号。
接收器702可以例如适用于接收具有表示已编码HDR图片的多个比特流的节目信号。典型接收器执行诸如例如接收已调制和编码数据信号、使用解调器704对来自一个或多个载波的数据信号进行解调、对信号中的能量进行去随机化、对信号中的数据进行解交织以及对信号进行纠错解码中的一个或多个的功能。接收器702可以包括天线(未示出)，或与之进行交互。接收器702的实现方式可能受限于解调器704。
数据接收系统700包括解码器706。接收器702将接收到的信号提供给解码器706。接收器702提供给解码器706的信号可以包括一个或多个已编码比特流。解码器706输出已解码信号(诸如例如包括视频信息的已解码视频信号)。
数据接收系统或装置700还通信地耦合到存储单元707。在一个实现方式中，存储单元707耦合到接收器702，并且接收器702从存储单元707存取比特流。在另一实现方式中，存储单元707耦合到解码器706，并且解码器706从存储单元707存取比特流。从存储单元707存取的比特流在不同实现方式中包括一个或多个已编码比特流。存储单元707在不同实现方式中是标准DVD、蓝光盘、硬驱或某些其它存储设备中的一个或多个。
来自解码器706的输出数据在一个实现方式中提供给处理器708。处理器708在一个实现方式中是被配置用于执行SDR到HDR映射的处理器。在一些实现方式中，解码器706包括处理器708，并且因此执行处理器708的操作。在其它实现方式中，处理器708是下游设备(诸如例如机顶盒或电视)的一部分。
可以例如在方法或处理、装置、软件程序、数据流或信号中实现在此所描述的实现方式。即使仅在(例如仅作为方法而讨论的)实现方式的单一形式的情况下讨论，也可以在其它形式(例如装置或程序)中实现所讨论的特征的实现方式。可以例如在适当的硬件、软件和固件中实现装置。可以在例如装置(诸如例如通常指代处理设备的处理器(包括例如计算机、微处理器、集成电路或可编程逻辑设备))中实现方法。处理器还包括通信设备(诸如例如计算机、蜂窝电话、便携式/个人数字助理(“PDA”)以及其它促进端-用户之间的信息的通信的设备)。
对本原理的“一个实施例”或“实施例”或“一个实现方式”或“实现方式”的引用以及它们的其它变形表示结合实施例所描述的特定特征、结构、特性等包括含本原理的至少一个实施例中。因此，在说明书中通篇各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一个实现方式中”或“在实现方式中”以及任何其它变形的出现并不一定都指代同一实施例。
此外，本申请或其权利要求可以指代“确定”各条信息。确定信息可以包括例如估计信息，计算信息，预测信息或从存储器检索信息中的一个或多个。
此外，本申请或其权利要求可以指代“存取”各条信息。存取信息可以包括例如接收信息，(例如从存储器)检索信息，存储信息，处理信息，发送信息，移动信息，拷贝信息，擦除信息，计算信息，确定信息，预测信息或估计信息中的一个或多个。
此外，本申请或其权利要求可以指代“接收”各条信息。如在“存取”的情况下那样，接收旨在成为宽泛的术语。接收信息可以包括例如存取信息或(例如从存储器)检索信息中的一个或多个。此外，在操作(诸如例如存储信息，处理信息，发送信息，移动信息，拷贝信息，擦除信息，计算信息，确定信息，预测信息或估计信息)期间典型地以一种方式或另一方式涉及“接收”。
本领域技术人员将显见，实现方式可以产生格式化为携带可以例如存储的或发送的信息的各种信号。该信息包括例如用于执行方法的指令或所描述的实现方式之一所产生的数据。例如，信号可以格式化为携带所描述的实施例的比特流。该信号可以例如(例如使用谱的射频部分)格式化为电磁波或格式化为基带信号。格式化可以包括例如对数据流进行编码以及以已编码数据流调制载波。信号携带的信息可以是例如模拟或数字信息。可以通过各种不同的有线或无线链路发送信号，如公知的那样。信号可以存储在处理器可读介质上。

Claims (15)

1.一种用于生成用于高动态范围(HDR)图片的比特流的方法，包括：
响应于所述HDR图片，确定(210)调制值；以及
响应于所述HDR图片和所确定的调制值，生成(230)包含标准动态范围(SDR)图片的所述比特流，其中，在所述比特流中隐式地对所确定的调制值进行信号传送。
2.如权利要求1所述的方法，其中，使用多个比特来表示所述调制值，所述多个比特用于确定以下信息中的至少一个：
(a)四元树表示信息，
(b)指示最可能的帧内预测模式是否被使用的句法元素，
(c)指示帧间分区模式的句法元素，以及
(d)运动矢量差信息，并且
其中，基于所确定的信息中的所述至少一个对所述SDR图片进行编码。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述多个比特用作四元树划分信息，以将所述SDR图片的部分划分为多个编码单元。
4.如权利要求2所述的方法，其中，将所述多个比特中的每一个编码为以下之一：(1)划分标志以及(2)指示变换大小的标志。
5.如权利要求2所述的方法，其中，对于所述SDR图片的第一最大编码单元(LCU)确定所述以下信息中的所述至少一个。
6.一种用于对包含高动态范围(HDR)图片的比特流进行解码的方法，包括：
确定(320)在所述比特流中被隐式地进行信号传送的调制值；以及
响应于所述比特流中所包含的所确定的调制值和标准动态范围(SDR)图片，确定(330)所述HDR图片。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述确定调制值包括：
对于所述SDR图片的部分，存取来自以下信息中的至少一个的多个比特：
(a)四元树表示信息，
(b)指示最可能的帧内预测模式是否被使用的句法元素；
(c)指示帧间分区模式的句法元素，以及
(d)运动矢量残差信息的奇偶性
其中，响应于所述多个比特确定所述调制值。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述多个比特用作四元树划分信息，以将所述SDR图片的所述部分划分为多个编码单元。
9.如权利要求7所述的方法，其中，将所述多个比特中的每一个解码为以下之一：(1)划分标志以及(2)指示变换大小的标志。
10.如权利要求2或7所述的方法，其中，所述多个比特中的每一个用于指示用于所述SDR图片的部分中的多个编码单元中的各个编码单元的变换信息。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述多个编码单元具有相同大小。
12.如权利要求7所述的方法，其中，从所述比特流中表示所述SDR图片的第一最大编码单元(LCU)的部分确定所述调制值。
13.如权利要求1或6所述的方法，其中，所述确定调制值确定多个调制值。
14.如权利要求1或6所述的方法，其中，句法元素用于指示所述调制值是被隐式地信号传送的。
15.一种如权利要求1-13中的任一项所述的用于生成用于高动态范围(HDR)图片的比特流或对包含高动态范围(HDR)图片的比特流进行解码的装置。
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