CN108648138B - 一种针对hdr格式编码的高动态数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种针对HDR格式编码的高动态数据处理方法，其特征在于，所述针对HDR格式编码的高动态数据处理方法将贴图的alpha通道作为一种额外系数，利用该系数将高动态区间的数值比例换算到alpha通道存储，从而使RGB通道只使用0‑255的精度但是可以表示高动态数据。这种编码方式优势明显，它的编码和解码开销很小，相较于其他编码方式我们不需要做矩阵乘法和额外的log和exp操作，特别是解码的开销基本可以忽略。此外这种编码方式在双线性插值上有不错的表现，因此这种算法可以应用在正确的向下采样等贴图重用操作中，在亮度很暗的颜色空间以及亮度和颜色饱和度均很高的颜色空间，编解码质量都非常好。

Description

一种针对HDR格式编码的高动态数据处理方法
技术领域
本发明涉及计算机图形技术领域，更具体地说，涉及针对HDR格式编码的高动态数据处理方法。
背景技术
传统的图片(比如JPG，PNG图片)通过0-255的数据来表示红色通道，绿色通道，蓝色通道。但是在我们真实世界中并不是这样的，阳光的亮度可能是一个发光屏幕的1000倍，因此如果要在图形渲染中要想表示真实的光照效果只是使用0-255的精度是远远不够的，这就要求贴图能够存储高动态的数据，换言之，需要更多的范围以及精度。
一般的显卡底层支持类似于浮点精度或半浮点精度的贴图存储类型，分别对应于支持32位和16位精度的数据。但是，它们都有一些明显的缺点。首先并不是所有的设备和所有平台都支持这种贴图类型，比如在WebGL中，OES_texture_float和OES_texture_half_texture作为一种拓展开关，在使用之前必须要先启用开拓展，但遗憾的是，不是所有的设备都支持该拓展，况且即使支持该拓展，它们通常也不能支持针对浮点数据类型的线性插值。以此同时，相较于0-255精度的8位带宽要求，使用浮点精度或半浮点精度将会相应增加3倍和1倍带宽，显然增加了低端设备的显存限制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种针对HDR格式编码的高动态数据处理方法，其特征在于，所述针对HDR格式编码的高动态数据处理方法将贴图的alpha通道作为一种额外系数，利用该系数将高动态区间的数值比例换算到alpha通道存储，包括编码过程和解码过程，其中，编码过程具体步骤如下：
B1、在进行编码之前，将线性空间下的光照辐射率(即RGB三个通道的值)转化到Gamma空间，设置一个恒定系数C作为光照辐射率除法的转换系数；恒定系数C为根据精度效果需求所设定的任意数值或者根据精度效果需求所动态设定的任意数值；
B2、将已经处于Gamma空间的数值除以恒定系数C后的结果压缩到0.0到1.0之间；
B3、取出RGB每一通道中处于0.0到1.0之间的最大值暂存alpha通道；
B4、将已经处于0.0到1.0之间的RGB每一通道值除以步骤B3中每一通道对应的最大值；
解码过程具体步骤如下：
J1、将编码后的RGB每一通道的值乘以起alpha通道对应的值；
J2、将步骤J1中的值乘以恒定系数C；
J3、将步骤J2中得到的值转化到线性空间，从而解码出编码前的光照辐射率。
本发明利用贴图的alpha的通道作为一种额外的系数，利用该系数可以将高动态区间的数值比例换算到alpha通道存储，从而使RGB通道只使用0-255的精度但是可以表示高动态数据。这种编码方式优势明显，它的编码和解码开销很小，相较于其他编码方式我们不需要做矩阵乘法和额外的log和exp操作，特别是解码的开销基本可以忽略。此外这种编码方式在双线性插值上有不错的表现，因此这种算法可以应用在正确的向下采样等贴图重用操作中，在亮度很暗的颜色空间以及亮度和颜色饱和度均很高的颜色空间，编解码质量都非常好。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实例详细说明本发明。
编码过程：
B1、在我们进行编码之前将线性空间下的光照辐射率(RGB三个通道的值)转化到Gamma空间.这里我们采用一个恒定系数C来对这个光照辐射率做一次除法，为了达到不同的精度效果，这个恒定系数C是可以任意设定的，甚至我们可以动态的给定这个值。假设这里我们令C＝8.0，这等价于最大可以存储线性空间的下光照辐射率为8.0*8.0＝64.0,[0.0,64.0]的高动态空间已经足够应付我们渲染场景中的高动态光照空间了。
B2、我们将已经处于Gamma空间的数值除以恒定系数C(8.0)后的结果压缩到0.0到1.0之间，换言之，在本实例中数值超过64的光照辐射率都被压缩到1.0。
B3、取出处于RGB通道中0.0到1.0之间的最大值暂存alpha通道。
B4、将RGB通道中已处于0.0到1.0之间的值除以步骤B3中的最大值，这样能够得到更好的精度。
解码过程:
J1、将编码后的RGB值乘以其alpha通道的值；
J2、将步骤J1中的值乘以恒定系数C(8.0)；
J3、将步骤J2中得到的值转化到线性空间，从而解码出编码前的光照辐射率。
本发明利用贴图的alpha的通道作为一种额外的系数，利用该系数可以将高动态区间的数值比例换算到alpha通道存储，从而使RGB通道只使用0-255的精度但是可以表示高动态数据。这种编码方式优势明显，它的编码和解码开销很小，相较于其他编码方式我们不需要做矩阵乘法和额外的log和exp操作，特别是解码的开销基本可以忽略。此外这种编码方式在双线性插值上有不错的表现，因此这种算法可以应用在正确的向下采样等贴图重用操作中，在亮度很暗的颜色空间以及亮度和颜色饱和度均很高的颜色空间，编解码质量都非常好。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种针对HDR格式编码的高动态数据处理方法，其特征在于，所述针对HDR格式编码的高动态数据处理方法将贴图的alpha通道作为一种额外系数，利用该系数将高动态区间的数值比例换算到alpha通道存储，包括编码过程和解码过程，
编码过程具体步骤如下：
B1、在进行编码之前，将线性空间下的光照辐射率(即RGB三个通道的值)转化到Gamma空间，设置一个恒定系数C作为光照辐射率除法的转换系数；
B2、将已经处于Gamma空间的数值除以恒定系数C后的结果压缩到0.0到1.0之间；
B3、取出RGB每一通道中处于0.0到1.0之间的最大值暂存alpha通道；
B4、将已经处于0.0到1.0之间的RGB每一通道值除以步骤B3中每一通道对应的最大值；
解码过程具体步骤如下：
J1、将编码后的RGB每一通道的值乘以起alpha通道对应的值；
J2、将步骤J1中的值乘以恒定系数C；
J3、将步骤J2中得到的值转化到线性空间，从而解码出编码前的光照辐射率。
2.根据权利要求1所述的一种针对HDR格式编码的高动态数据处理方法，其特征在于，
所述恒定系数C为根据精度效果需求所设定的任意数值。
3.根据权利要求1所述的一种针对HDR格式编码的高动态数据处理方法，其特征在于，
所述恒定系数C为根据精度效果需求所动态设定的任意数值。
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