CN108900823A - 一种视频信号处理的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种视频信号处理的方法，该方法包括：获得第一线性亮度信号，该第一线性亮度信号基于待处理视频信号对应的第一线性红绿蓝RGB信号获得；将该第一线性亮度信号转换为第一非线性亮度信号；对该第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号；将该第二非线性亮度信号转换为第二线性亮度信号；计算该第二线性亮度信号与该第一线性亮度信号的亮度增益；基于该亮度增益和该第一线性RGB信号的乘积，获得该待处理视频信号对应的RGB显示信号；该方法将亮度信号转换到非线性空间上进行分段亮度映射，改善了视频信号在显示设备上的显示效果。

Description

一种视频信号处理的方法及装置
技术领域
本申请涉及多媒体通信领域，尤其涉及一种视频信号处理的方法及装置。
背景技术
高动态范围(High Dynamic Range，HDR)视频技术拓展了可显示的图像的亮度范围，因而能够记录较大的亮度范围信息，展现更多的亮部和暗部细节。HDR是近几年视频行业出现的热门技术，也是未来视频行业发展的方向。现实世界中人眼看到的真实画面动态范围较大。而传统的标准动态范围(Standard Dynamic Range，SDR)显示设备亮度低，动态范围较小，传统的SDR视频技术在相机捕获、制作编辑、编码的过程中，不断压缩捕获画面的动态范围，使其适合在SDR电视设备上显示；HDR视频亮度通常远大于SDR显示设备或大量其他现有的HDR显示设备的能够显示的亮度范围；因此HDR视频信号在现有的显示设备上显示时，需要根据显示设备能力对HDR视频信号亮度进行处理，使其匹配显示设备可显示的亮度范围，适合在现有设备上显示，在对视频信号进行亮度处理时，不合理的亮度处理导致HDR视频的显示效果不佳。
发明内容
本申请的实施例提供一种视频信号处理的方法及装置，改善了视频信号在显示设备上的显示效果。
本申请第一方面提供了一种视频信号处理的方法，该方法包括：获得第一线性亮度信号，该第一线性亮度信号基于待处理视频信号对应的第一线性红绿蓝RGB信号获得；将该第一线性亮度信号转换为第一非线性亮度信号；对该第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号；将该第二非线性亮度信号转换为第二线性亮度信号；计算该第二线性亮度信号与该第一线性亮度信号的亮度增益；基于该亮度增益和该第一线性RGB信号的乘积，获得该待处理视频信号对应的RGB显示信号。
本申请实施例将亮度信号转换到非线性空间上进行分段亮度映射，可以将视频信号的显示亮度范围合理映射到显示设备能够显示的亮度范围内，提升画面的对比度、亮度及细节表现，尤其在低亮度显示的情况下映射后的显示亮度分布合理、画面显示不会偏暗；由于亮度映射是在非线性空间中进行的，由亮度映射引入的误差均匀分布，对视频信号最终的显示效果影响较小，另外，由于待处理的视频信号的亮度范围较大，不同亮度区域的视频信号对视频显示效果的贡献度也有所区别，基于待处理的视频信号的亮度区间的特性采用不同的亮度映射关系对待处理视频信号的亮度值进行分段映射，提升了亮度映射的灵活性和合理性。
在一种可能的实施方式中，该待处理视频信号为感知量化PQ信号，该获得第一线性亮度信号，包括：对该PQ信号进行色彩空间转换，以获得第一非线性RGB信号；根据PQ电光转移函数，将该第一非线性RGB信号转换为该第一线性RGB信号；基于该第一线性RGB信号的各基色信号进行计算，以获得该第一线性亮度信号。
在一种可能的实施方式中，该待处理视频信号为混合对数伽玛HLG信号，该获得第一线性亮度信号，包括：对该HLG信号进行色彩空间转换，以获得第二非线性RGB信号；根据HLG光电转移逆函数，将该第二非线性RGB信号转换为第二线性RGB信号；基于该第二线性RGB信号的各基色信号进行计算，以获得第三线性亮度信号；对该第三线性亮度信号进行亮度信号类型转换，以获得该第一线性亮度信号。
在本申请实施例中，基于HLG信号得到的亮度信号为场景光亮度信号，需要将场景光亮度信号转换为显示光亮度信号，且在转换为显示光亮度信号之后，不直接进行显示，而是将亮度信号转换到非线性空间中进行分段亮度映射，尽可能保留亮度细节，提升亮度映射的合理性，提升HLG信号的显示效果。
在一种可能的实施方式中，该第一线性亮度信号为线性显示光亮度信号，该第三亮度信号为线性场景光亮度信号。
在一种可能的实施方式中，在该获得该待处理视频信号对应的RGB显示信号之后，还包括：对该RGB显示信号进行色彩空间转换，以获得目标显示信号，其中，该目标显示信号的色彩格式和显示设备对应的色彩格式相同。
在一种可能的实施方式中，在该获得该待处理视频信号对应的RGB显示信号之后，还包括：对该RGB显示信号的各基色值叠加黑位电平提升BlackLevelLift，以获得处理后的RGB显示信号，该BlackLevelLift为该显示设备的显示亮度的最小值；对应的，该对该RGB显示信号进行色彩空间转换，包括：对该处理后的RGB显示信号进行色彩空间转换。
本申请实施例考虑了显示设备的黑位电平对亮度映射曲线的影响，保留了低亮度部分的亮度细节。
在一种可能的实施方式中，其特征在于，对该第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号，包括：确定第一阈值和第二阈值，该第一阈值小于该第二阈值；当该第一非线性亮度信号的亮度值小于或等于该第一阈值时，该第二非线性亮度信号的亮度值等于该第一非线性亮度信号的亮度值；当该第一非线性亮度信号的亮度值大于该第一阈值，且小于或等于该第二阈值时，该第二非线性亮度信号的亮度值基于以该第一非线性亮度信号的亮度值为自变量的拟合曲线获得；当该第一非线性亮度信号的亮度值大于该第二阈值时，该第二非线性亮度信号的亮度值等于该显示设备对应的最大非线性显示亮度值。
本申请实施例根据两个亮度值阈值将待处理视频信号分成三段，将小于第一阈值的部分作为第一段视频信号，其亮度映射后的亮度等于亮度映射前的亮度，即对低亮度部分的视频信号不压缩，能最完整的保留低亮度部分的图像细节；将高亮度部分分成两段，其中，大于第一阈值且小于第二阈值的部分基于拟合曲线进行压缩，尽可能保留该部分亮度的细节；大于第二阈值的部分都压缩到第二亮阈值上；对亮度进行分段映射，充分考虑了各个亮度的特性，尽可能保留亮度细节，提升亮度映射的合理性。
在一种可能的实施方式中，该拟合曲线通过对该第一阈值和该第二阈值进行埃尔米特Hermite插值得到。
在一种可能的实施方式中，其特征在于，对该第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号，包括：使用以下分段函数对该第一非线性亮度信号进行该亮度映射：
其中，hmt(x)＝y0×α0(x)+y1×α1(x)+y′0β0(x)+y′1β1(x)
e为该第一非线性亮度信号，ftm(e)为该第二非线性亮度信号，KP1为该第一阈值，KP2为该第二阈值，maxDL为该显示设备的最大非线性显示亮度值，maxSL为最大非线性源亮度值，x0＝KP1，x1＝maxSL，y0＝KP1，y1＝maxDL，y0′＝1，y1＇＝0。
在本申请实施例中，y0＝x0表示在第一阈值下的亮度值不压缩，采用线性映射；x1＝maxSL,y1＝maxDL表示把源的最大亮度映射到屏的最大亮度maxDL；x0＝KP,y0'＝1保证曲线在KP这个阈值斜率为1，x1＝maxSL,y1'＝0保证曲线在maxSL这个阈值斜率为0，这样可以保证拟合得到的曲线在两个阈值处是平滑的。
在一种可能的实施方式中，其特征在于，该确定第一阈值和第二阈值，包括：根据该第一非线性亮度信号的显示亮度范围和该显示设备的显示亮度范围的关系确定该第一阈值；将该第一非线性亮度信号的最大亮度值作为该第二阈值。
在本申请实施例中，亮度值阈值的选取与源亮度和显示设备的显示亮度的差值有关，当源亮度小于等于显示亮度时，无需对源亮度进行压缩，此时第一阈值等于第二阈值等于源信号的非线性最大亮度值；当源亮度远远大于显示亮度，需要压缩的亮度区间较大，第一阈值选取较小的值；当源亮度大于显示亮度且两者相差不大，则第一阈值可以取较大的值。
在一种可能的实施方式中，其特征在于，该对该第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号，包括：基于预设的该第一非线性亮度信号和该第二非线性亮度信号的亮度值的映射关系，确定与该第一非线性亮度信号的亮度值相对应的第二非线性亮度信号的亮度值。
在一种可能的实施方式中，其特征在于，该将该第一线性亮度信号转换为第一非线性亮度信号，包括：根据PQ电光转移逆函数，将该第一线性亮度信号转换为该第一非线性亮度信号；对应的，该将该第二非线性亮度信号转换为第二线性亮度信号，包括：根据PQ电光转移函数，将该第二非线性亮度信号转换为该第二线性亮度信号。
本申请第二方面提供了一种视频信号处理的装置，其特征在于，该装置包括：亮度获取单元，用于获得第一线性亮度信号，该第一线性亮度信号基于待处理视频信号对应的第一线性红绿蓝RGB信号获得；第一转换单元，用于将该第一线性亮度信号转换为第一非线性亮度信号；亮度映射单元，用于对该第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号；第二转换单元，用于将该第二非线性亮度信号转换为第二线性亮度信号；增益计算单元，用于计算该第二线性亮度信号与该第一线性亮度信号的亮度增益；显示信号获取单元，用于基于该亮度增益和该第一线性RGB信号的乘积，获得该待处理视频信号对应的RGB显示信号。
在一种可能的实施方式中，该待处理视频信号为感知量化PQ信号，该亮度获取单元，具体用于：对该PQ信号进行色彩空间转换，以获得第一非线性RGB信号；根据PQ电光转移函数，将该第一非线性RGB信号转换为该第一线性RGB信号；基于该第一线性RGB信号的各基色信号进行计算，以获得该第一线性亮度信号。
在一种可能的实施方式中，该待处理视频信号为混合对数伽玛HLG信号，该亮度获取单元，具体用于：对该HLG信号进行色彩空间转换，以获得第二非线性RGB信号；根据HLG光电转移逆函数，将该第二非线性RGB信号转换为第二线性RGB信号；基于该第二线性RGB信号的各基色信号进行计算，以获得第三线性亮度信号；对该第三线性亮度信号进行亮度信号类型转换，以获得该第一线性亮度信号。
在一种可能的实施方式中，该装置还包括：色彩空间转换单元，用于：对该RGB显示信号进行色彩空间转换，以获得目标显示信号，其中，该目标显示信号的色彩格式和显示设备对应的色彩格式相同。
在一种可能的实施方式中，该装置还包括：补偿单元，用于：对该RGB显示信号的各基色值叠加黑位电平提升BlackLevelLift，以获得处理后的RGB显示信号，该BlackLevelLift为该显示设备的显示亮度的最小值；对应的，该色彩空间转换单元，具体用于：对该处理后的RGB显示信号进行色彩空间转换。
在一种可能的实施方式中，该亮度映射单元，具体用于：确定第一阈值和第二阈值，该第一阈值小于该第二阈值；当该第一非线性亮度信号的亮度值小于或等于该第一阈值时，该第二非线性亮度信号的亮度值等于该第一非线性亮度信号的亮度值；当该第一非线性亮度信号的亮度值大于该第一阈值，且小于或等于该第二阈值时，该第二非线性亮度信号的亮度值基于以该第一非线性亮度信号的亮度值为自变量的拟合曲线获得；当该第一非线性亮度信号的亮度值大于该第二阈值时，该第二非线性亮度信号的亮度值等于该显示设备对应的最大非线性显示亮度值。
在一种可能的实施方式中，该拟合曲线通过对该第一阈值和该第二阈值进行埃尔米特Hermite插值得到。
在一种可能的实施方式中，该亮度映射单元，具体用于：使用以下分段函数对该第一非线性亮度信号进行该亮度映射：
其中，hmt(x)＝y0×α0(x)+y1×α1(x)+y′0β0(x)+y′1β1(x)
e为该第一非线性亮度信号，ftm(e)为该第二非线性亮度信号，KP1为该第一阈值，KP2为该第二阈值，maxDL为该显示设备的最大非线性显示亮度值，maxSL为最大非线性源亮度值，x0＝KP1，x1＝maxSL，y0＝KP1，y1＝maxDL，y0′＝1，y1′＝0。
在一种可能的实施方式中，确定第一阈值和第二阈值，包括：根据该第一非线性亮度信号的显示亮度范围和该显示设备的显示亮度范围的关系确定该第一阈值；将该第一非线性亮度信号的最大亮度值作为该第二阈值。
在一种可能的实施方式中，该亮度映射单元，具体用于：基于预设的该第一非线性亮度信号和该第二非线性亮度信号的亮度值的映射关系，确定与该第一非线性亮度信号的亮度值相对应的第二非线性亮度信号的亮度值。
在一种可能的实施方式中，该第一转换单元，具体用于：根据PQ电光转移逆函数，将该第一线性亮度信号转换为该第一非线性亮度信号；对应的，该第二转换单元，具体用于：根据PQ电光转移函数，将该第二非线性亮度信号转换为该第二线性亮度信号。
本申请第三方面提供了一种视频信号处理的装置，该装置包括：处理器和存储器；该处理器用调用该存储器中的软件指令，以执行如下步骤：获得第一线性亮度信号，该第一线性亮度信号基于待处理视频信号对应的第一线性红绿蓝RGB信号获得；将该第一线性亮度信号转换为第一非线性亮度信号；对该第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号；将该第二非线性亮度信号转换为第二线性亮度信号；计算该第二线性亮度信号与该第一线性亮度信号的亮度增益；基于该亮度增益和该第一线性RGB信号的乘积，获得该待处理视频信号对应的RGB显示信号。
在一种可能的实施方式中，该待处理视频信号为感知量化PQ信号，该处理器，具体用于：对该PQ信号进行色彩空间转换，以获得第一非线性RGB信号；根据PQ电光转移函数，将该第一非线性RGB信号转换为该第一线性RGB信号；基于该第一线性RGB信号的各基色信号进行计算，以获得该第一线性亮度信号。
在一种可能的实施方式中，该待处理视频信号为混合对数伽玛HLG信号，该处理器具体用于：对该HLG信号进行色彩空间转换，以获得第二非线性RGB信号；根据HLG光电转移逆函数，将该第二非线性RGB信号转换为第二线性RGB信号；基于该第二线性RGB信号的各基色信号进行计算，以获得第三线性亮度信号；对该第三线性亮度信号进行亮度信号类型转换，以获得该第一线性亮度信号。
在一种可能的实施方式中，该处理器还用于：对该RGB显示信号进行色彩空间转换，以获得目标显示信号，其中，该目标显示信号的色彩格式和显示设备对应的色彩格式相同。
在一种可能的实施方式中，该处理器用于：对该RGB显示信号的各基色值叠加黑位电平提升BlackLevelLift，以获得处理后的RGB显示信号，该BlackLevelLift为该显示设备的显示亮度的最小值；对应的，该处理器具体用于：对该处理后的RGB显示信号进行色彩空间转换。
在一种可能的实施方式中，该处理器具体用于：确定第一阈值和第二阈值，该第一阈值小于该第二阈值；当该第一非线性亮度信号的亮度值小于或等于该第一阈值时，该第二非线性亮度信号的亮度值等于该第一非线性亮度信号的亮度值；当该第一非线性亮度信号的亮度值大于该第一阈值，且小于或等于该第二阈值时，该第二非线性亮度信号的亮度值基于以该第一非线性亮度信号的亮度值为自变量的拟合曲线获得；当该第一非线性亮度信号的亮度值大于该第二阈值时，该第二非线性亮度信号的亮度值等于该显示设备对应的最大非线性显示亮度值。
在一种可能的实施方式中，该拟合曲线通过对该第一阈值和该第二阈值进行埃尔米特Hermite插值得到。
在一种可能的实施方式中，该拟合曲线存储在该存储器中。
在一种可能的实施方式中，该处理器具体用于：使用以下分段函数对该第一非线性亮度信号进行该亮度映射：
其中，hmt(x)＝y0×α0(x)+y1×α1(x)+y′0β0(x)+y′1β1(x)
e为该第一非线性亮度信号，ftm(e)为该第二非线性亮度信号，KP1为该第一阈值，KP2为该第二阈值，maxDL为该显示设备的最大非线性显示亮度值，maxSL为最大非线性源亮度值，x0＝KP1，x1＝maxSL，y0＝KP1，y1＝maxDL，y0′＝1，y1′＝0。
在一种可能的实施方式中，该分段函数存储在该存储器中。
在一种可能的实施方式中，该处理器具体用于：根据该第一非线性亮度信号的显示亮度范围和该显示设备的显示亮度范围的关系确定该第一阈值；将该第一非线性亮度信号的最大亮度值作为该第二阈值。
在一种可能的实施方式中，该处理器具体用于：基于预设的该第一非线性亮度信号和该第二非线性亮度信号的亮度值的映射关系，确定与该第一非线性亮度信号的亮度值相对应的第二非线性亮度信号的亮度值。该映射关系存储在该存储器中。
在一种可能的实施方式中，该处理器具体用于：根据PQ电光转移逆函数，将该第一线性亮度信号转换为该第一非线性亮度信号；对应的，该处理器，具体用于：根据PQ电光转移函数，将该第二非线性亮度信号转换为该第二线性亮度信号。
本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机或处理器上运行时，使得所述计算机或处理器执行如上述第一方面或者其任一种可能的实施方式中所述的方法。
本申请第五方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机或处理器上运行时，使得所述计算机或处理器执行如上述第一方面或者其任一种可能的实施方式中所述的方法。
应理解，本申请实施例的第二至五方面以及各可能的实施方式与本申请实施例的第一方面以及各可能的实施方式，采用的技术手段相似，解决的技术问题相同，所能取得的技术效果可以参考对本申请实施例第一方面的相关描述，不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种示例性的应用场景示意图；
图2为本申请实施例提供的一种示例性的应用场景的架构示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种示例性的应用场景的架构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种示例性的播放设备和显示设备的硬件架构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种示例性的视频信号处理的方法流程图；
图6为本申请实施例提供的一种示例性的HDR视频信号亮度处理的方法流程图；
图7为本申请实施例提供的一种示例性的亮度映射曲线的示意图；
图8(a)为本申请实施例提供的一种示例性的静态元数据HDR tone mapping示意图；
图8(b)为本申请实施例提供的一种示例性的动态元数据HDR tone mapping示意图；
图9为本申请实施例提供的一种示例性的获得亮度映射曲线的方法流程图；
图10为本申请实施例提供的另一种示例性的HDR信号亮度处理的方法流程图；
图11为本申请实施例提供的一种示例性的PQ EOTF曲线(图左)和一种示例性的PQEOTF-1曲线(图右)；
图12为本申请实施例提供的一种示例性的HLG OETF曲线(图左)和一种示例性的HLG OETF-1曲线(图右)；
图13为本申请实施例提供的一种示例性的视频信号处理的装置；
图14为本申请实施例提供的一种示例性的HDR终端技术方案处理流程图；
图15为本申请实施例提供的一种示例性的色域转换过程的示意图；
图16为本申请实施例提供的一种示例性的信号转换过程的示意图；
图17为本申请实施例提供的一种示例性的测试组网的示意图；
图18为本申请实施例提供的另一种示例性的测试组网的示意图；
图19为本申请实施例提供的一种示例性的HDR端到端系统架构图；
图20为本申请实施例提供的一种示例性的1000cd/m2的HLG曲线HDR视频端到端系统示意图；
图21为本申请实施例提供的一种示例性的非1000cd/m2的HLG曲线HDR视频端到端系统；
具体实施方式
本申请的说明书实施例和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
首先，为了便于理解本申请实施例，对本申请实施例涉及的一些概念或术语进行解释。
基色值(color value)：一个对应于特定图像颜色分量(例如R、G、B或Y)的数值。
数字编码值(digital code value)：一个图像信号的数字表达值，数字编码值用于表示非线性基色值。
线性基色值(linear color value)：线性的基色值，与光强度成正比，在一种可选的情况中，其值应归一化到[0,1]，简称E。
非线性基色值(nonlinear color value)：非线性的基色值，是图像信息的归一化数字表达值，与数字编码值成正比，在一种可选的情况中，其值应归一化到[0,1]，简称E′。
电光转移函数(electro-optical transfer function，EOTF)：一种从非线性基色值到线性基色值之间的转换关系。
光电转移函数(optical-electro transfer function，OETF)：一种从线性基色值到非线性基色值之间的转换关系。
元数据(Metadata)：视频信号中携带的描述视频源信息的数据。
动态元数据(dynamic metadata)：与每帧图像相关联的元数据，该元数据随画面不同而改变。
静态元数据(static metadata)：与图像序列相关联的元数据，该元数据在图像序列内保持不变。
亮度信号(luma)：表示非线性基色信号的组合，符号为Y'。
亮度映射(luminance mapping)：源图像的亮度映射到目标系统的亮度。
色度体积(colour volume)：显示器在色度空间中所能呈现的色度和亮度形成的体积。
显示适配(display adaptation)：对视频信号进行处理，以适配目标显示器的显示特性。
源图像(source picture)：HDR前处理阶段输入的图像。
主控监视器(Mastering Display)：视频信号在编辑制作时使用的参考显示器，用来确定视频编辑制作的效果；
线性场景光(Linear Scene Light)信号：HDR视频技术中以内容为场景光的HDR视频信号，指的是相机/摄像头传感器捕获到的场景光，一般为相对值；线性场景光信号经过HLG编码之后得到HLG信号，HLG信号为一种场景光信号，HLG信号是非线性的；场景光信号一般需要经过OOTF转换成显示光信号在显示设备上显示；
线性显示光(Linear Display Light)信号：HDR视频技术中以内容为显示光的HDR视频信号，指的是显示设备上发出的显示光，一般为绝对值，单位nits；线性显示光信号经过PQ编码之后得到PQ信号，PQ信号为一种显示光信号，PQ信号为非线性信号；显示光信号一般标准按照其绝对值亮度在显示设备上显示；
光-光转换曲线(OOTF)：视频技术中将一种光信号转换成另外一种光信号的曲线；
动态范围(Dynamic Range)：视频信号中最大亮度与最小亮度的比值；
亮度-色度-色度(Luma-Chroma-Chroma)：亮色分离视频信号的三个分量；
感知量化(Perceptual Quantizer，PQ)：一种HDR标准，也是一种HDR转换方程，PQ根据人的视觉能力决定。显示设备显示的视频信号通常为PQ编码格式的视频信号。
PQ EOTF曲线：将PQ编码的电信号转换成线性光信号，单位nits；转换公式为：
其中，E′为输入电信号，取值范围[0,1]；固定参数值如下：
m1＝2610/16384＝0.1593017578125；
m2＝2523/4096x128＝78.84375；
c1＝3424/4096＝0.8359375＝c3-c2+1；
c2＝2413/4096x32＝18.8515625；
c3＝2392/4096x32＝18.6875；
PQ EOTF曲线如图11左图所示：输入是[0,1]范围的电信号，输出是[0,10000]nits的线性光信号；
PQ EOTF-1曲线：PQ EOTF的逆曲线；物理含义是将[0,10000]nits的线性光信号转换成PQ编码的电信号；转换公式为：
PQ EOTF-1曲线如图11右图所示：输入是[0,10000]nits的线性光信号，输出是[0,1]范围的电信号；
色域(Color Gamut)：某个色彩空间包含颜色的范围，相关色域标准有BT.709,BT.2020.
混合对数伽马(Hybrid Log Gamma，HLG)：一种HDR标准，照相机、摄影机、图像传感器或其他种类的图像采集设备采集到的视频信号是HLG编码格式的视频信号。
HLG OETF曲线：对线性场景光信号进行HLG编码转换成非线性电信号的曲线，转换公式如下所示：
其中E是输入线性场景光信号，范围[0，1]；E′是输出非线性电信号，范围[0,1]；
固定参数a＝0.17883277,b＝0.28466892,c＝0.55991073，如图12左所示，为HLGOETF曲线的一种示例图。
HLG OETF-1曲线：HLG OETF的逆曲线，将HLG编码的非线性电信号的转换成线性场景光信号，示例性的，转换公式如下所示：
如图12右图所示，为HLG OETF-1曲线的一种示例图，其中E′是输入的非线性电信号，范围[0,1]；E是输出的线性场景光信号，范围[0，1]。
线性空间：本申请中线性空间指的是线性光信号所在的空间；
非线性空间：本申请中非线性空间指的是将线性光信号利用非线性曲线进行转换后所在的空间；HDR常用的非线性曲线有PQ EOTF-1曲线、HLG OETF曲线等，SDR常用的非线性曲线有伽马曲线；一般认为线性光信号经过上述非线性曲线编码之后，相对于人眼是视觉线性的。应当理解，非线性空间可以认为是视觉线性空间。
伽马校正(Gamma Correction)：伽马校正是对图像进行非线性色调编辑的方法，可以检出图像信号中的深色部分和浅色部分，并使两者比例增大，从而提高图像对比度效果。目前的显示屏、摄影胶片和许多电子照相机的光电转换特性均可以是非线性的。这些非线性部件的输出与输入之间的关系可以用一个幂函数来表示，即：输出＝(输入)γ。
设备输出的色彩值进行非线性转换是由于人类的视觉系统不是线性的，人类是通过比较来感知视觉刺激。外界以一定的比例加强刺激，对人来说，这个刺激才是均匀增长的。因此，对人类的感知来说，以等比数列增加的物理量，是均匀的。为了将输入的颜色按照人类视觉规律进行显示，需要经过上述幂函数形式的非线性转换，将线性的色彩值转换为非线性的色彩值。gamma的取值γ可以是根据色彩空间的光电转换曲线确定的。
色彩空间(Color Space)：颜色可以是眼睛对于不同频率的光线的不同感受，也可以表示客观存在的不同频率的光。色彩空间是人们建立起用来表示色彩的坐标系统所定义的色彩范围。色域与色彩模型一起定义一个色彩空间。其中，色彩模型是用一组颜色成分表示颜色的抽象数学模型。色彩模型例如可以包括三原色光模式(red green blue，RGB)、印刷四色模式(cyan magenta yellow key plate，CMYK)。色域是指一个系统能够产生的颜色的总合。示例性的，Adobe RGB和sRGB是两个基于RGB模型的不同的色彩空间。
每台设备例如显示器或打印机都有自己的色彩空间，且只能生成其色域内的颜色。将图像从一台设备移至另一台设备时，由于每台设备按照自己的色彩空间转换并显示RGB或CMYK，图像在不同的设备上的颜色可能会发生变化。
下面介绍几种常用的色彩空间。
sRGB色彩空间(standard Red Green Blue color space)：是惠普与微软于1996年一起开发的用于显示器、打印机以及因特网的一种标准RGB色彩空间。它提供一种标准方法来定义色彩，让显示、打印和扫描等各种计算机外部设备与应用软件对于色彩有一个共通的语言。sRGB的色彩空间是基于独立的色彩坐标，可以使色彩在不同的设备使用传输中对应于同一色彩坐标体系，而不受这些设备各自具有的不同色彩坐标的影响。但是sRGB的色域空间比较小。sRGB定义了红色、绿色与蓝色三原色的颜色，其中，三原色中一个颜色的色彩值取最大值，且其它两个颜色的色彩值都为零时所对应的颜色表示该一个颜色。示例性的，红色、绿色与蓝色三原色中，色彩值R、G和B的取值均为0-255，则当R、G取值均为零时，B取值为255时所对应的颜色表示蓝色。
YCC色彩空间：本申请中表示亮色分离的颜色空间，YCC三个分量分别代表亮度-色度-色度(Luma-Chroma-Chroma)；常见的YCC空间视频信号有YUV、YCbCr、ICtCp等；
应当理解，不同的色彩空间之间可以进行转换。
保留位(reserved_bits)：位流中的“保留位”表明保留了一些语法单元用于将来对本部分的扩展，解码处理应忽略这些位。“保留位”不应出现从任意字节对齐位置开始的21个以上连续的‘0’。
标记位(marker_bit)：指该位的值应为‘1’。
HDR视频可显示的亮度较大，在一种可选的情况中，SDR视频信号最大亮度100nits，HDR视频信号最大亮度1000nits以上，然而大量现有显示设备能够显示的亮度范围达不到HDR视频的亮度；因此在显示HDR视频信号时，需要根据显示设备的显示能力对HDR视频信号亮度进行处理，使HDR视频信号匹配显示设备可显示的亮度范围，适合在当前设备上显示；ITU BT.2100中定义的PQ信号和HLG信号是国际公认的两种HDR信号源，被多个国家地区纳入标准。
如图1所示，为本申请实施例提供的一种示例性的应用场景示意图。在该应用场景中，播放设备102完成视频流101的接收和解码，播放设备102通过高清晰度多媒体接口(High Definition Multimedia Interface，HDMI)将解码得到的视频或音频数据发送给显示设备103进行显示或播放，从而使用户可以欣赏到视频或音频内容。
示例性的，该视频流101可以来自网站流媒体、远端网络设备、互联网、光纤网络等，该视频流可以是动态元数据HDR视频数据，也可以是静态元数据HDR视频数据；示例性的，视频流101可以是传输流(Transport Stream，TS)格式的数据流，TS中可以包含视频流、音频流、字幕数据包等，视频流也可以采用其他类似格式的数据流，例如流媒体也可以使用(Matroska Video File，MKV)的格式来同时封装音频数据、视频数据和字幕数据等，类似的还有音频视频交织(Audio Video Interleaved，AVI)格式，本申请对音视频流的传输格式不做限定；示例性的，视频流中可以包括：HDR视频数据，以及用于描述HDR视频的元数据。在这种情况下，元数据和HDR视频数据均压缩在视频流中。在另一种可选的情况中，TS中可以包含视频流、音频流、字幕数据包、用于描述HDR视频的元数据，此种情况下，用于描述HDR视频数据的元数据放在TS中，而没有压缩在视频流中。元数据包含了对视频图像数据的描述。示例性的，静态元数据描述的是整条视频的制作环境，可以包括：视频制作调色和校正所用的监视器的相关信息、峰值亮度、黑位、RGB三色坐标和白色点坐标等。示例性的，动态元数据中一般包含了对视频图像每一帧内容的描述，例如可以包含图像的最高亮度、最低亮度、平均亮度等；可选的，动态元数据还可以包括某一帧图像与显示屏的参考映射曲线，应当理解，动态元数据中包含的参考映射曲线随着视频图像的变化而有所不同。
在一种可选的方案中，播放设备102可以是机顶盒(Set Top Box，STB)、多媒体播放器等，STB主要包含了较多的安全性功能，例如插卡计费、视频的加密解密等，一些质量较高的视频存在数字权利保护机制，需要STB侧解密之后，TV侧才能观看；STB侧接收到的视频数据通常是经过编码的视频数据，STB还具有解码功能，STB通常会将视频数据解码之后再发送给TV侧显示。如图3所示，为本申请实施例提供的一种由播放设备完成对视频数据的处理，然后送给显示设备显示的一种应用场景的架构示意图，STB解析接收到的TS，得到视频数据、音频数据、元数据metadata等，示例性的，STB接收的视频数据可以是HDR HLG视频信号、HDR PQ视频信号或者SDR视频信号。然后，STB对视频数据进行解码、显示亮度处理、颜色饱和度处理、色域处理等，使得HDR视频信号适配显示屏的亮度范围，然后将处理之后的视频数据通过有线或无线的HDMI、Display Port传输等方式传送给显示设备103，可选的，经过播放设备处理之后的视频数据与显示设备能够显示的亮度范围相匹配，处理后的视频数据的类型与显示设备的种类相关，可以是HDR视频数据，也可以是SDR视频数据。如图3所示，计算亮度映射曲线由主处理器实现，一般利用软件完成的；提前计算好的亮度映射曲线存储在存储器中，视频处理器中的亮度处理单元调用存储器中的亮度映射曲线，完成对视频画面的处理，可选的，视频处理器可以为专用的集成硬件或专用电路也可以为跑在专用芯片上的多个软件模块；应当理解，图3只是一种示例，对播放设备的架构并不构成限定，在实际使用中，各功能模块的实现可按照实际应用场景调整，既可以全部利用视频处理器实现、也可以全部利用主处理器软件实现，还可以利用其它专用芯片如DSP、FPGA等硬件结合软件方式实现。
在一种可选的情况中，包含视频数据的视频流等可以直接传送给显示设备103如TV等，然后在显示设备内部对视频数据进行视频解码、亮度映射处理、颜色饱和度处理、色域处理等，如图2所示为本申请实施例提供的一种由显示设备完成对视频数据的处理之后进行显示的应用场景架构示意图。在一种可选的情况中，计算亮度映射曲线由主处理器实现，一般利用软件指令完成；将提前计算好的亮度映射曲线存储在存储器中，视频处理器中的亮度处理单元调用存储器中的亮度映射曲线，完成对视频画面的处理；应当理解，在实际使用中，各功能模块的实现可按照实际应用场景调整，既可以全部利用视频处理器实现、也可以全部利用主处理器软件实现，还可以利用其它专用芯片如DSP、FPGA等硬件结合软件方式实现。
示例性的，显示设备103可以是TV、电脑显示器或者任何具有显示功能的固定终端或移动终端。TV对STB发送来的视频数据进行显示处理后显示在屏幕上。示例性的，显示处理可以是TV根据预设的亮度映射关系对视频的亮度进行调整，使得视频内容与TV的显示能力相适应。在一种可选的情况中，当STB传来的视频为具有动态元数据的HDR视频，TV为具有HDR显示功能的TV，TV基于动态元数据中包含的多组亮度映射关系对不同的视频画面进行亮度映射tone mapping处理，使各种不同画面都能够以最佳方式显示和呈现。可选的，TV还可以为SDR TV或HDR PQ TV。
下面从处理器硬件的角度对本申请实施例中的一种播放设备和显示设备分别进行描述。
如图4所示，为本申请实施例提供的一种播放设备和显示设备的硬件架构示意图。
可选的，播放设备102包括至少一个中央处理器CPU、至少一个存储器、GPU、解码器、专用的视频/图形处理器、输入接口和HDMI发送器等。可选的，播放设备还可以包括微处理器和微控制器(Microcontroller Unit，MCU)等。在一种可选的情况中，播放设备的上述各个部分通过连接器相耦合，该连接器可包括各类接口、传输线或总线等，本实施例对此不做限定。所述连接器可包括各类接口、传输线或总线等，本实施例对此不做限定。在一种可选的情况中，上述各部分集成在同一个芯片上，共同构成播放设备的核心芯片；在另一种可选的情况中，CPU、GPU、解码器、输入接口以及HDMI发送器集成在一个芯片上，该芯片内部的各部分通过总线访问外部的存储器。专用视频/图形处理器可以与CPU集成在同一个芯片上，也可以作为单独的处理器芯片存在。在本申请实施例中涉及的芯片是以集成电路工艺制造在同一个半导体衬底上的系统，也叫半导体芯片，其可以是利用集成电路工艺制作在所述衬底(通常是例如硅一类的半导体材料)上形成的集成电路的集合，其外层通常被半导体封装材料封装。所述集成电路可以包括各类功能器件，每一类功能器件包括逻辑门电路、金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor，MOS)晶体管、双极晶体管或二极管等晶体管，也可包括电容、电阻或电感等其他部件。每个功能器件可以独立工作或者在必要的驱动软件的作用下工作，可以实现通信、运算、或存储等各类功能。
示例性的，CPU可以用于实现本申请实施例的部分或全部运算，例如可以实现图像的tone mapping、视频数据的解复用、解码、亮度映射曲线tone-mapping curve的计算、颜色饱和度曲线的计算等；可选的，CPU可以是一个单核(single-CPU)处理器或多核(multi-CPU)处理器；可选的，CPU可以是多个处理器构成的处理器组，多个处理器之间通过一个或多个总线彼此耦合。在一种可选的情况中，对于图像和视频的处理部分由GPU完成，部分由专用视频/图形处理器完成，还有可能是由跑在通用CPU或GPU上的软件代码完成。
存储器，可用于存储计算机程序指令，包括操作系统(Operation System，OS)、各种用户应用程序、以及用于执行本申请方案的程序代码在内的各类计算机程序代码，例如可以用于存储亮度映射曲线或者亮度映射查找表LUT；存储器还可以用于存储视频数据、音频数据和字幕数据等；CPU可以用于执行存储器中存储的计算机程序代码，以实现本申请实施例中的方法，被执行的各类程序代码可以认为是CPU的驱动程序。可选的，存储器302可以是非掉电易失性存储器，例如是嵌入式多媒体卡(Embedded Multi Media Card，EMMC)、通用闪存存储(Universal Flash Storage，UFS)或只读存储器(Read-Only Memory，ROM)，或者是可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，还可以是掉电易失性存储器(volatile memory)，例如随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(ElectricallyErasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的程序代码并能够由计算机存取的任何其他计算机可读存储介质，但不限于此。
输入接口用于接收传输流，播放设备的输入接口可以是网络接口，例如可以是WIFI或者以太网接口，该输入接口也可以是广播电视的端子例如tunner，该输入接口还可以是通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口。
在一种可选的情况中，CPU执行相关的代码对传输流进行解复用，得到视频数据和字幕数据等，解码器对视频数据流进行解码得到视频数据和metadata，视频/图形处理器完成对视频数据的亮度映射处理、颜色饱和度处理、色彩空间转换、色预处理、场景光信号和显示光信号转换、线性空间和非线性空间转换等，可选的，还可以完成对亮度映射曲线、饱和度映射曲线的计算。HDMI发送器对解码后的视频数据、metadata和字幕数据分别进行封装，并将封装之后的数据包/信息帧通过HDMI数据通道传送给显示设备103。
可选的，显示设备103包括HDMI接收器、至少一个中央处理器CPU、至少一个存储器、GPU、解码器、专用的视频/图形处理器以及V By One接口等。该显示设备还包括显示屏(图中未示出)，可选的，V By One接口耦合至显示屏，V By One接口是一种面向图像传输开发的数字接口标准。可选的，图4中所示的显示设备103可以是一个集成的显示器芯片，接收的视频数据在该显示器芯片上处理之后发送给显示屏进行显示。
对于CPU和存储器的具体情况请参考对播放设备侧的CPU和存储器的描述，此处不再赘述。HDMI发送器将视频数据帧、元数据信息帧和字幕信息帧以及其他的信息帧或数据包分离传输给显示设备。应当理解，HDMI内部有多条通道，其中一部分通道用于传输数据信息，还有一部分用于传输时钟、校验信号、电源信号以及地信号等控制信息。在一种可选的情况中，数据通道是分时复用的，各种数据包不能同时传送。通道单位时间内传输的数据量受工作频率的限制，通道单位时间内能够传输的最大数据量为HDMI通道的带宽，示例性的，HDMI2.1的带宽是18G bps(bit per second)。可选的，传输接口分时传输HDR视频数据帧、元数据信息帧和字幕信息帧。可选的，传输接口对应多个传输频段，传输接口分频传输视频数据帧、元数据帧和字幕信息帧；可选的，传输接口对应多个传输通道，传输接口分通道传输视频数据帧、元数据帧和字幕信息帧。对视频数据的tone mapping处理可以由GPU完成，也可以由专用的视频/图形处理器完成。亮度映射可以由专用的视频/图形处理器完成、也可以由跑在CPU或GPU上的软件代码完成。在一种可选的情况中，视频/图像处理器将显示亮度处理之后的视频数据，通过V By One接口传送给显示屏进行显示。
示例性的，显示屏可以是液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)，发光二级管(Light Emitting Diode，LED)显示器，有机发光二极管(Organic Light-EmittingDiode，OLED)显示屏、阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)显示屏等。
如图5所示，为本申请实施例提供的一种视频信号处理的方法流程图。应当理解，为了便于描述，图5以步骤的形式对方法进行描述，虽然在方法流程图5中示出了方法的顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所描述的步骤。
该视频信号处理的方法包括：
501、获得第一线性亮度信号；
该第一线性亮度信号基于待处理视频信号对应的第一线性RGB信号获得。示例性的，该第一线性RGB信号为线性显示光信号，该第一线性亮度信号为线性显示光亮度信号，应当理解，亮度信号为待处理视频信号的亮度分量，在一种可选的情况中，第一线性亮度信号基于第一线性RGB信号的三个基色信号R、G、B计算获得。
示例性的，待处理的视频信号可以为PQ信号，该PQ信号可以为YUV空间的PQ信号，在获得线性亮度信号之前需要将PQ信号从YUV空间转换到RGB空间，得到第一非线性RGB信号；可选的，根据PQ电光转移函数，将第一非线性RGB信号转换为第一线性RGB信号，然后基于第一线性RGB信号的各基色信号进行计算，获得第一线性亮度信号，在该情况中，第一线性亮度信号为显示光亮度信号。
示例性的，待处理的视频信号可以为HLG信号，该HLG信号可以为YUV空间的HLG信号，在获得线性亮度信号之前需要将HLG信号从YUV空间转换到RGB空间，得到第二非线性RGB信号；可选的，根据HLG电光转移逆函数，将第二非线性RGB信号转换为第二线性RGB信号，该第二线性RGB信号为线性场景光信号，然后基于第二线性RGB信号的各基色信号进行计算，获得第三线性亮度信号，应当理解，由于HLG信号为场景光信号，获得的第三线性亮度信号为场景光亮度信号，需要将第三线性亮度信号进行亮度信号类型转换，得到第一线性亮度信号。示例性的，第一线性亮度信号为显示光亮度信号。
502、将第一线性亮度信号转换为第一非线性亮度信号；
本申请实施例在非线性空间中进行亮度映射，或者说，本申请实施例中，亮度映射的输入为线性的亮度信号，因此需要将线性亮度信号转换为非线性亮度信号。
示例性的，可以根据PQ电光转移逆函数，将第一线性亮度信号转换为第一非线性亮度信号。也可以采用其他转换函数或转换曲线完成第一线性亮度信号和第一非线性亮度信号的转换。第一非线性亮度信号为亮度映射前的非线性亮度信号。
503、对所述第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，得到第二非线性亮度信号；
可选的，可以基于预设的亮度映射查找表对第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，该亮度映射查找表可以存储在存储器中，该亮度映射查找表中为若干组离散的坐标点，输入一个第一非线性亮度信号的亮度值对应输出一个第二非线性亮度信号的亮度值，可选的，该亮度映射查找表中的映射数据可以通过预先的实验获得；
可选的，可以基于分段函数对第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，在一种可选的情况中，可以将第一非线性亮度信号根据亮度值分成三段，每段的亮度映射函数均不同；示例性的，确定第一阈值和第二阈值，第一阈值小于第二阈值；当第一非线性亮度信号的亮度值小于或等于第一阈值时，第二非线性亮度信号的亮度值等于第一非线性亮度信号的亮度值；当第一非线性亮度信号的亮度值大于第一阈值，且小于或等于第二阈值时，第二非线性亮度信号的亮度值基于以第一非线性亮度信号的亮度值为自变量的拟合曲线获得；当第一非线性亮度信号的亮度值大于第二阈值时，所述非线性亮度信号的亮度值等于显示设备对应的最大非线性显示亮度值。在一种可选的情况中，拟合曲线通过对第一阈值和第二阈值进行Hermite插值得到。
示例性的，以下为本申请实施例提供的几种分段亮度映射曲线。
情况1：亮度映射前的亮度范围为0-1000nits，亮度映射后的亮度范围为0-100nits：
则分段亮度映射曲线可表示为如下分段函数：
其中函数hmt()定义如下：
hmt(x)＝0.2643×α0(x)+0.5081×α1(x)+β0(x) (6)
情况2：亮度映射前的亮度范围为0-1000nits，亮度映射后的亮度范围为0-150nits：
则分段亮度映射曲线可表示为如下分段函数：
其中函数hmt()定义如下：
hmt(x)＝0.3468×α0(x)+0.5493×α1(x)+β0(x) (9)
情况3：亮度映射前的亮度范围为0-1000nits，亮度映射后的亮度范围为0-200nits：
则分段亮度映射曲线可表示为如下分段函数：
其中函数hmt()定义如下：
hmt(x)＝0.4064×α0(x)+0.5791×α1(x)+β0(x) (12)
情况4：亮度映射前的亮度范围为0-1000nits，亮度映射后的亮度范围为0-250nits：
则分段亮度映射曲线可表示为如下分段函数：
其中函数hmt()定义如下：
hmt(x)＝0.4533×α0(x)+06026×α1(x)+β0(x) (15)
情况5：亮度映射前的亮度范围为0-1000nits，亮度映射后的亮度范围为0-300nits：
则分段亮度映射曲线可表示为如下分段函数：
其中函数hmt()定义如下：
hmt(x)＝0.4919×α0(x)+0.6291×α1(x)+β0(x) (18)
情况6：亮度映射前的亮度范围为0-1000nits，亮度映射后的亮度范围为0-350nits：
则分段亮度映射曲线可表示为如下分段函数：
其中函数hmt()定义如下：
hmt(x)＝0.5247×α0(x)+0.6383×α1(x)+β0(x) (21)
情况7：亮度映射前的亮度范围为0-1000nits，亮度映射后的亮度范围为0-400nits：
则分段亮度映射曲线可表示为如下分段函数：
其中函数hmt()定义如下：
hmt(x)＝0.5533×α0(x)+0.6526×α1(x)+β0(x) (24)
可选的，可以基于亮度映射曲线对第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，该亮度映射曲线可以是分段曲线，应当理解，分段亮度映射曲线可以认为是分段函数的图示，查找表中离散数据可以为亮度映射曲线上的坐标点。
504、将第二非线性亮度信号转换为第二线性亮度信号；
示例性的，可以根据PQ电光转移函数，将第二非线性亮度信号转换为第二线性亮度信号。也可以采用其他转换函数或转换曲线完成第二非线性亮度信号和第二线性亮度信号的转换。第二非线性亮度信号为亮度映射后的非线性亮度信号。
505、计算第二线性亮度信号与第一线性亮度信号的亮度增益；
示例性的，该亮度增益为第二线性亮度信号与第一线性亮度信号的比值。
506、基于亮度增益和第一线性RGB信号的乘积，获得待处理视频信号对应的RGB显示信号。
具体的，该亮度增益与第一线性RGB信号的三个基色分量R、G、B分别相乘，得到RGB显示信号，可选的，该RGB显示信号可用于显示设备的显示。
在一种可选的情况中，显示设备可显示的色彩格式与RGB不同，则该方法还包括：
对该RGB显示信号进行色彩空间转换，得到目标显示信号，目标显示信号的色彩格式和显示设备对应的色彩格式相同。
在一种可能的实施方式中，在获得RGB显示信号之后，在RGB显示信号的每个基色分量R、G、B上分别叠加黑位电平抬升BlackLevelLift，BlackLevelLift为显示设备的显示亮度的最小值。进一步的，对处理后的显示RGB信号进行色彩空间转换，得到与显示设备对应的色彩格式相同的目标显示信号。
下面分别以输入为HDR PQ信号和输入为HDR HLG信号为例对本申请实施例提供的视频信号处理方法进行说明。
如图6所示，为本申请实施例提供的一种HDR视频数据亮度处理的方法流程示意图。
应当理解，线性场景光信号和线性显示光信号为视频信号的两种形态，线性场景光信号为camera或其他图像采集设备或视频采集设备捕获到的视频信号，线性显示光信号为显示设备显示的视频信号，亮度信号为视频信号中表征亮度的分量，基于线性场景光信号获得的是线性场景亮度信号，基于线性显示光信号获得的是线性显示光亮度信号。具体的，该方法包括：
600、计算亮度映射曲线TM_Curve。
亮度映射曲线可以是任意作用于所选非线性空间上的亮度映射曲线，示例性的，在本申请实施例中该非线性空间可以为PQ曲线空间。如图7所示为在非线性空间(PQ EOTF-1曲线)上生成的亮度映射曲线的一种示例，该亮度映射曲线横轴为亮度映射前的非线性编码亮度信号，纵轴为亮度映射后非线性编码亮度信号，示例性的，横坐标和纵坐标的取值范围均为[0,1]，代表将亮度范围为[0,10000]nits的线性光信号经过PQ曲线编码之后的电信号的范围为[0,1](可参考图11右图，将亮度范围0-10000nits的亮度信号经过PQ曲线编码后得到0-1的电信号)，也即，横坐标表示亮度映射前的亮度信号的亮度范围为[0,10000]nits，纵坐标表示亮度映射后的亮度信号的亮度范围，图7所示的曲线表示将亮度范围为[0,10000]nits的亮度信号映射到亮度范围[0,300]nits内。
可选的，该亮度映射曲线可以表示为一个亮度映射曲线公式，如y＝1-e-x；其中x表示输入的显示亮度，y表示输出的显示亮度；在一种可选的情况中，该亮度映射的曲线为一个分段函数，示例性的，亮度映射曲线的公式可以如下所示：
其中函数hmt()定义如下：
hmt(x)＝0.2643×α0(x)+0.5081×α1(x)+β0(x) (27)
应当理解，上述公式将原始的亮度范围0-1000nits映射到0-100nits的亮度范围内。
在一种可选的情况中，采用一维查找表LUT来表示该亮度映射曲线，一维查找表中存储有一定数量的离散的坐标点TM_Curve＝{TM_Curve_x,TM_Curve_y}，这些离散的坐标点为亮度映射曲线上的采样点，其中，TM_Curve_x＝(x0,x1,…xn)是n个采样点的横坐标，即亮度映射曲线的输入，代表亮度映射前的亮度信号；TM_Curve_y＝(y0,y1,…yn)是n个采样点的纵坐标，即亮度映射曲线的输出，代表亮度映射后的亮度信号。应当理解，由于查找表中的映射关系是一组离散的点，如果输入的亮度值没有在这些离散的点中，可以基于已知的亮度值插值得到输入的亮度值；在一种可选的情况中，位于一个范围内的输入的亮度值对应同一个输出的亮度值，例如x0-x3均对应y0，x4-x6均对应y1等。这些离散的坐标点可以是通过预先实验测量得到的，例如输入亮度值，在显示屏上测量得到输入亮度值对应的显示亮度值；在一种可选的情况中，可以得到输入的亮度值与显示屏显示的亮度值的对应关系的拟合函数，根据拟合函数计算得到查找表中的离散坐标点。
应当理解，亮度映射的实质是对视频图像的显示亮度范围进行调节，从一种显示亮度范围映射到另外一种显示亮度范围中，例如可以将视频图像的亮度范围调节到显示屏能够显示的亮度范围内，TM_Curve曲线的输入信号是亮度映射前的亮度信号，输出是亮度映射后的亮度信号，为了便于理解TM_Curve对视频图像的作用，下面分别给出一组包含在静态元数据HDR中的TM_Curve和一组动态元数据HDR中的TM_Curve的tone mapping示意图，分别如图8(a)和图8(b)所示，应当理解，tone mapping可以是亮度映射的一种实现方式，或者说tone mapping的过程在某种情况下可以等同于亮度映射的过程。
静态元数据HDR视频用固定的映射方法来处理所有的视频图像，如图8(a)所示，静态元数据HDR视频具有一个固定的映射曲线，该映射曲线输入的亮度范围为0-4000尼特nit，输出的亮度范围为0-500nit，TV对最高亮度为200nit、最高亮度为1500nit和最高亮度为4000nit的三帧图像，均采用该映射曲线进行tone mapping处理，处理之后显示在显示器上。由于映射关系曲线与前两帧图像实际具有的亮度范围不相符，前两帧图像丢失了大部分图像细节，整体偏暗，显示效果较差。动态元数据HDR视频具有多组映射曲线，在显示视频图像的过程中根据图像的实际亮度调整所使用的映射曲线，如图8(b)所示，给出了三组不同的映射曲线，映射曲线1输入的亮度范围为0-500尼特nit，输出的亮度范围为0-500nit，映射曲线2输入的亮度范围为0-1500尼特nit，输出的亮度范围为0-500nit，映射曲线3输入的亮度范围为0-4000尼特nit，输出的亮度范围为0-500nit，TV根据图像帧的实际亮度范围选择合适的映射曲线进行tone mapping处理，使得不同亮度的图像都能以最佳方式呈现在屏幕上，例如选取映射曲线2对最高亮度为1500nit的图像进行亮度映射，处理之后的图像很好的保留了图像细节。应当理解，上述映射曲线的输入亮度表示的是视频信号源所表示的亮度；而输出亮度则是显示设备如TV所能真正显示出的亮度。对于HDR视频来说，一般在专业影视制作环境下制作的视频信号所表示的亮度范围比消费类电视机所能显示的亮度范围要大。tone mapping为一种将输入的视频信号的亮度范围映射和匹配到显示设备显示的亮度范围的技术。
601、计算线性显示光信号RdGdBd。
示例性的，本申请实施例中输入的视频信号为YUV空间的HDR PQ信号，应当理解，对线性显示光信号进行PQ编码得到PQ信号，PQ信号为一种显示光信号，且PQ信号是一种非线性信号。经过色彩空间转换，将输入的视频信号从YUV空间转换到RGB空间，得到RGB色彩空间中的非线性显示光信号R’dG’dB’d；进一步的，将非线性显示光信号R’dG’dB’d转换成线性显示光信号RdGdBd，在一种可选的情况中，基于PQ EOTF曲线将非线性显示光信号R’dG’dB’d转换成线性显示光信号RdGdBd。
应当理解，在这种情况中，认为YUV转换至RGB属于色彩空间转换，而非线性RGB转线性RGB信号并没有进行色彩空间的转换，即在这种情况中，非线性RGB信号和线性RGB信号同属RGB色彩空间。色彩空间转换采用标准的色彩空间转换过程；其中Rd、Gd、Bd＝[0,10000]；在一种可选的情况中，也可以处理其他YCC空间的HDR PQ信号。
应当理解，在一种可选的情况中，也可以认为将输入的视频信号从YUV信号转换为非线性显示光信号R’dG’dB’d为一次色彩空间转换，将非线性显示光信号R’dG’dB’d转换为线性显示光信号RdGdBd也可以认为是一次色彩空间转换，在这种情况中，非线性RGB显示光信号和线性RGB显示光信号属于不同的色彩空间。
602、计算线性显示光亮度Yd。
根据以下公式计算显示光亮度Yd，
Yd＝(cr*Rd+cg*Gd+cb*Bd) (29)
Yd为线性的亮度信号，亮度信号为表征显示光信号的亮度的量，即也可以认为亮度信号为表征视频信号的亮度的分量；其中，参数cr，cg，cb的选择与线性显示光信号RdGdBd的色域有关，当显示信号RdGdBd的色域为BT.2020时，计算参数cr＝0.2627，cg＝0.6780，cb＝0.0593；当线性显示光信号的色域不同时，对应的计算参数也会不同，因此计算亮度时需要根据光信号所处的色域选取对应色域下线性亮度计算参数。
603、将显示光亮度Yd转换到非线性空间NL_Yd；
Yd为线性空间上的显示光亮度，示例性的，将显示光亮度Yd利用PQ EOTF-1曲线转换到非线性空间得到非线性显示光亮度，NL_Yd＝PQ_EOTF-1(Yd)，该过程相当于将将亮度范围0-10000nits的线性显示光亮度信号Yd经过PQ曲线编码后得到0-1的电信号，该电信号即为非线性空间的非线性显示光亮度NL_Yd；应当理解，非线性空间转换曲线还可以采用其他非线性转换曲线。
604、对非线性显示光亮度信号NL_Yd进行亮度映射；
利用预先存储的亮度映射曲线TM_Curve，对非线性显示光亮度信号NL_Yd进行映射，得到映射后非线性亮度NL_Yt；应当理解，这里的亮度映射曲线TM_Curve可以是步骤500中的TM_Curve；非线性显示光亮度信号NL_Yd为亮度映射前的亮度信号，也可以说是源图像信号的非线性显示光亮度信号，NL_Yt为亮度映射后的非线性显示光亮度信号，也可以说是与显示设备的显示能力相适应的亮度信号，或者说是目标亮度信号。示例性的，亮度映射曲线TM_Curve通过计算公式表征时，输入一个非线性显示光亮度信号NL_Yd，基于该亮度映射曲线的计算公式获得一个对应的亮度映射后的非线性亮度NL_Yt。本实施例选取一维查找表LUT来实现亮度映射曲线，一维查找表的具体情况可参考步骤500中对一维查找表的说明；可选的，在实际映射中可以采取查表线性插值方法；也可采用其他插值方法；线性插值是一种针对一维查找表LUT的插值方法，它根据一维数据序列中需要插值的点的左右邻近两个数据点来进行数值的估计。
605、将映射后的非线性显示光亮度信号NL_Yt转换到线性空间，得到线性显示光亮度信号Yt；
在一种可选的情况中，利用PQ EOTF曲线将映射后的非线性亮度NL_Yt转换到线性空间得到映射后的线性亮度Yt，即Yt＝PQ_EOTF(NL_Yt)；即将范围取[0,1]的非线性的电信号转换到范围为[0,10000]nits的线性显示光亮度信号。应当理解，可以采用PQ EOTF曲线以外的曲线将NL_Yt转换得到Yt。
606、计算线性亮度增益K；
示例性的，
K＝Yt/Yd (30)
即K表征在亮度映射后的线性显示光亮度信号Yt和亮度映射前的线性显示光亮度信号Yd的比值，可用于衡量亮度映射前后显示光亮度的变动；
607、计算处理后的线性显示光信号；
(Rt,Gt,Bt)＝K*(Rd,Gd,Bd)+(BLoffset,BLoffset,BLoffset) (31)
Rt、Gt、Bt分别为亮度映射处理后的线性显示光信号的红色分量、绿色分量和蓝色分量；BLoffset为显示设备的黒位电平black level，理论上来说，当屏幕显示黑色时，对应的亮度应该为0，但实际应用中，屏幕显示黑色时对应的亮度值并不是0，而是一个比较小的亮度值，即black level为显示设备能够显示的亮度的最小值；在该步骤中，BLoffset为线性空间中的显示亮度。应当理解，每个显示设备的BLoffset可能不一样，BLoffset可以通过对显示设备进行测量得到。
得到处理后的线性显示光信号RtGtBt之后，根据实际显示设备的色彩空间，对线性显示光信号RtGtBt进行色彩空间转换，将RtGtBt信号转换到显示设备的色彩空间上来，得到与显示设备的显示亮度范围和色彩空间均匹配的处理后的视频信号；示例性的，如果显示设备的色彩空间为sRGB空间，则可以直接进行显示，无需进行色彩空间转换；如果显示设备的色彩空间为YUV，则将RtGtBt信号转换成YUV空间上的视频信号YUV1。
在本申请实施例中，将显示光信号的亮度信号转换到非线性空间，并在非线性空间上对显示亮度进行亮度映射，可以将HDR视频信号的显示亮度范围合理映射到显示设备能够显示的亮度范围内，提升画面的对比度、亮度、细节表现；由于亮度映射是在非线性空间中进行的，由亮度映射引入的误差均匀分布，对视频信号最终的显示效果影响较小，尤其在低亮度显示的情况下映射后的显示亮度分布合理、画面显示不会偏暗。同时，本申请实施例考虑了显示设备的黑位电平对亮度映射曲线的影响，保留了低亮度部分的亮度细节。进一步的，本申请实施例提供的HDR信号亮度处理方法，可以将HDR信号转换成SDR信号，提升SDR显示设备对HDR信号的兼容性。
如图9所示，为本申请实施例提供的一种计算亮度映射曲线TM_Curve的方法流程图。应当理解，图9中所示的方法可用来计算步骤500中的亮度映射曲线TM_Curve，500中的亮度映射曲线TM_Curve还可以通过其他方式计算得到，并不局限于图9所示的方法。
具体的，该计算亮度映射曲线TM_Curve的方法可以包括：
900、获取源及显示设备的亮度范围：
源最大亮度MaxSrcLuma，源最小亮度MinSrcLuma，显示设备最大亮度MaxDispLuma，显示设备最小亮度MinDispLuma，单位均为nits；源最大/最小亮度可根据实际情况及经验确定，也可从HDR信号携带的元数据信息中获取，比如将主控监视器的最大/最小亮度作为源的最大/最小亮度；显示设备最大/最小亮度根据实际显示设备测得，可选的，特殊应用场景下无法测量实际显示设备的亮度值时，可根据经验设定。
901、将源以及显示设备的亮度信号转换到非线性空间。
示例性的，可以选取与503中相同的非线性空间PQ EOTF-1曲线，计算得到非线性空间PQ空间上的非线性源最大亮度maxSL、非线性源最小亮度minSL、非线性显示最大亮度maxDL、非线性显示最小亮度minDL；
maxSL＝PQ_EOTF-1(MaxSrcLuma),minSL＝PQ_EOTF-1(MinSrcLuma),
maxDL＝PQ_EOTF-1(MaxDispLuma),minDL＝PQ_EOTF-1(MinDispLuma)
应当理解，步骤901可以认为是将亮度范围为[0,10000]nits的线性空间的亮度信号映射到[0,1]范围内的电信号。
902、确定KP；
KP为亮度映射曲线的拐点KneePoint，亮度值低于KneePoint的亮度不进行压缩，亮度值高于KneePoint的亮度进行压缩；示例性的，KP在(minDL,maxDL)中选取，根据实际效果可以调节KP的取值；在一种可选的情况中，KP的选取与源亮度和显示设备的显示亮度的差值有关，当源亮度小于等于显示亮度时，无需对源亮度进行压缩，此时，KP＝maxSL；当源亮度远远大于显示亮度，需要压缩的亮度区间较大，KP选取较小的值；当源亮度大于显示亮度且两者相差不大，则KP的值可以取较大值。
903、TM_Curve曲线分段；
根据KP和maxSL把TM_Curve曲线分成三段，e<KP，KP<＝e<＝maxSL，e>maxSL；e为TM_Curve曲线的输入，e＝[0,1]，代表PQ编码的[0,10000]nits；或者说e表示将亮度范围为0-10000nits的亮度信号经过PQ编码转换到非线性空间内范围为[0,1]的电信号。
904、计算e<KP段曲线；
当e<KP时，e1＝e；
905、计算KP<＝e<＝maxSL段曲线；
当KP<＝e<＝maxSL时，e1＝Hermite interpolation(e)＝hmt(e)；
Hermite interpolation采用三次二重Hermite插值，应当理解，插值方法也可采用其他插值方法，公式如下所示：
hmt(x)＝y0×α0(x)+y1×α1(x)+y′0β0(x)+y′1β1(x) (32)
其中x是自变量，其他参数值为：x0＝KP，x1＝maxSL，y0＝KP，y1＝maxDL，y0′＝1；y1′＝0。
y0＝x0表示在第一拐点下的亮度值不压缩，采用线性映射；x1＝maxSL,y1＝maxDL表示把源的最大亮度映射到屏的最大亮度maxDL；x0＝KP,y0'＝1保证曲线在KP这个拐点斜率为1，x1＝maxSL,y1'＝0保证曲线在maxSL这个拐点斜率为0，这样可以保证拟合得到的第二段曲线在两个拐点处是平滑的。
906、计算e>maxSL段曲线；
当e>maxSL时，e1＝maxDL；
907、得到亮度映射曲线e1；
根据904、905、906得到曲线e1；
908、计算BlackLevelLift；
由于显示设备有最小亮度，即使给显示设备一个纯黑信号，在显示设备上也会显示为最小亮度值，这个最小亮度称为黒位电平black level。因此需要对显示亮度进行一定的黒位电平抬升BlackLevelLift，简写为BLL，以保护亮度小于黒位电平的细节亮度；本实施例中黒位电平抬升BLL值根据亮度映射曲线TM_Curve的输入e进行计算：
BLL＝minDL*(1-e)^n (34)
n>＝1，示例性的，本申请实施例选取n＝5；
应当理解，这里的黑位电平抬升BLL为非线性空间的亮度值，而前述507中的BLoffset是线性空间的亮度值为保证亮度映射曲线TM_Curve能够把源的最小亮度映射到屏的最小亮度，同时黒位电平抬升BLL对TM_Curve的改变较小，需要对BLL进行归一化，得到归一化黒位电平抬升BLLnorm；归一化结果如下所示：
BLLnorm＝MAX((BLL-norm_y1)/(norm_y0-norm_y1)*(minDL-maxSL),0)(35)
其中，norm_x0＝minSL；norm_y0＝minDL*(1-minSL)^n；
norm_x1＝KP；norm_y1＝minDL*(1-KP)^n；
909、计算输出的亮度映射曲线e2：
亮度映射曲线TM_Curve输出e2＝e1+BLLnorm，其中，BLLnorm为归一化之后的由黑位电平导致的亮度值的提升；
910、转换成一维查找表TM_Curve；
在本实施例中，为了使亮度映射曲线具有普适性，采用一维查找表来表示TM_Curve，因此将映射曲线e2选取n个采样点{(x0,y0),(x1,y1)…(xn,yn)}转换成一维查找表TM_Curve＝{TM_Curve_x,TM_Curve_y}；
TM_Curve_x＝(x0,x1,…xn)是n个采样点的横坐标，即曲线的输入，代表亮度映射前的亮度信号；
TM_Curve_y＝(y0,y1,…yn)是n个采样点的纵坐标，即曲线的输出，代表亮度映射后的亮度信号；
实际使用可根据需求采用其他方式(例如公式化)来表示映射曲线TM_Curve；具体可参考500中对TM_Curve的描述。
在一种可选的方式中，先按照源信号的亮度范围(minSL，maxSL)对输入亮度进行归一化，然后映射到归一化输出亮度，最后利用显示设备的亮度范围(minDL，maxDL)对归一化输出亮度进行反归一化，得到最终的输出亮度，其亮度映射曲线是一条相对值映射曲线，映射曲线输入[0,1]表示[minSL，maxSL]，映射曲线输出[0,1]表示[minDL，maxDL]；而本申请实施例中亮度映射曲线直接根据输入亮度计算输出亮度，其亮度映射曲线是一条绝对值映射曲线，映射曲线输入[0,1]表示[0,10000]nits，映射曲线输出[0,1]表示[0,10000]nits。
本申请实施例通过选取两个阈值，将传统的亮度映射曲线分成三部分，低亮度部分(即低于第一阈值的亮度部分)不进行压缩，高亮度部分(即大于第一阈值的亮度部分)进行压缩，而且高亮度部分又进一步分成了两个部分，其中大于第一阈值且小于第二阈值的亮度部分通过曲线进行柔性压缩，该曲线是基于第一阈值和第二阈值拟合得到的，尽可能保留该部分亮度的细节；大于第二亮度拐点的部分进行第二压缩，即大于第二阈值的亮度都映射到第二阈值上；对亮度进行分段映射，充分考虑了各个亮度的特性，尽可能保留亮度细节，提升亮度映射的合理性。同时，该亮度映射曲线考虑了显示设备的黑位电平对亮度映射曲线的影响，保留了低亮度部分的亮度细节。
如图10所示，为本申请实施例提供的另一种HDR视频信号亮度处理的方法流程图。
示例性的，本申请实施例中输入的源视频信号为场景光信号HDR HLG信号。
该方法可以包括：
1000、计算亮度映射曲线TM_Curve。
同步骤600，具体请参考步骤600处的描述。该亮度映射曲线可以是图9中所示的方法计算得到的亮度映射曲线，也可以是其他方法获得的亮度映射曲线，本申请实施例对此不作限定。示例性的，当基于图9中所示的方法计算亮度映射曲线时，可以设置MaxSrcLuma＝LW,MinSrcLuma＝0,LW为HLG场景信号转换成显示信号后对应的最大显示亮度。
1001、计算线性场景光信号RsGsBs；
示例性的，本申请实施例中输入的视频信号为YUV空间的HDR HLG信号YUV0，经过色彩空间转换，得到RGB色彩空间中的非线性场景光信号R’sG’sB’s；进一步的，将非线性场景光信号R’sG’sB’s转换成线性场景光信号RsGsBs，在一种可选的情况中，基于HLG OETF-1曲线将非线性场景光信号R’sG’sB’s转换成线性场景光信号RsGsBs。色彩空间转换采用标准的色彩空间转换过程；其中Rs、Gs、Bs＝[0,1]；在一种可选的情况中，也可以处理其他YCC空间的HDR HLG信号；
应当理解，在这种情况中，认为YUV转换至RGB属于色彩空间转换，而非线性RGB转线性RGB信号并没有进行色彩空间的转换，即在这种情况中，非线性RGB信号和线性RGB信号同属RGB色彩空间。
应当理解，在一种可选的情况中，也可以认为将输入的视频信号从YUV信号转换为非线性场景光信号R’sG’sB’s为一次色彩空间转换，将非线性场景光信号R’dG’sB’s转换为线性场景光信号RsGsBs也可以认为是一次色彩空间转换，在这种情况中，非线性RGB场景光信号和线性RGB场景光信号属于不同的色彩空间。
1002、计算场景光亮度Ys；
根据以下公式计算场景光亮度Ys：
Ys＝cr*Rs+cg*Gs+cb*Bs (36)
Ys为线性的场景亮度信号，场景亮度信号为表征场景光信号的亮度分量；其中，参数cr，cg，cb的选择与线性场景光信号RsGsBs的色域有关，当线性场景光信号RsGsBs的色域为BT.2020时，计算参数cr＝0.2627，cg＝0.6780，cb＝0.0593；当线性场景光信号的色域不同时，对应的计算参数也会不同，因此计算亮度时需要根据光信号所处的色域选取对应色域下线性亮度计算参数；计算得到的场景亮度的范围为Ys＝[0,1]；
在一种可选的情况中，利用ITU BT.2100中定义的HLG OOTF将线性场景光信号HLG转换成线性显示光信号后进行显示，该方法根据实际显示设备的最大亮度和最小亮度，计算出“系统伽马”相关参数将线性场景光信号转换成显示设备动态范围内的线性显示光信号。
HLG OOTF定义如下：
上述公式将线性场景光信号RSGSBS转换成线性显示光信号RDGDBD；其中YS为线性场景光亮度，α、β、γ为计算参数，计算如下；
YS＝0.2627RS+0.6780GS+0.0593Bs
α＝(LW-LB)
β＝LB (38)
y＝1.2+0.42Log10(LW/1000) (39)
其中LW，LB分别为显示设备的最大亮度、最小亮度。
在一种可选的情况中，得到场景亮度YS之后，转换成显示亮度，并对显示亮度进行亮度映射处理，或者说进行tone mapping处理。
1003、将场景亮度转换成线性显示亮度Yd；
应当理解，基于场景光信号得到的亮度是场景光亮度信号，需要将场景光亮度信号转换为显示光亮度信号，该步骤是亮度信号类型转换的一种示例性的实现方式，利用系统伽马将线性场景亮度Ys转换成线性显示亮度Yd；
Yd＝(Ys^γ)*LW (40)
其中γ＝1.2+0.42Log10(LW/1000)；
示例性的，本申请实施例中设置显示信号最大亮度LW＝1000nits；LW也可设置其他值。
将场景亮度转换为显示亮度提升了对场景信号和显示信号的处理的兼容性。
1004、将显示亮度Yd转换到非线性空间NL_Yd；
同步骤603，请参考步骤603部分的描述，此处不再赘述。
1005、对非线性显示光亮度信号NL_Yd进行亮度映射；
同步骤604，请参考步骤604部分的描述，此处不再赘述。
1006、将映射后的非线性显示光亮度信号NL_Yt转换到线性空间，得到线性显示光亮度信号Yt；
同步骤605，请参考步骤605部分的描述，此处不再赘述。
1007、计算线性亮度增益K；
示例性的，K＝Yt/Ys，即K表征在线性显示空间中亮度映射后的亮度信号Yt和亮度映射前的场景亮度信号Ys的比值；
1008、计算处理后的线性显示光信号；
(Rt,Gt,Bt)＝K*(Rs,Gs,Bs)+(BLoffset,BLoffset,BLoffset) (41)
Rt、Gt、Bt分别为亮度映射处理后的线性显示光信号的红色分量、绿色分量和蓝色分量；BLoffset为显示设备的黒位电平black level，具体请参考步骤507部分的描述。
得到处理后的线性显示光信号RtGtBt之后，根据实际显示设备的色彩空间，对线性显示光信号RtGtBt进行色彩空间转换，将RtGtBt信号转换到显示设备的色彩空间上来，得到与显示设备的显示亮度范围和色彩空间均匹配的处理后的视频信号；示例性的，如果显示设备的色彩空间为sRGB空间，则可以直接进行显示，无需进行色彩空间转换；如果显示设备的色彩空间为YUV，则将RtGtBt信号转换成YUV空间上的视频信号YUV1。
在本申请实施例中，将场景光信号的亮度信号转换成显示光亮度信号，并将线性显示光亮度信号转换到非线性空间，并在非线性空间上对显示亮度进行亮度映射，可以将HDR视频信号的显示亮度范围合理映射到显示设备能够显示的亮度范围内，提升画面的对比度、亮度、细节表现；将HLG场景信号转换成线性显示光亮度信号之后，不直接进行显示，而是再将线性显示光亮度信号转换到非线性空间中，在非线性空间中进行亮度映射，由于亮度映射是在非线性空间中进行的，由亮度映射引入的误差均匀分布，对视频信号最终的显示效果影响较小，尤其在低亮度显示的情况下映射后的显示亮度分布合理、画面显示不会偏暗同时，本申请实施例考虑了显示设备的黑位电平对亮度映射曲线的影响，保留了低亮度部分的亮度细节。进一步的，本申请实施例提供的HDR信号亮度处理方法，可以将HDR信号转换成SDR信号，提升SDR显示设备对HDR信号的兼容性。
应当理解，为了便于理解，图6、图9、图10中的方法实施例以步骤的形式对方法进行描述，虽然在方法流程图6、9、10中示出了方法的顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所描述的步骤。
如图13所示，为本申请实施例提供的一种视频信号处理的装置，该装置包括：亮度获取单元1301、第一转换单元1302、亮度映射单元1303、第二转换单元1304、增益计算单元1305以及显示信号获取单元1306，可选的，该装置还可以包括补偿单元1307和色彩空间转换单元1308。
亮度获取单元1301，用于获得第一线性亮度信号，该第一线性亮度信号基于待处理视频信号对应的第一线性红绿蓝RGB信号获得。具体请参考步骤501部分的描述，此处不再赘述。
可选的，当待处理的视频信号为HDR PQ信号时，亮度获取单元1301，具体用于对该PQ信号进行色彩空间转换，以获得第一非线性RGB信号；根据PQ电光转移函数，将该第一非线性RGB信号转换为该第一线性RGB信号；基于该第一线性RGB信号的各基色信号进行计算，以获得该第一线性亮度信号。具体请参考步骤601、602部分的描述。
当待处理视频信号为混合对数伽玛HLG信号，该亮度获取单元，具体用于：对该HLG信号进行色彩空间转换，以获得第二非线性RGB信号；根据HLG光电转移逆函数，将该第二非线性RGB信号转换为第二线性RGB信号；基于该第二线性RGB信号的各基色信号进行计算，以获得第三线性亮度信号；对该第三线性亮度信号进行亮度信号类型转换，以获得该第一线性亮度信号。具体请参考步骤1001、1002、1003部分的描述。
第一转换单元1302，用于将该第一线性亮度信号转换为第一非线性亮度信号；
具体请参考步骤502部分的描述，此处不再赘述。可选的，第一转换单元1302还可以用于完成步骤603、1004；
亮度映射单元1303，用于对该第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号；
具体请参考步骤503部分的描述，此处不再赘述。可选的，亮度映射单元1303还可以用于完成步骤604、1005；应当理解，亮度映射单元可以调用存储在存储器中的查找表、亮度映射曲线或亮度映射公式对待处理的视频信号完成亮度映射。关于亮度映射曲线请参考600以及图9所对应的实施例部分的描述。
第二转换单元1304，用于将该第二非线性亮度信号转换为第二线性亮度信号；
具体请参考步骤504部分的描述，此处不再赘述。可选的，第二转换单元1304还可以用于完成步骤605、1006；
增益计算单元1305，用于计算该第二线性亮度信号与该第一线性亮度信号的亮度增益；
具体请参考步骤505部分的描述，此处不再赘述。可选的，增益计算单元1305还可以用于完成步骤606、1007；
显示信号获取单元1306，用于基于该亮度增益和该第一线性RGB信号的乘积，获得该待处理视频信号对应的RGB显示信号；
具体请参考步骤506部分的描述，此处不再赘述。
补偿单元1307，用于对该RGB显示信号的各基色值叠加黑位电平提升BlackLevelLift，以获得处理后的RGB显示信号，该BlackLevelLift为该显示设备的显示亮度的最小值；
可选的，显示信号获取单元1306和补偿单元1307可以共同用于完成步骤607、1008；
色彩空间转换单元1308，用于对处理后的RGB显示信号进行色彩空间转换，以获得目标显示信号，其中，该目标显示信号的色彩格式和显示设备对应的色彩格式相同。应当理解，如果显示设备对应的色彩格式为RGB，则可以直接进行显示、不需要进行色彩空间的转换。
示例性的，下面为本申请提供的一种视频信号处理的具体实施方式。该申请实施例将HDR HLG信号转换成SDR信号，以适配SDR TV。在本申请实施例中，先进行饱和度映射，再进行亮度映射和色域映射，在其他可能的实时方式中，可以调换饱和度映射、亮度映射和色域映射的处理顺序，本申请实施例对此不做限定。
设Y`sCbsCrs是终端经过AVS2解码重建和色度上采样恢复成的4:4:4YCbCr非线性视频信号。各分量均为10比特的数字编码值。
1)计算YiCbiCri信号(饱和度映射)；
a.计算归一化原始亮度：
Ynorm＝(Y-64)/(940-64) (42)
Ynorm应Clip到[0,1]范围内；
b.计算饱和度映射增益SmGain
SmGain＝fsm(Ynorm) (43)
其中fsm()为饱和度映射曲线，根据亮度映射曲线ftm()进行计算得到，其计算步骤为：
i.将亮度映射曲线ftm()转换到线性空间上，得到线性亮度映射曲线：
ftmL(L)＝PQ_EOTF(ftm(PQ_EOTF-1(L))) (44)
其中，L为输入线性亮度，单位nit，ftm(L)的结果为线性亮度，单位nit；
ii.将线性亮度映射曲线ftmL()转换到HLG空间上，得到HLG信号上的亮度映射曲线：
其中e为归一化HLG信号亮度，ftmHLG(e)结果为归一化HLG信号亮度；
iii.计算饱和度映射曲线fsm()
其中饱和度映射曲线输入e，fsm(e)为HLG空间上的饱和度映射增益；
c.计算饱和度映射后信号
YiCbiCri信号是10比特限制范围数字编码值，其中Yi数值应该在[64,940]区间内，而Cbi，Cri数值应该在[64,960]区间内。
2)计算非线性R`sG`sB`s信号；
其中的Y`sCbsCrs信号是10比特限制范围数字编码值，经过该处理得到的R`sG`sB`s是浮点非线性基色值，数值应clip到[0,1]区间的。
2)计算线性RsGsBs信号，并计算输入信号线性亮度Ys；
Es＝HLG_OETF-1(E`s) (50)
等式中的Es表示RsGsBs信号中任一分量的线性基色值，其数值在[0,1]区间；E`s指R`sG`sB`s信号中任一分量的非线性基色值。函数HLG_OETF-1()根据ITU BT.2100定义如下：
其中a＝0.17883277,b＝1-4a,c＝0.5-a*ln(4a)
线性亮度Ys计算如下：
Ys＝0.2627Rs+0.6780Gs+0.0593Bs (52)
Ys是实数，其数值在[0,1]区间。
3)计算Yt信号；
a.计算显示亮度Yd：
Yd＝1000(Ys)1.2 (53)
b.计算视觉线性亮度YdPQ：
YdPQ＝PQ_EOTF-1(Yd) (54)
其中，
m1＝2610/16384＝0.1593017578125
m2＝2523/4096*128＝78.84375
c1＝3424/4096＝0.8359375＝c3-c2+1
c2＝2413/4096*32＝18.8515625
c3＝2392/4096*32＝18.6875
c.进行亮度映射得到YtPQ：
YtPQ＝ftm(YdPQ) (56)
等式中的ftm()定义如下：
其中函数hmt()定义如下：
hmt(x)＝0.4064×α0(x)+0.5791×α1(x)+β0(x)
d.计算归一化亮度映射后线性亮度Yt：
Yt＝PQ_EOTF(YtPQ) (59)
其中，
因此，Yt的计算公式为：
Yt＝PQ_EOTF(ftm(PQ_EOTF-1(1000(Ys)1.2)) (61)
Yt是实数，其数值应clip到[0,200]区间。
4)计算亮度映射增益TmGain；
亮度映射增益TmGain的计算如下面等式所示：
5)计算RtmGtmBtm信号；
Etm＝Es×TmGain (63)
等式中Es表示RsGsBs信号中任一分量，Etm表示RtmGtmBtm信号中任一分量。
6)计算RtGtBt信号(色域映射)；
经过该处理得到的RtGtBt是浮点线性基色值，数值应clip到[0,200]区间的。
7)计算R`tG`tB`t信号；
E′t＝(Et/200)1/γ (65)
8)计算YtCbtCrt信号；
示例性的，该实施例中的γ可以取2.2或2.4，也可以取其他数值，γ的取值可以根据实际情况选取，本申请实施例对此不做限定。
其中的R`tG`tB`t是的非线性基色值，数值在[0,1]区间。经过该处理得到的Y`tCbtCrt信号是10比特限制范围数字编码值，其中Y`t数值应该在[64,940]区间内，而Cbt，Crt数值应该在[64,960]区间内。
如图14所示，为本申请提供的一种HDR终端技术方案处理流程图，示出了在整个视频端到端系统中的技术框架和涉及范围。由图14所示，本申请实施例提供的端到端系统的技术框架可以将HDR HLG视频信号转换为SDR信号，从而适配SDR TV，也可以将HDR HLG信号转换为HDR PQ信号，适配HDR PQ TV进行显示；可选的，也可以将HDR PQ信号转换为SDR信号，适配SDR TV进行播放；可选的，还可以丢弃视频信号的动态元数据，仅保留静态元数据，从而适配HDR PQ TV进行播放。应当理解，该技术框架将HDR视频信号及其动态元数据或静态元数据进行第二代音视频编码标准(2nd Audio Video coding Standard,AVS2)编码成AVS2码流传输给终端，可选的，也可以采用高效率视频编码(High Efficiency VideoCoding，HEVC)等其他现有的或者未来可以支持HDR视频的其他新编码标准等，本申请实施例对此并不限定。
下面为本申请实施例给出的一种视频信号转换处理的实施方式。
1101、HDR输入源信号格式
本申请实施例支持的HDR输入信号源，是在终端接收到的AVS2码流。经过解码后，获得10bit 4:2:0格式的整数型YCbCr色差信号(后文简称为YCC信号，本文不再敷述)以及相关的HDR静态或动态元数据。
上述YCC HDR信号可能是表1中列出的几种格式：
表1
作为参考，在AVS2码流中对4K超高清电视节目视频参数的封装如表2所示：
表2
1102、HDR信号输出对接的TV类型以及建议适配方式
终端可能对接的TV由于生产时间的差异，对HDR信号的支持能力有很大差别。通常旧的TV型号难以支持新的信号格式。为此，解码终端需要根据TV对HDR信号支持能力的差异，进行兼容适配。
根据TV对于HDR信号的接收和处理能力不同，终端设备可能需要对接的TV分为以下几类，如表3所示：
表3
电视机类型 色域 转换曲线
类型1 BT.709 伽马
类型2 BT.2020 伽马
类型3 BT.2020 支持PQ
类型4 BT.2020 支持PQ和HLG
本申请实施例根据终端接收到的不同HDR信号格式与对接TV不同的HDR信号支持能力，进行相应的信号转换处理，从而实现信号与TV之间的兼容适配。
1103、HDR HLG信号到SDR TV的兼容适配
设YsCbsCrs是终端经过AVS2解码重建和色度上采样恢复成的4:4:4YCbCr非线性视频信号。各分量均为10bit的数字编码值。
1)计算非线性R`sG`sB`s信号；
其中的YsCbsCrs信号是10比特限制范围数字编码值，经过该处理得到的R`sG`sB`s是浮点化的非线性基色值，数值应clip到[0,1]区间的。
输入的HDR HLG视频信号为YCC空间的视频信号，也可以说，HLG为场景光信号，通过色彩空间转换，将HLG视频信号转换到RGB色彩空间，得到非线性的场景光信号R`sG`sB`s。在本申请实施例中，亮度映射的过程在RGB色彩空间中完成。应当理解，在经过该色彩空间转换得到的视频信号为非线性的视频信号，若输入是HLG信号，则经过色彩空间转换得到的是非线性场景光信号。
2)计算线性RsGsBs信号，并计算输入信号亮度Ys；
Es＝HLG_OETF-1(E`s) (70)
等式中的Es表示RsGsBs信号中任一分量；E`s指R`sG`sB`s信号中任一分量。函数HLG_OETF-1()根据ITU BT.2100定义如下：
其中，a＝0.17883277,b＝1-4a,c＝0.5-a*ln(4a)5b
基于线性视频信号获得第一线性显示光亮度信号，示例性的，该第一线性显示光亮度信号为线性显示光亮度信号。在本申请实施例中，由于输入的HDR HLG信号，该线性视频信号为线性场景光信号，基于线性场景光信号获得的亮度信号Ys为场景亮度信号。
线性亮度Ys计算如下：
Ys＝0.2627Rs+0.6780Gs+0.0593Bs (72)
3)计算Yt信号；
a)计算显示亮度Yd：
Yd＝1000(Ys)1.2 (73)
应当理解，由于输入的信号为HDR HLG信号，为场景光信号，上述步骤中计算得到的Ys为线性场景亮度，亮度映射曲线的输入是显示亮度，因此，在进行亮度映射之前需要先转换成显示光亮度信号Yd。
b)计算非线性亮度YdPQ：
YdPQ＝PQ_EOTF-1(Yd) (74)
其中，
m1＝2610/16384＝0.1593017578125
m2＝2523/4096*128＝78.84375
c1＝3424/4096＝0.8359375＝c3-c2+1
c2＝2413/4096*32＝18.8515625
c3＝2392/4096*32＝18.6875
进一步的，亮度映射是在非线性空间中进行的，因此亮度映射输入的是非线性的显示亮度，因此需要将线性显示亮度转换到非线性空间中，得到非线性显示亮度YdPQ；
c)进行亮度映射得到YtPQ：
YtPQ＝ftm(YdPQ) (76)
等式中的ftm()定义如下：
其中函数hmt()定义如下：
hmt(x)＝0.2643×α0(x)+0.5081×α1(x)+β0(x) (78)
d)计算归一化亮度映射后线性亮度Yt：
Yt＝PQ_EOTF(YtPQ) (80)
其中，
亮度映射之后得到的信号为非线性的显示光亮度信号，示例性的，可以通过PQEOTF曲线将非线性的显示光亮度信号转换为线性显示光亮度信号Yt。
综上，Yt的计算公式为：
Yt＝PQ_EOTF(ftm(PQ_EOTF-1(1000(Ys)1.2)) (82)
其中，Yt是实数，其数值在[0,100]区间。
4)计算亮度映射增益TMgain；
亮度映射增益TmGain的计算如下面等式所示：
5)计算饱和度映射增益SMgain，示例性的，该实施例中的γ可以取2.2或2.4，也可以取其他数值，γ的取值可以根据实际情况选取，本申请实施例对此不做限定。
a)计算亮度映射前的非线性显示亮度值：
YdGMM＝(Yd/1000)1/γ＝(1000(Ys)1.2/1000)1/γ (84)
b)计算亮度映射后的非线性显示亮度值：
YtGMM＝(Yt/1000)1/γ (85)
c)计算饱和度映射增益SmGain
6)计算RtmGtmBtm信号；
Etm＝Es×TmGain (87)
等式中Es表示RsGsBs信号中任一分量，Etm表示RtmGtmBtm信号中任一分量。
7)计算RtGtBt信号(色域映射)；
示例性的，色域映射可以为：
8)计算R`tG`tB`t信号；
E`t＝EOTF-1(Et) (90)
根据应用场景不同，函数EOTF-1()可能为BT.1886 EOTF的逆函数或BT.2100 PQEOTF曲线的逆函数。示例性的，E`t＝(Et/100)1/2.4。
9)计算YtCbtCrt信号；
其中的R`tG`tB`t是浮点化的非线性基色值，数值在[0,1]区间。经过该处理得到的YtCbtCrt信号是10比特限制范围数字编码值。
10)计算YoCboCro信号(饱和度映射)；
其中，YoCboCro信号是10比特限制范围数字编码值。本流程适合HDR HLG信号和HDR PQ信号的兼容适配处理。根据不同适配类型，上述处理流程各步参数有所不同。应当理解，在本申请实施例中，对视频信号先进行亮度处理、再进行色域处理，然后再进行饱和度处理。在一种可选的情况中，可以先进行色域处理、亮度处理，再进行饱和度处理。
为了实现HDR HLG信号到上述各类TV的传输，本实施例建议按表4所列方式进行兼容适配。
表4
表4中，对于类型2电视，通常也具备处理BT.709色域信号的能力，因此本实施例对于类型2电视，也是将HDR HLG信号转为BT.709色域送给类型2电视。
BT.2020色域到BT.709色域转换
本部分处理是HLG信号到SDR信号兼容适配处理的一个环节，由于该处理方法已在BT.2407报告中给予了概念性介绍，因此本节内容引用该ITU报告内容进行资料性说明。
根据ITU报告BT.2407-0 2部分，BT.2020广色域信号到BT.709信号的转换可以采用基于线性矩阵转换的方法来实现。这种方法除了将输出信号做hard-clip外，完全就是ITU标准BT.2087的逆过程。
如图15所示，为转换过程的图示。
具体而言有下列步骤：
(1)非线性到线性信号的转换(N to L)
假设一个归一化的BT2020非线性RGB信号为((E`RE`GE`B)，各个分量信号经过一个转换函数实现到线性信号(EREGEB)的转换。在本申请实施例中，该转换函数可以为HLG EOTF函数。
(2)矩阵(M)
BT2020线性RGB信号转换为BT709线性RGB信号，可以通过下面的矩阵计算完成：
(3)线性信号到非线性信号的转换(L to N)
根据ITU-BT.2087-0标准，BT709线性RGB信号(EREGEB)要用于BT709显示设备，应该使用ITU BT.1886定义的OETF转换为BT709非线性RGB信号(E`RE`GE`B)。示例性的，该实施例中的γ可以取2.2或2.4，也可以取其他数值，γ的取值可以根据实际情况选取，本申请实施例对此不做限定。
公式如下所示：
E＝(E`)γ，0≤E`≤1 (95)
1104、HDR HLG信号到HDR PQ TV的兼容适配处理
根据ITU报告BT.2390-4 7.2部分，首先约定从HLG到PQ信号的参考峰值亮度Lw为1000nit，黑位Lb为0。
根据该报告，采用图16所示的过程，在1000nit以内color volume内，可以生成与HLG图像相同的PQ图像：
HDR HLG信号到HDR PQ信号的转换处理的具体过程为：
(1)1000nit的HLG源信号经过HLG的OETF反函数可生成线性场景光信号；
(2)线性场景光信号经过HLG的OOTF函数可生成线性显示光信号；
(3)线性显示光信号经过PQ的EOTF反函数可生成1000nit的PQ显示光信号；
该处理流程涉及的是HDR HLG信号转换成HDR PQ信号在TV上显示的过程。
该场景下完整的处理流程如下所示：
设YsCbsCrs是终端经过AVS2解码重建和色度上采样恢复成的4:4:4YCbCr非线性视频信号。各分量均为10比特的数字编码值。
1)计算非线性R`sG`sB`s信号；
其中的YsCbsCrs信号是10比特限制范围数字编码值，经过该处理得到的R`sG`sB`s是浮点化的非线性基色值，数值应clip到[0,1]区间的。
输入的HDR HLG视频信号为YCC空间的视频信号，也可以说，HLG为场景光信号，通过色彩空间转换，将HLG视频信号转换到RGB色彩空间，得到非线性的场景光信号R`sG`sB`s。在本申请实施例中，亮度映射的过程在RGB色彩空间中完成。应当理解，在经过该色彩空间转换得到的视频信号为非线性的视频信号，若输入是HLG信号，则经过色彩空间转换得到的是非线性场景光信号。
2)计算线性RsGsBs信号，并计算输入信号线性亮度Ys；
将非线性场景光信号R`sG`sB`s转换成线性场景光信号RsGsBs，在一种可选的情况中，可基于HLG光电转移逆函数将非线性场景光信号R`sG`sB`s转换成线性场景光信号RsGsBs。
Es＝HLG_OETF-1(E`s) (98)
等式中的Es表示RsGsBs信号中任一分量；E`s指R`sG`sB`s信号中任一分量。函数HLG_OETF-1()根据ITU BT.2100定义如下：
其中a＝0.17883277,b＝1-4a,c＝0.5-a*ln(4a)5b
基于线性视频信号获得第一线性显示光亮度信号，示例性的，该第一线性显示光亮度信号为线性显示光亮度信号。在本申请实施例中，由于输入的HDR HLG信号，该线性视频信号为线性场景光信号，基于线性场景光信号获得的亮度信号Ys为场景亮度信号，在进行亮度映射之前需要先转换成显示光亮度信号Yd。
线性亮度Ys计算如下：
Ys＝0.2627Rs+0.6780Gs+0.0593Bs (100)
3)计算Yd信号；
Yd＝1000(Ys)1.2 (101)
4)计算亮度映射增益TmGain
亮度映射增益TmGain的计算如下面等式所示：
5)计算RtmGtmBtm信号；
Etm＝Es×TmGain (103)
等式中Es表示RsGsBs信号中任一分量，Etm表示RtmGtmBtm信号中任一分量。
6)计算R`tG`tB`t信号；
E`t＝FQ_EOTF-1(Et) (104)
式中函数PQ_EOTF-1()，参考ITU BT.2100表4定义如下：
其中
m1＝2610/16384＝0.1593017578125
m2＝2523/4096*128＝78.84375
c1＝3424/4096＝0.8359375＝c3-c2+1
c2＝2413/4096*32＝18.8515625
c3＝2392/4096*32＝18.6875
7)计算YtCbtCrt信号；
其中的R`tG`tB`t是浮点化的非线性基色值，数值在[0,1]区间。经过该处理得到的YtCbtCrt信号是10比特限制范围数字编码值。
示例性的，终端可以根据与对接HDR PQ TV确定的帧率、位宽、色度下采样方式，完成帧率调整、位宽调整及4:4:4到4:2:2/4:2:0下采样等后续处理，可将转换生成的HDR PQ信号传输给HDR PQ TV。
1105、HDR PQ信号的兼容适配
为了实现HDR PQ信号到上述各类TV的传输，本实施例建议按表5所列方式进行兼容适配。
表5
HDR PQ信号到SDR信号的转换处理
基于1103部分所述的通用过程，可以实现HDR PQ信号到SDR信号的转换处理。示例性的，终端可以根据与对接SDR TV确定的帧率、位宽、色度下采样方式，完成帧率调整、位宽调整及4:4:4到4:2:2/4:2:0下采样等后续处理，即可将转换生成的SDR信号传输给SDR TV。
HDR PQ信号送到HDR PQ TV的适配
考虑到目前支持HDR PQ信号的HDR TV均具备HDMI2.0A或以上的HDMI接口能力，且有较为成熟的HDR PQ信号处理能力，本实施例建议当接收到HDR PQ信号，应该将HDR PQ信号以及静态元数据通过HDMI2.0A及以上版本的HDMI接口，直接输出给HDR PQ TV，由TV自行完成HDR PQ信号的后续显示处理。至于动态元数据，则由于HDMI接口限制无法传递给TV，应在解码之后做丢弃处理。
下面为本申请实施例提供的一种测试方案。
具体做法是将待评价图像和参考图像按后述各测试方案持续播放一定时间给观察者，然后在播放后留出一定的时间间隔供观察者打分，最后将所有给出的分数取平均作为该序列的评价值，即该待评图像的评价值。
参考BT.500-13对图像质量和损伤的打分规则，由多位测试者对各种测试对象按照表6的打分标准进行打分。
表6
HDR HLG信号适配SDR TV
测试目的：通过对比测试说明HDR HLG信号送往SDR TV时，HLG到SDR的图像适配转换是否能够提供有益的图像效果。如图17所示为一种测试组网的示意图。其中：
DUT1:HLG转SDR 709
DUT2:HLG转SDR BT2020
BenchMark1:HLG在SDR BT709观看
BenchMark1:HLG在HDR HLG TV以HLG BT2020模式观看
HDR HLG信号适配HDR PQ TV
如图18所示，为本申请实施例提供的另一种测试方案的组网方式示意图。
DUT:HLG转HDR PQ BT2020
Benchmark1:HLG在HDR PQ TV以SDR BT709模式观看
Benchmark2:HLG在HDR PQ TV以HLG BT2020模式观看
对PQ曲线HDR视频，HDR端到端系统见图19所示。通过节目制作，获得PQ曲线HDR视频和静态元数据，HDR视频制作参数符合GY/T 315-2018标准的规定。HDR前处理实现动态元数据的提取，得到用于编码传输的HDR视频和元数据，经过AVS2编码与封装后，在网络中进行传输。在接收端，AVS2解码器解码后得到HDR视频和元数据。对于SDR显示终端，利用HDR视频和元数据重构得到SDR视频进行显示；对于HDR显示终端，若终端显示能力与制作传输的HDR视频亮度相同，则直接进行HDR显示；若终端显示能力与制作传输的HDR视频亮度不同，则利用HDR视频和元数据根据终端显示能力适配后显示。
对HLG曲线HDR视频，当节目制作采用最高亮度为1000cd/m2时，HDR端到端系统见图20所示。通过节目制作，获得HLG曲线HDR视频，HDR视频制作参数符合GY/T315-2018标准的规定。对HDR视频采用AVS2编码后，在网络中进行传输。在接收端，AVS2解码器解码后得到HDR视频，直接在SDR与HDR终端显示。
对HLG曲线HDR视频，当节目制作采用最高亮度不为1000cd/m2时，HDR端到端系统见图21所示。通过节目制作，获得HLG曲线HDR视频和静态元数据，HDR视频制作参数符合GY/T 315-2018标准的规定。对HDR视频和静态元数据采用AVS2编码和封装后，在网络中进行传输。在接收端，AVS2解码器解码后得到HDR视频，AVS2解码器解码后得到HDR视频和静态元数据。对于SDR显示终端，直接显示；对于HDR显示终端，可利用静态元数据采用GY/T 315-2018表5中规定的方法对显示伽马值进行调整后显示。
元数据信息
元数据信息metadata_info()包含了动态元数据，当它与关联的所传图像相结合时可以重构HDR和图像。
HDR图像特性
hdr_characteristics()包含了HDR图像信号特征，即HDR图像颜色空间的标识,以及用于调校HDR图像监视器基色的标识。
HDR图像颜色空间hdrPicColourSpace
此变量表示符合CIE1931中定义的HDR图像颜色空间的基色和基准白坐标。
HDR主监视器颜色空间hdrDisplayColourSpace
此变量表示符合CIE1931定义的调校HDR图像的主监视器颜色空间的基色和基准白坐标。
HDR主监视器最大显示亮度hdrDisplayMaxLuminance
此变量定义了对HDR图像进行调校的主监视器的标称最大显示亮度，以坎德拉每平方米(cd/m2)为单位且四舍五入到50cd/m2的整数倍。
HDR主监视器最小显示亮度hdrDisplayMinLuminance
此变量定义了对HDR图像进行调校的主监视器的标称最小显示亮度。以0.0001cd/m2为单位。
hdrDisplayMinLuminance应小于hdrDisplayMaxLuminance。如果变量值未知，建议设置为0。
SDR图像特性
sdr_characteristics()包含了SDR图像信号特征，即SDR图像的颜色空间标识，以及用于调校SDR图像主监视器的标称最大和最小亮度值。
SDR图像颜色空间sdrPicColourSpace
表示符合CIE1931定义的SDR图像颜色空间的基色和基准白坐标。
SDR主监视器最大亮度sdrDisplayMaxLuminance
该变量定义了用于调校SDR图像的主监视器的标称最大显示亮度，以1cd/m2为单位，且四舍五入到50cd/m2的整数倍。
SDR主监视器最小亮度sdrDisplayMinLuminance
luminance_mapping_variables()包含了亮度映射变量，用于构建查找表lutMapY。
色调映射输入信号黑电平偏移tmInputSignalBlackLevelOffset
在亮度映射曲线重构过程中，此变量用于计算信号增益的第一步,表示在色度体积重构过程中消去的黑电平偏移。该变量值应在[0,1]范围内，且为(1÷255)的整数倍。
接收终端
规定不同应用场景下，接收终端如何实现本申请实施例规定的HDR后处理，分为以下两种情况：
(1)机顶盒加电视机，后处理模块在机顶盒
用户根据电视机的显示能力，如最大显示亮度、最小显示亮度、色域等，并利用机顶盒的遥控器进行参数配置，机顶盒获知电视机显示能力。机顶盒对接收到的节目码流进行分析，得到节目是SDR节目/HDR节目、最大亮度、最小亮度等信息，若与电视机的显示能力相匹配，对音视频解码并通过HDMI送到电视进行显示；若与电视机的现实能力不匹配，对音视频解码并通过显示适配后获得与电视机显示能力适配的节目信号，通过HDMI送到电视进行显示。
(2)一体机，后处理模块在电视
一体机对接收到的节目码流解码，根据电视机的实际显示能力进行调整适配和显示。
本申请实施例描述了在HDMI接中传输HDR元数据的方式，其中，HDMI2.0a规范规定了如何在HDMI接口中传输HDR静态元数据，HDMI2.1规范规定了如何在HDMI接口中传输HDR动态元数据。
HDMI接口中传输HDR静态元数据
HDMI 2.0a标准采用了CEA-861.3-2014对HDR静态元数据传输的规范，当上游源处理设备(例如机顶盒)无法处理HDR静态元数据时，HDR静态元数据可在CEA-861.3-2014接口中传输给能接收处理HDR静态元数据的接收端(例如电视机)。本附录补充说明了CEA-861.3-2014中HDR静态元数据数据块“HDR Static Metadata Data Block”(C.2.2，对应CEA-861.3-2014规范的4.2)和动态范围主监信息帧“Dynamic Metadata and MasteringInfoFrame”(C.2.3，对应CEA-861.3-2014规范的3.2)的信息传输和映射。
HDR静态元数据数据块
HDR静态元数据数据块“HDR Static Metadata Data Block”用于将接收端HDR静态元数据支持能力信息传输给源设备。当接收端传输给源设备的该数据块中的“ET_2”位等于1，表示接收端支持GY/T 315-2018规定的PQ EOTF曲线，“SM_0”位等于1，表示支持本文规定的静态元数据。
动态范围主监信息帧
动态范围主监信息帧“Dynamic Range and Mastering InfoFrame”由源设备用于标识并传输HDR动态元数据给接收设备。
源设备利用“EOTF”值为2来标记传输流的EOTF为GY/T 315-2018规定的PQ曲线，“Static_MetaData_Descriptor_ID”为0来标记本标准的静态元数据在用户扩展信息中携带,从而传输符合本标准规范的静态元数据。
HDMI接口中传输HDR动态元数据
HDMI 2.1标准采用了CTA-861-G-2016对HDR动态元数据传输的规范，CTA-861-G2016规定了如何在CE终端接口中承载HDR元数据。当上游源处理设备(例如机顶盒)无法处理HDR元数据时，HDR元数据可在CTA-861-G-2016接口中传输给能接收处理HDR元数据的接收端(例如电视机)。本附录补充说明了CTA-861-G-2016中HDR动态元数据数据块“HDRDynamic Metadata Data Block”(C.3.2，对应CTA-861-G-2016规范的7.5.14)和HDR动态元数据扩展信息帧“HDR Dynamic Metadata Extended InfoFrame”(C.3.3，对应CTA-861-G-2016规范的6.10.1)的信息传输和映射。
HDR动态元数据数据块
HDR动态元数据数据块“HDR Dynamic Metadata Data Block”用于将接收端HDR动态元数据支持能力信息传输给源设备。当接收端传输给源设备的该数据块中的支持动态元数据类型“Supported HDR Dynamic Metadata Type”的值为0x0002时，表示该接收端支持本标准规范的动态元数据。
在支持动态元数据类型“Supported HDR Dynamic Metadata Type”的值为0x0002时，数据块中支持标记“Support Flags”字节代表了不同的HDR传输模式。其0～3位组成的二进制值大于等于1，第5位等于1,表示支持本标准规范的HDR传输模式。
HDR动态元数据扩展信息帧
HDR动态元数据扩展信息帧“HDR Dynamic Metadata Extended InfoFrame”由源设备用于标识并传输HDR动态元数据给接收设备。
源设备利用扩展信息帧类型“Extended InfoFrame Type”值为0x0002来标记本标准的动态元数据在用户扩展信息中携带,从而传输符合本标准规范的动态元数据。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一个方法中的一个或多个步骤。上述信号处理装置的各组成模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在所述计算机可读取存储介质中。
基于这样的理解，本申请实施例还提供一种包含指令的计算机程序产品，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或其中的处理器执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。该存储介质的种类请参考存储器302的相关描述。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。例如，装置实施例中的一些具体操作可以参考之前的方法实施例。

Claims (25)

1.一种视频信号的处理方法，其特征在于，所述方法包括：
获得第一线性亮度信号，所述第一线性亮度信号基于待处理视频信号对应的第一线性红绿蓝RGB信号获得；
将所述第一线性亮度信号转换为第一非线性亮度信号；
对所述第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号；
将所述第二非线性亮度信号转换为第二线性亮度信号；
计算所述第二线性亮度信号与所述第一线性亮度信号的亮度增益；
基于所述亮度增益和所述第一线性RGB信号的乘积，获得所述待处理视频信号对应的RGB显示信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待处理视频信号为感知量化PQ信号，所述获得第一线性亮度信号，包括：
对所述PQ信号进行色彩空间转换，以获得第一非线性RGB信号；
根据PQ电光转移函数，将所述第一非线性RGB信号转换为所述第一线性RGB信号；
基于所述第一线性RGB信号的各基色信号进行计算，以获得所述第一线性亮度信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待处理视频信号为混合对数伽玛HLG信号，所述获得第一线性亮度信号，包括：
对所述HLG信号进行色彩空间转换，以获得第二非线性RGB信号；
根据HLG光电转移逆函数，将所述第二非线性RGB信号转换为第二线性RGB信号；
基于所述第二线性RGB信号的各基色信号进行计算，以获得第三线性亮度信号；
对所述第三线性亮度信号进行亮度信号类型转换，以获得所述第一线性亮度信号。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，在所述获得所述待处理视频信号对应的RGB显示信号之后，还包括：
对所述RGB显示信号进行色彩空间转换，以获得目标显示信号，其中，所述目标显示信号的色彩格式和显示设备对应的色彩格式相同。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述获得所述待处理视频信号对应的RGB显示信号之后，还包括：
对所述RGB显示信号的各基色值叠加黑位电平提升BlackLevelLift，以获得处理后的RGB显示信号，所述BlackLevelLift为所述显示设备的显示亮度的最小值；
对应的，所述对所述RGB显示信号进行色彩空间转换，包括：
对所述处理后的RGB显示信号进行色彩空间转换。
6.根据权利要求4或5任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号，包括：
确定第一阈值和第二阈值，所述第一阈值小于所述第二阈值；
当所述第一非线性亮度信号的亮度值小于或等于所述第一阈值时，所述第二非线性亮度信号的亮度值等于所述第一非线性亮度信号的亮度值；
当所述第一非线性亮度信号的亮度值大于所述第一阈值，且小于或等于所述第二阈值时，所述第二非线性亮度信号的亮度值基于以所述第一非线性亮度信号的亮度值为自变量的拟合曲线获得；
当所述第一非线性亮度信号的亮度值大于所述第二阈值时，所述第二非线性亮度信号的亮度值等于所述显示设备对应的最大非线性显示亮度值。
7.根据权利要求6所述的方法，所述拟合曲线通过对所述第一阈值和所述第二阈值进行埃尔米特Hermite插值得到。
8.根据权利要求6或7任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号，包括：
使用以下分段函数对所述第一非线性亮度信号进行所述亮度映射：
其中，hmt(x)＝y0×α0(x)+y1×α1(x)+y′0β0(x)+y′1β1(x)
e为所述第一非线性亮度信号，ftm(e)为所述第二非线性亮度信号，KP1为所述第一阈值，KP2为所述第二阈值，maxDL为所述显示设备的最大非线性显示亮度值，maxSL为最大非线性源亮度值，x0＝KP1，x1＝maxSL，y0＝KP1，y1＝maxDL，y0′＝1，y1′＝0。
9.根据权利要求6至8任一项所述的方法，其特征在于，所述确定第一阈值和第二阈值，包括：
根据所述第一非线性亮度信号的显示亮度范围和所述显示设备的显示亮度范围的关系确定所述第一阈值；
将所述第一非线性亮度信号的最大亮度值作为所述第二阈值。
10.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述对所述第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号，包括：
基于预设的所述第一非线性亮度信号和所述第二非线性亮度信号的亮度值的映射关系，确定与所述第一非线性亮度信号的亮度值相对应的第二非线性亮度信号的亮度值。
11.根据权利要求1至10任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述第一线性亮度信号转换为第一非线性亮度信号，包括：
根据PQ电光转移逆函数，将所述第一线性亮度信号转换为所述第一非线性亮度信号；
对应的，所述将所述第二非线性亮度信号转换为第二线性亮度信号，包括：
根据PQ电光转移函数，将所述第二非线性亮度信号转换为所述第二线性亮度信号。
12.一种视频信号处理的装置，其特征在于，所述装置包括：
亮度获取单元，用于获得第一线性亮度信号，所述第一线性亮度信号基于待处理视频信号对应的第一线性红绿蓝RGB信号获得；
第一转换单元，用于将所述第一线性亮度信号转换为第一非线性亮度信号；
亮度映射单元，用于对所述第一非线性亮度信号进行分段亮度映射，以得到第二非线性亮度信号；
第二转换单元，用于将所述第二非线性亮度信号转换为第二线性亮度信号；
增益计算单元，用于计算所述第二线性亮度信号与所述第一线性亮度信号的亮度增益；
显示信号获取单元，用于基于所述亮度增益和所述第一线性RGB信号的乘积，获得所述待处理视频信号对应的RGB显示信号。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述待处理视频信号为感知量化PQ信号，所述亮度获取单元，具体用于：
对所述PQ信号进行色彩空间转换，以获得第一非线性RGB信号；
根据PQ电光转移函数，将所述第一非线性RGB信号转换为所述第一线性RGB信号；
基于所述第一线性RGB信号的各基色信号进行计算，以获得所述第一线性亮度信号。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述待处理视频信号为混合对数伽玛HLG信号，所述亮度获取单元，具体用于：
对所述HLG信号进行色彩空间转换，以获得第二非线性RGB信号；
根据HLG光电转移逆函数，将所述第二非线性RGB信号转换为第二线性RGB信号；
基于所述第二线性RGB信号的各基色信号进行计算，以获得第三线性亮度信号；
对所述第三线性亮度信号进行亮度信号类型转换，以获得所述第一线性亮度信号。
15.根据权利要求12至14任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：色彩空间转换单元，用于：
对所述RGB显示信号进行色彩空间转换，以获得目标显示信号，其中，所述目标显示信号的色彩格式和显示设备对应的色彩格式相同。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：补偿单元，用于：
对所述RGB显示信号的各基色值叠加黑位电平提升BlackLevelLift，以获得处理后的RGB显示信号，所述BlackLevelLift为所述显示设备的显示亮度的最小值；
对应的，所述色彩空间转换单元，具体用于：
对所述处理后的RGB显示信号进行色彩空间转换。
17.根据权利要求12至16任一项所述的装置，其特征在于，所述亮度映射单元，具体用于：
确定第一阈值和第二阈值，所述第一阈值小于所述第二阈值；
当所述第一非线性亮度信号的亮度值小于或等于所述第一阈值时，所述第二非线性亮度信号的亮度值等于所述第一非线性亮度信号的亮度值；
当所述第一非线性亮度信号的亮度值大于所述第一阈值，且小于或等于所述第二阈值时，所述第二非线性亮度信号的亮度值基于以所述第一非线性亮度信号的亮度值为自变量的拟合曲线获得；
当所述第一非线性亮度信号的亮度值大于所述第二阈值时，所述第二非线性亮度信号的亮度值等于所述显示设备对应的最大非线性显示亮度值。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述拟合曲线通过对所述第一阈值和所述第二阈值进行埃尔米特Hermite插值得到。
19.根据权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述亮度映射单元，具体用于：
使用以下分段函数对所述第一非线性亮度信号进行所述亮度映射：
其中，hmt(x)＝y0×α0(x)+y1×α1(x)+y′0β0(x)+y′1β1(x)
e为所述第一非线性亮度信号，ftm(e)为所述第二非线性亮度信号，KP1为所述第一阈值，KP2为所述第二阈值，maxDL为所述显示设备的最大非线性显示亮度值，maxSL为最大非线性源亮度值，x0＝KP1，x1＝maxSL，y0＝KP1，y1＝maxDL，y0′＝1，y1′＝0。
20.根据权利要求17至19任一项所述的装置，其特征在于，所述亮度映射单元，具体用于：
根据所述第一非线性亮度信号的显示亮度范围和所述显示设备的显示亮度范围的关系确定所述第一阈值；
将所述第一非线性亮度信号的最大亮度值作为所述第二阈值。
21.根据权利要求12至16任一项所述的装置，其特征在于，所述亮度映射单元，具体用于：
基于预设的所述第一非线性亮度信号和所述第二非线性亮度信号的亮度值的映射关系，确定与所述第一非线性亮度信号的亮度值相对应的第二非线性亮度信号的亮度值。
22.根据权利要求12至21任一项所述的装置，其特征在于，所述第一转换单元，具体用于：
根据PQ电光转移逆函数，将所述第一线性亮度信号转换为所述第一非线性亮度信号；
对应的，所述第二转换单元，具体用于：
根据PQ电光转移函数，将所述第二非线性亮度信号转换为所述第二线性亮度信号。
23.一种视频信号处理的装置，其特征在于，所述装置包括：处理器和存储器；
所述处理器，用于调用所述存储器中的软件指令，以执行如权利要求1至11任一项所述的方法。
24.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机或处理器上运行时，使得所述计算机或处理器执行如权利要求1至11任一项所述的方法。
25.一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机或处理器上运行时，使得所述计算机或处理器执行如权利要求1至11任一项所述的方法。
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