CN110741624B - 用于hdr(解码)编码的色域映射 - Google Patents

Abstract

为了实现良好质量的HDR图像解码，通常在较窄的Rec.709色域中定义对应的SDR图像，发明人发现了一种实用的方法，其将包括具有第一颜色饱和度的第一颜色(C_入)的像素的高动态范围图像(HDR_2020)转换为峰值亮度为100尼特的标准动态范围图像(SDR_709)，其中，该像素具有第二颜色(C_出)，该第二颜色具有低于第一颜色饱和度的第二颜色饱和度，该转换包括：执行颜色空间转换(601)，从而产生中间图像(HDR_IM)，所述颜色空间转换包括应用颜色矩阵，所述颜色矩阵将第一颜色的根据第一红、绿和蓝原色定义的第一RGB表示映射到该像素颜色的根据第二RGB原色的第二RGB表示(RGB_sec)；将可逆色域映射应用于第二RGB表示，从而产生映射颜色(C_映射)；并且将亮度映射(TOM)应用于映射颜色的亮度，以获得具有带有输出颜色(C_出)的像素的低动态范围图像(SDR_709)，所述输出颜色(C_出)具有与映射颜色的亮度不同的亮度(L_出)；并输出标准动态范围图像(SDR_709)，其特征在于，所述可逆色域映射包括将相应的映射函数(F1，F2，F3)应用于所述第二RGB表示的三个R、G和B颜色分量中的每个颜色分量，以分别获得定义所述映射颜色的输出R、G和B颜色分量(Ro，Go，Bo)，所述相应的三个映射函数包括两个线性分段(501、502)，其中，所述分段中的一个分段(501)对应于恒等变换，所述分段以所述第二RGB表示的分别输入红、绿或蓝颜色分量的阈值(TP)开始，并且第二线性分段从阈值(TP)连接到第二RGB表示的相应的分量的最负值，并且其中，通过将第二RGB表示的除了阈值(TP)被计算的颜色分量之外的两个分量的值乘以相应的常数(kRG、kRB)并且对这两个经相乘的贡献求和来计算所述阈值(TP)。

Description

用于HDR(解码)编码的色域映射

技术领域

本发明涉及用于处理处于用于传递低动态范围图像的较小色域的色域之外的颜色的方法和装置，所述低动态范围图像表示具有较大色域的较高动态范围图像。

背景技术

直到几年前，所有视频和大多数静止图像都是根据所谓的低动态范围(LDR)基本原理(也称为标准动态范围(SDR))进行编码的。这意味着，无论捕获的原始场景是什么，代码的最大值(通常为8位亮度Y’＝255，对于非线性近似平方根R’G’B’颜色分量而言是相似的；或者对于模拟显示驱动是100％的电压；以针对更高的颜色精度以后升级到10位)应按照标准定义符合显示器峰值明亮度PB_D(即显示器可以绘制的最亮白色)按标准协议为100尼特的显示器，即在显示器峰值亮度PB_D(即显示器可以绘制的最亮白色)按标准协议为100尼特的显示器上进行绘制。这样做是因为所有显示器实际上在色度方面几乎是相同的，即它们可以(只能)绘制0.1尼特至100尼特的亮度，而这正是实现任何期望图像的颜色都需要做的事情。而且，其使事情变得简单，因为拥有清晰的单色色域，在其中可以通过照亮洞穴内部并通常剪裁外界像素为白色或明亮的柔和颜色来定义任何场景的合理外观的图像及其颜色，甚至如洞穴的原始HDR场景。这样的显示器可以绘制出非常漂亮的图像，并且消费者不会抱怨，特别是因为自然对象的反射率范围大约在95％与0.5％之间，因此，如果仅在内容制作器件，人们会通过使其合理地一致来关注场景的照明，最终查看者确实会很好地看到具有自然颜色和相对明亮度的所有对象。然而，如果必须自然地绘制包含明亮区域或黑暗阴影区域的场景，则不是这样。

如果人们购买了比PB_D＝100尼特的理论最佳值稍暗或稍亮的实际显示器，则假设查看者的视觉系统将适应，从而图像仍然将看起来合适，并且甚至与在参考100尼特显示器上的相同，而不是例如令人讨厌地过亮(例如，在一个人在恐怖电影中有应当具有黑暗外观的夜景的情况)。

这样的SDR显示器的黑色在良好的情况下通常可以是0.1特，而在最坏的情况下可以是1尼特或者甚至若干尼特，因此，SDR显示动态范围(最亮的白色除以最暗的可查见黑色)最多将是1000:1

这很好地对应于几乎均匀照明的场景(并且绘制出如同均匀照亮，这能够偶然诱使制作具有较高亮度动态范围的非均匀照亮场景的派生图像)，并且对于所有需要被绘制的像素灰度值或亮度是8比特编码，具有大约2.0的伽马值或编码逆伽马值0.5，Rec.709曾经是并且仍然是通常使用的SDR视频编码标准。其也具有非线性R’G’B’代码分配功能，又称OETF，从理论上讲，OETF可以示出为精确地覆盖该所需的1000：1相对或标准化亮度动态范围。通常，相机同时捕获非常明亮和相当暗的区域也存在问题，即，如在窗户或车窗外部看到的场景通常将被剪裁成白色，已经在光电子累积像素阱中(给出红、绿和蓝相加性颜色分量R＝G＝B＝max。对应于其平方根编码非线性R’G’B’值R'＝G'＝B'＝255)。注意，如果在这种应用中，动态范围首先仅指定峰值明亮度(即，最亮的绘制的或可绘制的亮度)，我们假设最低亮度值是实际零(而实际上其可能取决于查看条件，诸如显示前板或电影屏幕光反射，例如0.1尼特)，并且那些进一步的细节与特定解释无关。

还要注意，在HDR研究綦江已经变得更加清晰了但是可能对每个人来说都不是容易清楚的有些事情因此在这里要提到，以确保每个人都理解这一点，即代码系统(仅10位数字)本身并不天然具有动态范围，除非将其与参考显示相关联，这说明最大代码值，例如R’＝G’＝B’＝Y’＝1023应该对应于100尼特的编码峰值明亮度PB_C(并映射到这样的100尼特，而无论实际PB_D如何)，或者备选地用于编码1000尼特的另一HDR图像，等。

具体地，与通常预先假定的相反，用于像素的颜色分量的比特数与其辉度一样不是动态范围的良好指示器，因为例如10比特的编码系统可以编码HDR视频(在PB_C＝1000尼特的情况下)或SDR视频(在用于相同代码的PB_C为100尼特的情况下)。

使HDR图像处理(尤其是颜色处理)棘手的还有与编码相关联的参考显示器的电光传递函数EOTF，即定义了若干亮度代码[0，1023]与对应像素亮度之间的关系，因为它们需要绘制在显示器上，并且与SDR图像编码的唯一的Rec.709EOTF相对，可以有若干不同的EOTF函数形状来编码HDR图像。

本文假定，当提到HDR图像或视频时，对于最高亮度代码(或在RGB编码的情况下，等效地最高R’、G’、B’值，例如，而不是YCbCr编码)，其具有对应的峰值明亮度PB_C或最大亮度，该最高亮度代码高于100尼特的SDR值，通常至少高出6倍。尽管HDR图像也可能具有更深的编码黑色，但通常主要区别是它们包含比SDR图像更亮得多的像素，以在能够显示更亮像素的显示器上绘制(留意对于固定的最暗黑色，例如HDR和SDR图像两者的DB_C＝0.1尼特，动态范围比率然后简单地可表示为峰值明亮度PB_C比率)。相应地，用于使HDR图像看起来最优的要绘制的最大显示亮度可以是例如1000尼特、5000尼特或10000尼特。注意，这不应当与初步复杂概念相混淆，下文将详细说明人们能够将这样的HDR图像或视频实际编码为特定SDR图像或视频以传递到接收器，在这种情况下，图像能在100尼特显示器上绘制，但重要的是，还包含所有信息-当对应的相关联的元数据对颜色变换进行编码以恢复HDR图像时-用于创建具有例如1000尼特的PB的HDR图像！还应注意，由于其通常不会包含许多实际达到5000尼特亮度的像素，因此可以识别HDR图像。相反，很大一部分像素实际上将具有与SDR图像中或多或少相同的亮度，但是一些像素(例如，金属上的镜面反射、还有光线、或者通过暗褐色酒吧门看到的阳光明媚的户外小区域)将具有更高的亮度，例如大约或高于1000尼特。换句话说，SDR图像通常将具有浓缩的，高度均匀的亮度直方图，而HDR图像能够具有小的亮像素尖峰，与正常彩色像素的模式相去甚远。绘制系统将需要考虑到这一点，使得它们不会在100尼特PB_D显示器上绘制例如5000尼特PB_CHDR图像。因为那将意味着通常包含“正常对象”图像颜色的较暗图像区域(即电影故事的语义重要部分)接近变为黑色且难以区分。接收到的HDR图像(然而其被编码)的显示优化的后一个方面不应与纯编码方面相混淆。这种复杂性已经渗透到图像颜色处理的许多方面，因此在过去的几年中以及今天仍然导致了对各种图像处理方法的一连串所需重新思考和重新设计，使得其仍然合理地工作或在新的HDR图像处理生态系统中达到最佳效果。简而言之，HDR图像处理几乎打破了在过去几年中的所有事情，因此也需要以下解决方案。我们花时间在介绍此应用时阐明一些最重要的所需要的新颖背景概念，以使HDR技术的新手得以快速掌握。

因此，因此，对高动态范围主图像的高动态范围编码能够对具有例如高达1000尼特(或在其他HDR图像编码中，更多)的要绘制亮度的图像进行编码，以能够显示-绘制高质量的HDR，具有例如与周围绘制的场景相比的明亮爆发，或者看起来真的是阳光明媚的假日图片等。

在实践中，世界上有一些场景会具有如使用亮度计可以测量到的非常高的动态范围(例如，室内捕获的对象像1尼特一样暗，而同时透过窗户外部看到阳光照射的对象具有高于10000尼特的亮度，给出了10000:1的动态范围，这比1000:1的动态范围(DR)大10倍，并且甚至比100:1的动态范围大100倍，并且例如一些典型情况下，例如白天观看，电视观看可以具有小于30:1的DR)。

由于显示器变得越来越好(PB_D比100尼特要更亮几倍，从大约一年来，现在可以购买1000尼特的电视机，从这一年甚至是监测器，并且已经设想并已经出现了数千尼特PB_D)，目标是能够精美地绘制这些图像，但是因为如不同观看条件的这样的因素而不完全等同于原始情况，但是至少非常自然，或者至少赏心悦目。这需要在SDR视频编码时代所缺少的东西：一种良好的实用HDR视频编码技术，以对如何绘制这些图像进行编码。编码还应尽可能满足市场上各种参与者(例如有线电视提供商、IC制造商、内容创建者等)的许多实际需求。

读者还应当理解，因为查看者通常在不同的情况下观看内容(例如，晚上坐在光线昏暗的客厅，或者在黑暗的家中或电影院里，而不是实际站在捕获的明亮非洲景观中，因此明亮的对象可能在较暗的观看情况下很快显得太亮)，所以场景中的亮度与最终在电视(或其他显示器)上绘制的那些亮度之间没有任何同一性。在相对或归一化亮度之间没有相同性，即甚至在所有场景亮度除以特定最大场景亮度，相对于还在0-1比例上，显示绘制的亮度除以PB_D。这尤其能够通过使人类颜色分级者人工地决定可用编码动态范围C_DR上的最佳颜色、即相关联的参考显示器上的最佳颜色来处理，例如通过规定场景中的太阳应当在图像中以5000尼特(而不是实际值10亿尼特)绘制来处理。这被称为内容的HDR主分级，并且明显地如何实际执行它可能再次取决于各种实际因子，例如内容是否从事件中创建为实况流。例如，作为人工干预的备选方法，就本申请的方面有关的而言，自动算法可以进行从例如原始相机捕获到文本中的内容的这样的转换，这(通常)将被称为(主)HDR分级。这意指那么能够在5000尼特PB_D的HDR显示器上在可用的那些位置处绘制该主分级。。

然而，与此同时，未来几年对具有100尼特PB_D的传统SDR显示器、或者不能够产生5000尼特白的至少一些一些显示器(例如，因为其是便携式的)将有大的既有用户人群(例如具有显示峰值明亮度PB_D＝500尼特的动态范围)，并且这些人也需要能够以某种方式观看HDR电影，并且理想情况下应尽可能最佳。因此，需要一些机制将5000尼特PB_C HDR图像转换为同一场景的100尼特SDR外观图像。

为了读者的方便并使其在某些涉及的方面快速入门，图1示出了许多种可能的HDR场景的几个典型例示性示例，未来的HDR系统(例如，被连接到1000尼特PB_D显示器)可能需要能够正确地处理、即通过为图像中的所有对象/像素绘制适当的亮度。例如，ImSCN1是来自西方电影的阳光户外图像(大部分是明亮的区域，其理想情况下应绘制为比100尼特显示器稍微更亮，以提供比雨天看起来更晴朗的外观)，而ImSCN2是夜间图像。

是什么让这样的图像变得阳光明媚，而另一幅图像却变得暗淡？不一定是相对亮度，至少在SDR范式中不是。使HDR图像绘制与仅在几年前结束的SDR时代中其始终是的绘制的不同之处在于：SDR具有这样的有限的动态范围(大约PB＝100尼特，并且黑色水平为大约0.1尼特至1尼特)，大多数情况下，仅可以在SDR中示出对象的固有反射率(其将落在对于良好的白色的90％与对于良好的黑色的1％之间)。这对于在一致技术控制的照明下识别对象(具有一定的反射光明亮度，并且当然还有其色度)会是良好处的，但对对象本身在自然场景中能够具有的照明的美丽变化以及对查看者的可以具有什么影响却无济于事。可以使夜间图像在辉度直方图中变暗一些，但又不过分，否则它会仅绘制成太暗和丑陋的图像，而在100尼特的TV或100尼特的编码中，恰没有任何空间可用于任何过亮的地方。因此，人们必须独立于其亮度来示出对象，并且不可以同时忠实地示出可能发生的场景的所有有时高对比度的照明。在实践中，这意指高亮度的阳光场景必须以与暗淡的雨天场景大致相同的显示亮度(0-100尼特)进行绘制。并且，即使夜间场景也不能够被绘制得太暗，否则查看者将不能够很好地区分图像中的最暗部分，所以，再次地，那些夜间明亮度将跨0尼特至100尼特之间的范围被绘制。对此的常规解决方案是将夜间场景着色为蓝色，从而查看者将理解他并不是在观看日间场景。当然，现在，在现实生活中，人类视觉也将适于可用的光的量，但不是那么多(现实生活中的大多数人都认识到变暗了，或者其处于更黑暗或相当明亮的环境中)。因此，人们将希望利用能够在其中进行艺术地设计的所有壮观的局部以及时间照明效果来绘制图像，以得到更加逼真的绘制图像，至少在人们具有可用的HDR显示器时。对于在暗室中的光剑来说，适当的亮度确切地是多少，我们将留给颜色分级器创建(一个或多个)主分级来决定，并且本申请将聚焦于创建和处理此类图像所需的技术可能性。

在图1的左轴上是对象亮度，对于5000尼特PB_D的显示器而言，就像人们希望在5000尼特PB主HDR分级中看到的那样(即，分级器制作图像，假设家用典型的高品质HDR TV有5000尼特PB_D，并且他实际上能够坐在这样的家庭查看房间的表示中，并在这样的分级显示器上分级)。如果人们想要传达的不仅仅是幻觉，而是真正意义上的牛仔处在明亮的阳光照射环境中，那么人们必须指定并且将这些像素亮度绘制地足够亮(但是也不要恼人地太亮，其是HDR亮度创建和处理的典型陷阱)，例如大约500尼特。对于夜间场景，人们主要想要暗亮度，但是摩托车上的主要角色应当是可以良好识别的，即，不太暗(例如，大约5尼特)，并且同时，能够存在例如街灯的相当高亮度的像素，例如在5000尼特显示器上大约为3000尼特，或者在任何HDR显示器上的峰值明亮度附近(例如，1000尼特)。第三范例ImSCN3示出了现在在HDR显示器上也可能的内容：人们能够同时绘制非常亮和非常暗的像素两者。其示出暗的洞穴，通过小的开口，人们能够看到外部的阳光。对于这种场景，人们可能想要使例如树的阳光照射的对象比在想要绘制明亮的阳光照射的场景的印象(例如，大约400尼特)中稍微不那么明亮，这应当与洞穴内部的基本上黑暗的特性更加协调。颜色分级者可能想要最佳地协调所有对象(已经在PB_HDR＝5000尼特主HDR图像中)的亮度，从而没有任何内容看起来不合适地暗或亮，并且对比度良好，例如，在该洞穴中站在黑暗中的人可以在主HDR梯度图像中以大约0.05尼特来编码(假设HDR绘制将不仅能够绘制明亮的高光，而且还能够绘制暗区域)。

现在，其次，能够经常需要对HDR图像进行SDR重新分级，简而言之，其可以总结如下：而在具有以下功能的HDR显示器上(或因此编码的图像，如PB_C＝5000尼特的HDR图像)，可以将对象亮度沿较大的亮度范围散开到最佳观看的亮度位置，在SDR亮度范围上，需要将其压缩在一起以适应较小的亮度范围。仍然，优选地以SDR图像仍传达尽可能高的HDR外观的方式，这就是为什么我们现在假设从HDR主分级导出的次级分级仍然是颜色分级器进行的主分级，SDR主评分。即，需要应用依赖于内容的最佳亮度映射函数，目前也描述为动态元数据。所有对应SDR图像像素/对象亮度都示出在图1的右侧SDR亮度范围内。请注意，在两个分级图像之间，还可以计算出具有不同编码峰值明亮度PB_C的其他HDR图像，也称为中等动态范围(MDR)图像(例如800尼特)。

能够理解的是，将针对所有这些非常不同类型的HDR场景的所有对象亮度映射到在图1右侧上所示的小得多的SDR动态范围(DR_1)中可用的最佳亮度可能并不总是微不足道的任务，这就是为什么优选可以涉及人类颜色分级者来确定颜色变换的原因(其至少包括亮度变换，或者当对辉度代码等效地执行时的辉度变换；亮度变换实际上能够由若干函数组成，所述函数制定了技术上引起了人们的兴趣的子策略，但是对于本申请，读者能够出于简化理解的目的将其视为单个函数L_出_SDR＝F_L(L_入_HDR))。然而，人们总是能够选取使用自动确定的变换，例如，基于分析图像内容的颜色属性，诸如其亮度直方图，并且这可以是例如针对较简单种类的HDR视频或者例如在实时内容生成中人类分级不太优选的应用的优选选项(在该专利申请中，假设不限制分级也可以涉及对数个颜色变换功能参数的快速设置，例如在捕获的开始之前快速地设置整个产生)。

此外，申请人已经设计了一种HDR图像，尤其是HDR视频编码系统，其不仅可以针对现场的典型单一类型的显示处理仅仅单个标准化HDR视频(例如，以EOTF编码的10位感知量化器)的通信(编码)(例如，在每个最终查看者的具有1000尼特PB_D显示屏的假设下，用PB_C＝1000尼特定义的图像)，但是其可以同时传递和处理对于具有现场其他各种峰值明亮度 的各种可能的其他显示类型具有最佳外观/等级的视频，尤其是100尼特PB_D SDR显示器的SDR图像。也就是说，尽管在这样的HDR视频通信系统中，但由于在元数据中添加了从这些SDR图像中定义HDR图像像素颜色的功能，实际上仅将一种类型的分级图像(在本申请通常但不排他地SDR图像)作为已发送的像素化图像进行传递，对于场景同时传递了HDR图像外观(实际上不需要如双图像通信那样传递它们，或者至少第二层像素化HDR图像数据)。

仅编码一组HDR图像，即具有正确的外观，即用于在例如1000尼特HDR监视器上进行绘制的图像对象亮度，在例如10位的传统MPEG HEVC或类似的视频编码技术中，并不困难。人们仅需要为具有相当大的动态范围的新型图像建立最佳辉度代码分配函数(也称为OETF)(光电传递函数)，亦即，与白色相比的相对暗的区域不示出条带，并且然后计算针对所有像素/对象亮度的辉度代码。

然而，申请人设计了一种系统，所述系统能够实际上将HDR图像作为SDR图像来传递(标准动态范围，我们的意思是传统的基于Rec.709OETF的编码，参考100尼特PB参考显示器，并且常常在这样的参考显示器上进行最佳颜色分级)图像，然后，能够立即用于在传统的100尼特PB_D SDR显示器上绘制看起来正确的SDR外观。

这意味着a)如此确定所有对象的相对亮度，以使它们在100尼特PB_D显示器上看起来正确或至少看起来合理，并且b)接收器可以假定用于创建此类亮度的辉度由Rec.709OETF限定，近似是平方根函数。

此外，定义了一组适当的可逆颜色变换函数F_ct，如图2所图示的。为了说明基本概念，图2非限制性地示出了SDR通信类型的典型系统。这些函数可以由人类颜色分级者来定义，以得到对应于HDR主图像MAST_HDR的合理外观的SDR图像(Im_LDR)，而同时确保通过使用逆函数IF_ct能够以足够的准确度来重建原始主HDR(MAST_HDR)图像作为重建的HDR图像(Im_RHDR)，或者，可以在内容创建侧使用自动分析算法来确定合适的这样的颜色变换函数F_ct。IF_ct函数可以从所传递的正向HDR到SDR映射F_ct函数确定，或者系统甚至可以直接传递(一个或多个)IF_ct函数。

颜色变换器202通常应用主HDR图像(MAST_HDR)像素的相对亮度的F_ct亮度映射，即，被标准化以使得最大亮度为1.0。为了理解本发明的概念，为简单起见，可以假设它使用四次幂亮度映射函数来导出100尼特PB_C SDR输出图像Im_LDR(即，图1的右侧)的像素的归一化SDR输出亮度，也就是说，这样的函数可以为与场景的主HDR图像对应的DR分级的图像提供合理的外观(对于特定场景而言，这是合理的含义，如，大部分阴影区域不会看起来暗，灯和其他发光对象即使在SDR图像中，至少借助于在SDR亮度动态范围允许的范围内等仍与较暗的图像区域具有合理的区域间对比度而根据需要弹出；对于其他图像，其他因子可能有贡献，但是这些细节对于阐明本发明的技术组件不是必要的，也不是限制性的)。由于接收器必须能够从接收到的相应SDR图像中重建主HDR图像，或者至少接近重建，但是对于某些与压缩有关的伪像，除了实际的像素化图像之外，颜色映射函数还必须进入视频编码器203。不受限制地，我们可以假定视频是使用MPEG HEVC视频压缩器压缩的，并且函数存储在元数据中，例如通过SEI机制或类似技术。

因此，在内容创建装置221的动作之后，从图像通信技术的角度来看，视频编码器203假装其获得了正常的SDR图像作为输入，并且更重要的是：输出在技术上是SDR图像的图像。因此，进一步的技术，例如传输格式化器204应用所有必要的变换以格式化数据以通过一些传输介质205，其仅可以应用其在SDR编码样式中执行的所有典型步骤。例如，可以执行转换为更高频率的波元素编码以进行网络或无线电波通信，或者可以将数据转换为BD磁盘的凹坑等。

随后，图像数据在一些传输介质205上行进，例如卫星或电缆或互联网传输，例如根据ATSC 3.0或DVB，或任何视频信号通信原理，以行进到一个或多个接收方。

在任何消费者或专业侧，接收器206可以并入在各种物理装置中，例如，机顶盒、电视或计算机，通过应用无格式和信道解码来撤消信道编码。然后，视频解码器207应用例如HEVC解码，以产生经解码的SDR图像Im_RLDR，以及颜色变换函数元数据F_ct。然后，颜色变换器208被布置为将SDR图像变换为任何非SDR动态范围的图像。例如，可以通过应用在编码侧使用的颜色变换F_ct的逆颜色变换IF_ct来重建5000尼特原始主图像Im_RHDR，以根据MAST_HDR产生Im_LDR。或者，可以包括显示调谐单元209，其将SDR图像Im_RLDR变换为不同的动态范围，例如，在显示器210是3000尼特PB显示器或1500尼特或1000尼特PB图像等的情况下，Im3000尼特被最优地分级。我们非限制性地假设视频解码器和颜色转换器位于单个视频重新确定装置220中。

如果需要从SDR颜色转换到HDR或从HDR转换到SDR颜色，则该系统理想地运行，即自动确定接收器中重新分级的图像(在相同的颜色空间中使用相同的颜色原色)，例如，主HDR图像和SDR图像均根据传统SDR电视的Rec.709EBU RGB原色定义。然后处理HDR与SDR的亮度方面。然而，颜色是三维量。这意味着，除了较亮的像素颜色(即，较高的绝对像素亮度)之外，还存在另一种颜色属性，即所谓的宽色域图像的较高饱和度，这在原则上与HDR本身无关(宽色域是单独开发，作为SDR电视的可能的质量改进)，然而，由于决定方认为如果我们要改进技术以实现更高的亮度和动态范围，我们不妨将其制成具有惊人的饱和颜色，这使得情况复杂。除了业务需求之外，这并不意味着从技术上容易做到这一点，因为色域具有复杂的形状，使彩色颜色方向处理有所不同，并且甚至与亮度处理错综复杂。因此必须找到解决方案。

图3示意性地示出了问题。可以使主HDR图像变得更加彩色缤纷，即在具有饱和RGB原色的HDR色域GAM_H中。例如，Rec.2020是一个如此饱和的色域，也是掌握HDR电影的首选色域。然而，人们可能希望使用Rec.709比色法将要通信的图像以较小的SDR色域GAM_S编码，因为传统TV(绝对没有HDR，也就是说，它们原样使用HEVC解压缩的SDR图像，而无需进一步的比色处理)期望这样的颜色。即，尽管显然较大的GAM_H可以包含较小GAM_S色域之外的颜色，但所传递的内容必须全部为较小GAM_S中的颜色。在色度(底部)平面中，我们看到分别由SDR红、绿色和蓝原色(Rs，Gs，Bs)和更饱和的HDR原色(Rw，Gw，Bw)划定的色域三角形，因此，可以制作更多饱和的颜色。并且由于在3D中形状很复杂，所以关系可能很棘手，尤其是对于某些场景。我们看到，不仅对于太亮的颜色(颜色Col1)存在问题，而且还需要典型的HDR到SDR亮度映射。但是即使在接地平面中，也可能存在深色，而这种亮度映射无法处理这些深色。像Col2之类的颜色应保持深色，但要饱和(饱和度是距中性轴的距离，在此示例中，假定该轴具有相同HDR白色(WH)和SDR白色(WS)色度)。因此，还需要做其他事情。

存在几种现有技术的色域映射技术，但是这些技术都是从端点的角度进行设计的，即接收器具有宽的色域图像(并且通常是SDR图像，因为经常趋于避免将色域映射问题与HDR到SDR的映射问题混合)并单向映射到较小的色域，即将颜色带入GAM_S。但是这些方法不需要考虑可逆性，因为没有传递的SDR图像可以在接收器侧重新分级(/重建)为HDR图像(即不仅具有更明亮的颜色，而且还具有原始恢复了宽色域的饱和色度)。即需要一种简单的实用色域映射，其可以集成到SDR图像通信HDR视频编码技术中。

US20170064334是可用于将HDR图像作为SDR图像进行通信的技术示例，加上允许接收器通过应用色量变换从接收到的SDR图像计算HDR图像重建的信息，该技术是将接收到的SDR图像色域中的颜色映射到对应的HDR色域颜色的技术。尽管该在先申请提到HDR色域也可以在色度上比SDR色域宽，但教导主要聚焦于所需的亮度重映射上。为了清楚地理解技术差异，我们用图9阐明了这种情况。在这里，我们假设存在一个普遍的问题，即确定较小的SDR色域901(颜色自然表示为线性RGB颜色分量的亮度，但是，至少在原则上可以在其他颜色表示中指定相似的技术)与可指定颜色的更大的HDR色域902之间的对应颜色的问题。任务是为传入的SDR颜色(Rs，Gs，Bs)确定对应的HDR颜色。例如，如果目标是像其在SDR显示器上将看起来一样地准确地在HDR显示器上绘制所有SDR颜色，则此任务在数学上很容易实现，因为HDR色域是较大的色域。通过将Rh＝Rs，Gh＝Gs，Bh＝Bs等同，可以将SDR颜色初始解释为HDR颜色。当然，显示这样的大HDR颜色分量将示出比SDR颜色明亮得多的颜色，因为例如将10倍于SDR显示器的亮度显示驱动到其最大值(Rh亮度代码＝例如1023)将产生比SDR显示器更亮的红色部分颜色分量。因此，我们需要对(一个或多个)中间颜色C1imH以及因此它们的三个RGB分量应用色量变换，以获得正确的RGB显示驱动值和映射颜色CLH。如果HDR显示器的亮度比需要在其上模拟的SDR颜色的亮度高10倍，则可以很容易地理解，映射必须为Rh_CLH＝Rh_C1imH/10＝Rs/10；Gh_CLH＝Gs/10；Bh_CLH＝Bs/10。这是[0030]中提到的比例因子方法。通常，简单的线性体积变换将使用3x3矩阵。最通用，功能最强大的色量变换是[0036]中提到的3D-LUT。我们已经在我们的图9中用正方形颜色图示了该原理。可能具有复杂的设计来将HDR颜色CLinH映射到对应的SDR颜色LUT[CLinH]。利用3D LUT(其是每种可能的输入颜色RGB三元组的三元组的列表)，可以定义人们想要的任何野生色量变换行为：(Ro，Go，Bo)＝F_RiGiBi[Ri，G，Bi]，其中，F_RiGiBi变化指示可以将每个输入三元组关联到无论任何期望的输出值(Ro，Go，Bo)，因为LUT只是这些关系的一个大的存储区。

重要的是要理解，当拥有如此强大的色量变换时，器可以一步解决“所有颜色映射问题”，因此，无论哪种色量转换方法都是基于现有技术选择的，通常都会解决任何有关颜色饱和度以及在HDR和SDR图像之间进行亮度重映射的问题。当具有将亮度处理与色度处理分离的系统时，事情变得完全不同，并且通常更加复杂。而且此外，我们希望设计一种可逆色域映射，其能够轻松地与已经存在的至少亮度处理结合使用(例如，图4中的预处理单元403和后处理单元425)。

发明内容

为了实现通过HDR解码器的高质量的HDR视频重建和高质量的SDR视频通信两者，对于通过实际上传递那些图像之一(特别是SDR图像)来传递一对HDR场景的这种分级图像的系统，本专利申请教导了一种将高动态范围图像(HDR_2020)转换为具有100尼特的峰值亮度的标准动态范围图像(SDR_709)的方法，所述高动态范围图像包括具有第一颜色(C_入)的像素，所述第一颜色具有第一颜色饱和度，在所述标准动态范围图像中，该像素具有第二颜色(C_出)，所述第二颜色具有低于所述第一颜色饱和度的第二颜色饱和度，所述转换包括：

-执行颜色空间转换(601)，从而产生中间图像(HDR_IM)，所述颜色空间转换包括应用颜色矩阵，所述颜色矩阵将所述第一颜色的根据第一红、绿和蓝原色定义的第一RGB表示映射到该像素颜色的根据第二红、绿和蓝原色的第二RGB表示(RGB_sec)，其中，所述第二红、绿和蓝原色涵盖比所述第一红、绿和蓝原色更小的颜色三角形；

-将可逆色域映射应用于所述第二RGB表示(RGB_sec)，从而产生映射颜色(C_映射)；并且

-将亮度映射(TOM)应用于所述映射颜色的所述亮度，以获得具有带有输出颜色(C_出)的所述像素的所述低动态范围图像(SDR_709)，并且输出所述标准动态范围图像(SDR_709)，其中，所述输出颜色具有与所述映射颜色的所述亮度不同的亮度(L_出)，

其特征在于，所述可逆色域映射包括将相应的映射函数(F1，F2，F3)应用于所述第二RGB表示的三个R、G和B颜色分量中的每个颜色分量，以分别获得定义所述映射颜色的输出R、G和B颜色分量(Ro，Go，Bo)，所述相应的三个映射函数包括两个线性分段(501、502)，其中，所述分段中的一个分段(501)对应于恒等变换，所述分段分别以所述第二RGB表示的输入红、绿或蓝颜色分量的相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)开始，并且第二线性分段从所述相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)行进到相应的最小值(minP_红，minP_绿，minP_蓝)，所述相应的最小值是针对所述第二RGB表示的相应的分量的中间图像(HDR_IM)中出现的最负值，并且其中，通过在所述第二RGB表示的除了所述相应的阈值被计算的颜色分量之外的两个分量的值大于零的情况下将所述两个分量的这样的值乘以相应的常数(kRG、kRB)并且对这两个经相乘的贡献求和来计算所述相应的阈值：TP_红＝kRG*max(0,G_入)+kRB*max(0,B_入)；TP_绿＝kGR*max(0,R_入)+kGB*max(0,B_入)；TP_蓝＝kBR*max(0,R_入)+kBG*max(0,G_入)。这提供了一种进行可逆色域映射的简单，即易于逆转但功能强大的良好工作方式，其与动态范围转换的需求很好协调(因此编码器处其从较大的HDR颜色三角形映射为在其上发生动态范围处理和图像通信的较小的SDR颜色三角形，并且其可以在解码器处从较小的颜色三角形定义的颜色可逆地映射到原始的更饱和的重建HDR颜色；并且亮度映射在消色差方向上起作用)，特别是在实际传递的图像需要为标准动态范围图像的情况下(即以标准方式将其所有颜色定义为亮度为最大100尼特，即所谓的编码峰值明亮度PB_C，以及如此定义的所有较低像素亮度—实际上根据具有适当形状的亮度映射函数TOM从HDR亮度计算出—使得当在SDR显示器上显示时SDR图像中的对象亮度仍然看起来与HDR图像对象的亮度尽可能地合理地相似)，其是在较窄的色域中定义的，该色域的底部具有较小的色度三角形，其通常用Rec.709原色定义，如通常的视频原色一样，并且是在SDR视频时代用于视频编码的视频原色，而SDR视频编码是直到最近才使用的视频编码。我们可逆色域映射的核心要素是TP阈值的建立，并且至少一些实施例可以为双线性映射曲线的较低分段的角度cP中的至少一个建立一个合理的工作值，该值需要校正负RGB值，或一些接收器能够例如在它们的末端建立三个RGB分量中至少一个的最低负值minP(然而其他实施例可以在它们的末端建立最佳的函数定义参数值，并将它们作为要在解码器中直接使用的元数据进行传递)。而且特别地，可以基于k因子针对不同的颜色及其颜色分量的大小来计算TP值，这可以由解码器传达或建立。

因此，在所有这项技术就位的情况下，即除了在与主HDR图像相对应的编码站点处生成的SDR图像外通过传递所有必要的映射函数数据(例如，亮度映射可以作为LUT进行传递，还可以有定义函数形状的多个参数；并且由于可以在色域映射下方读取，所以三个函数轻松地利用3x2参数(6C)进行通信，并且通常还具有至少一个角度cP，其定义了从针对输入颜色的相应的颜色分量(例如，minP_红被分配了零输出分量)的此图像中的相应的最小值或图5A中的y轴值开始，RGB颜色分量中的每个的双线性映射曲线的较低分段多么快速地上升到相应阈值点(例如TP_红)，任何接收器都可以从接收到的SDR图像中准确地重建HDR图像。

首先，通过使用恒等分段，大多数通常在图像中出现的颜色(可以如实地在两个色域中表示的有些饱和度较低的颜色，即HDR图像中较宽的一个以及实际传递的SDR图像中的一个)将保持不变，并且只有少数几种高度饱和的颜色会发生小的变化，这是因为通过较小的斜率分段压缩到SDR色域中的颜色的编码的量化。但是，这几乎不是一个重要的问题，甚至也不是引起注意的问题，因为主要因素是，较宽色域的HDR颜色大约重建到其饱和颜色位置。

同样重要的是，可以优化这三个函数形状，即它们的3x2定义k参数可以例如对于当前图像的颜色特征或连续图像的拍摄，在编码侧最佳地确定，并作为元数据传递给接收器。根据本发明，通过将其他两个颜色分量的两个加权贡献相加最佳地根据本发明确定颜色分量(例如TP_红)的最佳阈值：TP_红＝kRG*max(0，G_入)+kRB*max(0，B_入)，其中，G_入和B_入分别是输入颜色的绿色、蓝色的分量，即第二RGB表示(通常但不排他地具有线性红、绿和蓝色分量)。max运算符可确保其他两个颜色分量的两个部分贡献为非负数。然后kRG例如给出如我们下面将看到的红色在绿色方向上的贡献。因此，这提供了一种简单而强大的方式来将色域映射的双线性R、G和B分量映射函数调谐为颜色的实际总RGB值，而不是针对任何RGB颜色发生的情况都具有单个映射函数(其将为该色域映射提供期望的亮度独立性)。编码器可以以这种方式确定和传递6k参数的最佳值从而获得最佳色域映射函数形状的事实非常重要。因为不必需要在最坏的情况下确定这些形状，而是这些形状可以调谐到情况实际，即图像中存在的实际颜色或图像的时间序列。例如，Rec.2020到Rec.709的颜色空间转换能产生极低的负值(或换句话说，此类负数的绝对值会很高，我们将最大的那个定义为最负值)，但仅在接近Rec.2020边界的这些非常饱和的颜色实际存在于(一幅或多幅)图像中的情况下。而且通常这种高度饱和的颜色在自然图像中不会出现，或者可能仅针对几个像素出现。如果(一幅或多幅)图像中仅存在恰好在较小的Rec.709色域之外的颜色，则在颜色空间转换后会出现仅小的负数，并且我们可以使用具有低TP值的映射函数(针对该颜色分量)(因为不需要释放太多空间来将该颜色分量的负值映射到正值)。

在这里，我们用将Rec.2020定义的HDR图像映射到Rec.709SDR图像的单个示例来图示原理，显然可以将为HDR编解码器优化的可逆色域映射应用于图像的其他色域，例如，HDR影像的DCP-P3原色等。

发明人实际上从他的实验研究中意识到，对于固定的原色系统，还可以从比色方程确定kRG、kRB等系数，然而，因为特定图像或图像序列中可用颜色的实际色域可以(远)小于颜色的总数，例如Rec.2020容器允许(例如，映射到较小色域的“最差”可能，可以在较大色域中表示的最饱和颜色与完整的Rec.2020颜色表示色域一致)，(至少)6kXX的值的通信很好地实现了针对接收侧HDR图像解码装置的可变最佳色域映射的规范。

如果以这样的方式定义该方法是有利的：即三个映射函数(F1，F2，F3)具有从定义所述相应的函数的两个线性分段(502)中的第二个的水平轴(即，从中间颜色表示的其颜色分量值定义相应的输出红、绿或蓝颜色分量的图形的输入轴)测量的方向的其角度(cP)的不同值。注意，尽管在图5A中我们指定了从水平虚线穿过TP向下的角度，但是由于三角学定律，这等于第二分段502在minP处从x轴向上的角度。因此，红色曲线由TP_红和cP_红定义，绿色曲线由TP_绿和cP_绿定义，蓝色曲线由TP_蓝和cP_蓝定义。如果经由如下所述实际传递6kXX值仅定义3个变量图像优化的TP值(如上述更一般的原则)，并且假设映射(502)的较低线性分段的角度是固定的(由接收器已知)，则该方法非常有效，例如0.25在解码器处在HDR重建图像的较宽色域中产生高度饱和颜色的高质量重建性。因此，可以设计各种实施例，其将使用三个曲线的单个值cP或至少不使用三个不同值(例如，一些值可以优化，而其他值则被固定，以大到始终工作或由接收器建立)。然而，对于最终精度，如果编码器(以及因此解码器)也可以使用可变的较低分段，则其可能很有用，可变角度cP潜在地将大的负颜色分量值映射到所有正颜色分量值(根据其，随后，然后可以应用可逆亮度映射)。在更一般的情况下，可以传递9个系数，即6个kXX值和3个角度值cP_红、cP_绿和cP_蓝。或者，可以传递单个cP值，其不同于预先约定的默认值(通常为0.25)，但对于三个颜色分量却相同，但是对于当前图像内容情况要优于0.25，导致仅7个参数被传递而不是9个。例如一些图像能够在SDR图像中经历稍微更强的颜色压缩，而没有给出视觉上有问题的结果，从而导致编码器确定的选择，例如cP＝1/8。这全都取决于图像中存在哪种饱和颜色(并且通常其中，图像对象，例如，在成像场景后面的小区域中的不重要的TL管，相对于重要的高度饱和的对象)，还取决于在实践中，内容创建者可能会判断为允许有HDR图像重建错误的对象。在离线编码中，这可以由人来验证，并且在实时编码器中，可以使用图像分析方法，该图像分析方法通过考虑例如高度饱和的颜色的量、它们与其他颜色的对比度如何(例如，它们比图像中的其他颜色或平均颜色的明亮度和/或饱和度高多少，等等)或它们与空间上包围Rec.709色域的有问题的高度饱和色域外颜色的颜色的对比度如何等等的函数，来计算较小的cP值的一些损失。可以在典型的HDR图像的收集上优化此类函数，并且然后在例如cP＝1/3、1/4或1/6或1/8之间进行选择，这取决于其如何判断图像颜色构成情况，以及cP确定的结果视觉影响，通常是至少对HDR图像重建质量的视觉影响，但在一些HDR图像通信系统中还有对SDR图像的视觉质量的影响。

在两种情况下，数学算法保证较低分段在以下处结束：x坐标是该颜色分量的minP值(例如P＝红)，通常是出现在实际处理的图像或图像的时间集的像素颜色数据集中的该分量的最负值(即，最高绝对值)，即实际图像色域(请注意，通常，在相同的原理下，编码器可以决定使用任何实际上良好工作的minP值，例如其比实际的最负值稍高(即，更小绝对值，或者更接近零)，这会在SDR和HDR图像中将非常最饱和的颜色少量裁剪为相同的颜色)；以及零的该最负值的相应颜色分量的y坐标，或输出。编码器可以通过以各种方式分析图像来检测这种情况，例如可以对当前颜色进行子采样而不是检查所有颜色，使用或验证一些典型的测试颜色，如饱和的青色等，这是超出(解码)编码装置/方法的基本原理的实施例。请注意，由于固定的矩阵关系，发现较小色域(通常为Rec.709SDR)的原色基础的颜色空间转换的图像中的minP值等同于对原始HDR图像颜色的分析，但是在中间颜色空间转换的图像中分析在实用上最简单，因为在较窄的三角形外部出现负颜色分量值。因此，在优化的色域映射适用的当前一幅或多幅图像中出现的相应的minP_红、minP_绿和minP_蓝最小值无需传递，而是可以通过根据相应的阈值点(例如TP_红，具有适当的角度，例如cP_红)处的恒等变换开始向下扩展第二线性分段502在接收侧唯一地确定，并且所传递和接收的参数的良好值将确保可以正确地色域映射要处理的图像中出现的所有颜色，直到该颜色具有最小的颜色分量，例如红色分量minP_红。

有利地，低动态范围图像具有根据Rec.709原色定义的其颜色。

有利地，高动态范围图像具有根据宽色域原色的其颜色，例如，电影原色(例如DCI-P3)或Rec.2020原色(Rec.2020标准的完整定义是：用于生产和国际节目交换的超高清电视系统的推荐ITU-R BT.2020参数值，08/2012；第3页表3系统色度法)。

原色是x_红＝0.708；y_红＝0.292；x_绿＝0.170；y_绿＝0.797；x_蓝＝0.131；y_蓝＝0.046。但是宽色域三角形不一定必须是实际的理论颜色空间(例如，Rec.2020)原色三角形，而可以是图像中存在的实际颜色周围的三角形，其不必实际确定(即，不需要作为例如对其包络形状的数学参数化被传递)，但立即通过下面的色域映射算法，即通过确定和传递最合适的kXX值来实现。

由此，通过应用基本线性比色法，可以计算3x3矩阵的系数，用于将任何颜色转换成Rec.709RGB原色系统中表示的该颜色。

有利的是一种高动态范围图像编码器(401)，被布置为与颜色映射函数数据(TOM，6C)一起将输入高动态范围图像编码为标准动态范围图像(SDR_comm)，所述编码器(401)包括：

-颜色空间转换器(402)，其被布置为应用从被定义为第一RGB表示的所述高动态范围图像的像素的颜色到该像素的所述颜色的第二RGB表示(RGB_sec)的矩阵转换，所述第一RGB表示是根据第一红、绿和蓝原色定义的，所述第二RGB表示是根据第二红、绿和蓝原色的，所述第二原色中的至少一个原色与所述第一原色中的对应原色相比更不饱和，并且因此定义了较小的色度三角形，并且所述颜色空间转换器被布置为在中间高动态范围图像(HDR_IM)中输出所述像素的所述颜色的得到的第二RGB表示；

-色域映射器(403)，其被布置为将可逆色域映射应用于所述像素的所述颜色，并且输出颜色映射的高动态范围图像(HDR_709)，在所述颜色映射的高动态范围图像中，所述像素具有更不饱和颜色；以及

亮度映射器(603)，其被布置为将亮度映射函数(TOM)应用于所述颜色映射的高动态范围图像(HDR_709)中的所述像素的所述颜色的亮度，以获得具有与所述亮度不同的针对该像素的输出亮度(L_出)的输出颜色(C_出)，并且所述亮度映射器被布置为在具有100尼特的峰值明亮度的标准动态范围输出图像(SDR_709)中输出所述输出颜色(C_出)，其特征在于，所述色域映射器被布置为应用色域映射算法，所述色域映射算法包括将三个相应的映射曲线(F1，F2，F3)应用于所述第二RGB表示(RGB_sec)的三个相应的红、绿和蓝色分量，以获得输出RGB颜色分量(Ro，Go，Bo)，所述相应的三个映射函数包括两个线性分段(501、502)，所述分段中的一个分段(501)对应于恒等变换，所述分段分别以所述第二RGB表示的输入红、绿或蓝颜色分量的相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)开始，并且第二线性分段(502)在所述相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)与相应的最小值(minP_红，minP_绿，minP_蓝)之间映射，所述相应的最小值是针对所述第二RGB表示的相应的分量的中间图像(HDR_IM)中出现的最负值，并且其中，通过在所述第二RGB表示的除了所述相应的阈值被计算的颜色分量之外的两个分量中的每个分量的值大于零的情况下将所述两个分量中的所述相应的分量乘以相应的常数(kRG、kRB)并且对这两个经相乘的贡献求和来计算所述相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)：TP_红＝kRG*max(0,G_入)+kRB*max(0,B_入)；TP_绿＝kGR*max(0,R_入)+kGB*max(0,B_入)；TP_蓝＝kBR*max(0,R_入)+kBG*max(0,G_入)。再次，可逆色域映射的3个函数可能使用相同的cP值或不同的cP值。

有利的是如前述权利要求之一所述的所述的高动态范围图像编码器(401)，具有其颜色空间转换器(402)和色域映射器(403)，所述颜色空间转换器和所述色域映射器被配置为将在由Rec.2020颜色原色定义的颜色空间中定义的输入高动态范围图像编码为标准动态范围图像，所述标准动态范围图像具有在Rec.709颜色原色定义的颜色空间中定义的其像素颜色。

对应于HDR图像编码的(一个或多个)该特定方式，在接收侧(例如，在机顶盒、TV、计算机、专业电影院系统等中)，可以存在一种对高动态范围图像(RCHDR_2020)进行解码的镜像方法，所述高动态范围图像被输入编码为标准动态范围图像(SDR_comm、SDR_709)，所述标准动态范围图像在RGB原色中的至少一个RGB原色的色度与所述高动态范围被解码的对应原色相比更不饱和的颜色空间中编码，所述方法包括：

-将被定义为接收到的亮度映射函数(TOM)的亮度映射应用于所述标准动态范围图像的像素的颜色的亮度，以获得针对所述像素的HDR颜色(C_H)，所述HDR颜色具有与所述亮度不同的亮度(L_H)，并且所述像素颜色被存储在第一中间高动态范围图像(IM_FH)中；

-应用具有这样的函数的色域映射从而产生色域重映射图像(IM_GRM)：所述函数是由根据高动态范围图像(HDR_2020)导出所述标准动态范围图像的编码器应用的色域映射的逆；并且针对所述函数，定义所述函数(6C)的形状的数据已经被接收；并且

-将颜色空间转换应用于所述色域重映射图像(IM_GRM)的所述像素的所述颜色，所述颜色空间转换包括应用矩阵，所述矩阵用于将被表示为利用第一组红、绿和蓝原色定义的所述标准动态范围图像的第一RGB颜色表示的所述颜色变换为利用第二组红、绿和蓝原色定义的所述高动态范围图像(RCHDR_2020)的第二RGB颜色表示，所述第二组红、绿和蓝原色中的至少一个原色是比所述第一组RGB原色中的对应原色更饱和的，并且

输出所述高动态范围图像(RCHDR_2020)；

其特征在于，所述色域映射包括对所述HDR颜色(C_H)的相应的RGB颜色分量应用三个相应的映射函数(IF1)，以获得映射颜色(C_M)的映射RGB颜色分量，所述映射函数包括两个线性分段，其中，所述分段中的一个分段(504)对应于恒等变换，所述分段分别以所述第二RGB表示的输入红、绿或蓝颜色分量的相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)开始，并且在所述HDR颜色(C_H)的所述RGB颜色分量的相应的输入颜色分量为零的情况下第二线性分段(503)映射到所述映射RGB颜色分量的相应的颜色分量的相应的最负值(minP_红，minP_绿，minP_蓝)，所述最负值实质上等于针对原始高动态范围图像(HDR_2020)的所述RGB颜色表示中的该颜色分量的最负值，所述标准动态范围图像是所述原始高动态范围图像的编码，并且其中，通过在所述第二RGB表示的除了所述阈值(TP)被计算的颜色分量之外的两个分量的值大于零的情况下将这样的值乘以相应的常数(kRG、kRB)并且对这两个经相乘的贡献求和来计算所述相应的阈值：TP_红＝kRG*max(0,G_入)+kRB*max(0,B_入)；TP_绿＝kGR*max(0,R_入)+kGB*max(0,B_入)；TP_蓝＝kBR*max(0,R_入)+kBG*max(0,G_入)。

差别在于，现在色域映射函数的三个相应的颜色分量映射函数将具有相反的形状，即，代替于将能够为负的RGB分量值映射为所有正值，它们将近乎完美地重建原始的负值，其在编码侧仍静止宽颜色的HDR图像仅进行RGB颜色表示转换时，即在色域映射之前发生。经由色域映射，某些负值对应于色度平面中的某些色饱和度，即距例如Rec.709三角形的边界的距离。

并且其次，为了能够从接收到的SDR图像中的像素颜色重建原始的高度饱和的HDR像素颜色，解码器需要准确地知道由编码器应用了哪些可逆色域映射函数，以能够确定正确形状的两段颜色分量重映射函数(如图5B所示)。

因此，其通常必须接收通常为描述那些函数的6个参数(6C)的数据。这些参数将至少是六个kXX值以能够在接收侧确定三个TP值，但也可以是其他参数，尤其是表征线性分段的角度，该角度实现到更窄色域的颜色压缩行为。还可经由任何与图像相关联或可关联的元数据机制在(一幅或多幅)图像的编码器和接收器之间传递RGB分量映射函数的第二分段的角度的一个(cP)或多个(通常为cP_红，cP_绿和cP_蓝)值，在将反向色域映射应用于色度较大的颜色表示之前，解码器可以读取所述图像。

有利地，用于解码高动态范围图像的方法具有不同的针对三个RGB颜色分量中的相应一个的颜色分量映射函数的非恒等线性分段(503)的相应三个角度(cP_红，cP_绿，cP_蓝)。

有利地，解码器(或解码方法)也可以自己建立良好工作的k值，并且编码器可以经由色域映射类型指示符指示其将依赖于这种机制的应用，例如解码高动态范围图像的方法的实施例基于定义在如所述标准动态范围图像的所述第一RGB颜色表示中表示的任何颜色的RGB值与如被表示为所述高动态范围图像的所述第二RGB颜色表示的所述任何颜色的RGB值之间的关系的矩阵系数根据下式来计算用于相乘的所述相应的常数：kRG＝(cRG/cRR)*cP_红/(1.0–cP_红)，kRB＝(cRB/cRR)*cP_红/(1.0–cP_红)，kGR＝(cGR/cGG)*cP_绿/(1.0–cP_绿)，kGB＝(cGB/cGG)*cP_绿/(1.0–cP_绿)，kBR＝(cBR/cBB)*cP_蓝/(1.0–cP_蓝)，kBG＝(cBG/cBB)*cP_蓝/(1.0–cP_蓝)，其中，cXX系数是所述矩阵系数，并且相应的cP_X值是所述角度，所述角度能够针对所述三个RGB颜色分量是相同的，或者是不同的。一旦知道了传递的和需要的(要重建的)图像的原色，就知道了如cRG的系数，因为其由定义两种颜色表示的所用原色的色度固定。典型地，该信息利用元数据静态地传递，该元数据用一些指示符值指定所接收的图像是传统SDR(即，其使用标准化的Rec.709颜色原色)，并且所接收的函数要被用于从传递和接收的SDR图像重建对应的图像，例如Rec.2020HDR图像。在各个实施例中，一个或多个cP值可以在解码器中被预先任命，或者例如通过图像分析建立，或作为由图像编码器传递的元数据接收。

有利的是，对高动态范围图像进行解码的方法具有在用Rec.709RGB颜色原色定义的颜色空间中定义的标准动态范围图像(SDR_comm，SDR_709)。可以有利地根据例如Rec.2020RGB颜色原色来定义HDR图像。

有利地，一种高动态范围图像视频解码器被布置为从输入标准动态范围图像(SDR_comm，SDR_709)解码高动态范围图像(RCHDR)，所述输入标准动态范围图像对所述高动态范围图像进行编码并且在RGB原色中的至少一个RGB原色的色度与所述高动态范围被解码的对应原色相比更不饱和的颜色空间中编码，所述高动态范围图像视频解码器包括：

-亮度映射器，其被布置为获得接收到的亮度映射函数(TOM)，并且将所述接收到的亮度映射函数应用于所述标准动态范围图像的像素的颜色的亮度，以获得针对所述像素的HDR颜色(C_H)，所述HDR颜色具有与所述亮度不同的亮度(L_H)，并且所述HDR颜色被存储在第一中间高动态范围图像(IM_FH)中；

-色域映射器，其被布置为应用颜色映射函数从而产生色域重映射图像(IM_GRM)，所述颜色映射函数执行编码站点处应用的色域映射的逆，在所述编码站点中，根据高动态范围图像(HDR_2020)来导出所述标准动态范围图像，并且针对所述颜色映射函数，定义所述颜色映射函数(6C)的形状的数据已经被接收；以及

-颜色空间转换器，其被布置为将颜色转换应用于所述色域重映射图像(IM_GRM)的所述像素的所述颜色，所述颜色转换包括应用矩阵，所述矩阵用于将被表示为利用第一组RGB原色定义的所述标准动态范围图像的第一RGB颜色表示的所述颜色变换为利用第二组RGB原色定义的所述高动态范围图像(RCHDR_2020)的第二RGB颜色表示，所述第二组RGB原色中的至少一个原色是比所述第一组RGB原色中的对应原色更饱和的，并且

输出所述高动态范围图像(RCHDR_2020)，

其特征在于，所述色域映射器被布置为将三个相应的映射函数(IF1)应用于所述HDR颜色(C_H)的相应的RGB颜色分量，以获得映射颜色(C_M)的映射RGB颜色分量，所述映射函数包括两个线性分段，其中，所述分段中的一个分段(504)对应于恒等变换，所述分段分别以所述第二RGB表示的输入红、绿或蓝颜色分量的相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)开始，并且第二线性分段(503)具有从垂直方向开始定义的相应的角度(cP_红，cP_绿，cP_蓝)，所述第二线性分段将零输入值映射到所述映射RGB颜色分量中的相应的颜色分量的负值，所述负值实质上等于针对原始高动态范围图像中出现的该RGB颜色表示的该颜色分量的最负值，所述标准动态范围图像是所述原始高动态范围图像的编码，并且其中，通过在所述第二RGB表示的除了所述相应的阈值被计算的颜色分量之外的两个分量具有大于零的值的情况下将所述颜色分量的值乘以相应的常数(kRG、kRB)并且对这两个经相乘的贡献求和来计算所述相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)：TP_红＝kRG*max(0,G_入)+kRB*max(0,B_入)；TP_绿＝kGR*max(0,R_入)+kGB*max(0,B_入)；TP_蓝＝kBR*max(0,R_入)+kBG*max(0,G_入)。

解码器可以使用一个或多个cP值，其可以在解码器处建立，或者优选地从与图像共同传递的元数据中读取。

有利地，还是高动态范围图像视频解码器，其中，色域映射器被布置为将三个颜色映射函数应用于三个RGB颜色分量中的相应一个，相应函数对于没有实现恒等变换的线性分段的其相应角度(cP)具有不同的值。

有利地，还有一种高动态范围图像视频解码器，其中，所述色域映射器和所述颜色空间转换器被布置为从根据Rec.709RGB原色定义的标准动态范围图像解码所述高动态范围图像。其中，所述色域映射器和所述颜色空间转换器被布置为从根据Rec.709RGB原色定义的标准动态范围图像解码所述高动态范围图像。

当前的新技术思想可以以各种形式来体现，诸如连接的系统，可以通过通用或专用网络通信的远程位置上的部分服务，包括代码的计算机程序产品，所述代码当在处理器上运行时使所述处理器能够执行上述方法权利要求之一的所有方法步骤，任何视频信号编码，其包括需要在编码器/发射器与解码器/接收器之间协调地通信的各种所需元数据等。

附图说明

根据下文所描述的实现方式和实施例并且参考其加以阐述，并且参考附图，根据本发明的方法和装置的这些和其他方面将变得明显，附图仅仅用作例示更一般概念的非限制性具体说明，并且其中，虚线用于指示部件是任选的，非虚线部件不一定是必需的。虚线也能够用于指示这样的元件：所述元件被解释为必要的，但是被隐藏在对象的内部，或者用于无形的事物，诸如，例如对象/区域的选择(以及其如何在显示器上显示)。

在附图中：

图1示意性图示了当人们最佳地将高动态范围图像映射到对应的最佳颜色分级和类似外观时发生的许多典型的颜色变换(与在给定第一和第二动态范围DR_1与DR_2低或更精确标准动态范围图像中的差异的情况下所期望和可行的相似)，其在可逆性的情况下也将对应于编码HDR场景的SDR图像到该场景的重建HDR图像的映射；

图2示意性图示了申请人最近开发的对高动态范围图像、即能够具有通常至少700尼特(即，SDR图像的PB_C的至少7倍)或更多(通常1000尼特或更多)的亮度的图像进行编码的技术的示例，其实际上通信(一幅或多幅)HDR图像作为SDR图像加上至少包括针对像素颜色的适当确定的亮度变换的元数据编码颜色变换函数，将由解码器用于将接收到的(一幅或多幅)SDR图像转换为(一幅或多幅)HDR图像，其是在图像创建侧创建的(一幅或多幅)原始主HDR图像的忠实重建；

图3示意性地图示了较大的亮度动态范围的色域，与较小的色域(例如，具有Rec.709RGB原色的SDR图像的)相比，其也更宽(即能够包括更饱和的颜色)；

图4示意性地示出了实现本发明原理的有用的更具体的实施例，包括一些在本发明原理的所有实施例中不必存在的有用的部件；

图5示意性地示出了三个双线性颜色分量映射函数(F1，F2，F3)的一些示例，其可以用于HDR-as-SDR图像生成和通信，并且还示出了这些函数的一个逆，然而其并非由于非理想行为而实际使用的函数，特别是对于深色而言；

图6示意性地示出了与阐明新发明原理的编码方法相对应的流程图。

图7示出了新发明的色域映射策略实际用于HDR图像编码的双线性映射函数，其实际上以简单的方式实现了亮度最佳映射行为。

图8示出了当实现这种新颖的色域映射的示例时在(x，y)色度平面中获得的一些实际结果；并且

图9图示了一些可能的全局色量映射，其将3D第一体积中的颜色映射到第二3D体积，其图示了可以利用现有技术完成的一些方面。

具体实施方式

如在图4的典型的示例性编码链中看到的，输入在HDR图像或视频编码器(401)中的HDR图像(HDR_2020)首先将通过颜色转换器402进行颜色空间转换。图像或视频像素颜色数据和元数据的物理输入可以是任何典型的视频连接输入，比如例如HDMI输入、与天线的连接、互联网连接等，并且可以根据允许元数据通信的任何机制共同提供元数据(例如，当前图像的低于6k因子的最佳值)，例如散布有视频分组的SEI分组、专用元数据通道等。

通过矩阵相乘将该颜色空间转换定义为(R_出，G_出，B_出)＝(c11，c12，c13；c21，c22，c23；c31，c32，c33)*(R_入，G_入，B_入)。可以理解，在选择了c系数的情况下，对于输入颜色RGB分量的特定值，输出RGB分量中的至少一个(例如，B_出)能够变为负。例如，对于饱和的黄色后者会发生。即使对于低亮度也能够发生这种情况(在色域的高端，其他原理在色域问题之外发挥作用)。问题是不能在SDR Rec.709显示器上绘制负值，因此需要做一些事情。可以应用高度复杂的数学，但理想情况下，可以应用一些简单而又足够好的软件。随后，由色域映射器403对这些中间颜色分量(R_出，G_出，B_出)进行处理，色域映射器403应用如图5所示类型的策略。

我们首先在图5中示出可以做什么，即制作三个双线性颜色分量映射函数的良好方法的第一个定义，其可以为计算的输出颜色和较小的通常Rec.709色域中的对应的较不饱和色域映射颜色创建正分量值，但是随后我们仍然指示颜色问题，以及色域映射器实际上如何根据本发明对RGB颜色表示进行最佳的双线性映射，因为这样效果更好。

图5A(以实线)示出第一颜色分量映射函数(F1)，应将其应用于比如红色原色。对于该图像，或多个时间连续图像的场景，存在高度饱和的青色，这导致负红色(minP)的绝对值很大。这可以通过定义函数来解决，该函数将红色分量映射曲线的阈值TP放在正象限中稍微更高(因为该函数的对角线是501部分中颜色分量的恒等变换，在输出轴上，该起点的P_出值也将是TP，如其将在图5B中所示的解码函数中一样)。另一分段502将在x轴上达到minP的值。通常，这将是出现的最负值，或者至少是在允许一些小的颜色误差的情况下接近于其的值(不可逆，在将甚至多个负颜色分量值也裁剪为零的情况下)。另外还示出了其他两个函数(用于绿色和蓝色通道的F2和F3，并且如看到的，它们对于其最小点minP及其阈值TP通常都具有不同的值，例如，因为图像中的黄色没有那么饱和)。在解码器端，该函数将具有逆形状，该逆形状可以根据传递的6个参数(6C)确定，并且将再次输出负数，直到最负数，对应于最饱和的图像颜色，其在较广的色域(例如，Rec.2020)中是可表示的，而在较窄的色域(Rec.709)中则是不可表示的。最初人们会认为传送例如三个TP(TP_红，TP_绿，TP_蓝)和三个minP值(minR，minG，minB)是指定三个颜色分量映射函数的理想方式。甚至，如果对于下部线性分段(502)具有固定的角度，则可以最佳选择的TP值将定义minP的位置。

但是，对所有颜色使用固定的3个函数时，存在一种不理想的情况，即它们不能很好地缩放所有颜色。从负颜色分量(例如R＝-0.2)映射到零意味着亮度显著增加，并且尤其是对于深色而言，相对于深色输入色的低色分量的这种额外的颜色贡献能够是有问题的(请参见图7)，从而导致荧光色。

在图7中，解释了如果我们要使用固定曲线(F_fix)来映射例如红色分量，即由单个固定TP值TP_fix定义的曲线，则深颜色R_bl(其对于R、G和B具有较小分量)将被映射为具有大的输出红色分量Robl，导致丑陋的不正确且通常太亮的颜色(例如，HDR成像的需求之一能够是在SDR图像以及HDR图像中，人们可能想绘制怪物或藏在黑暗中的犯罪分子，使得其勉强可以可见，并且不会绘制为太亮和带红色的明显怪物)。因此，发明人提出了一种具有可变阈值(TPV)的策略，该阈值根据颜色的亮度最佳地定义相应的分量映射曲线(或更确切地说，以这种方式使亮度的影响无效)。与亮度有关的曲线族的该曲线的输出Rov将更接近输入。

发明人优选地如下定义他的TP值：

TP_红＝kRG*max(0，G_入)+kRB*max(0，B_入)

因此，其他两个RGB颜色分量中的每一个都对例如红色分量的阈值的位置有贡献(例如，具有由相应的k因子确定的强度)(如果其为正)，否则公式对该分量给出零贡献。

然后可以从其确定分量映射曲线，并且尤其是较低分段502：

R_出＝max(TP_红+(R_入-TP_红)*cP_红，R_入)

R_出和R_入分别是输出和输入颜色分量，其中，红色通道被选择为通用颜色分量表示法P_出和P_入，并且cP_红是与水平线相比的角度，下部线性分段随该角度进行到minP。

max运算符将确保对大于TP的颜色分量将出现恒等变换，因为较低线性分段的角度将始终选择为压缩性，即小于45度。

类似地：

TP_绿＝kGR*max(0，R_入)+kGB*max(0，B_入)

G_出＝max(TP_绿+(G_入-TP_绿)*cP_绿，G_入)

TP_蓝＝kBR*max(0，R_入)+kBG*max(0，G_入)

B_出＝max(TP_蓝+(B_入-TP_蓝)*cP_蓝，B_入)

解码器中的逆色域映射函数使用类似的等式：

TP_红＝kRG*max(0，G_入)+kRB*max(0，B_入)

R_出＝min(TP_红+(R_入-TP_红)*(1/cP_红)，R_入)

TP_绿＝kGR*max(0，R_入)+kGB*max(0，B_入)

G_出＝min(TP_绿+(G_入-TP_绿)*(1/cP_绿)，G_入)

TP_蓝＝kBR*max(0，R_入)+kBG*max(0，G_入)

B_出＝min(TP_蓝+(B_入-TP_蓝)*(1/cP_蓝)，B_入)

正如读者所注意到的，TP等式是相同的。

如所述，在大多数实施例中，三个分量的角度将是固定的(并且在解码器处是已知的，例如为0.25(对于通常不是那么关键的很少出现的近色域边界颜色很少进行过度的比色精度降低)，除非传递为必须不同)，即cP_红＝cP_绿＝cP_蓝＝0.25，但是等式和原理也适用于三个优化角度。这6个kXX值(kRG、kRB，kGR，kGB，kBR和kBG)是6个参数，这些参数描述了通常由图像或视频创建侧传达的必要颜色分量映射曲线(即6C)，并且如所述的，在一些实施例中，在期望的情况下，在可变角度cP_红，cP_绿和cP_蓝或三个RGB分量的1调谐的cP值相同的情况下，其可以用另外的3个参数补充。

发明人发现，在实施例中，可以根据SDR和HDR图像的在两个颜色空间之间的映射矩阵来计算kXX值(至少一些值，其可以改进以与实际颜色具有更紧密的匹配，从而减少SDR图像或重建的HDR图像中的颜色误差)。

kRG＝(cRG/cRR)*cP/(1.0–cP)

kRB＝(cRB/cRR)*cP/(1.0–cP)

kGR＝(cGR/cGG)*cP/(1.0–cP)

kGB＝(cGB/cGG)*cP/(1.0–cP)

kBR＝(cBR/cBB)*cP/(1.0–cP)

kBG＝(cBG/cBB)*cP/(1.0–cP)

在三个可变cP值的情况下，等式将获得其相应的cP值。

例如，如果采用用于在Rec.709和Rec.2020之间映射的颜色空间转换矩阵：

[cRR，cRG cRB[0.6274 0.3293 0.0433

cGR cGG cGB＝0.0691 0.9195 0.0114

cBR cBG cBB]0.0164 0.0880 0.8956]

我们得到kRG＝(0.3293/0.6274)*(0.25/0.75)＝0.5249/3＝0.175；kRB＝0.023；kGR＝0.025；kGB＝0.004；kBR＝0.006，kBG＝0.033。

最高TP值然后通常将约为1/6(即0.175)，但是对于那些接近白色的高明亮度颜色，颜色分量将高于TP，即颜色保持不变，因为其将落在恒等变换分段501上。

继续图4，在由色域映射器403执行可逆色域映射之后，对于相应的处理的像素存在映射颜色(RmGmBm)。得到的图像仍然是HDR图像，因为其仍然具有基本相同的像素亮度，但是其是窄色域的Rec.709定义的HDR图像。任选地，在几个有用的实施例中，图像随后将由颜色描述转换器404处理，该颜色描述转换器将RGB颜色表示为Y’CbCr颜色，因为这样然后很容易在Y’分量上进行亮度映射(但在下面的其他实施例中，按照相同的原理，亮度变换实际上可能会在RGB颜色表示上发生，并且然后可能不存在该单元，这就是为什么将其画成点线的原因)。随后，亮度映射器405应用亮度映射曲线TOM，其用于转换为SDR通常可以具有所示的伽马函数形状，伽马<1，但是显然，对于更复杂的HDR场景，图像可能要复杂得多(但这在本申请中是打扰读者的无用方面)。随后，常常可以有利地存在空间下采样器，但是显然，这对于本发明的所有实施例也不是必需部件。然后可以存在去饱和单元407。当应用亮度映射函数时，通常会提高相对亮度(尽管我们通常将HDR和SDR亮度之间的映射表述为给出不同的亮度，因为方向原则上可以通过任何一种方式确定，还取决于其发生在绝对值上还是归一化为1亮度表示，并且取决于亮度在所有亮度范围内的位置)，能够发生高度饱和的颜色在色域的上部用尽了色域，即在具有PB_C作为亮度的白点附近。特别是对于保持色度(理想情况下其应该如此)的亮度映射，这在亮度映射之后通常将不对应于更饱和的结果色。但是，由于与亮度为零的底面上的可能颜色的三角形相比，在色域的尖端，只能使饱和度逐渐降低的颜色的亮度变得越来越高，仍可能通过亮度变换映射到可再现颜色的色域之外。为了解决这一点，去饱和单元通常可以在三个R，G，B分量上应用相乘去饱和，使它们更相似，乘数通常取决于所处理颜色的Max(R’，G’，B’)-Y’值(素数’指示这些是经由Rec.709OETF从线性坐标计算出的非线性RGB坐标)。所得图像SDR_comm是SDR图像(即具有正确的对象亮度，以在SDR显示器上绘制HDR场景的合理SDR版本)，并且具有正确的色度(即根据Rec.709原色定义)，其颜色不仅仅存在于Rec.709SDR色域，而是也忠实地可重建Rec.2020HDR颜色，实际上允许忠实地重建原始HDR主图像HDR_2020。在通过格式化器408适当地格式化数据之后，例如，HEVC视频压缩等，该图像通过某些通信信道410(例如电缆、互联网和光盘等)进行传递。在任何接收侧，接收器将首先将使用解格式器420以使图像适合于处理，也就是说，我们假设像素化图像具有例如Y’CbCr像素颜色，并且然后应用编码器的逆运算。即，通过重新饱和单元421进行的重新饱和、通过空间上变频器422进行的空间上变频、通过亮度映射器423进行的SDR到HDR亮度映射，其至少近似地应用TOM的逆函数形状，从而产生现在的中间HDR图像IM_FH。颜色定义转换器424将Y’CbCr颜色转换为RGB颜色(即，相同的颜色，但是定义不同)。然后，逆色域映射器425应用逆色域映射三个函数(参见图5B)，最后，用于编码的一个的逆矩阵被颜色空间转换器426用于将已经色域重映射的RGB颜色(仍在Rec.709中时将具有负值)重新定义为Rec.2020定义(使得所有RGB分量再次变为正数)。这样产生用具有RGB输出颜色分量(Ro，Go，Bo)的像素忠实定义HDR饱和彩色图像(RCHDR_2020)。

图6示出了用于阐述基本编码方法的框图。

首先对要编码HDR_2020的输入HDR图像(例如，分级为电影图像的颜色，或者直接来自相机或在直播电视节目中进行最少处理等)进行颜色空间转换(方法步骤601)，其产生中间HDR图像HDR_IM，具有以第二RGB颜色表示形式(RGB_sec)定义的颜色。然后，通过图5中阐述的方法，在步骤602中将这些颜色进行可逆色域映射，以获得输出颜色C_映射(现在，其不仅在数学上不同地表示，而且某些颜色也不同，其中，至少一种颜色由于负的颜色分量值变换为正值而变得不那么饱和)，这表示颜色分量Ro、Go、Bo的色域越窄，静态HDR图像越不饱和(HDR_709)。最后，应用具有亮度映射函数TOM的亮度映射步骤603，以使其成为具有改变的像素亮度的SDR图像，但是仍然在相同的Rec.709颜色空间中，即在亮度映射之前和之后具有基本相同或相同的色度。这产生了要被传递的最终SDR图像SDR_709(在潜在一些进一步处理之后，以及至少适合于所选择的通信方式的格式化)，具有包括亮度L_出的像素颜色C_出。

发明人发现，因为可以看到所有等式(用于TP值和映射函数)随亮度的增加而缩放，因此实际上映射等效地独立于亮度而发生，因此可以在无亮度色度图中表示，例如著名的CIE(x，y)。

图8示出了一些示例性的实际结果。在图8A中，我们阐明了进行了哪些色移(由于较窄的Rec.709色域需要较不饱和的颜色，因此是必需的)。当从Rec.2020色域(801)映射至Rec.709色域(802)时，显然，不仅色域外颜色变化，因为必须在Rec.709色域内留出用于压缩Rec.709色域中的那些高度饱和的Rec.2020颜色的空间。然而，虚线三角形803内的所有颜色均不受影响，这是非常好的。即，三角形中的颜色由实现恒等变换的线性分段501处理，并且虚线三角形801和虚线三角形803之间的映射由曲线的502线性分段实现。在图8B中，我们看到了一些典型的极端饱和颜色的映射结果，尤其是位于Rec.2020三角形的边界上的颜色。我们看到了本方法的一些色移，这在区域810中特别明显，但是仅在这种极端的颜色实际发生的情况下，这使得该方法在实践中是相当足够的。

在本文中所公开的算法部件可以(全部地或部分地)在实践中实现为硬件(例如，专用IC的部分)，或者实现为在专用数字信号处理器或通用处理器等上运行的软件。

根据我们的介绍，技术人员应当可以理解哪些部件可以是任选的改进并且可以与其他部件组合实现，以及方法的(任选的)步骤如何对应于装置的对应单元，并且反之亦然。本申请中的“装置”一词以其最广泛的含义使用，即，允许实现特定目标的一组单元，并且因此，例如能够是IC(的小电路部分)，或者专用家电(例如，带显示器的家电)，或者网络系统的部分等。“布置”也意图以最广泛的意义使用，因此，其尤其可以包括单个装置、装置的部分、(部分)协作装置的集合等。

计算机程序产品表示应当被理解为涵盖实现通用或专用处理器的命令集合的任何物理实现，在一系列加载步骤(其可以包括中间转换步骤，例如翻译成中间语言，和最终处理器语言)之后将命令输入处理器，并且执行本发明的任何特征功能。具体地，计算机程序产品可以被实现为载体上的数据，诸如，例如磁盘或磁带，存储器中存在的数据，经由有线或无线网络连接传输的数据，或者纸上的程序代码。除了程序代码之外，程序所需的特征数据也可以体现为计算机程序产品。

操作该方法所需的一些步骤可能已经存在于处理器的功能中而不是在计算机程序产品中描述，例如数据输入和输出步骤。

应当注意，上述实施例说明而非限制本发明。在技术人员可以容易地实现所绘制的范例到权利要求的其他区域的映射的情况下，我们为了简明而未提及所有这些选项。除了在权利要求中组合的本发明的元件的组合之外，元件的其他组合也是可能的。可以在单个专用元件中实现元件的任何组合。

权利要求中括号内的任何参考标记不用于限制权利要求。“包括”一词不排除权利要求中未列出的要素或方面的存在。元件前面的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

Claims (20)

1.一种将高动态范围图像(HDR_2020)转换为具有100尼特的峰值亮度的标准动态范围图像(SDR_709)的方法，所述高动态范围图像包括具有第一颜色(C_入)的像素，所述第一颜色具有第一颜色饱和度，在所述标准动态范围图像中，该像素具有第二颜色(C_出)，所述第二颜色具有低于所述第一颜色饱和度的第二颜色饱和度，所述转换包括：

-执行颜色空间转换(601)，从而产生中间图像(HDR_IM)，所述颜色空间转换包括应用颜色矩阵，所述颜色矩阵将所述第一颜色的根据第一红、绿和蓝原色定义的第一RGB表示映射到该像素颜色的根据第二红、绿和蓝原色的第二RGB表示(RGB_sec)，其中，所述第二红、绿和蓝原色涵盖比所述第一红、绿和蓝原色更小的颜色三角形；

-将可逆色域映射应用于所述第二RGB表示(RGB_sec)，从而产生映射颜色(C_映射)；并且

-将亮度映射(TOM)应用于所述映射颜色的所述亮度，以获得具有带有输出颜色(C_出)的所述像素的低动态范围图像(SDR_709)，并且输出所述标准动态范围图像(SDR_709)，其中，所述输出颜色具有与所述映射颜色的所述亮度不同的亮度(L_出)，

其特征在于，所述可逆色域映射包括将相应的映射函数(F1，F2，F3)应用于所述第二RGB表示的三个R、G和B颜色分量中的每个颜色分量，以分别获得定义所述映射颜色的输出R、G和B颜色分量(Ro，Go，Bo)，所述相应的三个映射函数包括两个线性分段(501、502)，其中，所述分段中的一个分段(501)对应于恒等变换，所述分段以所述第二RGB表示的分别输入红、绿或蓝颜色分量的相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)开始，并且第二线性分段从所述相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)行进到相应的最小值(minP_红，minP_绿，minP_蓝)，所述相应的最小值是针对所述第二RGB表示的相应的分量的所述中间图像(HDR_IM)中出现的最负值，并且其中，通过在所述第二RGB表示的除了所述相应的阈值被计算的颜色分量之外的两个分量的值大于零的情况下将所述两个分量的这样的值乘以相应的常数(kRG、kRB)并且对这两个经相乘的贡献求和来计算所述相应的阈值：TP_红＝kRG*max(0,G_入)+kRB*max(0,B_入)；TP_绿＝kGR*max(0,R_入)+kGB*max(0,B_入)；TP_蓝＝kBR*max(0,R_入)+kBG*max(0,G_入)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述三个映射函数(F1，F2，F3)具有针对角度(cP)的相同的值，所述角度被定义为从水平方向开始，并且定义所述两个分段中的所述第二分段(502)的方向，所述角度是预定义的并且由所述方法已知的，或者是由所述方法基于所述高动态范围图像(HDR_2020)中的颜色的分布确定的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述三个映射函数(F1，F2，F3)具有角度的不同的相应的值(cP_红，cP_绿，cP_蓝)，所述角度被定义为从水平方向开始，并且定义所述三个映射函数(F1，F2，F3)中的相应的一个映射函数的所述两个线性 分段中的所述第二线性 分段(502)的方向，相应的角度是由所述方法基于所述高动态范围图像(HDR_2020)中的颜色的分布确定的。

4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述低动态范围图像具有根据Rec.709原色定义的其颜色。

5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述高动态范围图像具有根据宽色域原色定义的其颜色，所述宽色域原色例如为电影原色或Rec.2020原色。

6.一种高动态范围图像编码器(401)，被布置为与颜色映射函数数据(TOM，6C)一起将输入高动态范围图像编码为标准动态范围图像(SDR_comm)，所述编码器(401)包括：

-颜色空间转换器(402)，其被布置为应用从被定义为第一RGB表示的所述高动态范围图像的像素的颜色到该像素的所述颜色的第二RGB表示(RGB_sec)的矩阵转换，所述第一RGB表示是根据第一红、绿和蓝原色定义的，所述第二RGB表示是根据第二红、绿和蓝原色的，所述第二红、绿和蓝原色具有至少一个原色与所述第一原色中的对应原色相比更不饱和，并且因此定义了较小的色度三角形，并且所述颜色空间转换器被布置为在中间高动态范围图像(HDR_IM)中输出所述像素的所述颜色的得到的第二RGB表示；

-色域映射器(403)，其被布置为将可逆色域映射应用于所述像素的所述颜色，并且输出颜色映射的高动态范围图像(HDR_709)，在所述颜色映射的高动态范围图像中，所述像素具有更不饱和颜色；以及

亮度映射器(603)，其被布置为将亮度映射函数(TOM)应用于所述颜色映射的高动态范围图像(HDR_709)中的所述像素的所述颜色的亮度，以获得针对该像素的具有与所述亮度不同的输出亮度(L_出)的输出颜色(C_出)，并且所述亮度映射器被布置为在具有100尼特的峰值明亮度的标准动态范围输出图像(SDR_709)中输出所述输出颜色(C_出)，其特征在于，所述色域映射器被布置为应用色域映射算法，所述色域映射算法包括将三个相应的映射曲线(F1，F2，F3)应用于所述第二RGB表示(RGB_sec)的三个相应的红、绿和蓝颜色分量，以获得输出RGB颜色分量(Ro，Go，Bo)，三个相应的映射函数包括两个线性分段(501、502)，所述分段中的一个分段(501)对应于恒等变换，所述分段以所述第二RGB表示的分别输入红、绿或蓝颜色分量的相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)开始，并且第二线性分段(502)在所述相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)与相应的最小值(minP_红，minP_绿，minP_蓝)之间映射，所述相应的最小值是针对所述第二RGB表示的相应的分量的中间图像(HDR_IM)中出现的最负值，并且其中，通过在所述第二RGB表示的除了所述阈值被计算的颜色分量之外的两个分量中的每个分量的值大于零的情况下将所述两个分量中的所述相应的分量乘以相应的常数(kRG、kRB)并且对这两个经相乘的贡献求和来计算所述相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)：TP_红＝kRG*max(0,G_入)+kRB*max(0,B_入)；TP_绿＝kGR*max(0,R_入)+kGB*max(0,B_入)；TP_蓝＝kBR*max(0,R_入)+kBG*max(0,G_入)。

7.根据权利要求6所述的高动态范围图像编码器(401)，其中，所述色域映射器被布置为应用针对所述三个相应的曲线具有角度(cP)的相同值的所述三个相应的映射曲线(F1，F2，F3)，所述角度被定义为从所述两个线性 分段中的所述第二线性 分段(502)的水平方向开始。

8.根据权利要求6所述的高动态范围图像编码器(401)，其中，所述色域映射器被布置为应用针对所述三个相应的曲线具有角度的不同值(cP_红，cP_绿，cP_蓝)的所述三个相应的映射曲线(F1，F2，F3)，所述角度被定义为从所述两个分段中的所述第二分段(502)的水平方向开始。

9.根据上述编码器权利要求6或7或8中的一项所述的高动态范围图像编码器(401)，具有其颜色空间转换器(402)和色域映射器(403)，所述颜色空间转换器和所述色域映射器被配置为将在由Rec.2020颜色原色定义的颜色空间中定义的输入高动态范围图像编码为标准动态范围图像，所述标准动态范围图像具有在Rec.709颜色原色定义的颜色空间中定义的其像素颜色。

10.一种对高动态范围图像(RCHDR_2020)进行解码的方法，所述高动态范围图像被接收编码为标准动态范围图像(SDR_comm,SDR_709)，所述标准动态范围图像在RGB原色中的至少一个RGB原色的色度与所述高动态范围被解码的对应原色相比更不饱和的颜色空间中被编码，所述方法包括：

-将被定义为接收到的亮度映射函数(TOM)的亮度映射应用于所述标准动态范围图像的像素的颜色的亮度，以获得针对所述像素的HDR颜色(C_H)，所述HDR颜色具有与所述亮度不同的亮度(L_H)，并且所述像素颜色被存储在第一中间高动态范围图像(IM_FH)中；

-应用具有这样的函数的色域映射从而产生色域重映射图像(IM_GRM)：所述函数是由根据高动态范围图像(HDR_2020)导出所述标准动态范围图像的编码器应用的色域映射的逆；并且针对所述函数，定义所述函数(6C)的形状的数据已经被接收；并且

-将颜色空间转换应用于所述色域重映射图像(IM_GRM)的所述像素的所述颜色，所述颜色空间转换包括应用矩阵，所述矩阵用于将被表示为利用第一组红、绿和蓝原色定义的所述标准动态范围图像的第一RGB颜色表示的所述颜色变换为利用第二组红、绿和蓝原色定义的所述高动态范围图像(RCHDR_2020)的第二RGB颜色表示，所述第二组红、绿和蓝原色中的至少一个原色是比所述第一组RGB原色中的对应原色更饱和的，并且

输出所述高动态范围图像(RCHDR_2020)；

其特征在于，所述色域映射包括对所述HDR颜色(C_H)的相应的RGB颜色分量应用三个相应的映射函数(IF1)，以获得映射颜色(C_M)的映射RGB颜色分量，所述映射函数包括两个线性分段，其中，所述分段中的一个分段(504)对应于恒等变换，所述分段以所述第二RGB表示的分别输入红、绿或蓝颜色分量的相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)开始，并且在所述HDR颜色(C_H)的所述RGB颜色分量的相应的输入颜色分量为零的情况下第二线性分段(503)映射到所述映射RGB颜色分量的相应的颜色分量的相应的最负值(minP_红，minP_绿，minP_蓝)，所述最负值实质上等于针对原始高动态范围图像(HDR_2020)的所述RGB颜色表示中的该颜色分量的最负值，所述标准动态范围图像是所述原始高动态范围图像的编码，并且其中，通过在所述第二RGB表示的除了所述阈值(TP)被计算的颜色分量之外的两个分量的值大于零的情况下将这样的值乘以相应的常数(kRG、kRB)并且对这两个经相乘的贡献求和来计算所述相应的阈值：TP_红＝kRG*max(0,G_入)+kRB*max(0,B_入)；TP_绿＝kGR*max(0,R_入)+kGB*max(0,B_入)；TP_蓝＝kBR*max(0,R_入)+kBG*max(0,G_入)。

11.根据权利要求10所述的对高动态范围图像进行解码的方法，其中，被定义为从针对所述RGB颜色分量中的相应的一个RGB颜色分量的所述颜色分量映射函数的非恒等线性分段(503)的垂直方向开始的相应的三个角度(cP_红，cP_绿，cP_蓝)是不同的，并且是作为元数据从所述图像的编码器接收的。

12.根据权利要求10所述的对高动态范围图像进行解码的方法，其使用被定义为从针对所述RGB颜色分量中的相应的一个RGB颜色分量的所述颜色分量映射函数的非恒等线性分段(503)的垂直方向开始的相同的角度(cP)，所述角度(cP)是固定的并且由所述方法已知的，或者是作为元数据从所述图像的编码器接收的。

13.根据权利要求10或11或12所述的对高动态范围图像进行解码的方法，其中，用于相乘的所述相应的常数是基于定义在如所述标准动态范围图像的所述第一RGB颜色表示中表示的任何颜色的RGB值与如被表示为所述高动态范围图像的所述第二RGB颜色表示的所述任何颜色的RGB值之间的关系的矩阵系数根据下式来计算的：kRG＝(cRG/cRR)*cP_红/(1.0–cP_红)，kRB＝(cRB/cRR)*cP_红/(1.0–cP_红)，kGR＝(cGR/cGG)*cP_绿/(1.0–cP_绿)，kGB＝(cGB/cGG)*cP_绿/(1.0–cP_绿)，kBR＝(cBR/cBB)*cP_蓝/(1.0–cP_蓝)，kBG＝(cBG/cBB)*cP_蓝/(1.0–cP_蓝)，其中，cXX系数是所述矩阵系数，并且相应的cP_X值是所述角度，所述角度能够针对所述RGB颜色分量是相同的，或者是不同的。

14.根据上述解码方法权利要求中的任一项所述的对高动态范围图像进行解码的方法，其中，所述标准动态范围图像(SDR_comm，SDR_709)是在利用Rec.709RGB颜色原色定义的颜色空间中定义的。

15.一种高动态范围图像视频解码器，被布置为从输入标准动态范围图像(SDR_comm、SDR_709)解码高动态范围图像(RCHDR)，所述输入标准动态范围图像对所述高动态范围图像进行编码并且在RGB原色中的至少一个RGB原色的色度与所述高动态范围被解码的对应原色相比更不饱和的颜色空间中编码，所述高动态范围图像视频解码器包括：

-亮度映射器，其被布置为获得接收到的亮度映射函数(TOM)，并且将所述接收到的亮度映射函数应用于所述标准动态范围图像的像素的颜色的亮度，以获得针对所述像素的HDR颜色(C_H)，所述HDR颜色具有与所述亮度不同的亮度(L_H)，并且所述HDR颜色被存储在第一中间高动态范围图像(IM_FH)中；

-色域映射器，其被布置为应用颜色映射函数从而产生色域重映射图像(IM_GRM)，所述颜色映射函数执行编码站点处应用的色域映射的逆，在所述编码站点中，根据高动态范围图像(HDR_2020)来导出所述标准动态范围图像，并且针对所述颜色映射函数，定义所述颜色映射函数(6C)的形状的数据已经被接收；以及

-颜色空间转换器，其被布置为将颜色转换应用于所述色域重映射图像(IM_GRM)的所述像素的所述颜色，所述颜色转换包括应用矩阵，所述矩阵用于将被表示为利用第一组RGB原色定义的所述标准动态范围图像的第一RGB颜色表示的所述颜色变换为利用第二组RGB原色定义的所述高动态范围图像(RCHDR_2020)的第二RGB颜色表示，所述第二组RGB原色中的至少一个原色是比所述第一组RGB原色中的对应原色更饱和的，并且

输出所述高动态范围图像(RCHDR_2020)，

其特征在于，所述色域映射器被布置为将三个相应的映射函数(IF1)应用于所述HDR颜色(C_H)的相应的RGB颜色分量，以获得映射颜色(C_M)的映射RGB颜色分量，所述映射函数包括两个线性分段，其中，所述分段中的一个分段(504)对应于恒等变换，所述分段以所述第二RGB表示的分别输入红、绿或蓝颜色分量的相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)开始，并且第二线性分段(503)具有被定义为从垂直方向开始的相应的角度(cP_红，cP_绿，cP_蓝)，所述第二线性分段将零输入值映射到所述映射RGB颜色分量中的相应的颜色分量的负值，所述负值实质上等于原始高动态范围图像中出现的该RGB颜色表示中的该颜色分量的最负值，所述标准动态范围图像是针对所述原始高动态范围图像的编码，并且其中，通过在所述第二RGB表示的除了所述相应的阈值被计算的颜色分量之外的两个分量具有大于零的值的情况下将所述颜色分量的值乘以相应的常数(kRG、kRB)并且对这两个经相乘的贡献求和来计算所述相应的阈值(TP_红，TP_绿，TP_蓝)：TP_红＝kRG*max(0,G_入)+kRB*max(0,B_入)；TP_绿＝kGR*max(0,R_入)+kGB*max(0,B_入)；TP_蓝＝kBR*max(0,R_入)+kBG*max(0,G_入)。

16.根据权利要求15所述的高动态范围图像视频解码器，其中，所述色域映射器被布置为对所述RGB颜色分量中的相应的一个RGB颜色分量应用所述颜色映射函数，所述相应的函数针对不是恒等变换的所述线性分段的角度(cP)具有相同的值。

17.根据权利要求15或16所述的高动态范围图像视频解码器，其中，三个不同的角度(cP_红，cP_绿，cP_蓝)或相同的角度(cP)分别被接收作为元数据，所述元数据是由所述图像的所述编码器创建的。

18.根据上述解码器权利要求中的任一项所述的高动态范围图像视频解码器，其中，经由元数据输入接收用于在对所述阈值(kRG、kRB、kGR、kGB、kBR、kBG)的确定中的所述相乘的所述常数。

19.根据上述解码器权利要求中的任一项所述的高动态范围图像视频解码器，其中，用于在对所述阈值(kRG、kRB、kGR、kGB、kBR、kBG)的确定中的所述相乘的所述常数是由所述解码器基于定义如所述第一RGB表示相对所述第二RGB表示中表示的颜色的矩阵系数根据下式来计算的：kRG＝(cRG/cRR)*cP_红/(1.0–cP_红)，kRB＝(cRB/cRR)*cP_红/(1.0–cP_红)，kGR＝(cGR/cGG)*cP_绿/(1.0–cP_绿)，kGB＝(cGB/cGG)*cP_绿/(1.0–cP_绿)，kBR＝(cBR/cBB)*cP_蓝/(1.0–cP_蓝)，kBG＝(cBG/cBB)*cP_蓝/(1.0–cP_蓝)，其中，cXX系数是所述矩阵系数，并且相应的cP_X值是所述角度，所述角度能够针对所述RGB颜色分量是相同的，或者是不同的。

20.根据上述解码器权利要求中的任一项所述的高动态范围图像视频解码器，其中，所述色域映射器和所述颜色空间转换器被布置为从根据Rec.709RGB原色定义的标准动态范围图像解码所述高动态范围图像。

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