CN110785989B - 用于色域映射的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本原理涉及用于从第一颜色色域向第二颜色色域的色域映射的方法和设备。该方法包括在恒定色调的平面中：获得称为第一尖点颜色的具有最大色度的第一色域边界上的颜色的目标明度；以及从第一颜色色域向第二颜色色域对颜色进行明度映射，其中，从应用于颜色的抛物线函数计算明度映射的颜色，抛物线函数将第一尖点颜色映射到具有目标明度的颜色。根据特定特性，还获得保留的色度；并且在颜色的色度低于或者等于保留的色度的情况下，明度映射的颜色是该颜色，以及在颜色的色度高于保留的色度的情况下，从应用于该颜色的抛物线函数计算明度映射的颜色。

Description

用于色域映射的方法和设备
技术领域
本原理一般涉及图像/视频编码/解码。特别地，但非排他地，本原理的技术领域涉及像素值属于高动态范围的图像的色域映射和像素值属于低动态范围的图像的逆色域映射。
背景技术
本部分旨在向读者介绍本领域的各个方面，其可以涉及下面描述和/或要求保护的本原理的各个方面。相信该讨论有助于向读者提供背景信息以便于更好地理解本原理的各个方面。因此，应该理解，这些陈述要鉴于此地阅读，而不是对现有技术的承认。
在下文中，图像包含特定图像/视频格式的样本(像素值)的一个或若干阵列，该格式例如指定与图像(或视频)的像素值相关的所有信息以及可由显示器和/或任何其他设备使用以可视化和/或解码图像(或视频)的所有信息。图像包括至少一个分量，通常为亮度(或发光度)分量，其形式为样本的第一阵列，以及可能还有至少一个其他分量，通常为色度分量，其形式为样本的至少一个其他阵列。或者，等效地，相同的信息也可以由一组颜色样本阵列表示，诸如传统的三原色RGB表示。
像素值由C个值的矢量表示，其中C是分量的数量。矢量的每个值用多个比特表示，这些比特定义像素值的最大动态范围。
低动态范围图像(LDR图像)是其亮度值用有限数量的比特(最常见的是8或10)表示的图像。这种有限的表示不允许正确呈现小信号变化，特别是在黑暗和明亮的亮度范围内。在高动态范围图像(HDR图像)中，信号表示被扩展，以便在其整个范围内保持信号的高精度。在HDR图像中，表示亮度级别的像素值通常以浮点格式表示(每个分量为32比特或16比特，即浮点或半浮点数)，最流行的格式为openEXR半浮点格式(每个RGB分量16比特，即每像素48比特)或具有长表示的整数，通常至少16比特。
高效视频编码(HEVC)标准的到来(ITU-T H.265国际电联电信标准化部门(10/2014)，H系列：视听和多媒体系统，视听业务基础设施-移动视频的编码，高效率视频编码，ITU-T H.265建议书)使得能够部署具有增强观看体验的新视频服务，诸如超高清广播服务。除了增加的空间分辨率外，Ultra HD还可以提供比目前部署的标准动态范围(SDR)HD-TV更宽的色域(WCG)和更高的动态范围(HDR)。已经提出了用于HDR/WCG视频的表示和编码的不同解决方案(SMPTE 2014，“High Dynamic Range Electro-OpticalTransferFunction of Mastering Reference Displays，或SMPTE ST 2084，2014，或Diaz，R.，Blinstein，S.和Qu，S.“Integrating HEVC Video Compression with a High DynamicRange Video Pipeline”，SMPTE运动成像杂志，第125卷，第1期，2016年2月，第14-21页)。
SDR与解码和呈现设备的后向兼容性是一些视频分发系统(诸如广播或多播系统)中的重要特征。
双层编码是支持该特征的一种解决方案。但是，由于其多层设计，该解决方案不适用于所有分发工作流程。
替代方案是由ETSI推荐ETSI TS 103 433定义的单层HDR分发解决方案。读者还可以参考IBC 2016文章(“A single-Layer HDR video coding framework with SDRcompatibility”，E.弗朗索瓦和L.范德科克霍夫，IBC 2016)了解更多细节。该单层分发解决方案兼容SDR，并利用已有的SDR分发网络和服务。其使得在启用HDR的CE(消费电子)设备上的高质量HDR呈现成为可能，同时还提供SDR CE设备上的高质量SDR呈现。
该单层分发解决方案基于单层编码/解码处理，并且与编解码器无关(推荐10比特编解码器)。
该单层分发解决方案使用可以在后处理阶段中使用的辅助元数据(每个视频帧或场景的几个字节)，以从解码的SDR信号重构HDR信号。
当解码的SDR信号和重构的HDR信号不具有相同的颜色空间时，可以在这样的后处理阶段中使用逆色域映射(是HDR编码的预处理阶段中的色域映射的双重函数)。在实践中，颜色色域可以由诸如NTSC，ITU-R BT rec.709(“rec.709”)，ITU-R BT rec.2020(“rec.2020”)，Adobe RGB，DCI-P3或任何其他现有或未来的颜色再现标准或(多个)任何其他颜色变化的约束之类的标准来定义。在HDR/WCG的单层分发的情况下，“颜色色域映射”是将较宽颜色色域的颜色(“源颜色”)映射或重新分布为较窄颜色色域的颜色(“目标颜色”)的处理。当试图定义将源颜色色域(具有其自己的源边界)内的源颜色映射到目标颜色，使得它们定位在目标颜色色域(具有其自己的目标边界)内的方法以便利用目标颜色色域的整个范围的颜色时，已知根据不同条件定义颜色色域映射，其中边界映射条件：任何源边界颜色应该映射为目标边界颜色。然而，这种颜色色域映射是有问题的，因为它导致褪色，如图1a例示。图1a和图1b例示根据现有技术的色调叶中的色域映射。色调叶是在恒定色调(图1a中为黄色，图1b中为蓝色)的颜色色域的平面截面。通过以恒定的明度值缩放色度来执行边界颜色色域映射。图1a例示源尖点(crsp)颜色(源黄色)比目标尖点颜色更亮的情况，这意味着在该色调叶中，具有最大色度的源颜色(源黄色)的明度大于(亮于)具有最大色度的目标颜色(目标尖点颜色)的明度。本领域技术人员将认识到，如果源尖点颜色与源色域的黄原色对应，则目标尖点颜色可能不一定与目标色域的黄原色对应，因为源色域的黄原色和目标色域的黄原色可能具有不同的色调。如图1a所示，在没有明度映射的情况下，源黄色被映射为褪色的黄色(恒定明度处的映射的黄色)，褪色的黄色是黄色和白色的混合。色度和明度的值增加的源边界上的某些颜色因此被映射为色度的值减小而明度的值增加的目标边界上的颜色。这在视觉上特别令人尴尬。为了避免褪色的颜色，期望明度映射。图1b例示源尖点颜色(源蓝色)比对应的目标尖点颜色更暗的情况，这意味着在该色调叶，具有最大色度的源颜色(源蓝色)的明度小于(暗于)具有最大色度的目标颜色(目标尖点颜色)的明度。如图1b所示，在没有明度映射的情况下，源蓝色被映射为具有相同明度但不饱和的蓝色(恒定明度的映射的蓝色)。但是，不像图1a那样，具有色度和明度增加的值的源边界上的颜色仍被映射为色度的值增加和明度的值增加的目标边界上的颜色。
图1c例示根据线性明度映射的色调叶中的色域映射，例如，色调包括源黄色。US2005/248784公开了一种称为剪切映射的色域映射方法，该方法在色调叶中将源色域边界映射到目标色域边界。该剪切映射与线性明度映射对应。如图1c所示，当使用线性明度映射时，先前的黄色(源黄色)被映射到具有最大色度的目标颜色色域的黄色(映射的黄色)，由此避免颜色的褪色。但是，线性明度映射可能显著修改色调叶中所有颜色的明度(灰轴上的颜色除外)。这改变图像的对比度。
因此，需要避免褪色的颜色并更好地保留图像的对比度的可逆颜色色域映射方法，以增强HDR信号的呈现。
发明内容
以下呈现了本原理的简要概述，以便提供对本原理的一些方面的基本理解。本概述不是对本原理的广泛综述。不意图标识本原理的关键或重要元素。以下概述仅以简化形式呈现本原理的一些方面，作为下面提供的更详细描述的序言。
本原理提出一种可恢复的明度映射，其减少由线性明度映射造成的明度改变。这通过引入明度保持恒定的保留的区域并且通过使用抛物线以使输出明度映射的值尽可能接近输入明度值来实现。
根据第一方面，公开了用于从第一颜色色域向第二颜色色域对颜色进行色域映射的方法。该方法包括，在恒定色调的平面中获得称为第一尖点颜色的具有最大色度的第一色域边界上的颜色(源尖点颜色)的目标明度；以及从第一颜色色域向第二颜色色域对颜色进行明度映射，其中，从应用于颜色的抛物线函数计算明度映射的颜色，抛物线函数将第一尖点颜色映射到具有目标明度的颜色。
根据另一特定特性，获得保留的色度(C0)；并且其中，从第一颜色色域向第二颜色色域对颜色进行明度映射还包括：
ο在颜色的色度低于或者等于保留的色度的情况下，明度映射的颜色是该颜色，以及
ο在颜色的色度高于保留的色度的情况下，明度映射的颜色从应用于该颜色的抛物线函数计算。
根据另一特定特性，保留的色度从第一尖点颜色的色度的比率获得。
根据另一特定特性，目标明度与恒定色调的平面中的具有最大色度的第二色域边界上的第二尖点颜色(目标尖点颜色)的明度对应。
根据另一特定特性，颜色从原色和二次色的组中选择。
根据另一特定特性，获得目标明度和保留的色度包括接收与用于可逆色域映射的参数有关的元数据。
根据第二方面，公开了用于从第一颜色色域向第二颜色色域的色域映射的设备。该设备包括处理器，配置为获得称为第一尖点颜色的具有最大色度的第一色域的边界上的颜色的目标明度；并且从第一颜色色域向第二颜色色域对颜色进行明度映射，其中，在恒定色调的平面中，从应用于颜色的抛物线函数计算明度映射的颜色，抛物线函数将第一尖点颜色映射到具有目标明度的颜色。在变型中，用于从第一颜色色域向第二颜色色域对颜色进行色域映射的设备包括用于获得称为第一尖点颜色的具有最大色度的第一色域的边界上的颜色的目标明度的部件；和用于从第一颜色色域向第二颜色色域执行颜色的明度映射的部件，其中，从应用于颜色的抛物线函数计算明度映射的颜色，抛物线函数将第一尖点颜色映射到具有目标明度的颜色。
根据第三方面，公开了具有SDR视频和用于可逆颜色色域映射的参数值的信号。信号被进一步格式化为包括用于实现可逆颜色色域映射的lightnessMappingMode,lmWeightFactor。
根据第四方面，一种非暂时性处理器可读介质，其内容存储了SDR视频和与用于可逆颜色色域映射的参数有关的元数据，该非暂时性处理器可读介质还包括用于实现可逆颜色色域映射的lightnessMappingMode,lmWeightFactor。
根据第五方面，公开了计算机程序产品，包括程序代码指令，用于当在计算机上执行该程序时执行公开的方法的步骤。
根据第六方面，公开了处理器可读介质，其中存储有用于使处理器至少执行公开的方法的步骤的指令。
根据第七方面，公开非暂时性程序存储设备，其可由计算机读取，有形地体现可由计算机执行以执行公开的方法的指令的程序。
虽然未明确描述，但是本实施例可以以任何组合或子组合使用。此外，针对该方法描述的任何特性或实施例与旨在处理公开的方法的设备兼容，并且与存储程序指令的计算机可读存储介质兼容。
附图说明
在附图中，例示本原理的示例。其示出：
-图1a例示根据现有技术的色调叶中的颜色色域映射。
-图1b例示根据现有技术的另一色调叶中的颜色色域映射；
-图1c例示根据现有技术的色调叶中的颜色色域映射；
-图2示出端到端的工作流程，支持内容制作以及向HDR和SDR显示器的传递；
-图3a更详细地描绘预处理阶段；
-图3b更详细地描绘HDR到SDR分解；
-图4a更详细地描绘后处理阶段；
-图4b更详细地描绘HDR重构处理；
-图5示出根据本原理的示例的用于可逆颜色色域映射的方法的步骤的框图；
-图6a例示根据本原理的示例的色调叶中的明度映射；
-图6b例示根据本原理的示例的色调叶中的明度映射；
-图7示出根据本原理的示例的设备的架构的示例；和
-图8示出根据本原理的示例的通过通信网络通信的两个远程设备；
类似或相同的元件用相同的附图标记表示。
具体实施方式
在下文中将参考附图更全面地描述本原理，附图中示出本原理的示例。然而，本原理可以以许多替代形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的示例。因此，虽然本原理易于进行各种修改和替换形式，但是其具体示例通过附图中的示例示出并且将在本文中详细描述。然而，应该理解，不意图将本原理限制于公开的特定形式，相反，本公开要覆盖落入权利要求定义的本原理的精神和范围内的所有修改，等同物和替代物。
本文使用的术语仅用于描述特定示例的目的，并不旨在限制本原理。如本文使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”，“包含”，“包括”和/或“包括”指定陈述的特征，整数，步骤，操作，元件和/或分量的存在，但是不排除存在或附加一个或多个其他特征，整数，步骤，操作，元素，分量和/或其分组。此外，当元件被称为“响应”或“连接”到另一个元件时，它可以直接响应或连接到另一个元件，或者可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接响应”或“直接连接”到其他元件时，不存在中间元件。如本文使用，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合，并且可以缩写为“/”。
将理解，尽管本文可以使用术语第一，第二等来描述各种元素，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元素与另一个元素。例如，第一元素可以被称为第二元素，并且类似地，在不脱离本原理的教导的情况下，第二元素可以被称为第一元素。
尽管一些图包括通信路径上的箭头以示出通信的主要方向，但是要理解，通信可以在与所示箭头相反的方向上发生。
关于框图和操作流程图描述一些示例，其中每个框表示包括用于实现(多个)指定逻辑功能的一个或多个可执行指令的电路元件，模块或代码部分。还应注意，在其他实现方式中，框中标注的(多个)功能可以不按所述顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时取决于所涉及的功能可以以相反的顺序执行。
本文对“根据示例”或“在示例中”的引用意味着结合该示例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本原理的至少一个实现方式中。在说明书中各处出现的短语“根据示例”或“在示例中”不一定都指代相同的示例，也不一定是与其他示例相互排斥的单独或替代示例。
权利要求中出现的附图标记仅是示例性的，并且对权利要求的范围没有限制作用。
虽然没有明确描述，但是这些示例和变型可以以任何组合或子组合使用。
描述本原理用于解码图像但延伸到图像序列(视频)的解码，因为序列的每个图像如下所述被顺序编码/解码。
图2示出支持内容制作和向HDR和SDR显示器传送的端到端工作流程。它涉及具有辅助元数据的单层SDR/HDR编码-解码，例如在ETSI推荐ETSI TS 103 433中定义。读者还可以参考IBC 2016文章(“A single-Layer HDR video coding framework with SDRcompatibility”，E.弗朗索瓦和L.范德科克霍夫，IBC 2016)了解更多细节。
在预处理阶段，输入的HDR视频被分解为SDR视频和元数据。然后用任何SDR视频编解码器对SDR视频进行编码，并且在现有SDR分发网络中承载SDR比特流，其中伴随的元数据在特定信道上传送或嵌入在SDR比特流中。
优选地，编码的视频是HEVC编解码器，诸如H.265/HEVC编解码器或H.264/AVC。
当与H.265/HEVC或H.264/AVC编解码器结合使用时，元数据通常由SEI消息承载。
解码SDR比特流，然后解码的SDR视频可用于SDR消费电子(CE)显示器。
接下来，在功能上与预处理阶段相反的后处理阶段，从解码的SDR视频和从特定信道或从SDR比特流获得的元数据重构HDR视频。
图3a更详细地描绘预处理阶段。
预处理阶段的核心组件是HDR到SDR分解，其从HDR视频生成SDR视频和元数据。
更确切地说，HDR到SDR分解的目的在于根据下面公开的实施例将以特定输入格式表示的HDR视频转换为以特定输出格式表示的SDR视频，但是本原理不限于特定输入/输出格式(颜色空间或色域)。
可选地，HDR视频的格式和SDR视频的格式可以分别适配于所述特定输入格式和特定输出格式。
所述输入/输出格式适配可以包括颜色空间转换和/或颜色色域映射。可以使用通常的格式适配处理，诸如RGB到YUV或YUV到RGB转换，BT.709到BT.2020或BT.2020到BT.709，下采样或上采样色度分量等
HDR到SDR分解旨在将输入线性光4：4：4RGB HDR视频转换为SDR兼容版本。该处理使用静态元数据，诸如HDR和SDR图像的容器(container)的颜色原色和色域。
可选地，HDR视频的格式可以预先适配于预处理阶段的预定输入格式和/或当HDR视频(HDR分解阶段的输入)和SDR视频(HDR分解阶段的输出)在不同的颜色空间中表示时可以使用色域映射。
图3b更详细地描述HDR到SDR分解。
在下文中，HDR视频样本以RGB颜色空间(特定输入格式)表示，并且SDR视频样本以RGB颜色空间(特定输出格式)表示。
在步骤1中，按逐个图像分析HDR视频，以便推导将进一步用于将HDR视频转换为SDR视频的一组映射参数。
在步骤2中，要分解的HDR视频的当前图像的亮度分量L被亮度映射到SDR亮度分量Yl。得到的信号是由以下给出的SDR亮度(SDR亮度分量Yl)：
Figure BDA0002319978990000091
Yl＝TM[L] (2)
其中A＝[A1A2A3]T是规范的3x3 R'G'B'到Y'CbCr转换矩阵(例如，如取决于颜色空间的ITU-R Rec.BT.2020或ITU-R Rec.BT.709中规定的那样)，A1A2A3是1x3矩阵。
在图3b中的步骤3中，如下推导色度分量。首先，输入HDR视频的R，G，B值按比率(Yl/L)缩放，这导致RGB的线性光SDR版本。然后应用平方根，以再现接近ITU-RRec.BT.709OETF(光电传递函数)的传递函数。注意，平方根的使用保证了处理的可逆性。
作为结果的R，G，B信号被转换为色度分量Ul,Vl：
Figure BDA0002319978990000092
在步骤4中，应用最终颜色校正以使SDR颜色与HDR视频颜色匹配。首先，通过缩放因子1/β(Yl)调整色度分量，其中β(Yl)是使得能够控制作为结果的SDR视频的颜色饱和度和色调的函数。
Figure BDA0002319978990000093
该步骤允许控制SDR颜色并确保它们与HDR颜色匹配。
在步骤6中，当在BT.709颜色色域(由变量prePicColourSpace指定)中提供SDR到HDR重构处理的输入SDR画面时，可逆色域映射处理可以应用，并且与HDR画面的目标BT.2020颜色色域(由变量recPicColourSpace指定)不同。定义颜色后向兼容性使得SDR CE接收器仅支持BT.709颜色空间，而使用SL-HDR1分发的视频可以支持BT.2020颜色空间。当recPicColourSpace不等于prePicColourSpace时，在HDR到SDR分解侧，WCG HDR视频将被转换为标准颜色色域SDR视频(加上元数据)，而HDR重构侧的逆处理通过呈现来自标准颜色色域SDR视频(加上元数据)的WCG HDR视频来恢复此转换。这两个颜色处理的级联应该是视觉上无损的，而标准颜色色域SDR视频应该以最小损伤完全保留原始WCG HDR视频的艺术意图。颜色重构(逆色域映射)和压缩(色域映射)转换被指定为是互逆的。
在步骤5中，将关于亮度映射(步骤2)，颜色校正(步骤4)和可逆色域映射(步骤6)的元数据传送到后处理阶段。元数据作为静态元数据(在参数不随画面改变的情况下)或动态元数据(在参数随画面改变用于亮度映射的情况下)传送。
这些元数据使得能够精细控制SDR版本的纹理和颜色，并确保良好适合HDR意图。
图3a更详细地描述后处理阶段。
后处理阶段的核心组件是SDR到HDR重构，其从(解码的)SDR视频和元数据重构HDR视频。
更确切地说，HDR重构目的在于根据下面公开的实施例将以特定输入格式表示的SDR视频转换为以特定输出格式表示的输出HDR视频，但是本原理不限于特定输入/输出特定格式(颜色空间或色域)。
所述输入或输出格式适配可以包括颜色空间转换和/或色域映射。可以使用通常的格式适配处理，诸如RGB到YUV或YUV到RGB转换，BT.709到BT.2020或BT.2020到BT.709等。例如，见ETSI推荐ETSI TS 103433的附录D提供逆色域映射的使用实例。
可选地，重构的HDR视频的格式可以适配于目标系统特性(例如，机顶盒，连接的电视)和/或当以不同的颜色空间和/或色域表示解码的SDR视频(HDR重构阶段的输入)以及重构的HDR视频(HDR重构阶段的输出)时，可以使用逆色域映射。
图3b更详细地描述HDR重构处理。
HDR重构是HDR到SDR分解的功能的逆(图2b)。但是，由于实现方式复杂性的原因，某些操作以不同的顺序级联或应用。
在步骤31中，例如从SDR比特流或从特定信道获得动态和/或静态元数据。
在步骤32中，从获得的元数据推导亮度映射查找表lutMapY(1D查找表)。该亮度映射查找表与亮度映射曲线的平方根的倒数对应。
在步骤33中，从所获得的动态元数据中推导颜色校正查找表lutCC。通过以下等式将颜色校正查找表lutCC链接到预处理颜色校正βp(Yl)(等式4)和亮度映射查找表lutMapY。
β[Y]＝2B×lutMapY[Y]×lutCC[Y] (5)
其中B是解码的SDR图像的亮度分量的比特深度。
在步骤34中，通过使用推导出的亮度相关的查找表lutMapY和推导出的颜色校正查找表lutCC对解码的SDR视频的图像应用HDR重构来重构被重构的HDR视频(线性光HDR视频)的图像。在步骤36中，颜色重构或逆色域映射处理使得能够从具有相关联的元数据的标准颜色色域画面生成宽颜色色域画面。该处理被定义用于4：4：4色度采样和全范围YUV线性光信号。由于规范的R'G'B'到Y'CbCr矩阵(由SMPTE RP 177[i.8]计算)，输入YUV信号来自输入RGB线性光信号(SDR到HDR重构处理34的输出)到YUV颜色空间的转换。该处理还包括根据描述实施例的色度重新映射，明度重新映射和色调重新映射。
后处理在亮度映射查找表lutMapY(步骤32)，颜色校正查找表lutCC(步骤33)以及定义对于较少饱和度的颜色保持明度不改变的保留区域以及对按原色和二次色所需的明度校正量的逆色域映射参数(步骤35)上操作。各个表和参数从元数据推导(步骤31)。
可以根据所谓的基于参数的模式或基于表格的模式作为动态元数据传递元数据(步骤5)，以便从获得的动态元数据(步骤31)推导亮度映射查找表lutMapY(步骤32)和颜色校正查找表lutCC(步骤33)。可以传递相对于逆颜色色域映射的元数据作为静态元数据。在步骤5中要传递的一些元数据是表示明度映射方法、对于较少饱和度的颜色保持明度不变的保留区域以及对于具有较高饱和度的颜色(ETSI推荐ETSI TS 103 433条款6.3.10)的按原色和/或二次色所需的明度颜色校正的明度映射参数。因此，描述以下参数：lightnessMappingMode和lmWeightFactor。
lightnessMappingMode
该变量指示可逆色域映射使用的明度映射的模式。lightnessMappingMode的值应如下表定义：
Figure BDA0002319978990000121
lmWeightFactor
该六个变量的阵列指示在明度映射处理期间应用于每个原色和二次色的权重。仅当lightnessMappingMode等于3时才应调用该阵列。索引值c等于0应对应于红原色，c等于1应对应于品红二次色，c等于2应对应于蓝原色，c等于3应对应青二次色，c等于4应对应绿原色，c等于5应对应黄二次色。lmWeightFactor[c]的值应在有界范围[0到1]和(1÷4)的倍数内。
可以使用HEVC颜色体积重构信息(CVRI)用户数据注册的SEI消息来传递这些元数据，该SEI消息的语法基于SMPTE ST 2094-20规范(ETSI推荐ETSI TS 103 433附件A.3)。
在步骤31中，因此解析CVRI SEI消息以获得亮度映射参数，颜色校正参数和逆色域参数。
在步骤32中，从获得的亮度映射参数重构(推导)亮度映射查找表lutMapY(更多细节参见ETSI TS 103 433条款7.2.3.1)。
在步骤33中，从获得的颜色校正参数重构(推导)颜色校正查找表lutCC(更多细节参见ETSI TS 103 433第7.2.3.2节)。
在步骤35中，从获得的逆色域映射参数确定(推导)用于明度映射的特征，如下文中使用颜色色域映射方法描述的。明度重新映射参数提供以下可能性：对所有颜色进行全局重新映射，或者仅重新映射暖色(诸如，对于其边界源颜色比边界目标颜色更亮的颜色对应的黄色，红色和品红色)，或者加权每个个体原色和二次色的明度重新映射。
可以使用HEVC颜色重新映射信息(CRI)SEI消息将这些元数据作为动态元数据传送，SEI消息的语法基于SMPTE ST 2094-30规范(ETSI推荐ETSI TS 103 433附件A.4)。
注意，静态元数据也可以由后处理阶段使用并由SEI消息传递。例如，lightnessMappingMode和lmWeightFactor可以由ETSI TS 103 433(条款A.2.2)定义的TS103 433信息(TSI)用户数据注册的SEI消息(payloadMode)来承载。静态元数据(诸如，例如，颜色原色或最大显示主显示亮度)通过AVC，HEVC中定义的主显示颜色体(MDCV)SEI消息来传递。
图5示出根据本原理的示例的用于可逆色域映射的方法的步骤的框图。该方法与产生SDR图像和元数据的任何HDR到SDR分解处理兼容。出于说明性目的，色域映射方法是如关于图3b描述的HDR到SDR分解处理的一部分(步骤6)。当宽颜色色域HDR视频应转换为标准颜色色域SDR视频时，该处理尤其适用。有利地，根据本原理的明度映射在饱和度和明度之间实现良好的折衷，以便更好地保留HDR图像的源颜色的意图。如图6a和图6b所示，色度越高，明度校正越强。然而，因为该方法是完全可逆的，所以该方法还与产生HDR图像的任何SDR到HDR重构处理兼容。出于说明性目的，色域映射方法也是关于图4b描述的SDR到HDR重构处理的一部分(步骤36)。当标准颜色色域SDR视频应转换回宽颜色色域HDR视频时，该处理尤其适用。有利地，逆色域映射使在编码器侧应用的明度校正恢复。在保持色调和饱和度不变的情况下校正明度。然而，该方法还与涉及从第一颜色色域向第二颜色色域的颜色色域映射任何处理兼容。HDR视频样本和SDR视频样本可以在任何颜色空间(例如YUV，CIELUV，L*a*b*或IPT)中表示。出于说明性目的，称为颜色的HDR视频样本在称为色调叶的具有恒定色调的平面中表示，如图6a和6b所示。
在预备步骤51中，获得具有最大色度的第一色域(源色域)的边界上的颜色的目标明度(L’)，称为第一尖点颜色(源点颜色)。第一尖点颜色(源尖点颜色)属于具有最大色度的第一色域(源色域)的边界，如图6a和图6b所示。获得第一尖点颜色的目标明度(L’)。根据特定变型，目标明度(L')与相同色调叶中具有最大色度的第二色域(目标色域)的边界上的第二尖点颜色(目标尖点颜色)的明度对应，如图6a和图6b所示。因此，目标明度表示应用于该色调叶中包括的第一颜色色域的任何颜色的明度校正量。在特定替代变型中，目标明度的值从第二尖点颜色(目标尖点颜色)的明度和第一尖点颜色(源尖点颜色)的明度之间的明度值之差的比率(或百分比)获得。在变型中，还获得保留的色度(C0)。保留的色度(C0)定义围绕明度轴的保留区域，该区域与较小的饱和颜色对应。在特定替代变型中，保留的色度的值从第一尖点颜色的色度(C1)的值的比率(或百分比)获得，即，第一颜色色域中的最大色度，例如0.3或30％，但更通常为间隔[0-1]或[0％-100％]。根据特定特性，色度小于或等于保留的色度(C0)的颜色不被修改，(意味着，在该情况下，对于饱和度较小的颜色，明度不改变)，而色度大于保留的色度(C0)的颜色根据以下详述的可逆抛物线明度映射被明度映射。在HDR到SDR分解处理中，颜色和对应的保留的颜色被定义并编码为用于可逆色域映射的参数，如上所示。然后将用于可逆色域映射的明度映射参数发送给元数据，以用于逆色域映射。在SDR到HDR重构处理中，接收与用于可逆色域映射的参数有关的元数据，并从接收的参数中推导颜色和对应的保留的色度。根据特定特征，该颜色是从原色和二次色的组中选择的关键颜色。如先前关于变量lightnessMappingMode解释的，明度映射应用于每个原色和二次色，或仅应用于它们的一部分，诸如，黄和品红二次色和红原色，或者将加权因子应用于每个原色和二次色。加权因子表示应用于对应色调叶中包括的第一颜色色域的任何颜色的明度校正量。根据非限制性示例，100％的因子应用于黄和品红二次色和红原色，并且50％的因子应用于蓝和绿原色和青二次色。在这个示例中，如图6a所示，黄色尖点颜色的目标明度(L’)与相同色调叶中具有最大色度的第二色域(目标色域)的边界上的目标颜色(目标尖点颜色)的明度对应。根据另一个非限制性示例，50％的因子应用于黄和品红二次色和红原色，并且0％的因子应用于蓝和绿原色以及青二次色。在该示例中，如图图6b(部分)所示，黄色尖点颜色的目标明度(L”)与相同色调叶中具有最大色度的第二色域(目标色域)的边界上的目标颜色和源尖点颜色的明度的算术平均值((L+L')/2)对应。换句话说，加权因子将目标明度定义为源尖点颜色的明度(L)和目标尖点颜色的明度之间的线性插值。有利发送/接收保留的色度(C0)和/或目标亮度(L')的参数用于关键颜色，由此限制元数据的大小。根据颜色是任何颜色(意味着不是关键颜色)的特性，根据关键颜色的对应值内插颜色的保留的色度(C0)和目标明度(L')的值。明度映射可以有利地限于某些色调，例如，对于其尖点颜色的明度在源色域中比目标颜色色域中更高，如图1a所示。
在步骤52中，应用从第一颜色色域向第二颜色色域的颜色的抛物线明度映射。在保留的区域的特定特性中，在子步骤521中，测试属于保留的区域的颜色的条件。在颜色的色度低于保留的色度的情况下(真实条件)，明度映射的当前颜色是当前颜色，对该颜色不执行明度映射(523)，如图6a所示。在颜色的色度高于保留的色度的情况下(错误条件)，从应用于该颜色的抛物线函数计算明度映射的当前颜色。抛物线函数将第一个尖点颜色(源尖点颜色)映射到具有目标亮度(L')的颜色(亮度映射的尖点颜色)。如先前所述，目标亮度(L’)例如是具有最大色度的第二色域(目标色域)的边界上的第二尖点颜色(目标尖点颜色)的明度。因此，对于色调叶中坐标为(Cin,Lin)的颜色和坐标为(Ccusp,Lcusp)的第一尖点颜色，映射的明度Lout由以下公式给出：
Lout＝Lin用于Cin≤C0
Figure BDA0002319978990000151
尽管保留区域的特性作为色域映射方法的一部分呈现，但抛物线明度映射可以应用于整个色调叶，而无需保留的色域，如图6b例示。这对应于保留的色度(C0)的参数等于零。
有利地，应用于HDR到SDR分解处理的明度映射用于改善对比度，特别是对于颜色的渐变。实际上，在保留区域的边界处的抛物线明度映射函数的曲率是连续的(即，导数是连续的)。抛物线明度映射函数曲率的连续性通过色度值Cin的二次性实现。
在SDR到HDR重构处理中的逆色域映射处理中恢复该补偿。实际上，由于明度映射函数对于明度值Lin是线性的，可以使用以下公式轻松地将其反转：
Lout＝Lin用于Cin≤C0
Figure BDA0002319978990000161
为了完整性，现在公开与公开的抛物线明度映射相关联的可逆色度映射方法。有利地，公开的抛物线明度映射符合用于后向和前向色域映射的已知色度映射方法。实际上，抛物线明度映射修改不再是直线的色域边界。在XYZ中，三色显示器的颜色色域以及电视标准(推荐709，推荐2020...)的色域均是四边形六面体。在每个色调叶中，这些色域边界由两个线性部分组成：一条连接黑色和尖点颜色的线和另一条连接尖点颜色和白色的线，如图1a至1c所示。在线性明度映射之后，这些边界线被修改但是在图1c上保持线性，但是在公开的抛物线亮度映射之后，这些边界线至少部分地被修改为抛物线。因此，需要色度映射的适应。
色度映射通常在保持色调和明度恒定的同时映射颜色，即，输出颜色与明度映射的颜色在相同恒定色调叶中的相同恒定明度线上。如图1a所示，线性色度映射将每个恒定明度线上的颜色线性映射，使得该线上具有最高色度值的颜色(源黄色)映射到该恒定明度线上的目标色域边界的颜色(以恒定明度映射的黄色)。这两个值之间的比率应用于该恒定明度线上的任何颜色的色度的值。因此，需要确定色域边界和恒定明度线之间的交点。如前所见，在线性明度映射的情况下，源色域边界保持线性，并且因此，对于线性色度映射，需要计算线之间的交点。如图1c所示，在线性明度映射之后执行的线性色度映射将颜色映射到每个恒定明度线上，使得该线上具有最高色度值的颜色(线性亮度映射的黄色)映射到该恒定明度线上的目标色域边界的颜色(映射的黄色)。如图1c所示，在映射源尖点的亮度与目标尖点的亮度的线性明度映射的情况下，线性色度映射将相同的比率应用于恒定色调叶的所有颜色(因为恒定明度线彼此相似)。
然而，在提出的抛物线明度映射之后，边界线至少部分地被修改为抛物线。因此，替代线之间的交点，需要线和抛物线之间的交点。现在公开明度映射的色域边界和恒定明度线之间的交点的计算。在明度映射之前，源色域边界的等式为：
Figure BDA0002319978990000162
Figure BDA0002319978990000171
在提出的抛物线明度映射之后，色域边界的等式变为：
用于
Figure BDA0002319978990000172
用于
Figure BDA0002319978990000173
Cboundary定义为[C0,Ccusp]中的唯一值，使得:
Figure BDA0002319978990000174
用于
Figure BDA0002319978990000175
Cboundary定义为[C0,Ccusp]中的唯一值，使得:
Figure BDA0002319978990000176
并且用于
Figure BDA0002319978990000177
Figure BDA0002319978990000178
在提出的抛物线明度映射之后，这些等式用于确定源颜色的色域边界。另一方面，使用具有新明度值Lout的线性等式来确定颜色目标色域的色域边界。
在逆映射期间，由于明度映射在色度映射之后应用，色度映射需要考虑明度映射未来对映射颜色的色域的修改。因此，使用线性等式来确定源颜色色域的色域边界，并且使用上面的等式(9)至(11)来确定目标颜色色域的色域边界(使用输入明度值来确定色域边界二者)。
该方法基于需要SDR图像和动态元数据的任何HDR重构处理。
出于说明性目的，HDR重构处理可以是如关于图4b描述的HDR重构处理。在那种情况下，从解码的SDR图像重构HDR图像。但是，用于重构HDR图像的SDR图像也可以利用压缩来存储并且在不需要解码的情况下获得。
然后，该方法例如通过解码SDR比特流来获得(解码的)SDR图像，该SDR图像的亮度值的动态范围低于要重构的HDR图像的亮度值的动态范围。
在图2-5b中，模块是功能单元，其可以与可区分的物理单元相关或不相关。例如，这些模块或它们中的一些可以在单独的组件或电路中集合在一起，或者有助于软件的功能。相反，一些模块可能由独立的物理实体组成。与本原理兼容的装置使用纯硬件(例如使用专用硬件，诸如ASIC或FPGA或VLSI，分别为“专用集成电路”，“现场可编程门阵列”，“超大规模集成”)，或来自嵌入在设备中的若干集成电子组件，或来自硬件和软件组件的混合来实现。
图7表示可以被配置为实现关于图2-5b描述的方法的设备60的示例性架构。
设备60包括通过数据和地址总线61链接在一起的以下元件：
-微处理器62(或CPU)，其例如是DSP(数字信号处理器)；
-ROM(或只读存储器)63；
-RAM(或随机存取存储器)64；
-用于从应用程序接收要发送的数据的I/O接口65；和
-电池66
根据示例，电池66在设备外部。在每个提到的存储器中，说明书中使用的“寄存器”一词可以对应于小容量的区域(一些比特)或非常大的区域(例如，整个程序或大量接收的或解码的数据)。ROM 63至少包括程序和参数。ROM 63可以存储用于执行根据描述的实施例的技术的算法和指令。当接通时，CPU 62将程序上载到RAM中并执行相应指令。
RAM 64在寄存器中包括由CPU 62执行并在设备60接通之后上载的程序，寄存器中的输入数据，寄存器中方法的不同状态的中间数据，以及寄存器中用于执行方法的其他变量。
这里描述的实现方式可以在例如方法或处理，装置，软件程序，数据流或信号中实现。即使仅在单个实现方式的形式的上下文中讨论(例如，仅作为方法或设备讨论)，讨论的特征的实现方式也可以以其他形式(例如，程序)实现。装置可以在例如适当的硬件，软件和固件中实现。方法可以在例如诸如例如处理器之类的装置中实现，该处理器通常涉及处理设备，一般包括例如计算机，微处理器，集成电路或可编程逻辑设备。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”)，以及便于最终用户之间的信息通信的其他设备。
根据编码或编码器的示例，从源获得HDR视频或HDR视频的HDR图像。例如，源属于包含以下的组：
-本地存储器(63或64)，例如视频存储器或RAM(随机存取存储器)，闪存，ROM(只读存储器)，硬盘；
-贮存接口(65)，例如，具有大容量贮存器，RAM，闪存，ROM，光盘或磁性载体的接口；
-通信接口(65)，例如，有线接口(例如，总线接口，广域网接口，局域网接口)或无线接口(诸如，IEEE 802.11接口或
Figure BDA0002319978990000191
接口)；和
-图像捕获电路(例如，传感器，诸如例如CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体))。
根据解码或解码器的示例，将解码的SRD视频或重构的HDR视频发送到目的地；具体地，目的地属于包括以下的组：
-本地存储器(63或64)，例如，视频存储器或RAM，闪存，硬盘；
-贮存接口(65)，例如，具有大容量贮存器，RAM，闪存，ROM，光盘或磁性载体的接口；
-通信接口(65)，例如，有线接口(例如，总线接口(例如USB(通用串行总线))，广域网接口，局域网接口，HDMI(高清多媒体接口)接口)或无线接口(诸如，IEEE 802.11接口，
Figure BDA0002319978990000192
或
Figure BDA0002319978990000193
接口)；和
-显示器。
根据编码或编码器的示例，SDR比特流和/或承载元数据的其他比特流被发送到目的地。作为示例，这些比特流之一或两者都存储在本地或远程存储器中，例如，视频存储器(64)或RAM(64)，硬盘(63)。在变型中，这些比特流中的一个或两者被发送到贮存接口(65)，例如，具有大容量贮存器，闪存，ROM，光盘或磁性载体的接口和/或通过通信接口(65)传输，例如，到点对点链路，通信总线，点对多点链路或广播网络的接口。
根据解码或解码器的示例，从源获得SDR比特流和/或承载元数据的其他比特流。示例性地，从本地存储器读取比特流，例如，视频存储器(64)，RAM(64)，ROM(63)，闪存(63)或硬盘(63)。在变型中，比特流从贮存接口(65)接收，例如，具有大容量贮存器，RAM，ROM，闪存，光盘或磁性载体的接口和/或从通信接口(65)接收，例如，到点对点链路，总线，点对多点链路或广播网络的接口。
根据示例，被配置为实现上面描述的编码方法的设备60属于包括以下的组：
-移动设备；
-通信设备；
-游戏设备；
-平板电脑(或平板计算机)；
-膝上型计算机；
-静止图像相机；
-摄像机；
-编码芯片；
-静止图像服务器；和
-视频服务器(例如，广播服务器，视频点播服务器或网络服务器)。
根据示例，被配置为实现上面描述的解码方法的设备60属于包括以下的组：
-移动设备；
-通信设备；
-游戏设备；
-机顶盒；
-电视机；
-平板电脑(或平板计算机)；
-膝上型计算机；
-显示器和
-解码芯片。
根据图7例示的本原理的示例，在通信网络NET上的两个远程设备A和B之间的传输背景下，设备A包括与存储器RAM和ROM相关的处理器，其被配置为实现上面描述的用于编码图像的方法，并且设备B包括与存储器RAM和ROM相关的处理器，其被配置为实现上面描述的用于解码的方法。
根据示例，网络是广播网络，适配为将来自设备A的静止图像或视频图像广播到包括设备B的解码设备。
意图由设备A发送的信号承载SDR比特流和/或承载元数据的其他比特流。SDR比特流包括前面解释的编码的SDR视频。该信号还包括与用于从所述解码的SDR视频重构HDR视频的参数值相关的元数据。
本文描述的各种处理和特征的实现方式可以体现在各种不同的设备或应用中。这样的设备的示例包括编码器，解码器，处理来自解码器的输出的后处理器，提供输入给编码器的预处理器，视频编码器，视频解码器，视频编解码器，网络服务器，机顶盒，膝上型计算机，个人计算机，蜂窝电话，PDA以及用于处理图像或视频的任何其他设备或其他通信设备。应该清楚的是，该设备可以是移动的，甚至可以安装在移动车辆中。
另外，该方法可以由处理器执行的指令来实现，并且这样的指令(和/或由实现方式产生的数据值)可以存储在计算机可读贮存介质上。计算机可读贮存介质可以采取计算机可读程序产品的形式，该计算机可读程序产品体现在一个或多个计算机可读介质中并且具有可由计算机执行的体现在其上的计算机可读程序代码。本文使用的计算机可读贮存介质被认为是非暂时性贮存介质，其被给定在其中存储信息的固有能力以及提供从其中检索信息的固有能力。计算机可读贮存介质可以是例如但不限于电，磁，光，电磁，红外或半导体系统，装置或设备，或者前述的任何合适的组合。要认识到，以下虽然提供本原理可以应用于的计算机可读贮存介质的更具体示例，但仅仅是本领域普通技术人员容易理解的例示性而非详尽的列表：便携式计算机盘；硬盘；只读存储器(ROM)；可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)；便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)；光学贮存设备；磁贮存设备；或者前述的任何合适的组合。
指令可以形成有形地体现在处理器可读介质上的应用程序。
指令可以是例如硬件，固件，软件或组合。指令可以在例如操作系统，单独的应用程序或两者的组合中找到。因此，处理器的特征在于，例如，被配置为执行处理的设备和包括具有用于实施处理的指令的处理器可读介质的设备(诸如，贮存设备)两者。此外，除了指令之外或代替指令，处理器可读介质可以存储由实现方式产生的数据值。
对于本领域技术人员明显的是，实现方式可以产生各种信号，这些信号被格式化以承载可以例如被存储或传输的信息。该信息可以包括例如用于执行方法的指令，或者由描述的实现方式之一产生的数据。例如，信号可以被格式化以承载用于写入或读取本原理的描述的示例的语法的规则作为数据，或者承载由本原理的描述的示例写入的实际语法值作为数据。这样的信号可以被格式化，例如，作为电磁波(例如，使用频谱的射频部分)或者作为基带信号。格式化可以包括，例如，编码数据流和用编码的数据流调制载波。信号承载的信息可以是例如模拟或数字信息。如已知的，信号可以通过各种不同的有线或无线链路传输。信号可以存储在处理器可读介质上。
已经描述多个实现方式。然而，将理解，可以进行各种修改。例如，可以组合，补充，修改或移除不同实现方式的元素以产生其他实现方式。另外，普通技术人员将理解，其他结构和处理可以替代公开的那些，并且作为结果的实现方式将以至少基本相同的(多个)方式执行至少基本相同的(多个)功能，以至少实现与公开的实现方式基本相同的(多个)结果。因此，本申请考虑这些和其他实现方式。

Claims (15)

1.一种包括从第一颜色色域向第二颜色色域对颜色进行色域映射的方法，所述色域映射包括，在恒定色调的平面中：
获得被称为第一尖点颜色的具有最大色度的第一色域边界上的颜色的目标明度；以及
从第一颜色色域向第二颜色色域对颜色进行明度映射，其中，从应用于该颜色的抛物线函数计算明度映射的颜色，抛物线函数将第一尖点颜色映射到具有目标明度的颜色。
2.如权利要求1所述的方法，还包括，在恒定色调的平面中，获得保留的色度；并且其中，从第一颜色色域向第二颜色色域对颜色进行明度映射还包括：
ο在颜色的色度低于或者等于保留的色度的情况下，明度映射的颜色是该颜色，以及
ο在颜色的色度高于保留的色度的情况下，从应用于该颜色的抛物线函数计算明度映射的颜色。
3.如权利要求2所述的方法，其中，保留的色度从第一尖点颜色的色度的百分数获得。
4.如权利要求1所述的方法，其中，目标明度与所述恒定色调的平面中的被称为第二尖点颜色的具有最大色度的第二色域的边界上的颜色的明度对应。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一尖点颜色从原色和二次色的组中选择。
6.如权利要求1所述的方法，其中，抛物线函数包括与颜色的明度呈线性的第一项和与颜色的色度呈二次性的第二项的总和。
7.如权利要求1所述的方法，其中，对于所述恒定色调的平面中具有坐标(Cin,Lin)的颜色，对于目标明度L’，并且对于具有坐标(Ccusp,Lcusp)的第一尖点颜色，映射的明度Lout由以下公式给出：
Figure FDA0002319981070000021
8.一种设备，包括一个或多个处理器，其中一个或多个处理器配置为在恒定色调的平面中执行从第一颜色色域向第二颜色色域的颜色的色域映射，所述一个或多个处理器还配置为：
获得被称为第一尖点颜色的具有最大色度的第一色域边界上的颜色的目标明度；和
从第一颜色色域向第二颜色色域执行颜色的明度映射，其中，从应用于该颜色的抛物线函数计算明度映射的颜色，抛物线函数将第一尖点颜色映射到具有目标明度的颜色。
9.如权利要求8所述的设备，其中所述一个或多个处理器还配置为获得保留的色度；并且其中，
ο在颜色的色度低于或者等于保留的色度的情况下，明度映射的颜色是该颜色，以及
ο在颜色的色度高于保留的色度的情况下，明度映射的颜色从应用于该颜色的抛物线函数计算。
10.如权利要求9所述的设备，其中，保留的色度从第一尖点颜色的色度的百分数获得。
11.如权利要求8所述的设备，其中，目标明度与被称为第二尖点颜色的具有最大色度的第二色域的边界上的颜色的明度对应。
12.如权利要求8所述的设备，其中，所述第一尖点颜色从原色和二次色的组中选择。
13.如权利要求8所述的设备，其中，抛物线函数包括与颜色的明度呈线性的第一项和与颜色的色度呈二次性的第二项的总和。
14.如权利要求8所述的设备，其中，对于所述恒定色调的平面中具有坐标(Cin,Lin)的颜色，对于目标明度L’，并且对于具有坐标(Ccusp,Lcusp)的第一尖点颜色，映射的明度Lout由以下公式给出：
Figure FDA0002319981070000031
15.一种非暂时性处理器可读介质，存储有用于使得处理器执行权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤的指令。
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