CN111434113A - 用于高动态范围重建的饱和控制 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于生成色调映射函数以减小第一图像的动态范围以产生第二图像的系统和方法。然后确定与第一图像和第二图像相关联的亮度信号和多个色度分量。然后使用自适应函数对第二图像执行色域颜色校正。通过比较第一图像和第二图像的亮度信号和至少一个色度分量来生成自适应函数。

Description

用于高动态范围重建的饱和控制

技术领域

本公开一般涉及在高动态范围(HDR)中使用的图片和视频分发，并且更一般地涉及用于HDR自适应的YUV饱和控制。

背景技术

本部分旨在向读者介绍可能与下文所述的和/或所要求保护的本发明各个方面相关的现有技术的各方面。相信这样的讨论有助于向读者提供背景信息以便帮助更好地理解。因此，应当理解，这些陈述应按这种方式解读，而不是作为对现有技术的承认。

标准动态范围图片(SDR图片)是彩色图片，其亮度值以通常以两个或f档(f-stop)的幂进行测量的有限的动态表示。SDR图片的动态范围约为10f档(fstop)，即线性域中最亮像素和最暗像素之间的比率1000，并在非线性域中使用有限数量的位进行编码(在HDTV(高清晰度电视系统)和UHDTV(超高清电视系统)中通常为8或10)，例如，使用ITU-R BT.709OEFT(光电传输函数)。这种有限的非线性表示无法正确呈现小信号变化，尤其是在暗和亮的亮度范围内。在高动态范围图片(HDR图片)中，信号动态高得多(达20f-stop，最亮像素和最暗像素之间的比率为一百万)，并且需要新的非线性表示以在整个范围内保持信号的高精度。在HDR图片中，原始数据通常以浮点格式(每个分量为32位或16位，即浮点或半浮点)、最流行的格式的openEXR半浮点格式(每个RGB分量16位，即每个像素48位)或长表示的整数(通常至少16位)表示。

相比之下，高动态范围图片(HDR图片)是彩色图片，其亮度值由高于SDR图片的动态的HDR动态表示。HDR动态尚未由标准定义，但可以预期动态范围高达数千尼特。例如，HDR颜色体积由RGB BT.2020颜色空间定义，并且在所述RGB颜色空间中表示的值属于从0到4000尼特的动态范围。HDR颜色体积的另一示例由RGB BT.2020颜色空间定义，并且在所述RGB颜色空间中表示的值属于从0到1000尼特的动态范围。

色调映射是在图像处理和计算机图形学中使用的技术，用于将一组颜色映射到另一组颜色以在动态范围更有限的介质中近似高动态范围图像的外观。色调映射解决了从场景辐射度到可显示范围的强对比度降低的问题，同时保留了对欣赏原始场景内容至关重要的图像细节和颜色外观。

一个具有挑战性的问题是，在分发HDR图片(或视频)而同时分发表示所述HDR图片(或视频)的颜色分级版本的关联SDR图片(或视频)的过程中，以真实颜色表示的方式执行色调映射。当前的现有技术在其提出的解决方案中受到限制。因此，在将由动态范围更有限的介质以正确再现颜色的方式进行处理的视频或HDR图像的分发中需要改进的技术。

发明内容

在一个实施例中，提供了用于生成色调映射函数以减小第一图像的动态范围以产生第二图像的方法。然后确定与第一图像和第二图像相关联的亮度信号和多个色度分量。然后使用自适应函数对第二图像执行色域颜色校正。通过比较所述第一图像和第二图像的所述亮度信号和至少一个色度分量来生成自适应函数。

在不同的实施例中，提供了具有处理装置的系统，该处理装置被配置为生成色调映射函数以减小第一图像的动态范围以产生第二图像。然后使用处理装置确定与第一图像和第二图像相关联的亮度信号和多个色度分量。然后使用处理装置使用自适应函数对第二图像进行色域颜色校正。通过比较所述第一图像和第二图像的所述亮度信号和至少一个色度分量来生成自适应函数。

通过本公开的技术可以实现附加的特征和优点。本文中详细描述了本发明的其他实施例和方面，并且将其视为所要求保护的发明内容的一部分。为了更好地理解本发明的优点和特征，请参考说明书和附图。

附图说明

通过以下参考附图并通过非限制的方式描述的实施例和执行示例，本公开将被更好地理解和说明，在附图中：

图1是根据本原理的实施例的用于从解码图像

重建表示原始图像I₁的图像I₃的示意图的图示；

图2是示出了根据本原理的实施例的支持内容产生和递送到支持HDR和SDR的CE显示器的端到端工作流的示意图；

图3是图2的图的替代实施例；

图4是如图2所示的端到端工作流的替代实施例；

图5是示出了感知传递函数的示例；

图6是示出了用于映射的分段曲线的示例；

图7是示出了用于将信号转换回线性光域的曲线的示例；

图8是示出了根据本原理的实施例的从解码图像数据和从比特流获得的参数重建图像的另一示例的流程图；

图9是示出了根据本原理的实施例的设备的架构的示意图；

图10是示出了根据本原理的实施例的示例性HDR系统的示意图；

图11是示出了根据实施例的HDR到SDR分解过程的示例性概要的示意图；

图12是示出了根据本原理的实施例的用于LUT生成的概要的示意图；

图13是示出了根据本原理的实施例的音调映射算法的框图；

图14是根据本原理的实施例的通过通信网络进行通信的远程设备的框图图示；

图15是根据本原理的另一实施例的方法的流程图描述。

在可能的情况下，在所有附图中相同的附图标记将用于表示相同或类似部件。

具体实施方式

将理解的是，本发明的附图和说明书已经被简化，以示出有助于对本发明进行更清楚的了解的相关元素，同时为了简明起见，省略了在典型的数字多媒体内容递送方法和系统中能找到的许多其它元件。然而，由于这些元素在本领域是公知的，本文中不提供对这些元素的详细讨论。本文的公开针对所有这些变化和修改。此外，下面描述各种发明特征，每个特征可以彼此独立使用或与其它特征组合使用。此外，本文对本公开的原理、方面、实施例及其特定示例做出引述的所有声明意在包括本发明的结构和功能上的等同物。此外，这种等同物旨在包括当前已知的等同物以及将来研发的等同物，即，执行相同功能的所研发的任何元素，而无论其结构。

通常，色度是颜色质量的客观指标，而与亮度无关，并且通常由两个独立的参数表示，即色调(h)和彩度。光源或显示器的白点是以色度为特征的中性参考，并且可以使用极坐标定义与该参考相关的所有其他色度。色调是角度分量，并且纯度是径向分量，由该色调的最大半径标准化。

彩色图片还包含特定图片/视频格式的若干样本(像素值)阵列，该特定图片/视频格式指定了与图片(或视频)的像素值有关的所有信息以及例如可由显示器和/或任何其他设备使用来可视化和/或解码图片(或视频)的所有信息。彩色图片包括至少一个呈第一样本阵列形状的分量、通常是亮度(或亮度)分量、以及至少一个呈至少一个其他样本阵列的形状的另一分量。或者，等效地，相同的信息也可以由一组颜色样本(颜色分量)阵列来表示，例如传统的三色RGB表示。像素值由C值的向量表示，其中c是分量数。向量的每个值都由多个位表示，这些位定义了像素值的最大动态范围。

图1是根据本原理的示例的用于从解码的图像

重建表示原始图像I₁的图像I₃的示意图的说明；

在步骤10中，获得一组参数SP以重建图像I₃。这些参数或者是从比特流B获得的参数P，或者是当至少一个参数P丢失、损坏或与添加了图形或叠加层的解码的图像

不对齐时恢复的参数Pr。在步骤11中，模块M1获得解码的图像

并且在步骤12中，模块M2通过使用参数SP组从解码的图像

中重建图像I₃。解码的图像数据

是从比特流(信号)B或任何其他比特流获得的，并且可能的是，所述比特流可以存储在本地存储器或任何其他存储介质上。在(步骤10的)子步骤101中，模块M3获得重建图像I₃所需的参数P。在(步骤10的)子步骤102中，模块M4检查参数P中的至少一个是否丢失、损坏或与添加了图形或叠加层的解码的图像

不对齐。当参数P均未丢失、损坏或与添加了图形或叠加层的解码的图像

不对齐时，参数组SP仅包括参数P。

当参数P中的至少一个丢失、损坏或与添加了图形或叠加层的解码的图像

不对齐时，在(步骤10的)子步骤103中，模块M5获得指示如何处理所述参数的信息数据ID，在(步骤10的)子步骤104中，模块M6根据所述信息数据ID选择恢复模式RMi，并且在(步骤10的)子步骤105中，模块M7通过应用选择的恢复模式RMi来恢复所述至少一个丢失、损坏或未对齐的参数。将至少一个恢复的参数Pr添加到参数组SP。在步骤12中，然后还考虑到所述至少一个恢复的参数Pr来重建图像I₃。该方法是有利的，因为当多个基于单层的分发解决方案共享用于携带公共参数集的相同语法元素集并且当所述基于单层的分发解决方案需要用于恢复丢失、损坏或未对齐的参数的不同的恢复模式(过程)时，它允许获得用于基于单层的分发解决方案的参数，从而对于每个所述基于单层的分发解决方案确保图像I₃的重建成功。当CE设备(通常是机顶盒或播放器)将图形插入解码的图像

的顶部时，该方法也是有利的，因为该方法选择特定的恢复模式以用适应于加上图形(或叠加层)的解码的图像I₂的参数替换未对齐的参数，并使用从添加了图形或叠加层的所述解码的图像

中恢复的参数重建图像I₃，从而避免了一些闪烁的伪影或不希望的影响重建的图像质量的效果。

图2示出了根据本原理的示例的支持内容产生和递送到支持HDR和SDR的CE显示器的端到端工作流。该工作流涉及具有关联元数据的基于单层的分发解决方案，并示出了根据图1所示的本原理的示例的用于从解码的图像数据

和获得的参数集SP中重建表示原始图像数据I₁的图像I₃的方法的示例。基本上，这种基于单层的分发解决方案包括预处理部分和后处理部分。在预处理部分，预处理阶段20将原始图像I₁分解为输出图像I₁₂和参数集SP，并且切换步骤24确定原始图像I₁或输出图像I₁₂是在比特流B中编码的(步骤23)。在步骤23中，可以使用任何传统视频编解码器对图像I₂进行编码，并且将比特流B携带在整个现有的传统分发网络中，附带的相关联元数据(参数集SP)在特定通道上传送或嵌入在比特流B中。在另一实施例中，附带元数据的比特流B被存储在例如机顶盒的蓝光光盘或存储器或寄存器的存储介质上。

应该注意的是，图像数据是指特定图像/视频格式的一个或若干样本(像素值)阵列，该特定图片/视频格式指定了与图像(或视频)的像素值有关的所有信息以及例如可由显示器和/或任何其他设备使用来可视化和/或解码图像(或视频)的所有信息。图像包括：呈第一样本阵列形状的第一分量，通常代表图像的亮度(或亮度(luma))；以及具有其他样本阵列形状的第二分量和第三分量，通常代表图像的颜色(或色度)。或者，等效地，相同的信息也可以由颜色样本阵列集来表示，例如传统的三色RGB表示。像素值由C值的向量表示，其中C是分量数。向量的每个值都由多个位表示，这些位定义了像素值的最大动态范围。

标准动态范围图像(SDR图像)是其亮度值用有限的位数(通常为8位)表示的图像。这种有限的表示无法正确呈现小信号变化，尤其是在暗和亮的亮度范围内。在高动态范围图像(HDR图像)中，信号表示被扩展以在信号的整个范围内保持信号的高精度。在HDR图像中，表示亮度水平的像素值通常以浮点格式(通常每个分量至少10位，即浮点或半浮点)、最流行的格式的openEXR半浮点格式(每个RGB分量16为，即每个像素48位)或长表示的整数(通常至少16位)表示。

高效视频编码(HEVC)标准(ITU的ITU-T H.265电信标准化部门(10/2014)，H系列：视听和多媒体系统、视听服务的基础设施-运动视频编码、高效视频编码、建议书ITU-TH.265)能够部署具有增强观看体验的新视频服务，例如超高清广播服务。除了增加空间分辨率外，与相比，超高清可以带来比当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)。已提出了用于HDR/WCG视频表示和编码的不同解决方案(SMPTE2014，“High Dynamic Range Electro-Optical Transfer Function of MasteringReference Displays”，或SMPTE ST 2084，2014，或Diaz，R.，Blinstein，S.和Qu，S.“Integrating HEVC Video Compression with a High Dynamic Range VideoPipeline”，SMPTE Motion Imaging Journal，第125卷，第1期，2016年2月，第14-21页)。

解码和渲染设备的SDR向后兼容性是一些视频分发系统(例如广播或多播系统)中的重要特征。这是因为一些应用可能需要基于单层编码/解码过程的解决方案，该解决方案可以是向后兼容的(例如，兼容SDR)，并可以利用现有的传统分发网络和服务。这种基于单层的分发解决方案既可以在支持HDR的消费电子(CE)设备上实现高质量的HDR渲染，又可以在支持SDR的CE设备上提供高质量的SDR渲染。这种基于单层的分发解决方案生成编码信号(例如，SDR信号)和相关联的元数据(每个视频帧或场景几个字节)，该元数据可用来从解码信号(例如，SDR信号)重建另一信号(例如，HDR信号)。存储参数值的元数据用于信号重建并且可以是静态或动态的。静态元数据是指视频(图像集)和/或程序保持不变的元数据。

静态元数据对整个视频内容(场景、电影、裁剪...)都有效，并且可以不取决于图像内容。静态元数据可以定义例如图像格式或颜色空间、色域。例如，SMPTE ST 2086：2014“Mastering Display Color Volume Metadata Supporting High Luminance and WideColor Gamut Images”是这种用于生产环境的静态元数据。母带显示器色量(MDCV)SEI(补充增强信息)消息是针对H.264/AVC(“Advanced video coding for generic audiovisualServices”，H系列：视听和多媒体系统，建议书ITU-T H.264，ITU电信标准化部门，2012年1月)和HEVC视频编解码器两者的ST 2086发行版本。动态元数据取决于内容，也就是说，元数据可以随图像/视频内容而变化，例如对于每个图像或每组图像。例如，SMPTE ST 2094：2016标准系列“Dynamic Metadata for Color Volume Transform”是用于生产环境的动态元数据。由于使用了颜色重映射信息(CRI)SEI消息，SMPTE ST 2094-30可以沿着HEVC编码的视频流进行分发。

在分发网络上存在其他基于单层的分发解决方案，针对这些分配解决方案，将显示自适应动态元数据与传统视频信号一起传递。这些基于单层的分发解决方案可以生成HDR 10位图像数据(例如，图像信号，其信号表示为HLG10或如记录ITU-R BT.2100-0“建议书ITU-R BT.2100-0，Image parameter values for high dynamic range televisionfor use in production and international program exchange”中指定的PQ10信号)和来自输入信号(通常为12或16位)的相关联元数据，使用例如HEVC Main 10配置文件编码方案对所述HDR 10位图像数据进行编码，并从经解码的视频信号和所述相关联的元数据重建视频信号。根据可能取决于目标显示器的特性的相关联元数据来调整经重建的信号的动态范围。

由于拼接、叠加层插入、专业设备修剪比特流、分支机构的流处理以及当前用于整个后期生成/专业工厂的元数据运送的标准化的缺乏，在实际的实际生产和分发设施中的动态元数据传输很难保证，并且可能丢失或损坏。如果没有不同的动态元数据串，则基于单层的分发解决方案将无法工作，其中一些动态元数据对于保证视频信号重建的成功至关重要。当动态元数据未与添加了图形或叠加层的图像对齐时，也可能发生类似的问题。例如，在将图形(叠加层、OSD等)插入(添加到)分发链之外的图像中时，会发生这种情况，因为一旦将图形插入(添加到)图像中，也将应用为所述图像计算的元数据。然后，将元数据视为未与添加了图形或叠加层的图像对齐，因为元数据可能不适应于包含图形或叠加层的所述图像的部分。这些问题的特征可能是：随着时间的推移显示解码的图像时，图像在图形的固定部分上闪烁；或者对用不适当的元数据(例如，由为暗内容生成的元数据处理的亮OSD)处理的包含图形或叠加层的图像部分的不希望的影响(饱和度、剪切等)。

再次参考图1，附带的相关联元数据由另一特定通道携带或存储在单独的存储介质上。最好用H.265/HEVC编解码器(ITU-T H.265ITU电信标准化部门(10/2014)，H系列：视听和多媒体系统、视听服务的基础设施-运动视频编码、高效视频编码，建议书ITU-TH.265)或H.264/AVC(“Advanced video coding for generic audiovisual Services”，H系列：视听和多媒体系统，建议书ITU-T H.264，ITU电信标准化部门，2012年1月)对视频进行编码。在信息数据ID确定在步骤23中对原始图像I₁(可能由分量(C1，U′，V′)或Y′CbCr 4∶2∶0PQ10或HLG10视频信号表示)进行编码的情况下，可以使用HEVC Main 10配置文件对所述原始图像I₁进行编码。在信息数据ID确定在步骤23中对输出图像I₁₂进行编码的情况下，对可以表示为Y′CbCr 4∶2∶0伽玛传递特性(标准动态范围)信号的输出图像I₁₂可以使用任何HEVC配置文件(包括Main 10或Main配置文件)进行编码。信息数据ID也可以作为关联的元数据被传送(步骤23)。在后处理部分，从比特流B获得解码的图像

(步骤11)，如图1中步骤10所示，获得参数集SP，并且后处理阶段12，其是预处理阶段20的函数逆，从解码的图像

和参数集SP重建图像I₃。这种基于单层的分发解决方案还可以包括可选的格式自适应步骤21、22、25、26。例如，在步骤21(可选)中，原始图像I₁的格式可以适应于预处理阶段输入的特定格式(C1，U′，V′)，并且在步骤22(可选)中，输出图像I₁₂的格式(c，u′，v′)也可以在编码之前适应于特定的输出格式。在步骤25中，解码的图像

的格式可以适应于后处理阶段12的输入的特定格式，并且在步骤26中，当解码的图像

和图像I₃或原始图像I₁以不同的颜色空间和/或色域表示时，图像I₃可以适应于目标装置(例如，机顶盒、连接的电视、支持HDR/SDR的CE设备、蓝光光盘播放器)的至少一个特征和/或可以使用逆色域映射。

上述步骤21、22、25和26的格式自适应还可包括颜色空间转换和/或色域映射。可以使用通常的格式自适应过程，例如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。注意，公知的YUV颜色空间也指现有技术中公知的YCbCr。建议书ETSI建议书ETSI TS 103433 V1.1.1(2016-8版)的附件E提供了格式自适应过程和逆色域映射的示例(附件D)。输入格式自适应步骤21还可包括通过对原始图像I₁施加传递函数，使原始图像I₁的比特深度适应于特定比特深度，例如10比特。例如，可以使用PQ或HLG传递函数(建议书ITU-R BT.2100-0)。

在一个实施例中，预处理阶段20包括步骤200-202。在步骤200中，通过映射原始图像I₁的第一分量C1获得输出图像I₁₂的第一分量c1：

c₁＝TM(C1)

其中，TM是映射函数。映射函数TM可以减小或增大原始图像I₁的亮度的动态范围，而其逆函数可以增大或减小图像的亮度的动态范围。

在一个实施例中，在步骤201中，根据第一分量c₁，通过校正原始图像I₁的第二和第三分量U′、V′，导出输出图像I₁₂的第二和第三分量u′、v′。色度分量的校正可以通过调整映射的参数来保持在控制之下。因此，颜色饱和和色调在控制之下。根据步骤201的实施例，第二和第三分量U’和V’除以缩放函数β₀(c₁)，该缩放函数的值取决于第一分量c₁。从数学上讲，第二和第三分量u’、v’由下式给出：

可选地，在步骤202中，可以调整第一分量c₁以进一步控制经感知的饱和，如下：

c＝c₁-max(0，a.u′+b.v′)

其中a和b是参数集SP中的两个参数。该步骤202允许控制输出图像I₁₂的亮度，以保证输出图像I₁₂的颜色与原始图像I₁的颜色之间的感知颜色匹配。参数集SP可以包括与映射函数TM或其逆ITM、缩放函数β₀(c₁)相关的参数。这些参数与动态元数据相关联，并在比特流(例如比特流B)中携带。参数a和b也可以在比特流中携带。

在一个实施例中，在后处理部分，在步骤10中，如图1所示获得参数集SP。根据步骤10的实施例，参数集SP由从特定信道或从可能存储在存储介质上的包括比特流B的比特流获得的静态/动态元数据携带。在步骤11中，模块M1通过对比特流B进行解码来获得解码的图像

并且解码的图像

然后可用于支持SDR或HDR的CE显示器。更详细地，后处理阶段12包括步骤120-122。在可选步骤120中，可以调整解码的图像

的第一分量c，如下：

c₁＝c+max(0，a.u′+b.V′)

其中a和b是参数集SP中的两个参数。在步骤121中，通过逆映射第一分量c₁获得图像I₃的第一分量C1：

C₁＝ITM(c₁)

在步骤122中，根据分量c₁，图像I₃的第二和第三分量U′、V′通过对解码的图像

的第二和第三分量u′、v′进行逆校正而导出。根据实施例，第二和第三分量u’和v’乘以缩放函数β₀(c₁)，其值取决于第一分量c₁。从数学上讲，两个第一和第二分量U’、V’由下式给出：

根据图2的方法的第一实施例，如图3所示，在预处理部分，原始图像I₁的第一分量C1是线性光亮度分量L，该线性光亮度分量L通过以下方式从原始图像I₁的RGB分量获得：

并且第二和第三分量U’、V’是通过对原始图像I₁的RGB分量应用平方根(接近BT.709OETF)进行伪伽马化(pseudo-gammatization)而导出的：

在步骤200中，通过映射所述线性光亮度分量L来获得输出图像I₁₂的第一分量y₁：

y₁＝TM(L)

在步骤201中，根据第一分量y₁通过校正第一分量U′和第二分量V′来导出输出图像I₁₂的第二分量u′和第三分量v′。在后处理部分，在步骤121中，通过对第一分量c₁进行逆映射来获得图像I₃的线性光亮度分量L：

L＝ITM(y₁)

在步骤122中，根据第一分量y₁通过对输出图像I₁₂的第二和第三分量u′、v′进行逆校正来导出图像I₃的第二和第三分量U′、V′。根据步骤122的实施例，第二和第三分量u’和v’乘以缩放函数β₀(y₁)，该缩放函数的值取决于第一分量y₁。从数学上讲，两个第一和第二分量U’、V’由下式给出：

根据图2的方法的第二实施例，如图4所示，在预处理部分，原始图像I₁的第一分量C1是分量Y′，其从原始图像I₁的伽玛压缩RGB分量通过以下方式获得：

并且通过对原始图像1₁的RGB分量应用伽马化(gammatization)来获得第二和第三分量U′、V′：

其中γ可以是伽玛因子，最好等于2.4。注意，作为非线性信号的分量Y’不同于线性光亮度分量L。

在步骤200中，通过映射所述分量Y’获得输出图像I₁₂的第一分量y′₁：

y′₁＝TM(Y′)

在步骤121中，通过逆映射第一分量y′₁来获得经重建的分量

其中，ITM是映射函数TM的逆函数。因此，经重建的分量

的值属于分量Y’的值的动态范围。

在步骤201中，根据第一分量y′₁和经重建的分量

通过校正第一分量U′和第二分量V′来导出输出图像I₁₂的第二分量u′和第三分量v′。该步骤(201)允许控制输出图像I₁₂的颜色，并保证该颜色与原始图像I₁的颜色匹配。色度分量的校正可以通过调整映射(逆映射)的参数来保持在控制之下。因此，颜色饱和和色调在控制之下。通常，当使用非参数感知传递函数时，这种控制是不可能的。根据步骤201的实施例，第二和第三分量U’和V’除以缩放函数β₀(y′₁)，该缩放函数的值取决于经重建的分量

与分量y′₁的比率：

其中Ω是取决于原始图像I₁的原始颜色的常数值(例如，对于BT.2020等于1.3)。在后处理部分，在步骤121，通过对第一分量y′₁进行逆映射来获得图像I₃的分量

在步骤122中，根据第一分量y′₁和分量

通过对解码的图像

的第二和第三分量u′、v′进行逆校正而得到图像I₃的第二和第三分量U′、V′。根据步骤122的实施例，第二和第三分量u’和v’乘以缩放函数β₀(y′₁)。从数学上讲，两个第一和第二分量U’、V’由下式给出：

映射函数TM基于感知传递函数，其目标是将原始图像I₁的分量转换为输出图像I₁₂的分量，因此减小(或增大)图像亮度值的动态范围。因此，输出图像I₁₂的分量的值属于比原始图像I₁的分量的值低(或更大)的动态范围。感知传递函数使用有限的控制参数集。

图5是可以用于映射亮度分量的感知传递函数的图示，但是用于映射亮度分量的类似的感知传递函数可以被使用。该映射由母带显示器峰值亮度参数(在图5中等于5000cd/m²)控制。为了更好地控制黑白水平，在与内容相关的黑白水平之间应用信号展宽。然后，使用由三个部分组成的分段曲线映射经转换的信号，如图6所示。下部和上部是线性的，陡度分别由shadowGain和highlightGain参数确定。中间部分是在两个线性部分之间提供了平滑的桥梁的抛物线。交叉部(cross-over)的宽度由midTone WidthAdjFactor参数确定。例如，可以将控制映射的所有参数作为元数据来传送，例如通过使用在JCTVC-W0133中定义的SEI消息来携带SMPTE ST 2094-20元数据。

图7提供了感知传递函数TM(图5)的逆函数的示例，以示出如何基于目标传统显示最大亮度(例如100cd/m²)将感知优化的视频信号转换回线性光域。在步骤10(图1)中，获得参数集SP以从解码的图像

重建图像I₃。这些参数可以根据从比特流(例如比特流B)获得的元数据获得。建议书ETSI TS 103433 V1.1.1条款6，2016-08，提供了所述元数据的语法示例。描述了建议书ETSI TS 103433 v1.1.1的语法，用于从SDR视频重建HDR视频，但是该语法可以从任何解码的图像

扩展到经重建的任何图像I₃。后处理(步骤12)对从动态元数据导出的逆映射函数ITM和缩放函数β₀(.)进行操作，因为它们取决于第一分量c₁。

根据基于建议书ETSI TS 103433 V1.1.1的一个实施例，可以根据所谓的基于参数的模式或基于表的模式来传送动态元数据。对于分发工作流，基于参数的模式可能是令人感兴趣的，分发工作流的主要目标是提供直接SDR向后兼容服务，并具有用于携带动态元数据的非常低的额外有效载荷或带宽使用量。对于配备有低端终端的工作流，或者需要更高水平的自适应来正确表示HDR和SDR流两者时，基于表的模式可能是令人感兴趣的。在基于参数的模式下，要传送的动态元数据是代表逆函数ITM的亮度映射参数，即

tmInputSignalBlackLevelOffset；

tmInputSignalWhiteLevelOffset；

shadowGain；

highlightGain；

midToneWidthAdjFactor；

tmOutputFineTuning参数；

此外，要传送的其他动态元数据是用于定义函数β₀(.)(建议书ETSI TS 103433V1.1.1条款6.3.5和6.3.6)的颜色校正参数(saturationGainNumVal，saturationGainX(i)和saturationGainY(i))。如上所述，可以在saturationGain函数参数中分别携带/隐藏parametersa和b。可以使用HEVC颜色体积重建信息(CVRI)用户数据注册的SEI消息来传送这些动态元数据，该SEI消息的语法基于SMPTE ST 2094-20规范(建议书ETSI TS 103433V1.1.1附件A.3)。典型的动态元数据有效载荷约为每场景25个字节。在步骤101中，将CVRISEI消息解析为SEI消息，以获得映射参数和颜色校正参数。在步骤12中，从所获得的映射参数(有关更多详细信息参见建议书ETSI TS 103433 V1.1.1条款7.2.3.1)来重建(导出)逆映射函数ITM(所谓的lutMapY)。在步骤12中，还从所获得的颜色校正参数(有关更多详细信息参见建议书ETSI TS 103433 V1.1.1条款7.2.3.2)来重建(导出)缩放函数β₀(.)(所谓的lutCC)。

在基于表的模式下，要传送的动态数据是代表逆映射函数ITM的分段线性曲线的枢轴点。例如，动态元数据是luminanceMappingNum Val(指示枢轴点的数量)、luminanceMappingX(指示枢轴点的x值)和luminanceMappingY(指示枢轴点的y值)(有关更多详细信息参见建议书ETSI TS 103433 V1.1.1条款6.2.7和6.3.7)。此外，要传送的其他动态元数据可以是代表缩放函数β₀(.)的分段线性曲线的枢轴点。例如，动态元数据是colorCorrectionNum Val(指示枢轴点的数量)、colorCorrectionX(指示枢轴点的x值)以及colorCorrectionY(指示枢轴点的y值)(有关更多详细信息参见建议书ETSI TS103433V1.1.1条款6.2.8和6.3.8)。可以使用HEVC颜色重映射信息(CRI)SEI消息来传送这些动态元数据，该SEI消息的语法基于SMPTE ST 2094-30规范(建议书ETSI TS 103433V1.1.1附件A.4)。典型的有效载荷约为每场景160字节。在步骤102中，解析CRI(颜色重映射信息)SEI消息(如在2016年12月发布的HEVC/H.265版本中所指定的)以获得代表逆映射函数ITM的分段线性曲线的枢轴点和代表缩放函数β₀(.)的分段线性曲线的枢轴点以及色度到亮度注入参数a和b。

在步骤12中，逆映射函数ITM从与代表逆映射函数ITM的分段线性曲线相关的枢轴点导出(有关更多详细信息参见建议书ETSI TS 103433 V1.1.1条款7.2.3.3)。在步骤12中，缩放函数β₀(.)也从与代表缩放函数β₀(.)的分段线性曲线相关的所述枢轴点导出(有关更多详细信息参见建议书ETSI TS 103433 V1.1.1条款7.2.3.4)。注意，也可以通过SEI消息来传送由后处理阶段使用的静态元数据。例如，基于参数的模式或基于表的模式的选择可以由信息(TSI)用户数据注册的SEI消息(有效载荷模式)(如建议书ETSI TS 103 433V1.1.1(条款A.2.2)所定义)携带。静态元数据(例如颜色原色或最大显示母带显示器亮度)由AVC、HEVC中定义的母带显示器色量(MDCV)SEI消息传送。

根据步骤103的实施例，信息数据ID由语法元素在比特流中显式地发出信号，并且因此通过解析比特流来获得。例如，所述语法元素是SEI消息的一部分。根据实施例，所述信息数据ID识别什么是应用于原始图像I₁以处理参数集SP的处理。根据本实施例，然后可以使用信息数据ID来推断如何使用参数以重建图像I₃(步骤12)。例如，当等于1时，信息数据ID指示已经通过将预处理阶段(步骤20)应用于原始HDR图像I₁而获得参数SP，并且指示解码的图像

是SDR图像。当等于2时，信息数据ID指示已通过将预处理阶段(步骤20)应用于HDR10位图像(步骤20的输入)获得参数，指示解码的图像

为HDR10图像，并且映射函数TM是PQ传递函数。当等于3时，信息数据ID指示已通过将预处理阶段(步骤20)应用于HDR10图像(步骤20的输入)获得参数，指示解码的图像

是HLG10图像，并且映射函数TM是原始图像I₁的HLG传递函数。

根据步骤103的实施例，信息数据ID被隐式地发出信号。例如，HEVC(附件E)或AVC(附件E)的VUI中存在的语法元素transfer-characteristics通常识别要使用的传递函数(映射函数TM)。由于不同的单层分发解决方案使用不同的传递函数(PQ、HLG等)，因此语法元素transfer-characteristics可用于隐式地识别要使用的恢复模式。

信息数据ID也可以通过在较高传输层或系统层定义的服务来发出信号。根据另一示例，可以通过解析由比特流携带的MDCV SEI消息来获得图像I₃的峰值亮度值和颜色空间，并且可以从峰值亮度值和颜色空间(颜色原色)的特定组合推导信息数据ID。

根据步骤102的实施例，当参数P不存在于比特流中(未从中检索出)时，将其视为丢失。例如，当如上所述由诸如CVRI或CRI SEI消息之类的SEI消息携带参数P时，当在比特流中不发送SEI消息或当SEI消息的解析失败时，参数P被认为丢失(不存在)。根据步骤103的实施例，当满足以下条件中的至少一个时，将参数P视为损坏：

-其值超出确定的值范围(例如，当符合范围为0到6时，saturation_gain_num_val等于10)；

-根据其他参数值，所述参数不具有相干值(例如，saturation_gain_y[i]包含离群值，即与其他saturation_gain_y[i]值相距较远的值；通常，saturation_gain[0]直到saturation_gain[4]等于0到16范围内的值，而saturation_gain[1]＝255)。

根据方法的实施例，恢复模式RM_i将用恢复的参数Pr替换所有参数P，即使仅一些参数P不会损坏、丢失或与解码的图像

(添加了图形或叠加层)不对齐。根据方法的实施例，另一恢复模式RM_i将每个丢失、损坏或未对齐的参数P替换为恢复的参数P_r。根据方法的实施例，恢复模式RM_i将丢失、损坏或未对齐的参数P替换为先前存储的预定参数值集的值。例如，预定参数值集可以为由CRI和/或CVRI SEI消息携带的至少一个元数据收集预定值。可以例如针对由信息数据ID识别的每个基于单层的分发解决方案来确定特定的预定参数值集。

表1(以下)提供了针对3种不同的基于单层的分发解决方案的特定预定值集的非限制性示例的说明。

表1

根据表1，根据信息数据ID定义了三个不同的预定值集。这些预定值集定义了后处理阶段使用的一些参数的恢复的值。被设置为固定值的其他参数对于不同的单层解决方案是公共的。

根据步骤104的实施例，根据原始视频(图像I₁)的至少一个特征，通常是原始内容的峰值亮度，或用于对输入图像数据或要重建的图像数据进行分级的母带显示器的至少一个特征，或另一视频的至少一个特征，通常是重建的图像I₃的峰值亮度，或目标显示器的至少一个特征，选择恢复模式RMi。

根据实施例，恢复模式RMi将检查是否存在原始视频(I₁)或用于对输入图像数据或要重建的图像数据进行分级的母带显示器的特征(例如ST 2086中定义的特征)，并将根据所述特征计算至少一个恢复的参数。如果不存在所述输入视频的特征并且不存在母带显示器的特征，则检查是否存在重建的图像I₃或目标显示器的特征(例如，CTA-861.3中定义的峰值亮度)，并根据所述特征计算至少一个恢复的参数。如果重建的图像I₃的所述特征不存在并且目标显示的所述特征不存在，则至少一个恢复的参数是固定值(例如，由视频标准化委员会或行业论坛确定，例如1000cd/m²)。

根据非限制性示例，表2提供了后处理阶段使用的一些参数的恢复的值的示例，其取决于输入/输出内容和母带/目标显示器上可用信息的存在。

表2

可以根据通过解析MDCV SEI/ST 2086消息(如果存在)获得的输入/输出视频颜色空间、BT.709或BT.2020(输入或输出视频的特征)来设置参数matrix_coefficient_value[i]。恢复模式取决于所述颜色空间。可以根据通过解析MDCV SEI/ST 2086消息(如果存在)获得的值来计算参数shadow_gain_control。例如，从所述MDCV SEI/ST 2086消息获得代表母带显示器峰值亮度的信息，并通过下式来计算参数shadow_gain_control(恢复模式1)：

shadow_gain_control＝Clip(0；255；Floor(rs(hdrDisplayMaxLuminance)x127，5+0，5))

其中根据

和

在服务水平信息或特定工作流中hdrDisplayMaxLuminance的值很可以是已知的。当该特征可用时，也可以将该值设置为目标(演示)显示器的峰值亮度。否则(恢复模式2)，可以将该值任意设置为默认值，通常为1000cd/m²。该默认值对应于当前大多数HDR市场中当前观察到的参考最大显示母带亮度。

图6示出了根据本原理的示例的用于从解码的图像数据

和从比特流B获得的参数集SP重建图像I₃的方法的使用的另一示例。该示例旨在至少部分地在实现叠加层插入和混合机制(例如机顶盒或超高清蓝光播放器)以及发出信号/发送事件(通常是overlay_present_flag设置为1)到决定模块的任何(中间)设备中被实现，该事件是必须将叠加层添加到解码的图像

当不必将叠加层(图形)添加到解码的图像

时，获得参数集SP(步骤10)，获得解码的图像

(步骤11)，并且重建图像I₃(步骤12)如图1所示。

当必须将叠加层添加到解码的图像

时，获得解码的图像

(步骤11)，并在步骤60中通过将图形(叠加层)添加到解码的图像

获得合成图像I’₂。然后获得信息数据ID(步骤103)，选择恢复模式(步骤104)，并应用选择的恢复模式RMi(步骤105)以获得恢复的参数P_r。然后从恢复的参数Pr和解码的图像

中重建图像I₃(步骤12)。

根据实施例，通过训练大量不同方面(明亮、黑暗、带有徽标和其他替代实施例)的图像来获得参数Pr。可选地(图8中未示出)，步骤12可以在诸如电视机的远程设备中实现。在那种情况下，加上参数P的解码的图像

或加上参数P的合成图像I’₂被发送到所述电视机。在图1至图6中，模块是功能单元，其可以或可以不与可区分的物理单元相关。例如，这些模块或其中的一些模块可以集成在唯一的组件或电路中，或有助于软件功能。相反，一些模块可以潜在地由分离的物理实体组成。使用纯硬件，例如使用专用硬件(例如ASIC或FPGA或VLSI(分别是“专用集成电路”、“现场可编程门阵列”、“超大规模集成”))、或者来自设备中嵌入的若干集成电子组件、或者来自硬件和软件组件的混合，来实现与本原理兼容的装置。

图9展示出设备70的示范性架构，其中设备700可以被配置为实现关于图1至图8所描述的方法。

设备70包括通过数据和地址总线71连接在一起的以下元件：

微处理器72(或CPU)，例如，DSP(或数字信号处理器)；

ROM(或只读存储器)73；

RAM(或随机存取存储器)74；

I/O接口705，用于从应用接收要发送的数据；以及

电池76

根据示例，电池76在设备的外部。在所提及的每个存储器中，说明书中所使用的词语“寄存器”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的接收或解码的数据)。ROM 73至少包括程序和参数。ROM 73可以存储算法和指令以执行根据本原理的技术。当接通时，CPU 72将程序上传到RAM中并执行相应指令。

RAM 64在寄存器中包括由CPU 72执行并在设备70接通之后上传的程序、寄存器中的输入数据、寄存器中的方法的不同状态的中间数据、以及用于执行寄存器中的方法的其它变量。

可以以例如方法或过程、装置、软件程序、数据流或信号来实现本文中所描述的实施方式。即使仅在单一形式的实施方式的上下文中进行讨论(例如，仅作为方法或设备进行讨论)，所讨论的特征的实施方式还可以以其他形式(例如，程序)来实现。装置可以以例如适当的硬件、软件和固件来实现。所述方法可以被实现于诸如处理器的装置中，所述处理器一般地是指处理设备，包括例如计算机、微处理器、集成电路或可编程逻辑器件。处理器还包括通信设备(例如，计算机、蜂窝电话、便携/个人数字助理(“PDA”))，以及促进终端用户之间的信息通信的其他设备。

根据示例，从源获得输入视频或输入视频的原始图像。例如，源属于包括以下内容的集合：

本地存储器(73或74)，例如视频存储器或RAM(或随机存取存储器)、闪存、ROM(或只读存储器)、硬盘；

存储接口(75)，例如与大容量存储器、RAM、闪存、ROM、光盘或磁性支架的接口；

通信接口(75)，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(例如IEEE 802.11接口或

接口)；以及

图像捕获电路(例如，诸如CCD(或电荷耦合器件)或CMOS(或互补金属氧化物半导体)之类的传感器)。

根据示例，携带元数据的比特流被发送到目的地。作为示例，这些比特流的一个或两个存储在本地或远程存储器中，例如视频存储器(74)或RAM(74)、硬盘(73)。在变体中，至少一个比特流被发送到存储接口(75)，例如具有大容量存储装置、闪存、ROM、光盘或磁性支架的接口，和/或通过通信接口(75)被发送，例如用于点对点链接、通信总线、点对多点链接或广播网络的接口。

根据其他示例，从源获得承载元数据的比特流。示例性地，从本地存储器(例如，视频存储器(74)、RAM(74)、ROM(73)、闪存(73)或硬盘(73))读取比特流。在变体中，从存储接口(75)(例如，具有大容量存储装置、RAM、ROM、闪存、光盘或磁性支架的接口)接收比特流，和/或从通信接口(75)(例如点对点链接、总线、点对多点链接或广播网络的接口)接收比特流。

根据示例，被配置为实现如上所述方法的设备70属于包括以下内容的集合：

移动设备；

通信设备；

游戏设备；

平板(或平板电脑)；

笔记本电脑；

静止图像相机；

摄像机；

编码/解码芯片；

电视机；

机顶盒；

显示器；

静止图像服务器；以及

视频服务器(例如广播服务器、视频点播服务器或web服务器)。

本文描述的各种过程和特征的实施方式可以体现在各种不同的设备或应用中。这种设备的示例包括编码器、解码器、处理解码器输出的后处理器、将输入提供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、Web服务器、机顶盒、膝上型计算机、个人计算机、手机、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。应当清楚，设备可以是移动的，甚至可以安装在移动车辆中。

此外，可以通过由处理器执行的指令来实现所述方法，并且可以将这样的指令(和/或由实施方式产生的数据值)存储在计算机可读存储介质上。计算机可读存储介质可以采用计算机可读程序产品的形式，所述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，并且其中体现有可由计算机执行的计算机可读程序代码。如本文使用的计算机可读存储介质被认为是非暂时性存储介质，提供有用于在其中存储信息的固有能力以及用于从中获取信息的固有能力。计算机可读存储介质可以是例如但不限于：电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备或前述系统、装置或设备的任意合适组合。应当认识到，以下内容尽管提供了可以应用本发明原理的更特定的计算机可读存储介质的示例，但如本领域普通技术人员更容易认识到的，仅是说明性而非穷尽地列出：便携式计算机磁盘；硬盘；只读存储器(ROM)；可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)；便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)；光存储设备；磁存储设备；或前述的任意合适组合。

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。此外，如图14中所提供，根据本原理的实施例，这可以在本地或通过在通信网络上进行通信的远程设备来完成。

图10提供了根据一个实施例的HDR系统架构的示意性框图。中的框图描述了HDR分解和重建过程。中心块(虚线框)对应于分发编码和解码阶段(例如，基于HEVC或AVC视频编码规范)。极左和极右的两个灰色框分别式能够使格自适应于HDR系统的输入视频信号以及与HDR系统连接的目标系统(例如STB、已连接的电视等)。黑色实线框示出了HDR特定的处理。本发明涉及HDR信号重建过程和HDR元数据两者。HDR分解阶段的核心组件是HDR到SDR分解，该HDR到SDR分解从HDR信号生成SDR视频。可选地，当输入HDR和输出SDR信号用不同的色域或颜色空间表示时，可以使用色域映射块。解码器端实现相反的过程，特别是从解码器提供的SDR视频返回到HDR的SDR到HDR重建步骤。

HDR到SDR的分解过程旨在将输入的线性光4∶4∶4HDR转换为SDR兼容版本(也是4∶4∶4格式)。该过程还使用辅助信息，例如母带显示器峰值亮度、原色和HDR和SDR图片的容器的色域。HDR到SDR分解过程使用可确保高质量重建的HDR信号的可逆过程，从输入的HDR信号生成SDR向后兼容版本。

中总结了该过程。首先，从输入的HDR图片及其特征中导出映射变量。然后，使用亮度映射变量将亮度信号映射到SDR亮度信号。然后，应用颜色映射以导出SDR信号的色度分量。该步骤导致色域偏移，其通过色域校正的最后步骤来校正。在所示步骤中描述了应用于输入HDR图片的每个像素的过程的后续步骤。一旦导出了映射参数(的步骤1)，将获得亮度映射函数，记为LUT_TM。后续步骤可总结如下。首先，亮度信号是从HDR线性光RGB信号和亮度映射函数导出(的步骤2)。

然后从线性RGB信号中获得的线性亮度L的推导，然后从以下获得：

Y_tmp＝LUT_TM(L) (等式2)

其中A＝[A₁ A₂ A₃]^T是常规的3x3 R′G′B′至Y′CbCr转换矩阵(例如BT.2020或BT.709，取决于颜色空间)，A₁，A₂，A₃是1×3矩阵。

然后，使用亮度映射函数，将线性光亮度L映射到类似SDR的亮度Y_tmp：

Y_tmp＝LUT_TM(L) (等式3)

在下一步骤中，色度分量的构建如下(图8的步骤3)，应用使用平方根(接近BT.709OETF)的伪伽马化

然后，U值和V值导出如下：

在最后步骤中，应用颜色校正(步骤4)

-U值和V值校正如下：

其中A₂、A₃由从R′G′B′到Y′CbCr转换矩阵的系数的第二行和第三行组成，而β₀是预处理颜色校正LUT，并且CLAMP函数是由CLAMPUV(x)＝min(max(x，-512)，511)定义的用于10位YUV输出的钳制函数。

亮度分量校正如下：

Y_pre1＝Y_ptre-ν×max(0，a.U_pre1+b.V_pre1) (等式7)

其中a和b是两个预定义参数，且其导致输出的SDR信号Y_pre1U_pre1V_pre1。

JHDR色调映射曲线中使用的亮度映射变量在SMPTE ST 2094-20中定义。

在一个实施例中，HDR重建过程是HDR到SDR分解过程的逆过程。它对由三个分量SDR_y、SDR_cb、SDR_cr组成的SDR图片的每个像素应用以下步骤。首先，值U_post1和值V_post1导出如下：

值Y_post1导出如下：

Y_post1＝SDR_y[x][y]+ν×max(0，a×U_post1+b×V_post1) (等式9)

可能会进行裁剪，以避免超出传统信号范围。

U_post1和V_post1修改如下：

其中β_p是后处理颜色校正LUT，其直接取决于预处理颜色校正LUTβ₀。

首先，将值T导出为：

T＝k0×U_post1×V_post1+k1×U_post1×U_post1+k2×V_post1×V_post1 (等式11)

其中，k0，k1，k2是取决于SDR色域的预定义值。然后将值S0初始化为0，并以下适用：

如果(T≤1)，则S0设置为Sqrt(1-T)

否则，U_post1和V_post1修改如下：

在下一步骤中，值R1、G1、B1导出如下：

其中M_{Y′cbCr-to-R′G′B′}是从Y′CbCr到R′G′B′的常规转换矩阵。

值R2，G2，B2是从R1，G1，B1导出如下：

输出的样本HDR_R，HDR_G，HDR_B是从R2，G2，B2导出如下：

可以应用裁剪来限制输出HDR信号的范围。

err初始化为0。

对RGB立方体进行扫描，并对每个RGB样本进行修改，使其亮度达到1cd/m²。然后以下适用

构建HDR到SDR分解过程中描述的输出样本YUVSDR，其中β_0＝β_test。然后，计算RGBsdr和RGBhdr之间的Lab颜色空间中的误差，errorab。该步骤由参数(饱和偏斜)控制，该参数能够控制导出的SDR信号的颜色饱和。err更新如下：

err＝err+error_ab (等式16)

最终值β₀[Y]对应于β_test，给出所有测试的β_test值中最低的累积err值。

LUTβ₀和β_P通过以下等式链接

其中K是恒定值。

可以看出，对于LUT

的编码，这些LUT的推导并不简单。特别是，不可能在解码器上应用此推导过程来构建LUT

而是应用以下过程。

使用预定义的默认集LUT

k＝1至N。例如，为每个三元组(容器色域、内容色域、峰值亮度)定义一个LUT。在预处理端，构建了调节函数f_adj，以将尽可能多的LUT

映射为实际的LUT

就是这样

对于所有Y值，

都尽可能接近

为了限制编码成本，使用分段线性模型的枢轴点对函数f_adj进行建模。

仅对这些PWL枢轴点进行编码。然后，后处理可以解码这些点，构建函数f_adj并通过应用等式18从默认的LUT

(通过编码的内容特征参数得以识别)和f_adj重建

LUT。

从等式5和等式8可以看出，如果U_pre1和/或V_pre1被钳制，则不可能实现好的重建所必需的等式Y_pre1＝Y_post1。

如前所述，β₀计算通过最小化RGB样本的误差标准来找到最佳的颜色校正。为了确保在等式5中不发生钳制，我们需要获取帧的所有RGB样本：

要解决此问题，可以通过强制

足够高来实现避免UV饱和，但这会导致所有SDR图像的饱和损失，这对于大多数内容而言都是无效的，因此不令人满意。但是，对于一些特定内容，有必要降低SDR饱和以允许正确的HDR重建。

用于独立推导

的过程独立于可以按以下方式执行的内容。它适用于容器色域，并考虑了内容色域。该过程的概要在此总结。

可以如下总结过程：对于每个亮度值Y，应用以下步骤。使用LUT_TM的逆函数生成亮度：L＝invLUT_TM[Y]。然后，对于亮度L(因此对于亮度Y)，最好的β₀[Y]识别如下。给定预定义范围内的值β_test的评估如下。与β_test相关联的累积误差err的计算如下。

为了防止UV饱和，函数f_adj通过以下方式适应于每帧：

图15中提供了结果的图形描述。在此示例中，可以使用具有以下特征的算法：

-以与前面所述相同的方式，使用初始色调映射曲线构建Beta0颜色校正

-迭代当前子采样的帧像素并计算RGB

1、检测最终的UV饱和。我们注意到UV是U_pre1或V_pre1

2、

如果(UV＞511)

f_{adj_corrected}[Y]＝511.f/UV；

如果(UV<-512)

f_{adj_corrected}[Y]＝512.f/UV；

可能饱和的值(等式5，在没有钳制的情况下)

3、用防止UV饱和的f_{adj_corrected}函数重新计算新的Beta0

4、使用新的颜色校正处理框架。

该算法需要暂时的稳定，例如，可以通过以下方式完成：

f_{adj_corrected}(t)＝0.25*f_{adj_corrected}+0.75*f_{adj_corrected}(t-1)

根据图14中所示的实施例，在通信网络NET上的两个远程设备A和B之间的传输上下文中，设备A包括被配置为实现如参考图2-7所述的用于对图片进行编码的方法的装置，并且设备B包括被配置为实现如参考图8-12所述的用于解码的方法的装置。

根据本公开的实施例，该网络是广播网络，适应于将静止图片或视频图片从设备A广播到包括设备B的解码设备。

此外，此相同过程可以应用于具有恒定亮度模式(已经讨论过)的HDR编解码器和具有非恒定亮度模式的HDR编解码器。后者从线性RGB信号计算HDR亮度Y′而不是线性亮度L，同时保持与SLHDR1后处理的兼容性。在一个实施例中，该亮度Y’分量是取决于输入色域的彩色视频的经伽玛压缩的R′G′B′分量的加权和。通过这种方式，可以校正HDR色度(U′_HDR，V′_HDR)分量，以产生SDR色度分量。

本文描述的各种过程和特征的实施方式可以体现在各种不同的设备或应用中。这种设备的示例包括编码器、解码器、处理解码器输出的后处理器、将输入提供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、Web服务器、机顶盒、膝上型计算机、个人计算机、手机、PDA以及用于处理图片或视频的任何其他设备或其他通信设备。应当清楚，设备可以是移动的，甚至可以安装在移动车辆中。

此外，可以通过由处理器执行的指令来实现所述方法，并且可以将这样的指令(和/或由实施方式产生的数据值)存储在计算机可读存储介质上。计算机可读存储介质可以采用计算机可读程序产品的形式，所述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，并且其中体现有可由计算机执行的计算机可读程序代码。如本文使用的计算机可读存储介质被认为是非暂时性存储介质，提供有用于在其中存储信息的固有能力以及用于从中获取信息的固有能力。计算机可读存储介质可以是例如但不限于：电、磁、光、电磁、红外或半导体系统、装置或设备或前述系统、装置或设备的任意合适组合。应当认识到，以下内容尽管提供了可以应用本发明原理的更特定的计算机可读存储介质的示例，但如本领域普通技术人员更容易认识到的，仅是说明性而非穷尽地列出：便携式计算机磁盘；硬盘；只读存储器(ROM)；可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)；便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)；光存储设备；磁存储设备；或前述的任意合适组合。

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。

指令可以是在例如硬件、固件、软件或硬件、固件和软件的组合。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，处理器的特征可以在于，例如，被配置为执行过程的设备和包括具有用于执行过程的指令的处理器可读介质(例如存储设备)的设备。此外，处理器可读介质可以存储，除了或代替指令，由实施方式产生的数据值。

图15提供了可以在不同动态范围的图像之间提供匹配的颜色的方法的流程图说明。在图15的示例中，可以将例如具有HDR的视频或图像流中的图像或一系列图像提供给具有有限范围的输出设备(例如SDR)。在步骤1510中，生成色调映射函数以减小第一图像的动态范围以产生第二图像。在步骤1520中，例如通过处理装置确定与第一图像和第二图像相关联的亮度信号和多个色度分量。在步骤1530中，使用自适应函数对第二图像执行色域颜色校正。在一个实施例中，通过将所述亮度信号与所述第一图像和第二图像的至少一个色度分量进行比较来生成自适应函数。

以此方式，如在图1619的流程图描述中所提供的，以及如结合图8至图14所具体讨论的，可以将压缩的HDR视频的分发分发给动态范围更受限的设备。为此，已经提出了具有颜色校正函数β’的编解码器，该编解码器用于控制导出的SDR图片的颜色。因此，例如，以此方式，通过使用自适应函数来实现颜色校正。以此方式，通过使用自适应函数，通过避免较低的范围频率(即SDR)饱和，必要的颜色校正将允许正确的HDR图像或视频重建。

如对本领域技术人员将是显而易见的，实施方式可以产生各种信号，这些信号被格式化以携带例如可以被存储或发送的信息。该信息可以包括例如用于执行方法的指令或由所述实施方式之一产生的数据。例如，信号可以被格式化以将用于写入或读取所述实施例的语法的规则作为数据携带，或者将由所述实施例所写入的实际语法值作为数据携带。这样的信号可以被格式化为例如电磁波(例如，使用频谱的射频部分)或基带信号。格式化可以包括例如对数据流进行编码并且利用编码的数据流来调制载波。信号携带的信息可以是例如模拟或数字信息。众所周知，信号可以通过各种不同的有线或无线链路发送。信号可以存储在处理器可读介质上。

已经描述了多个实施方式。然而，应当理解，可以进行各种修改。例如，可以组合、增补、修改或去除不同实施方式的元素，以便产生其他实施方式。附加地，本领域普通技术人员将理解的是，其他结构或过程可以替代那些公开的结构或过程，并且所得到的实施方式将用至少基本相同的方式来执行至少基本相同的功能，以实现与所公开的实施方式基本相同的结果。因此，本申请考虑了这些和其他实施方式。

Claims (15)

1.一种方法，包括：

生成色调映射函数(1510)以减小第一图像的动态范围以产生第二图像；

分析所述色调映射函数以确定至少亮度分量(1520)和多个色度分量；

基于所述分析，使用自适应函数对所述第二图像执行色域颜色校正(1530)；其中，所述自适应函数是通过基于所述色调映射函数来比较所述第一图像和第二图像的亮度分量和至少一个色度分量而生成的。

2.一种系统，包括：

处理装置(72)，用于生成色调映射函数(1510)以减小第一图像的动态范围以产生第二图像；以及

所述处理装置(72)分析所述色调映射函数以确定相关联的至少亮度分量和多个色度(1520)分量；以及

所述处理装置使用自适应函数基于对所述第二图像的分析来执行色域颜色校正(1530)；其中，所述自适应函数是通过基于所述色调映射函数来比较所述第一图像和第二图像的亮度分量和至少一个色度分量而生成的。

3.根据权利要求1所述的方法或根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一图像具有高动态范围，以及所述第二图像具有标准动态范围，并且通过修改所述自适应函数来提供微调和亮度确定，从而在饱和区域中不同地执行色域颜色校正，以防止由于最大亮度水平和最小亮度水平而裁剪所述第二图像中的任何像素。

4.根据权利要求1或3所述的方法或根据权利要求2至3所述的系统，其中，所述第一图像和第二图像包括红色、绿色和蓝色的像素计数中的至少一部分。

5.根据权利要求4所述的方法或根据权利要求4所述的系统，其中，所述处理器装置被配置为：在将所述第二图像显示在所述输出设备上之前，应用用于对所述第一图像和第二图像进行颜色校正的滤波器。

6.根据权利要求1或3至5所述的方法或者根据权利要求2至5所述的系统，其中，所述多个色度分量至少包括U或V的值以及与亮度信号相关联的亮度分量Y。

7.根据权利要求1或3至6所述的方法或根据权利要求2至6所述的系统，其中，所述自适应函数使用乘法系数。

8.根据权利要求1或3至8所述的方法或根据权利要求2至8所述的系统，其中，基于至少一个色度分量来导出乘法系数。

9.根据权利要求1或3至5所述的方法或者根据权利要求2至5所述的系统，其中，所述乘法系数的值在查找表(LUT)中提供。

10.根据权利要求1或3至9所述的方法或根据权利要求2至9所述的系统，其中，由所述处理装置计算最佳亮度因子β₀[Y]以用于自适应函数。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

获得与所述第一图像有关的输入色域；

获得与将被显示在所述输出设备上的所述第二图像有关的输出色域；

通过计算所述输入色域和所述输出色域之间的最小感知色差，修改所述输出色域以匹配所述输入色域。

12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述处理装置被配置为：

获得与所述第一图像有关的输入色域；

获得与将被显示在所述输出设备上的所述第二图像有关的输出色域；

通过计算所述输入色域和所述输出色域之间的最小感知色差，修改所述输出色域以匹配所述输入色域。

13.根据权利要求11所述的方法或根据权利要求11所述的系统，其中，将所述颜色校正误差定义为β_p并用于所述输入色域，所述颜色校正误差直接取决于用于所述输出色域的预处理颜色校正(LUT)β₀，并且其中，对于每个亮度值Y，使用LUT_TM：L＝invLUT_TM[Y]的逆函数来生成亮度。

14.根据权利要求12所述的方法或根据权利要求12所述的方法，其中，通过修改U因子和V因子来校正所述第二输出图像中的饱和区域以实现新的β₀[Y]，并重复所述校正和修改步骤，直到没有检测到饱和区域。

15.一种携带程序代码的指令的非暂时性存储介质，所述指令用于在程序在计算设备上执行时执行根据权利要求1至14中的一项所述的方法的步骤。

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