JP2020171022A - 高ダイナミックレンジおよび広色域シーケンスを符号化するシステム - Google Patents
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Abstract
Description
後述の例示的なシステムおよび方法では、HEVC(高効率映像符号化)、H.264/MPEG−4 AVC(高度映像符号化)、またはMPEG−2符号化器等の非HDR・非WCG符号化器によって量子化および符号化された後、再構成によって、受信機でHDRおよび/またはWCGデータの少なくとも一部が復元され得るように、符号化伝達関数の適応または他の形でのHDRおよび/またはWCG映像データの変換および/または再分配によって、HDRおよび/またはWCG映像を効果的に圧縮する。伝達関数は、画像群、画像、または入力映像の副画像ウィンドウのレベルの実際の映像コンテンツに基づいていてもよい。これらの映像プロセスは、潜在的なあらゆる値全体の代わりに、入力映像データ内に実際に存在する色および/または強度情報を表す非線形値の曲線またはトーンマップを生成することにより実現されるようになっていてもよい。このため、非線形値が均一に量子化される場合、均一量子化により導かれるノイズおよび/または歪みは、人間の視聴者に気付かれにくいように、最小限に抑えることができる。また、符号化用の入力映像データを作成するために実行される処理に関するメタデータ情報は、映像データの復号化に際して対応する逆動作を復号化器が実行できるように、復号化器に送信される。
この例において、各副画像レベル、画像レベル、または超画像レベルで符号化器200から復号化器220に送信可能なパラメータとしては、m1、m2、c1、c2、およびc3のうちの1つまたは複数が挙げられる。たとえば、非限定的かつ例示的な一実施態様において、パラメータの値は、以下のようにすることができる。
m1=0.159302
m2=78.84375
c1=0.835938
c2=18.85156
c3=18.68750
いくつかの実施形態または状況において、これらのパラメータのうちの1つまたは複数の値は、符号化器200および復号化器220の両者にとって既知となるように、予め決定することができる。このため、符号化器200は、すべてには満たないパラメータを復号化器220に送って、PQ曲線を調整することができる。非限定的な一例として、各符号化レベルで使用されるm2の値のみを符号化器200が復号化器220に送信するように、m2を除くすべてのパラメータを予め設定することができる。
上述の通り、伝達関数208は、画像シーケンス、画像、または画像の一部に望ましい処理に応じて、多くの形態を取り得る。伝達関数208の非限定的な種々の例と、それに関連する、復号化器に送って逆符号化伝達関数230を導出可能なパラメータとを以下に示す。これらの例において、ブロック208で用いられる符号化伝達関数は、ψ(I)=νと表され、色成分の輝度または強度値Iを入力として用いることにより、νと表される変換値を出力することができる。同様に、復号化器の逆符号化伝達関数230は、ψ−1(ν)=Iと表され、値νを取ることにより、値Iへと変換して戻すことができる。符号化器の均一量子化動作212は、知覚正規化ブロック210またはトーンマップ602、702、もしくは802のうちの1つによる修正として、符号化伝達関数208により生成された変換ν値に対して動作し得るため、Q(ν)と表すことができる。均一量子化動作212において用いられる量子化レベル間のステップサイズは、Δstepと表すことができる。
したがって、有効量子化ステップサイズQ(I)は、逆符号化伝達関数230の傾きおよび均一量子化動作212のステップサイズΔstepによって決まり得る。たとえば、逆符号化伝達関数230の傾きが小さくなる場合は、有効量子化ステップサイズQ(I)も小さくなり得る。均一量子化動作212のステップサイズΔstepが十分に大きくて、均一量子化により導かれる歪みおよび/またはノイズに人間の視聴者が気付いてしまうような場合は、逆符号化伝達関数230の傾きが小さくなるように、映像データのコンテンツに対して伝達関数208を適応させることにより、相対的に大きなステップサイズΔstepの効果を変調させることができる。このため、逆符号化伝達関数230の傾きを小さくすると、相対的に大きなステップサイズΔstepの効果の妨げとなり、有効量子化ステップサイズQ(I)が変調されて、全体的な歪みおよび/またはノイズに人間の視聴者が気付きにくくなる可能性がある。
符号化伝達関数208ひいては対応する逆符号化伝達関数230は、相対量子化ステップサイズΛ(I)が設定閾値レベルを下回ったままであるように、入力映像データのコンテンツに基づいて適応可能である。たとえば、この閾値レベルは、知覚的に透明かまたは知覚的に無損失の歪みとノイズとを伴う符号化となる逆符号化伝達関数230の最適な傾きを与える関数Λ0(I)によって規定可能である。このため、符号化伝達関数208ひいては対応する逆符号化伝達関数230は、Λ(I)≦Λ0(I)となるように適応可能である。
このため、ψ−1(ν)に関して上記微分方程式を解くことにより、所望のΛ0(I)に対する復号化器の逆符号化伝達関数230が得られる。同様に、任意所与の逆伝達関数230に関して、相対量子化ステップサイズΛ(I)を計算することができる。
この例および以下の他の例において、INは、副画像レベル、画像レベル、または超画像レベルでの入力映像データの一部の正規化輝度であってもよい。正規化輝度は、最大輝度で除算した輝度レベルとして、以下のように表される。
この例および以下の他の例において、Cは、副画像レベル、画像レベル、または超画像レベルでの入力映像データの一部における最大コントラストであってもよい。最大コントラストは、最小輝度で除算した最大輝度として、以下のように表される。
これらの例および以下の他の例において、νNは、伝達関数208により生成され、Dで表される均一量子化動作212のダイナミックレンジにより正規化された値として、以下のように表される。
上記定義から、ウェーバーの法則の第1の異形の相対量子化ステップサイズは、以下により与えられる。
第2の非限定的な一例として、符号化伝達関数208および逆符号化伝達関数230は、ウェーバーの法則の第2の異形に基づいて、以下のように表される。
これにより、ウェーバーの法則の第2の異形の相対量子化ステップサイズは、以下によって与えられる。
図12に示すように、ウェーバーの法則の異形に基づく上記2例の相対量子化ステップサイズは、対数−対数スケールでプロットすることができる。ウェーバーの法則の第1の異形に基づく相対量子化ステップサイズの傾きは、対数−対数スケール上で線形となり、INの値が小さい場合は負の傾きであるが、特定点よりも大きなINの値では平坦(対数−対数スケール上で傾き0の線形)となり得る。同様に、ウェーバーの法則の第2の異形に基づく相対量子化ステップサイズの傾きは、INの値が小さい場合は負であるが、INの値が大きくなると、滑らかに遷移して平坦な傾きに近づく。このように、2つの異形は類似し得るが、第2の異形は、傾きが異なるINの範囲間で、より滑らかに遷移する。
これにより、スティーブンスのべき法則の第1の異形の相対量子化ステップサイズは、以下によって与えられる。
第4の非限定的な一例として、符号化伝達関数208および逆符号化伝達関数230は、スティーブンスのべき法則の第3の異形に基づいて、以下のように表される。
これにより、スティーブンスのべき法則の第3の異形の相対量子化ステップサイズは、以下によって与えられる。
図13に示すように、スティーブンスのべき法則の異形に基づく上記2例の相対量子化ステップサイズは、対数−対数スケールでプロットすることができる。これらの例のいずれにおいても、相対量子化ステップサイズの傾きは、INの値が小さい場合に傾き−1を有するか、または傾き−1に近づき、INの値が大きい場合に傾き−γを有するか、または傾き−γに近づくが、これら2つの例は、傾きが異なるINの範囲間の遷移の滑らかさに応じて変化する。また、γが0になると、スティーブンスのべき法則の第1の異形がウェーバーの法則の第1の異形に収束する一方、スティーブンスのべき法則の第3の異形は、ウェーバーの法則の第2の異形に収束し得る。
第1に、図2Aに示すシステムを参照して、伝達関数ブロック208および任意選択としての知覚正規化ブロック210は、Main10HEVC等、別の方法ではHDRおよび/またはWCGデータと互換性のないビット深度の符号化器および復号化器を用いてHDRおよび/またはWCGデータを送信するのに役立つ画像データの知覚変換を実行する。ブロック208により実装される伝達関数には、適応的伝達関数パラメータを伴う知覚量子化関数、スティーブンスのべき法則、またはウェーバーの法則の伝達関数を含んでいてもよい。これらの伝達関数は、IPTまたはYCbCr空間で動作するとともに、その後、オフセットおよびスケーリング調整が行われる。また、伝達関数208は、局所的な強度およびテクスチャマスキングまたは位置ベースのLUT等の所定のルールを利用することにより、たとえば副画像レベルで局所的に適用されるようになっていてもよい。上記例において実装される伝達関数208または他の伝達関数の局所パラメータ適応のための副画像区分は、たとえばSEIまたはVUIを用いたメタデータの送信によって明示的に伝えられるようになっていてもよいし、復号化器で利用可能なサンプル値等の情報から暗示的に演算されるようになっていてもよい。
Claims (6)
- 高ダイナミックレンジ(HDR)映像データおよび広色域(WCG)映像データを含むデジタル映像データセットに対応しないフォーマットでビットストリームを復号化することにより、HDR映像データおよびWCG映像データのうちの少なくとも一方を含む出力デジタル映像データセットを再構成するデジタル映像復号化システムであって、
前記ビットストリームを復号化して、前記ビットストリームからデジタル映像データセットを復元する復号化器と、
中間色変換プロセスであって、
前記ビットストリームから抽出された前記デジタル映像データセットの入力色空間および前記デジタル映像データセットが変換される中間色空間を識別する中間色変換メタデータを前記ビットストリームから抽出し、
前記デジタル映像データセットの逆変換部を前記入力色空間から前記中間色空間に変換して、中間色変換デジタル映像データを生成する、ように構成された中間色変換プロセスと、
前記ビットストリームから圧縮メタデータを抽出するとともに、逆圧縮伝達関数を前記中間色変換デジタル映像データに適用して、出力色変換プロセスに適用される前記デジタル映像データセットを生成するように構成された逆圧縮伝達関数プロセスと、
1以上の基準フレームを用いて、前記ビットストリームを予測的に復号化することと、
前記出力色変換プロセスの逆変換で色変換映像データセットを生成する色変換プロセスを前記出力デジタル映像データセットに適用することと、
受信した前記映像データに適用される逆知覚伝達関数を識別する前記メタデータから、知覚伝達関数のプロセスを生成することと、
前記知覚伝達関数を前記色変換映像データセットに適用して、変換映像データセットを生成することと、
逆知覚正規化関数を識別する前記メタデータを用いて、知覚正規化関数を生成することと、
前記知覚正規化関数を前記変換映像データセットに適用して、知覚正規化映像データセットを生成することと、
前記知覚正規化映像データセットから、前記ビットストリームの予測的復号化に用いる別の基準フレームを生成することと、
を含む、デジタル映像復号化システム。 - 高ダイナミックレンジ(HDR)映像データおよび広色域(WCG)映像データを含むデジタル映像データセットに対応しないフォーマットでビットストリームを復号化することにより、HDR映像データおよびWCG映像データのうちの少なくとも一方を含む出力デジタル映像データセットを再構成するデジタル映像復号化システムであって、
前記ビットストリームを復号化して、前記ビットストリームからデジタル映像データセットを復元する復号化器と、
中間色変換プロセスであって、
前記ビットストリームから抽出された前記デジタル映像データセットの入力色空間および前記デジタル映像データセットが変換される中間色空間を識別する中間色変換メタデータを前記ビットストリームから抽出し、
前記デジタル映像データセットの逆変換部を前記入力色空間から前記中間色空間に変換して、中間色変換デジタル映像データを生成する、ように構成された中間色変換プロセスと、
前記ビットストリームから圧縮メタデータを抽出するとともに、逆圧縮伝達関数を前記中間色変換デジタル映像データに適用して、出力色変換プロセスに適用される前記デジタル映像データセットを生成するように構成された逆圧縮伝達関数プロセスと、
前記デジタル映像データセットの一部に対応する映像データを受信することと、
前記ビットストリームから、受信した前記映像データに適用される伝達関数を識別するメタデータを読み出すことと、
前記ビットストリームから、受信した前記映像データに適用される利得係数およびオフセットのうちの少なくとも一方を含む逆知覚正規化関数を識別するメタデータを読み出すことと、
識別された前記伝達関数に基づいて、逆知覚伝達関数を生成することと、
前記デジタル映像データセットの前記一部に対して、生成された前記逆知覚伝達関数および前記逆知覚正規化関数を適用することにより、前記デジタル映像データセットの逆変換部を生成することと、
前記デジタル映像データセットの前記逆変換部を処理して、HDR映像データおよびWCG映像データの少なくとも一方を含む前記出力デジタル映像データセットを再構成するように構成された出力色変換プロセスと、
を含む、デジタル映像復号化システム。 - 前記ビットストリームは、Main10高効率映像符号化(HEVC)ビットストリームであり、前記逆知覚伝達関数のプロセスは、前記ビットストリームにおいて、補助強化情報(SEI)から前記メタデータを抽出するように構成される、請求項1に記載のデジタル映像復号化システム。
- 前記逆知覚伝達関数のプロセスは、複数の映像フレーム、単一の映像フレーム、および単一の映像フレームの一部から成る群のうちの1つとして、前記デジタル映像データセットの一部を受信するように構成される、請求項1に記載のデジタル映像復号化システム。
- 前記ビットストリームは、Main10高効率映像符号化(HEVC)ビットストリームであり、前記逆知覚伝達関数のプロセスは、前記ビットストリームにおいて、補助強化情報(SEI)から前記メタデータを抽出するように構成される、請求項2に記載のデジタル映像復号化システム。
- 前記逆知覚伝達関数のプロセスは、複数の映像フレーム、単一の映像フレーム、および単一の映像フレームの一部から成る群のうちの1つとして、前記デジタル映像データセットの一部を受信するように構成される、請求項2に記載のデジタル映像復号化システム。
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