JP2021064917A - Video signal conversion device and program - Google Patents

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Abstract

To enable a signal level of human skin not to be lowered, a white level not to be changed, white blown highlights to be suppressed, and the tone of a dark area to be corrected according to a production intention when a tone conversion is performed between an HDR image and an SDR image.SOLUTION: An RGB/tristimulus value and chromaticity conversion unit 10 of a video signal conversion device 1 obtains an HDR luminance signal YHDR and chromaticity coordinates x, y from an HDR linear RGB signal EHDR. A compression processing unit 11 compresses the dynamic range of the HDR luminance signal YHDR to obtain an SDR luminance signal YSDR by using a tone mapping function defined by a gamma value γdark for dark area correction for correcting the tone of the dark area in addition to parameters that take into account a skin level of a person and other factors. A tristimulus value and chromaticity/RGB conversion unit 12 obtains an SDR linear RGB signal ESDR from the SDR luminance signal YSDR and chromaticity coordinates x, y.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、HDR(High Dynamic Range:ハイダイナミックレンジ)映像とSDR(Standard Dynamic Range:スタンダードダイナミックレンジ)映像との間の階調変換を行う映像信号変換装置及びプログラムに関する。 The present invention relates to a video signal conversion device and a program that perform gradation conversion between an HDR (High Dynamic Range) video and an SDR (Standard Dynamic Range) video.

日本において新4K8K衛星放送が開始されて以来、放送事業者は、ダイナミックレンジの異なるHLG(Hybrid Log Gamma:ハイブリッドログガンマ)映像とSDR映像を同時に制作する効率的な一体化制作の検討を進めている。HLG映像は、複数のHDR方式のうちの一方式による映像である。 Since the start of the new 4K8K satellite broadcasting in Japan, broadcasters have been studying efficient integrated production to simultaneously produce HLG (Hybrid Log Gamma) video and SDR video with different dynamic ranges. There is. The HLG image is an image obtained by one of a plurality of HDR methods.

HDR映像は、ITU−Rレポートで規定されたHDR基準白レベルを考慮して制作されている(例えば、非特許文献1を参照)。HDR映像とSDR映像の一体化制作におけるHDR映像からSDR映像への変換法としては、HDR映像の基準白レベルがSDR映像でも白になるようなゲイン処理を行うことを前提として、HDR対応のカメラで取得したシーン光のリニア信号からSDR映像を生成する変換法(例えば、特許文献1を参照)がある。また、HDR映像のみを制作し、制作系統の最終段でディスプレイ光のリニア信号からSDR映像を生成する変換法もある。 The HDR video is produced in consideration of the HDR standard white level specified in the ITU-R report (see, for example, Non-Patent Document 1). As a conversion method from HDR video to SDR video in the integrated production of HDR video and SDR video, it is assumed that the standard white level of HDR video is white even in SDR video, and an HDR compatible camera is used. There is a conversion method (see, for example, Patent Document 1) that generates an SDR image from the linear signal of the scene light acquired in. There is also a conversion method in which only the HDR video is produced and the SDR video is generated from the linear signal of the display light at the final stage of the production system.

カメラシステムで変換を行う前者の変換法では、最終的に得られるHDR映像及びSDR映像の色再現性が異なってしまう。これは、HDR及びSDRにおける映像信号(RGB信号)をディスプレイ光に変換する際のEOTF(Electro Optical Transfer Function:電気−光伝達関数)に違いがあるからである。 In the former conversion method in which conversion is performed by the camera system, the color reproducibility of the HDR image and the SDR image finally obtained will be different. This is because there is a difference in EOTF (Electro Optical Transfer Function) when converting a video signal (RGB signal) in HDR and SDR into display light.

一方で、最終段で変換を行う後者の変換法は、HDR映像の基準白レベルのみを考慮して変換が行われると、従来のSDR映像に比べ、人物の肌の明るさが暗くなり、HDR映像の基準白レベルを超えるハイライト領域の信号が白飛びとして再現されるという問題があった。 On the other hand, in the latter conversion method in which the conversion is performed in the final stage, if the conversion is performed in consideration of only the reference white level of the HDR image, the brightness of the human skin becomes darker than that of the conventional SDR image, and the HDR There is a problem that the signal in the highlight region exceeding the standard white level of the image is reproduced as overexposure.

これらの2つの変換法を比較すると、後者の変換法が効率的であるため、後者の変換法における前述の課題を解決する必要があった。 Comparing these two conversion methods, since the latter conversion method is efficient, it is necessary to solve the above-mentioned problems in the latter conversion method.

前述の課題を解決するため、HDR映像及びSDR映像の肌レベルの対応関係からゲイン値を決定し、HDR映像信号の基準白レベルを考慮しつつ、ハイライト領域の信号がなるべく白飛びとして再現されないようにする変換法が提案され、ITU−Rレポートとして策定された(例えば、非特許文献2及び非特許文献3を参照)。この変換法は、本件特許出願の同一の出願人によりなされた、本件特許出願時に未公開の特願2018−191560号公報及び特願2019−045293号公報にも記載されている。 In order to solve the above-mentioned problem, the gain value is determined from the correspondence between the skin levels of the HDR video and the SDR video, and the signal in the highlight region is not reproduced as overexposure as much as possible while considering the reference white level of the HDR video signal. A conversion method was proposed and formulated as an ITU-R report (see, for example, Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3). This conversion method is also described in Japanese Patent Application Nos. 2018-191560 and Japanese Patent Application No. 2019-045293, which were made by the same applicant of the present patent application and were not published at the time of the present patent application.

ここで、HDR映像をSDR映像に変換する際の圧縮処理に用いるトーンマッピング関数は、写真フィルムの特性に似たS字曲線で構成される例が多い(例えば、特許文献2を参照)。これは、SDR映像のようなダイナミックレンジが限られている映像において、暗部の階調を落とすことで中間調との輝度差を大きくし、ディテール感またはコントラスト感を増すためである。 Here, the tone mapping function used for the compression process when converting the HDR image into the SDR image is often composed of an S-shaped curve similar to the characteristics of the photographic film (see, for example, Patent Document 2). This is because, in an image having a limited dynamic range such as an SDR image, the difference in brightness from the halftone is increased by reducing the gradation of the dark part, and the sense of detail or the sense of contrast is increased.

特開2016−197854号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-197854 特開2018−050293号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-05093

Report ITU-R BT.2408-0,“Operational practices in HDR television production”Report ITU-R BT.2408-0, “Operational practices in HDR television production” Report ITU-R BT.2446-0,“Methods for conversion of high dynamic range content to standard dynamic range content and vice-versa”Report ITU-R BT.2446-0, “Methods for conversion of high dynamic range content to standard dynamic range content and vice-versa” K. Nomura,Y. Ikeda,Y. Kusakabe,Y. Nishida,“Method for HDR to SDR Conversion Considering HDR Reference White”,IDW’18,VHF1-4L,p.945-948,(2018)K. Nomura, Y. Ikeda, Y. Kusakabe, Y. Nishida, “Method for HDR to SDR Conversion Considering HDR Reference White”, IDW’18, VHF1-4L, p.945-948, (2018)

HDR映像をSDR映像に変換する映像信号変換装置において、前述の非特許文献2及び非特許文献3の変換法は、人物の肌の信号レベルが低くならず、白レベルが変化せず、ハイライトの白飛びが抑制されるようにするものである。 In the video signal converter for converting HDR video to SDR video, the conversion methods of Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3 described above do not lower the signal level of the human skin, do not change the white level, and highlight. It is intended to suppress overexposure.

しかしながら、この変換法では、暗部の階調を調整することができない。このため、例えば暗部と中間部との間の輝度差を大きくすることができず、暗部においてディテール感またはコントラスト感を強調することができないという問題があった。 However, with this conversion method, the gradation of the dark part cannot be adjusted. Therefore, for example, there is a problem that the brightness difference between the dark part and the intermediate part cannot be increased, and the detail feeling or the contrast feeling cannot be emphasized in the dark part.

暗部の階調を調整するために、前述の特許文献2の変換法を用いることが想定されるが、非特許文献2及び非特許文献3の変換法に、特許文献2の変換法をそのまま適用することは困難である。 It is assumed that the conversion method of Patent Document 2 described above is used to adjust the gradation of the dark portion, but the conversion method of Patent Document 2 is applied as it is to the conversion methods of Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3. It is difficult to do.

なぜならば、特許文献2の変換法は、入力輝度ヒストグラムを出力輝度ヒストグラムに変換するために、S字曲線で構成された関数を使用してハイライトの白飛びを考慮しているが、人物の肌の信号レベル及び白レベルを考慮していない。一方で、非特許文献2及び非特許文献3の変換法は、人物の肌の信号レベル、白レベル及びハイライトの白飛びを考慮しており、変換の目的が基本的に異なるからである。 This is because the conversion method of Patent Document 2 considers overexposure of highlights by using a function composed of S-shaped curves in order to convert an input luminance histogram into an output luminance histogram. It does not consider the signal level and white level of the skin. On the other hand, the conversion methods of Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3 take into consideration the signal level, white level, and whiteout of highlights of a person's skin, and the purpose of conversion is basically different.

そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、人物の肌の信号レベルが低くならず、白レベルが変化せず、ハイライトの白飛びが抑制されると共に、さらに暗部の階調を制作意図に応じて補正可能な映像信号変換装置及びプログラムを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is that the signal level of a person's skin does not decrease, the white level does not change, and overexposure of highlights is suppressed. Further, it is an object of the present invention to provide a video signal conversion device and a program capable of correcting the gradation of a dark portion according to a production intention.

前記課題を解決するために、請求項1の映像信号変換装置は、HDR(High Dynamic Range:ハイダイナミックレンジ)映像をSDR(Standard Dynamic Range:スタンダードダイナミックレンジ)映像に変換する映像信号変換装置において、前記HDR映像のリニアRGB信号を三刺激値に変換し、当該三刺激値を色度座標に変換し、当該三刺激値のうちの輝度信号をHDR輝度信号として出力すると共に、前記色度座標を出力するRGB/三刺激値及び色度変換部と、所定のトーンマッピング関数を用いて、前記RGB/三刺激値及び色度変換部により出力された前記HDR輝度信号のダイナミックレンジを圧縮し、前記SDR映像の輝度信号をSDR輝度信号として求める圧縮処理部と、前記圧縮処理部により求めた前記SDR輝度信号、及び前記RGB/三刺激値及び色度変換部により出力された前記色度座標を、三刺激値に変換し、当該三刺激値を前記SDR映像のリニアRGB信号に変換する三刺激値及び色度/RGB変換部と、を備え、前記圧縮処理部が、前記HDR輝度信号の値の増加に対して前記SDR輝度信号の値が増加する特性を有する前記トーンマッピング関数であって、前記HDR映像の肌レベルに対応する前記SDR映像の肌レベルの特性、前記HDR映像の基準白レベルに対応する前記SDR映像の白レベルの特性、及び前記SDR映像のリニアRGB信号に対応するSDRビデオ信号の値が、前記HDR映像のリニアRGB信号に対応するHDRビデオ信号の上限値に対する前記SDRビデオ信号の上限値まで増加する特性を有し、さらに、前記SDR輝度信号の所定領域の暗部の階調を調整可能な暗部補正用ガンマ値に応じて前記暗部の特性が異なる前記トーンマッピング関数を用いて、前記HDR輝度信号のダイナミックレンジを圧縮して前記SDR輝度信号を求める、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the video signal conversion device according to claim 1 is a video signal conversion device that converts HDR (High Dynamic Range) video into SDR (Standard Dynamic Range) video. The linear RGB signal of the HDR image is converted into a tristimulus value, the tristimulus value is converted into a chromaticity coordinate, the brightness signal of the three stimulus values is output as an HDR brightness signal, and the chromaticity coordinate is output. Using the output RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit and a predetermined tone mapping function, the dynamic range of the HDR brightness signal output by the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit is compressed, and the dynamic range is compressed. A compression processing unit that obtains the brightness signal of the SDR image as an SDR brightness signal, the SDR brightness signal obtained by the compression processing unit, and the chromaticity coordinates output by the RGB / tristimulus value and the chromaticity conversion unit. It is provided with a tristimulus value and a chromaticity / RGB conversion unit that convert the tristimulus value into a linear RGB signal of the SDR image, and the compression processing unit is the value of the HDR brightness signal. The tone mapping function having the characteristic that the value of the SDR brightness signal increases with respect to the increase, and the characteristic of the skin level of the SDR image corresponding to the skin level of the HDR image, and the reference white level of the HDR image. The white level characteristic of the SDR image and the value of the SDR video signal corresponding to the linear RGB signal of the SDR image are the SDR video signal with respect to the upper limit value of the HDR video signal corresponding to the linear RGB signal of the HDR image. Using the tone mapping function, which has a characteristic of increasing up to the upper limit value of, and further, the characteristic of the dark portion differs depending on the gamma value for dark portion correction in which the gradation of the dark portion in a predetermined region of the SDR brightness signal can be adjusted. The dynamic range of the HDR brightness signal is compressed to obtain the SDR brightness signal.

また、請求項2の映像信号変換装置は、請求項1に記載の映像信号変換装置において、前記圧縮処理部が、前記トーンマッピング関数として、前記HDR輝度信号における所定の変曲点よりも小さい領域では、前記暗部補正用ガンマ値を冪指数とする冪関数を用い、前記HDR輝度信号における前記所定の変曲点以上の領域では対数関数を用いて、前記HDR輝度信号のダイナミックレンジを圧縮して前記SDR輝度信号として求める、ことを特徴とする。 Further, in the video signal conversion device according to the second aspect, in the video signal conversion device according to the first aspect, the compression processing unit is a region smaller than a predetermined turning point in the HDR luminance signal as the tone mapping function. Then, the dynamic range of the HDR luminance signal is compressed by using a 冪 function having the gamma value for dark portion correction as a 冪 exponent and using a logarithmic function in the region above the predetermined variation point in the HDR luminance signal. It is characterized in that it is obtained as the SDR luminance signal.

さらに、請求項3の映像信号変換装置は、SDR(Standard Dynamic Range:スタンダードダイナミックレンジ)映像をHDR(High Dynamic Range:ハイダイナミックレンジ)映像に変換する映像信号変換装置において、前記SDR映像のリニアRGB信号を三刺激値に変換し、当該三刺激値を色度座標に変換し、当該三刺激値のうちの輝度信号をSDR輝度信号として出力すると共に、前記色度座標を出力するRGB/三刺激値及び色度変換部と、所定のトーンマッピング関数を用いて、前記RGB/三刺激値及び色度変換部により出力された前記SDR輝度信号のダイナミックレンジを拡張し、前記HDR映像の輝度信号をHDR輝度信号として求める拡張処理部と、前記拡張処理部により求めた前記HDR輝度信号、及び前記RGB/三刺激値及び色度変換部により出力された前記色度座標を、三刺激値に変換し、当該三刺激値を前記HDR映像のリニアRGB信号に変換する三刺激値及び色度/RGB変換部と、を備え、前記拡張処理部が、前記SDR輝度信号の値の増加に対して前記HDR輝度信号の値が増加する特性を有する前記トーンマッピング関数であって、前記HDR映像の肌レベルに対応する前記SDR映像の肌レベルの特性、前記HDR映像の基準白レベルに対応する前記SDR映像の白レベルの特性、及び前記SDR映像のリニアRGB信号に対応するSDRビデオ信号の値が、前記HDR映像のリニアRGB信号に対応するHDRビデオ信号の上限値に対する前記SDRビデオ信号の上限値まで増加する特性を有し、さらに、前記SDR輝度信号の所定領域の暗部の階調を調整可能な暗部補正用ガンマ値に応じて前記暗部の特性が異なる前記トーンマッピング関数を用いて、前記SDR輝度信号のダイナミックレンジを拡張して前記HDR輝度信号を求める、ことを特徴とする。 Further, the video signal conversion device according to claim 3 is a video signal conversion device that converts an SDR (Standard Dynamic Range) video into an HDR (High Dynamic Range) video, and is a linear RGB of the SDR video. An RGB / tristimulus that converts a signal into a tristimulus value, converts the tristimulus value into a chromaticity coordinate, outputs a brightness signal of the three stimulus values as an SDR brightness signal, and outputs the chromaticity coordinate. Using the value and chromaticity conversion unit and a predetermined tone mapping function, the dynamic range of the SDR brightness signal output by the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit is expanded, and the brightness signal of the HDR image is obtained. The expansion processing unit obtained as an HDR brightness signal, the HDR brightness signal obtained by the expansion processing unit, and the RGB / tristimulus value and the chromaticity coordinates output by the chromaticity conversion unit are converted into tristimulus values. The HDR is provided with a tristimulus value and a chromaticity / RGB conversion unit that convert the tristimulus value into a linear RGB signal of the HDR image, and the expansion processing unit responds to an increase in the value of the SDR brightness signal. The tone mapping function having the characteristic of increasing the value of the brightness signal, the characteristic of the skin level of the SDR image corresponding to the skin level of the HDR image, and the characteristic of the skin level of the SDR image corresponding to the reference white level of the HDR image. The white level characteristic and the value of the SDR video signal corresponding to the linear RGB signal of the SDR video increase to the upper limit of the SDR video signal with respect to the upper limit of the HDR video signal corresponding to the linear RGB signal of the HDR video. Using the tone mapping function, which has characteristics and further, the characteristics of the dark portion differ depending on the gamma value for dark portion correction which can adjust the gradation of the dark portion in a predetermined region of the SDR brightness signal, the SDR brightness signal The HDR brightness signal is obtained by expanding the dynamic range.

また、請求項4の映像信号変換装置は、請求項3に記載の映像信号変換装置において、前記圧縮処理部が、前記トーンマッピング関数として、前記SDR輝度信号における所定の変曲点よりも小さい領域では、前記暗部補正用ガンマ値の逆数を冪指数とする冪関数を用い、前記SDR輝度信号における前記所定の変曲点以上の領域では指数関数を用いて、前記SDR輝度信号のダイナミックレンジを拡張して前記HDR輝度信号として求める、ことを特徴とする。 Further, in the video signal conversion device according to claim 4, in the video signal conversion device according to claim 3, the compression processing unit is a region smaller than a predetermined turning point in the SDR luminance signal as the tone mapping function. Then, the dynamic range of the SDR luminance signal is expanded by using the 冪 function having the inverse of the gamma value for dark portion correction as the 冪 exponent and using the exponential function in the region above the predetermined variation point in the SDR luminance signal. Then, it is obtained as the HDR luminance signal.

さらに、請求項5のプログラムは、コンピュータを、請求項1または2に記載の映像信号変換装置として機能させることを特徴とする。 Further, the program of claim 5 is characterized in that the computer functions as the video signal conversion device according to claim 1 or 2.

さらに、請求項6のプログラムは、コンピュータを、請求項3または4に記載の映像信号変換装置として機能させることを特徴とする。 Further, the program of claim 6 is characterized in that the computer functions as the video signal conversion device according to claim 3 or 4.

以上のように、本発明によれば、人物の肌の信号レベルが低くならず、白レベルが変化せず、ハイライトの白飛びが抑制されると共に、さらに暗部の階調を制作意図に応じて補正することが可能となる。 As described above, according to the present invention, the signal level of a person's skin does not decrease, the white level does not change, overexposure of highlights is suppressed, and the gradation of dark areas is further adjusted according to the production intention. Can be corrected.

本発明の実施形態による映像信号変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the video signal conversion apparatus by embodiment of this invention. 映像信号変換装置の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing of a video signal conversion apparatus. RGB/三刺激値及び色度変換部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the RGB / tristimulus value and the chromaticity conversion part. 三刺激値及び色度/RGB変換部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a tristimulus value and a chromaticity / RGB conversion part. HLGビデオ信号の肌レベルとSDRビデオ信号の肌レベルとの間の対応関係を説明する図である。It is a figure explaining the correspondence relationship between the skin level of an HLG video signal and the skin level of an SDR video signal. 圧縮処理部にて用いるトーンマッピング関数のパラメータを説明する図である。It is a figure explaining the parameter of the tone mapping function used in the compression processing part. 圧縮処理部にて用いるトーンマッピング関数を説明する図である。It is a figure explaining the tone mapping function used in the compression processing part. HDR輝度信号YHDRをSDR輝度信号YSDRに圧縮する際のディスプレイ輝度の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the display luminance when the HDR luminance signal Y HDR is compressed into the SDR luminance signal Y SDR. 図8における暗部の特性を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the characteristic of the dark part in FIG. HDR基準白レベルYHDR,Refの対応点を変化させた場合において、HDR輝度信号YHDRをSDR輝度信号YSDRに圧縮する際のディスプレイ輝度の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the display luminance at the time of compressing the HDR luminance signal Y HDR into SDR luminance signal Y SDR when the corresponding point of HDR reference white level Y HDR, Ref is changed. 本発明の実施形態による逆変換を行う映像信号変換装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the video signal conversion apparatus which performs the reverse conversion by embodiment of this invention. 映像信号変換装置の逆変換の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the reverse conversion of a video signal conversion apparatus.

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明は、HDR輝度信号YHDRをSDR輝度信号YSDRに圧縮する際に、人物の肌レベル、基準白レベル及びハイライトの色再現を考慮するパラメータに加え、暗部の階調を補正するためのパラメータ(暗部補正用ガンマ値γdark)で定義したトーンマッピング関数を用いることを特徴とする。SDR輝度信号YSDRをHDR輝度信号YHDRに拡張する場合も同様である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is for correcting the gradation of dark areas in addition to the parameters that consider the skin level of a person, the reference white level, and the color reproduction of highlights when compressing the HDR luminance signal Y HDR into the SDR luminance signal Y SDR. It is characterized by using the tone mapping function defined by the parameter (gamma value for dark area correction γ dark). The same applies to the case where the SDR luminance signal Y SDR is extended to the HDR luminance signal Y HDR.

これにより、HDR輝度信号YHDRをSDR輝度信号YSDRに圧縮する際に、暗部から中間調にかけての階調補正が可能となり、一般的に用いられるS字曲線の特性を有する関数を用いてダイナミックレンジを圧縮することができる。また、SDR輝度信号YSDRをHDR輝度信号YHDRに拡張する際に、暗部から中間調にかけての階調補正が可能となり、S字曲線の逆の特性を有する関数を用いてダイナミックレンジを拡張することができる。尚、S字曲線の逆の特性については後述する。 As a result, when compressing the HDR luminance signal Y HDR into the SDR luminance signal Y SDR, it is possible to correct the gradation from the dark part to the halftone, and it is dynamic using a function having the characteristics of a commonly used S-shaped curve. The range can be compressed. Further, when the SDR luminance signal Y SDR is extended to the HDR luminance signal Y HDR , the gradation correction from the dark part to the halftone becomes possible, and the dynamic range is expanded by using a function having the opposite characteristic of the S-shaped curve. be able to. The opposite characteristic of the S-shaped curve will be described later.

したがって、人物の肌の信号レベルが低くならず、白レベルが変化せず、ハイライトの白飛びが抑制されると共に、さらに暗部の階調を制作意図に応じて補正することが可能となる。 Therefore, the signal level of the human skin does not decrease, the white level does not change, overexposure of highlights is suppressed, and the gradation of dark areas can be further corrected according to the production intention.

〔映像信号変換装置〕
まず、HDR輝度信号YHDRをSDR輝度信号YSDRに圧縮する映像信号変換装置について説明する。図1は、本発明の実施形態による映像信号変換装置の構成を示すブロック図であり、図2は、映像信号変換装置の処理を示すフローチャートである。
[Video signal converter]
First, a video signal conversion device that compresses the HDR luminance signal Y HDR into the SDR luminance signal Y SDR will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a video signal conversion device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a flowchart showing processing of the video signal conversion device.

この映像信号変換装置1は、HDRリニアRGB信号EHDRをSDRリニアRGB信号ESDRに変換する装置である。映像信号変換装置1は、RGB/三刺激値及び色度変換部10、圧縮処理部11、及び、三刺激値及び色度/RGB変換部12を備えている。 The video signal conversion device 1 is a device that converts HDR linear RGB signal E HDR into SDR linear RGB signal E SDR . The video signal conversion device 1 includes an RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10, a compression processing unit 11, and a tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 12.

RGB/三刺激値及び色度変換部10は、HDRリニアRGB信号EHDRを入力する(ステップS201)。そして、RGB/三刺激値及び色度変換部10は、HDRリニアRGB信号EHDRをHDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRに変換する(ステップS202)。 The RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10 inputs the HDR linear RGB signal E HDR (step S201). Then, the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10 converts the HDR linear RGB signal E HDR into HDR tristimulus values X HDR , Y HDR , and Z HDR (step S202).

RGB/三刺激値及び色度変換部10は、HDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRを色度座標x,yに変換する(ステップS203)。そして、RGB/三刺激値及び色度変換部10は、HDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRのうちのHDR輝度信号YHDRを圧縮処理部11に出力する。また、RGB/三刺激値及び色度変換部10は、色度座標x,yを三刺激値及び色度/RGB変換部12に出力する。RGB/三刺激値及び色度変換部10の詳細については後述する。 The RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10 converts the HDR tristimulus values X HDR , Y HDR , and Z HDR into chromaticity coordinates x and y (step S203). Then, RGB / tristimulus values and the chromaticity converter 10 outputs HDR tristimulus values X HDR, Y HDR, the HDR luminance signal Y HDR of Z HDR to the compression processing unit 11. Further, the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10 outputs the chromaticity coordinates x and y to the tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 12. Details of the RGB / tristimulus value and the chromaticity conversion unit 10 will be described later.

圧縮処理部11は、RGB/三刺激値及び色度変換部10からHDR輝度信号YHDRを入力する。そして、圧縮処理部11は、所定の暗部補正用ガンマ値γdark等のパラメータで定義されたトーンマッピング関数を用いて、HDR輝度信号YHDRのダイナミックレンジを圧縮し、SDR輝度信号YSDRを求める(ステップS204)。圧縮処理部11は、SDR輝度信号YSDRを三刺激値及び色度/RGB変換部12に出力する。 The compression processing unit 11 inputs the HDR luminance signal Y HDR from the RGB / tristimulus value and the chromaticity conversion unit 10. Then, the compression processing unit 11 compresses the dynamic range of the HDR luminance signal Y HDR by using a tone mapping function defined by a parameter such as a predetermined dark portion correction gamma value γ dark , and obtains the SDR luminance signal Y SDR. (Step S204). The compression processing unit 11 outputs the SDR luminance signal Y SDR to the tristimulus value and the chromaticity / RGB conversion unit 12.

ここで、所定の暗部補正用ガンマ値γdark等のパラメータは、予め設定されたデータとして入力されるようにしてもよい。また、所定の暗部補正用ガンマ値γdark等のパラメータのうちの一部について、後述する図6にて説明するように、所定の演算処理にて算出されるようにしてもよい。圧縮処理部11の詳細については後述する。 Here, parameters such as a predetermined dark portion correction gamma value γ dark may be input as preset data. Further, some of the parameters such as the predetermined dark portion correction gamma value γ dark may be calculated by a predetermined arithmetic process as described with reference to FIG. 6 to be described later. The details of the compression processing unit 11 will be described later.

三刺激値及び色度/RGB変換部12は、圧縮処理部11からSDR輝度信号YSDRを入力すると共に、RGB/三刺激値及び色度変換部10から色度座標x,yを入力する。そして、三刺激値及び色度/RGB変換部12は、SDR輝度信号YSDR及び色度座標x,yをSDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRに変換する(ステップS205)。 The tristimulus value and the chromaticity / RGB conversion unit 12 input the SDR luminance signal Y SDR from the compression processing unit 11, and input the chromaticity coordinates x and y from the RGB / tristimulus value and the chromaticity conversion unit 10. Then, the tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 12 converts the SDR luminance signal Y SDR and the chromaticity coordinates x and y into SDR tristimulus values X SDR , Y SDR and Z SDR (step S205).

三刺激値及び色度/RGB変換部12は、SDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRをSDRリニアRGB信号ESDRに変換し(ステップS206)、SDRリニアRGB信号ESDRを出力する(ステップS207)。三刺激値及び色度/RGB変換部12の詳細については後述する。 The tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 12 converts the SDR tristimulus values X SDR , Y SDR , and Z SDR into SDR linear RGB signal E SDR (step S206), and outputs SDR linear RGB signal E SDR (step S206). Step S207). Details of the tristimulus value and the chromaticity / RGB conversion unit 12 will be described later.

(RGB/三刺激値及び色度変換部10)
次に、図1に示したRGB/三刺激値及び色度変換部10について詳細に説明する。前述のとおり、RGB/三刺激値及び色度変換部10は、HDRリニアRGB信号EHDRをHDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRに変換し、HDR輝度信号YHDR及び色度座標x,yを求める。
(RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10)
Next, the RGB / tristimulus value and the chromaticity conversion unit 10 shown in FIG. 1 will be described in detail. As described above, the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10 converts the HDR linear RGB signal E HDR into HDR tristimulus values X HDR , Y HDR , Z HDR , and HDR brightness signal Y HDR and chromaticity coordinates x. , Y is calculated.

図3は、RGB/三刺激値及び色度変換部10の構成を示すブロック図である。このRGB/三刺激値及び色度変換部10は、RGB/三刺激値変換部20及び三刺激値/色度変換部21を備えている。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the RGB / tristimulus value and the chromaticity conversion unit 10. The RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10 includes an RGB / tristimulus value conversion unit 20 and a tristimulus value / chromaticity conversion unit 21.

RGB/三刺激値変換部20は、HDRリニアRGB信号EHDR={RHDR,GHDR,BHDR}を入力する。そして、RGB/三刺激値変換部20は、以下の式にて、HDRリニアRGB信号EHDR={RHDR,GHDR,BHDR}からHDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRを求める。

Figure 2021064917
The RGB / tristimulus value conversion unit 20 inputs the HDR linear RGB signal E HDR = {R HDR , G HDR , B HDR}. Then, the RGB / tristimulus value conversion unit 20 obtains the HDR tristimulus values X HDR, Y HDR , and Z HDR from the HDR linear RGB signal E HDR = {R HDR , G HDR , B HDR} by the following equation. ..
Figure 2021064917

ここで、HDRリニアRGB信号EHDRは、HDR方式におけるHLG及びPQ(Perceptual Quantization:パーセプチュアルクォンティゼーション)のどちらにも対応し、それぞれの方式におけるシーン光、及び当該シーン光がOOTF(Opto Optical Transfer Function:光−光伝達関数)処理されたディスプレイ光のどちらにも対応する。後述するSDRリニアRGB信号ESDRも、シーン光及びディスプレイ光のどちらにも対応する。 Here, the HDR linear RGB signal E HDR corresponds to both HLG and PQ (Perceptual Quantization) in the HDR method, and the scene light in each method and the scene light are OOTF (Opto). Optical Transfer Function) Corresponds to both processed display light. The SDR linear RGB signal E SDR , which will be described later, also supports both scene light and display light.

RGB/三刺激値変換部20は、HDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRのうちのHDR輝度信号YHDRを圧縮処理部11に出力する。また、RGB/三刺激値変換部20は、HDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRを三刺激値/色度変換部21に出力する。 RGB / tristimulus value converter 20 outputs HDR tristimulus values X HDR, Y HDR, the HDR luminance signal Y HDR of Z HDR to the compression processing unit 11. Further, the RGB / tristimulus value conversion unit 20 outputs the HDR tristimulus values X HDR , Y HDR , and Z HDR to the tristimulus value / chromaticity conversion unit 21.

三刺激値/色度変換部21は、RGB/三刺激値変換部20からHDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRを入力する。そして、三刺激値/色度変換部21は、以下の式にて、HDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRから色度座標x,yを求める。三刺激値/色度変換部21は、色度座標x,yを三刺激値及び色度/RGB変換部12に出力する。

Figure 2021064917
The tristimulus value / chromaticity conversion unit 21 inputs HDR tristimulus values X HDR , Y HDR, and Z HDR from the RGB / tristimulus value conversion unit 20. Then, the tristimulus value / chromaticity conversion unit 21 obtains the chromaticity coordinates x and y from the HDR tristimulus values X HDR , Y HDR, and Z HDR by the following equation. The tristimulus value / chromaticity conversion unit 21 outputs the chromaticity coordinates x and y to the tristimulus value and the chromaticity / RGB conversion unit 12.
Figure 2021064917

(圧縮処理部11)
次に、図1に示した圧縮処理部11について詳細に説明する。前述のとおり、圧縮処理部11は、所定のトーンマッピング関数を用いて、RGB/三刺激値及び色度変換部10により変換されたHDR輝度信号YHDRのダイナミックレンジを圧縮し、SDR輝度信号YSDRを求める。
(Compression processing unit 11)
Next, the compression processing unit 11 shown in FIG. 1 will be described in detail. As described above, the compression processing unit 11 uses a predetermined tone mapping function to compress the dynamic range of the HDR luminance signal Y HDR converted by the RGB / tristimulus value and the chromaticity converter 10, and the SDR luminance signal Y. Find SDR .

このトーンマッピング関数は、線形関数と対数関数との組み合わせにより構成される。この線形関数は、直線の特性を有する関数に加え、暗部階調のディテール感及びコントラスト感を補正するため冪関数を含む。線形関数は、HDR映像の暗部及び中間調の見た目を一致させる目的で用いられ、対数関数は、ハイライトの階調をできる限り保持しながらSDR映像に収める目的で用いられる。 This tone mapping function is composed of a combination of a linear function and a logarithmic function. This linear function includes a power function for correcting the detail feeling and the contrast feeling of the dark part gradation in addition to the function having the characteristic of a straight line. The linear function is used for the purpose of matching the appearance of the dark part and the halftone of the HDR image, and the logarithmic function is used for the purpose of storing the highlight gradation in the SDR image while maintaining it as much as possible.

圧縮処理部11は、以下の式にて、HDR輝度信号YHDRのダイナミックレンジを圧縮し、SDR輝度信号YSDRを求める。以下の式(3)における上段に示した関数が線形関数(予め設定された暗部補正用ガンマ値γdarkを冪指数とする冪関数(γdark=1の場合、直線の特性を有する関数))であり、下段に示した関数が対数関数である。

Figure 2021064917
The compression processing unit 11 compresses the dynamic range of the HDR luminance signal Y HDR by the following equation to obtain the SDR luminance signal Y SDR. The function shown in the upper part of the following equation (3) is a linear function (a power function whose exponent is a preset gamma value γ dark for dark area correction (when γ dark = 1, a function having linear characteristics)). And the function shown in the lower row is a logarithmic function.
Figure 2021064917

ここで、ゲイン値k1、補正値k2,k3,k4、暗部補正用ガンマ値γdark、SDR変曲点YSDR,ip及びHDR変曲点YHDR,ipは、前記式(3)に示すトーンマッピング関数のパラメータである。 Here, the gain value k 1 , the correction values k 2 , k 3 , k 4 , the gamma value for dark area correction γ dark , the SDR inflection point Y SDR, ip and the HDR inflection point Y HDR, ip are given by the above equation (3). ) Is a parameter of the tone mapping function.

前記式(3)のトーンマッピング関数は、HDR輝度信号YHDRからSDR輝度信号YSDRを求める式であり、後述する図7〜図10のとおり、HDR輝度信号YHDRの値の増加に対してSDR輝度信号YSDRの値が増加するS字曲線の特性を有する。より詳細には、このトーンマッピング関数は、HDR輝度信号YHDRの値が0から上限値へ増加するに伴い、SDR輝度信号YSDRの値の変化量が、最初は小さく、その後大きくなり、そして小さくなるようなS字曲線の特性を有する。 The tone mapping function of the above equation (3) is an equation for obtaining the SDR luminance signal Y SDR from the HDR luminance signal Y HDR , and as shown in FIGS. 7 to 10 described later, with respect to an increase in the value of the HDR luminance signal Y HDR. It has the characteristic of an S-shaped curve in which the value of the SDR luminance signal Y SDR increases. More specifically, in this tone mapping function, as the value of the HDR luminance signal Y HDR increases from 0 to the upper limit, the amount of change in the value of the SDR luminance signal Y SDR is small at first, then increases, and then It has the characteristics of an S-shaped curve that becomes smaller.

特に、前記式(3)の上段の式の領域(YHDR<YHDR,ip)である暗部の領域においては、HDR輝度信号YHDRの階調が残るように、HDR輝度信号YHDRからSDR輝度信号YSDRへの変換が行われる。 In particular, the formula (3) upper Formula regions (Y HDR <Y HDR, ip) of the dark portion of the area which is, as the gradation of the HDR luminance signal Y HDR remains, SDR from HDR luminance signal Y HDR Conversion to the luminance signal Y SDR is performed.

具体的には、このトーンマッピング関数は、HDR映像の肌レベルに対応するSDR映像の肌レベルの特性を有し、HDR映像の基準白レベルに対応するSDR映像の白レベルの特性を有し、SDRビデオ信号の値が、HDRビデオ信号の上限値に対応するSDRビデオ信号の上限値まで増加する特性を有する。ここで、SDRビデオ信号は、SDRリニアRGB信号ESDRに対応する信号であり、HDRビデオ信号は、HDRリニアRGB信号EHDRに対応する信号である。さらに、このトーンマッピング関数は、前記式(3)の上段の式の領域(YHDR<YHDR,ip)の暗部の階調を調整可能な暗部補正用ガンマ値γdarkである予め設定されたパラメータに応じて、その領域の特性が異なるように設定される関数である。 Specifically, this tone mapping function has the skin level characteristics of the SDR image corresponding to the skin level of the HDR image, and the white level characteristics of the SDR image corresponding to the reference white level of the HDR image. It has a characteristic that the value of the SDR video signal increases up to the upper limit of the SDR video signal corresponding to the upper limit of the HDR video signal. Here, the SDR video signal is a signal corresponding to the SDR linear RGB signal E SDR , and the HDR video signal is a signal corresponding to the HDR linear RGB signal E HDR . Further, this tone mapping function is preset to have a gamma value γ dark for dark portion correction that can adjust the gradation of the dark portion in the region (Y HDR <Y HDR, ip ) in the upper equation of the equation (3). It is a function that is set so that the characteristics of the area differ depending on the parameters.

ゲイン値k1は、HDR映像とSDR映像の肌レベルの対応関係から設定されるパラメータである。補正値k2は、線形関数及び対数関数の変曲点(YHDR,ip,YSDR,ip)における一次微分値の連続条件から算出されるパラメータである。補正値k3は、HDR基準白レベルYHDR,Refの拘束条件から求められるパラメータである。補正値k4は、線形関数及び対数関数の変曲点(YHDR,ip,YSDR,ip)における値の連続条件から算出されるパラメータである。 The gain value k 1 is a parameter set from the correspondence between the HDR image and the skin level of the SDR image. The correction value k 2 is a parameter calculated from the continuous condition of the first derivative values at the inflection points (Y HDR, ip , Y SDR, ip ) of the linear function and the logarithmic function. The correction value k 3 is a parameter obtained from the constraint conditions of the HDR reference white level Y HDR and Ref. The correction value k 4 is a parameter calculated from the continuous condition of the values at the inflection points (Y HDR, ip , Y SDR, ip ) of the linear function and the logarithmic function.

暗部補正用ガンマ値γdarkは、暗部の階調を補正するためのパラメータであり、γdark≧1を満たす実数をとる。SDR変曲点YSDR,ipは、予め設定された変曲点に対応するSDR輝度信号YSDRのリニア信号値を表すパラメータである。HDR変曲点YHDR,ipは、SDR輝度信号YSDRにおけるSDR変曲点YSDR,ipに対応するHDR輝度信号YHDRのリニア信号値を表すパラメータである。 The gamma value γ dark for dark part correction is a parameter for correcting the gradation of the dark part, and takes a real number satisfying γ dark ≧ 1. The SDR inflection point Y SDR, ip is a parameter representing the linear signal value of the SDR luminance signal Y SDR corresponding to the preset inflection point. The HDR inflection point Y HDR, ip is a parameter representing a linear signal value of the HDR luminance signal Y HDR corresponding to the SDR inflection point Y SDR, ip in the SDR luminance signal Y SDR.

これらの7つのパラメータのうち暗部補正用ガンマ値γdark及びSDR変曲点YSDR,ipを除く5つのパラメータ(ゲイン値k1、補正値k2,k3,k4及びHDR変曲点YHDR,ip)は、未知数である。しかし、これらの未知数を補正値k3の1つのパラメータに削減することができる。以下、5つのパラメータについて、ゲイン値k1、HDR変曲点YHDR,ip、補正値k2、補正値k4、そして補正値k3の順番にそれぞれ説明する。 Of these seven parameters, five parameters (gain value k 1 , correction values k 2 , k 3 , k 4 and HDR inflection point Y) excluding the gamma value γ dark for dark area correction and SDR inflection point Y SDR, ip. HDR, ip ) is unknown. However, these unknowns can be reduced to one parameter of the correction value k 3. Hereinafter, the five parameters will be described in the order of gain value k 1 , HDR inflection point Y HDR, ip , correction value k 2 , correction value k 4 , and correction value k 3 .

(ゲイン値k1
前述のとおり、ゲイン値k1は、HDR映像とSDR映像の肌レベルの対応関係から設定されるパラメータである。
(Gain value k 1 )
As described above, the gain value k 1 is a parameter set from the correspondence between the HDR image and the skin level of the SDR image.

一般に、HDR輝度信号200[cd/m2]をSDR輝度信号88〜100[cd/m2]の間に対応させるためのゲイン処理が行われる。これにより、基準白レベルを考慮したHLG映像からSDR映像への変換を実現することができる。基準白レベルを考慮したときに、HLGのハイライト領域の階調が急激に失われるのを防ぐ一例として、HLGビデオ信号の基準白レベル75%をSDRビデオ信号の白レベル96%に対応させるゲイン処理が用いられる。 Generally, gain processing is performed to make the HDR luminance signal 200 [cd / m 2 ] correspond between the SDR luminance signals 88 to 100 [cd / m 2]. As a result, it is possible to realize conversion from the HLG video to the SDR video in consideration of the reference white level. As an example of preventing the gradation of the highlight region of the HLG from being suddenly lost when the reference white level is taken into consideration, a gain that makes the reference white level 75% of the HLG video signal correspond to the white level 96% of the SDR video signal. Processing is used.

図5は、HLGビデオ信号の肌レベルとSDRビデオ信号の肌レベルとの間の対応関係を説明する図である。この図には、個別に制作された同一コンテンツの、HDR映像の1つであるHLG映像及びSDR映像において、同一人物の肌レベルの対応関係を分析した結果がプロットとして表されている(丸印を参照)。このHLG映像の番組は、HLGビデオ信号の基準白レベル75%(図5では0.75)を基準に制作されたコンテンツである。 FIG. 5 is a diagram illustrating a correspondence relationship between the skin level of the HLG video signal and the skin level of the SDR video signal. In this figure, the results of analyzing the correspondence between the skin levels of the same person in the HLG video and SDR video, which are one of the HDR videos of the same content produced individually, are shown as plots (circles). See). This HLG video program is content produced based on the reference white level of 75% (0.75 in FIG. 5) of the HLG video signal.

横軸はHLGビデオ信号のレベルを示し、縦軸はSDRビデオ信号のレベルを示す。実線は従来技術の特性を示し、破線は、肌レベルを考慮した例の特性を示す。点α2については後述する図8にて説明し、点β2については後述する図10にて説明する。 The horizontal axis shows the level of the HLG video signal, and the vertical axis shows the level of the SDR video signal. The solid line shows the characteristics of the prior art, and the broken line shows the characteristics of the example considering the skin level. The point α2 will be described with reference to FIG. 8 described later, and the point β2 will be described with reference to FIG. 10 described later.

尚、HLGビデオ信号は、RGB/三刺激値及び色度変換部10が入力するHDRリニアRGB信号EHDRに対応する信号である。また、SDRビデオ信号は、三刺激値及び色度/RGB変換部12が出力するSDRリニアRGB信号ESDRに対応する信号である。 The HLG video signal is a signal corresponding to the HDR linear RGB signal E HDR input by the RGB / tristimulus value and the chromaticity conversion unit 10. The SDR video signal is a signal corresponding to the tristimulus value and the SDR linear RGB signal E SDR output by the chromaticity / RGB conversion unit 12.

図5に示す分析結果から、HLGビデオ信号の肌レベルVhskinの平均値は、HLGビデオ信号の約50%であるのに対し、SDRビデオ信号の肌レベルVsskinの平均値は、SDRビデオ信号の約67%であることがわかる。 From the analysis results shown in FIG. 5, the average value of the skin level Vh skin of the HLG video signal is about 50% of the HLG video signal, whereas the average value of the skin level Vs skin of the SDR video signal is the SDR video signal. It can be seen that it is about 67% of.

従来技術の特性は、HLG輝度信号200[cd/m2]をSDR輝度信号88[cd/m2]に対応させるゲイン処理を適用した特性であり、HLGビデオ信号の肌レベルVhskinである約50%に対応するSDRビデオ信号の肌レベルは、約55%程度である。したがって、従来技術におけるSDR映像の肌レベルは、肌レベルを考慮した例におけるSDR映像の肌レベルよりも低い。 The characteristic of the prior art is that the gain processing for associating the HLG luminance signal 200 [cd / m 2 ] with the SDR luminance signal 88 [cd / m 2 ] is applied, which is about the skin level Vh skin of the HLG video signal. The skin level of the SDR video signal corresponding to 50% is about 55%. Therefore, the skin level of the SDR image in the prior art is lower than the skin level of the SDR image in the example considering the skin level.

つまり、肌レベルを考慮するためには、図5の破線で示したような肌レベルを一致させるためのゲイン処理を行う必要がある。そこで、ゲイン値k1は、想定するリニア信号に応じて、以下の3つの式のいずれかの値が用いられる。

Figure 2021064917
Figure 2021064917
Figure 2021064917
That is, in order to consider the skin level, it is necessary to perform the gain processing for matching the skin levels as shown by the broken line in FIG. Therefore, for the gain value k 1 , one of the following three equations is used according to the assumed linear signal.
Figure 2021064917
Figure 2021064917
Figure 2021064917

前記式(4)は、ディスプレイ光の正規化信号を基準としたときのゲイン値k1を示している。前記式(5)は、ディスプレイ光の輝度値[cd/m2]を基準としたときのゲイン値k1を示している。前記式(6)は、シーン光の正規化信号を基準としたときのゲイン値k1を示している。前記式(5)のLWは、ディスプレイのピーク輝度である。 The above equation (4) shows the gain value k 1 when the normalized signal of the display light is used as a reference. The above equation (5) shows a gain value k 1 when the brightness value [cd / m 2 ] of the display light is used as a reference. The above equation (6) shows the gain value k 1 when the normalized signal of the scene light is used as a reference. L W of the above formula (5) is the peak brightness of the display.

ここで、図5に示す分析結果から、肌レベルを考慮したゲイン処理の一例として、HLGの肌レベルVhskin50%をSDRの肌レベルVsskin67%に対応させる。そのときのゲイン値kは、前記式(4)では7.5439となり、HLG映像信号のディスプレイピーク輝度を1000[cd/m2]としたときの前記式(5)では0.7544となり、前記式(6)では5.4272となる。尚、装置実装の上では、このゲイン値kは、ユーザにより任意に設定されるパラメータとしてもよい。 Here, from the analysis results shown in FIG. 5, as an example of the gain processing in consideration of the skin level, the skin level Vh sink 50% of HLG is made to correspond to the skin level Vs skin 67% of SDR. The gain value k 1 at that time is 7.5439 in the above formula (4), and 0.7544 in the above formula (5) when the display peak brightness of the HLG video signal is 1000 [cd / m 2]. In the above formula (6), it becomes 5.4272. In terms of device mounting, this gain value k 1 may be a parameter arbitrarily set by the user.

(HDR変曲点YHDR,ip
前述のとおり、HDR変曲点YHDR,ipは、SDR輝度信号YSDRにおけるSDR変曲点YSDR,ipに対応するHDR輝度信号YHDRのリニア信号値を表すパラメータである。
(HDR inflection point Y HDR, ip )
As described above, the HDR inflection point Y HDR, ip is a parameter representing the linear signal value of the HDR luminance signal Y HDR corresponding to the SDR inflection point Y SDR, ip in the SDR luminance signal Y SDR.

HDR変曲点YHDR,ipは、以下の式にて、HDR輝度信号YHDRをSDR輝度信号YSDRに変換する際のニーポイントに相当するSDR変曲点YSDR,ip、及び肌レベルが反映されたゲイン値kから算出される。

Figure 2021064917
The HDR variation point Y HDR, ip has the SDR variation point Y SDR, ip corresponding to the knee point when converting the HDR luminance signal Y HDR to the SDR luminance signal Y SDR , and the skin level by the following equation. It is calculated from the reflected gain value k 1.
Figure 2021064917

ここで、SDR変曲点YSDR,ipは、SDRビデオ信号におけるニーポイントに相当する変曲点を、シーン光またはディスプレイ光のSDR輝度信号YSDRに変換した値である。このSDR変曲点YSDR,ipが高い値に設定された場合、HDRビデオ信号の基準白レベル以上の信号をその変曲点からHDRビデオ信号の上限値である109%に圧縮することになり、ハイライト領域において階調落ちしたバンディング効果を生じ易くなる。このため、その変曲点は、図5に示したSDR映像の肌レベルよりもわずかに高い点に設定するのが望ましい。そこで、SDR変曲点YSDR,ipの取りうる値の範囲は、SDRビデオ信号80%以上から後述する基準白レベルの対応点に相当する信号レベルまでとし、ユーザにより任意に設定されるようにしてもよい。 Here, the SDR inflection point Y SDR, ip is a value obtained by converting the inflection point corresponding to the knee point in the SDR video signal into the SDR luminance signal Y SDR of the scene light or the display light. When this SDR inflection point Y SDR, ip is set to a high value, the signal above the reference white level of the HDR video signal is compressed from the inflection point to 109% which is the upper limit value of the HDR video signal. , The banding effect with reduced gradation is likely to occur in the highlight area. Therefore, it is desirable to set the inflection point to a point slightly higher than the skin level of the SDR image shown in FIG. Therefore, the range of possible values of the SDR inflection point Y SDR, ip is set from 80% or more of the SDR video signal to the signal level corresponding to the corresponding point of the reference white level described later, and can be arbitrarily set by the user. You may.

(補正値k2
前述のとおり、補正値k2は、線形関数及び対数関数の変曲点(YHDR,ip,YSDR,ip)における一次微分値の連続条件から算出されるパラメータである。
(Correction value k 2 )
As described above, the correction value k 2 is a parameter calculated from the continuous condition of the first derivative values at the inflection points (Y HDR, ip , Y SDR, ip ) of the linear function and the logarithmic function.

変曲点(YHDR,ip,YSDR,ip)における一次微分値は、前記式(3)の上段の線形関数及び下段の対数関数において一致するため、以下の式が導かれる。

Figure 2021064917
Since the first derivative values at the inflection points (Y HDR, ip , Y SDR, ip ) match in the upper linear function and the lower logarithmic function of the above equation (3), the following equation is derived.
Figure 2021064917

前記式(8)を、未知数である補正値k3、ユーザにより設定されるゲイン値k1及びSDR変曲点YSDR,ip、並びに前記式(7)にて算出されるHDR変曲点YHDR,ipを用いて整理すると、以下の式が導かれる。

Figure 2021064917
The equation (8) is subjected to an unknown correction value k 3 , a gain value k 1 set by the user, an SDR inflection point Y SDR, ip , and an HDR inflection point Y calculated by the equation (7). When organized using HDR and ip , the following equation is derived.
Figure 2021064917

(補正値k4
前述のとおり、補正値k4は、線形関数及び対数関数の変曲点(YHDR,ip,YSDR,ip)における値の連続条件から算出されるパラメータである。
(Correction value k 4 )
As described above, the correction value k 4 is a parameter calculated from the continuous condition of the values at the inflection points (Y HDR, ip , Y SDR, ip ) of the linear function and the logarithmic function.

前記式(3)の下段の式の特性であるトーンマッピングカーブにおいて、ユーザにより設定されるゲイン値k1及びSDR変曲点YSDR,ip、前記式(7)にて算出されるHDR変曲点YHDR,ip、並びに前記式(9)にて算出される補正値k2を用いて整理すると、以下の式が導かれる。

Figure 2021064917
In the tone mapping curve which is the characteristic of the lower equation of the equation (3), the gain value k 1 set by the user, the SDR inflection point Y SDR, ip , and the HDR inflection calculated by the equation (7) are calculated. The following equation is derived by arranging using the points Y HDR, ip and the correction value k 2 calculated by the equation (9) above.
Figure 2021064917

ここまでに示した4つのパラメータであるゲイン値k1、HDR変曲点YHDR,ip、補正値k2,k4は、ゲイン値k1及びSDR変曲点YSDR,ipがユーザにより予め設定され、かつ未知数である補正値k3が算出されることにより、一意的に決定される。 For the four parameters shown so far, the gain value k 1 , the HDR inflection point Y HDR, ip , and the correction values k 2 , k 4 , the gain value k 1 and the SDR inflection point Y SDR, ip are set in advance by the user. It is uniquely determined by calculating the correction value k 3 which is set and unknown.

(補正値k3
前述のとおり、補正値k3は、HDR基準白レベルYHDR,Refの拘束条件から求められるパラメータである。
(Correction value k 3 )
As described above, the correction value k 3 is a parameter obtained from the constraint conditions of the HDR reference white level Y HDR and Ref.

補正値k3は、HDR基準白レベルYHDR,RefとSDR白レベルYSDR,WPとの間の対応を決定することで算出される。具体的には、補正値k3は、ニーポイントであるHDR変曲点YHDR,ip及びSDR変曲点YSDR,ipの変曲点(YHDR,ip,YSDR,ip)と、HDR基準白レベルYHDR,Ref及びSDR白レベルYSDR,WPの基準白レベル点(YHDR,Ref,YSDR,WP)との間におけるSDR輝度信号YSDRの変化量と、前記式(3)の下段の式におけるトーンマッピングカーブのSDR輝度信号YSDRの変化量とが一致する以下の式により算出される。

Figure 2021064917
The correction value k 3 is calculated by determining the correspondence between the HDR reference white level Y HDR, Ref and the SDR white level Y SDR, WP. Specifically, the correction value k 3 is a knee point HDR change point Y HDR, ip and an SDR change point Y SDR, ip change point (Y HDR, ip , Y SDR, ip ) and HDR. The amount of change in the SDR luminance signal Y SDR between the reference white level Y HDR, Ref and the reference white level points (Y HDR, Ref , Y SDR, WP ) of the SDR white level Y SDR, WP , and the above equation (3). It is calculated by the following formula that matches the amount of change in the SDR luminance signal Y SDR of the tone mapping curve in the lower formula.
Figure 2021064917

尚、HDR基準白レベルYHDR,Refは、HLGビデオ信号75%のシーン光またはディスプレイ光のリニア信号値の他に、HLGビデオ信号75%から109%までのシーン光またはディスプレイ光のリニア信号値のうち、ユーザが任意で設定できるパラメータであってもよい。 The HDR reference white level Y HDR, Ref is a linear signal value of the scene light or display light of 75% to 109% of the HLG video signal in addition to the linear signal value of the scene light or display light of the HLG video signal 75%. Of these, the parameters may be arbitrarily set by the user.

前記式(11)で算出される補正値k3は、一意的に求められる。これにより、前記式(3)における7つのパラメータのうちの5つのパラメータ(ゲイン値k1、補正値k2,k3,k4及びHDR変曲点YHDR,ip)の全てを設定することができる。 The correction value k 3 calculated by the above formula (11) is uniquely obtained. As a result, all five parameters (gain value k 1 , correction values k 2 , k 3 , k 4 and HDR inflection point Y HDR, ip ) out of the seven parameters in the above equation (3) are set. Can be done.

(トーンマッピング関数のパラメータ)
トーンマッピング関数は前記式(3)のとおりであり、そのパラメータは、ゲイン値k1、補正値k2,k3,k4、暗部補正用ガンマ値γdark、SDR変曲点YSDR,ip及びHDR変曲点YHDR,ipの合計7つである。
(Parameter of tone mapping function)
The tone mapping function is as shown in the above equation (3), and its parameters are gain value k 1 , correction values k 2 , k 3 , k 4 , gamma value for dark area correction γ dark , SDR inflection point Y SDR, ip. And HDR inflection point Y HDR, ip , total 7

これらの7つのパラメータは、図1に示した映像信号変換装置1において、ユーザにより、前記式(4)〜(11)を考慮して予め設定されるようにしてもよい。 These seven parameters may be preset by the user in the video signal conversion device 1 shown in FIG. 1 in consideration of the above equations (4) to (11).

また、これらの7つのパラメータのうちのゲイン値k1、暗部補正用ガンマ値γdark及びSDR変曲点YSDR,ipがユーザにより予め設定され、補正値k2,k3,k4及びHDR変曲点YHDR,ipが、圧縮処理部11により、前記式(7)(9)(10)(11)にて算出されるようにしてもよい。この場合、HDR基準白レベルYHDR,Ref及びSDR白レベルYSDR,WPの基準白レベル点(YHDR,Ref,YSDR,WP)もユーザにより予め設定される。 In addition, the gain value k 1 of these seven parameters, the gamma value γ dark for dark area correction, and the SDR inflection point Y SDR, ip are preset by the user, and the correction values k 2 , k 3 , k 4 and HDR are set in advance. The inflection point Y HDR, ip may be calculated by the compression processing unit 11 by the above equations (7), (9), (10), and (11). In this case, the reference white level points (Y HDR, Ref , Y SDR, WP ) of the HDR reference white level Y HDR, Ref and the SDR white level Y SDR, WP are also preset by the user.

具体的には、圧縮処理部11は、前記式(11)にて補正値k3を算出し、前記式(7)にてHDR変曲点YHDR,ipを算出し、前記式(9)にて補正値k2を算出し、前記式(10)にて補正値k4を算出する。これにより、7つのパラメータが設定されるから、前記式(3)のトーンマッピング関数を構成することができる。 Specifically, the compression processing unit 11 calculates the correction value k 3 by the above formula (11), calculates the HDR inflection point Y HDR, ip by the above formula (7), and the above formula (9). The correction value k 2 is calculated by the above equation (10), and the correction value k 4 is calculated by the above equation (10). As a result, seven parameters are set, so that the tone mapping function of the above equation (3) can be constructed.

図6は、圧縮処理部11にて用いるトーンマッピング関数のパラメータを説明する図である。本図は、圧縮処理部11が、予め設定されたゲイン値k1、SDR変曲点YSDR,ip、暗部補正用ガンマ値γdark、HDR基準白レベルYHDR,Ref及びSDR白レベルYSDR,WPを入力し、HDR変曲点YHDR,ip及び補正値k2,k3,k4を算出する際のブロック図を示している。 FIG. 6 is a diagram for explaining the parameters of the tone mapping function used in the compression processing unit 11. In this figure, the compression processing unit 11 has a preset gain value k 1 , an SDR inflection point Y SDR, ip , a gamma value for dark area correction γ dark , an HDR reference white level Y HDR, Ref, and an SDR white level Y SDR. , WP is input, and the block diagram when the HDR inflection point Y HDR, ip and the correction values k 2 , k 3 , and k 4 are calculated is shown.

圧縮処理部11は、HDR変曲点YHDR,ip及び補正値k2,k3,k4を算出するための演算部24,25,26,27を備えている。 The compression processing unit 11 includes HDR inflection points Y HDR, ip and calculation units 24, 25, 26, 27 for calculating correction values k 2 , k 3 , and k 4.

演算部24は、予め設定されたゲイン値k1及びSDR変曲点YSDR,ipを入力し、前記式(7)の演算を行い、HDR変曲点YHDR,ipを求める。そして、演算部24は、HDR変曲点YHDR,ipを演算部25,26,27に出力する。 The calculation unit 24 inputs the preset gain value k 1 and the SDR inflection point Y SDR, ip , performs the calculation of the above equation (7), and obtains the HDR inflection point Y HDR, ip . Then, the arithmetic unit 24 outputs the HDR inflection point Y HDR, ip to the arithmetic units 25, 26, 27.

演算部27は、予め設定されたゲイン値k1、SDR変曲点YSDR,ip、暗部補正用ガンマ値γdark、HDR基準白レベルYHDR,Ref及びSDR白レベルYSDR,WPを入力すると共に、演算部24からHDR変曲点YHDR,ipを入力する。そして、演算部27は、前記式(11)の演算を行って補正値k3を求め、補正値k3を演算部25,26に出力する。 The calculation unit 27 inputs preset gain values k 1 , SDR inflection point Y SDR, ip , gamma value for dark area correction γ dark , HDR reference white level Y HDR, Ref and SDR white level Y SDR, WP. At the same time, the HDR inflection point Y HDR, ip is input from the calculation unit 24. Then, the calculator 27 calculates the correction value k 3 performs operation of the equation (11), and outputs the correction value k 3 to the arithmetic unit 25.

演算部25は、予め設定されたゲイン値k1、SDR変曲点YSDR,ip及び暗部補正用ガンマ値γdarkを入力すると共に、演算部24からHDR変曲点YHDR,ipを入力し、さらに演算部27から補正値k3を入力する。そして、演算部25は、前記式(9)の演算を行って補正値k2を求め、補正値k2を演算部26に出力する。 The calculation unit 25 inputs a preset gain value k 1 , an SDR inflection point Y SDR, ip, and a gamma value γ dark for dark portion correction, and inputs an HDR inflection point Y HDR, ip from the calculation unit 24. , Further, the correction value k 3 is input from the calculation unit 27. Then, the arithmetic unit 25 calculates the correction value k 2 performs operation of the equation (9), and outputs the correction value k 2 to the arithmetic unit 26.

演算部26は、予め設定されたゲイン値k1、SDR変曲点YSDR,ip及び暗部補正用ガンマ値γdarkを入力すると共に、演算部24からHDR変曲点YHDR,ipを入力する。また、演算部26は、演算部25から補正値k2を入力し、さらに演算部27から補正値k3を入力する。そして、演算部26は、前記式(10)の演算を行って補正値k4を求め、補正値k4を出力する。 The calculation unit 26 inputs a preset gain value k 1 , an SDR inflection point Y SDR, ip, and a gamma value γ dark for dark portion correction, and inputs an HDR inflection point Y HDR, ip from the calculation unit 24. .. Further, the calculation unit 26 inputs the correction value k 2 from the calculation unit 25, and further inputs the correction value k 3 from the calculation unit 27. Then, the arithmetic unit 26 calculates the correction value k 4 performs operation of the equation (10), and outputs the correction value k 4.

これにより、圧縮処理部11にて、予め設定されたゲイン値k1、SDR変曲点YSDR,ip、暗部補正用ガンマ値γdark、HDR基準白レベルYHDR,Ref及びSDR白レベルYSDR,WPを用いて、HDR変曲点YHDR,ip及び補正値k2,k3,k4が算出される。そして、ゲイン値k1、補正値k2,k3,k4、暗部補正用ガンマ値γdark、SDR変曲点YSDR,ip及びHDR変曲点YHDR,ipの合計7つのパラメータにより、前記式(3)のトーンマッピング関数が構成され、圧縮処理部11による圧縮処理が行われる。 As a result, in the compression processing unit 11, the preset gain value k 1 , SDR inflection point Y SDR, ip , gamma value for dark area correction γ dark , HDR reference white level Y HDR, Ref and SDR white level Y SDR. , WP are used to calculate the HDR inflection point Y HDR, ip and the correction values k 2 , k 3 , k 4 . Then, the gain value k 1 , the correction value k 2 , k 3 , k 4 , the gamma value for dark area correction γ dark , the SDR inflection point Y SDR, ip and the HDR inflection point Y HDR, ip are used for a total of seven parameters. The tone mapping function of the above equation (3) is configured, and the compression processing is performed by the compression processing unit 11.

図7は、圧縮処理部11にて用いるトーンマッピング関数を説明する図である。このトーンマッピング関数は、7つのパラメータにより構成されたトーンマッピングカーブを有し、全体として、値が増加するS字曲線の特性を有する。 FIG. 7 is a diagram illustrating a tone mapping function used by the compression processing unit 11. This tone mapping function has a tone mapping curve composed of seven parameters, and has the characteristic of an S-shaped curve whose value increases as a whole.

このトーンマッピング関数の変曲点(YHDR,ip,YSDR,ip)は、例えばSDR変曲点YSDR,ip=58.5357及びHDR変曲点YHDR,ip=77.5924である。トーンマッピング関数は、HDR輝度信号YHDR<YHDR,ip=77.5924の領域において、前記式(3)の上段の線形関数の特性を有し、HDR輝度信号YHDR≧YHDR,ip=77.5924の領域において、前記式(3)の下段の対数関数の特性を有する。 The inflection points (Y HDR, ip , Y SDR, ip ) of this tone mapping function are, for example, SDR inflection point Y SDR, ip = 58.5357 and HDR inflection point Y HDR, ip = 77.5924. The tone mapping function has the characteristics of the linear function in the upper part of the above equation (3) in the region of HDR brightness signal Y HDR <Y HDR, ip = 77.5924, and HDR brightness signal Y HDR ≧ Y HDR, ip =. In the region of 77.5924, it has the characteristics of the logarithmic function in the lower part of the above equation (3).

より詳細には、HDR輝度信号YHDRの値が0から上限値へ増加するに伴い、HDR輝度信号YHDR<YHDR,ip=77.5924の領域において、SDR輝度信号YSDRの値の変化量は、最初は小さく、その後大きくなる。また、HDR輝度信号YHDR≧YHDR,ip=77.5924の領域において、SDR輝度信号YSDRの値の変化量は、最初は大きく、その後小さくなる。 More specifically, as the value of the HDR luminance signal Y HDR increases from 0 to the upper limit, the value of the SDR luminance signal Y SDR changes in the region of HDR luminance signal Y HDR <Y HDR, ip = 77.5924. The amount is small at first and then large. Further, in the region of HDR luminance signal Y HDR ≧ Y HDR, ip = 77.5924, the amount of change in the value of the SDR luminance signal Y SDR is large at first and then decreases.

このような特性を有するトーンマッピング関数を用いることにより、HDR輝度信号YHDR<YHDR,ip=77.5924の領域である暗部の領域では線形関数が用いられ、階調が低下することはない。したがって、暗部において、ディテール感またはコントラスト感を強調することができる。 By using the tone mapping function having such characteristics, the linear function is used in the dark region, which is the region of the HDR luminance signal Y HDR <Y HDR, ip = 77.5924, and the gradation does not deteriorate. .. Therefore, it is possible to emphasize the feeling of detail or the feeling of contrast in the dark part.

後述する図8及び図9に示すように、予め設定される暗部補正用ガンマ値γdarkの値に応じて、暗部の領域における線形関数の特性を変化させることができる。したがって、暗部補正用ガンマ値γdarkを変更することにより、暗部の階調表現を、ユーザの製作意図に合わせて調整することができる。 As shown in FIGS. 8 and 9 described later, the characteristics of the linear function in the dark region can be changed according to the preset gamma value γ dark for dark region correction. Therefore, by changing the gamma value γ dark for dark portion correction, the gradation expression of the dark portion can be adjusted according to the user's production intention.

(パラメータの例)
トーンマッピング関数のパラメータの例について説明する。例えば、暗部補正用ガンマ値γdark=1とし、SDR変曲点YSDR,ipをSDRビデオ信号80%に対応する値とし、肌レベルの対応関係をHLGビデオ信号50%及びSDRビデオ信号67%とし、基準白レベルの拘束条件として、HDR基準白レベルYHDR,RefをSDRビデオ信号96%に対応させた場合を想定する。この場合、HDR変曲点YHDR,ip=77.5924、ゲイン値k1=0.7544、補正値k2=17.1209、補正値k3=0.7075、補正値k4=79.5822となる。
(Example of parameters)
An example of the parameters of the tone mapping function will be described. For example, the gamma value for dark area correction γ dark = 1, the SDR variation point Y SDR, ip is set to a value corresponding to 80% of the SDR video signal, and the correspondence between the skin levels is 50% for the HLG video signal and 67% for the SDR video signal. As a constraint condition for the reference white level , it is assumed that the HDR reference white level Y HDR and Ref correspond to 96% of the SDR video signal. In this case, HDR inflection point Y HDR, ip = 77.5924, gain value k 1 = 0.7544, correction value k 2 = 17.1209, correction value k 3 = 0.7075, correction value k 4 = 79. It becomes 5822.

また、暗部補正用ガンマ値γdark=1.1とした場合、HDR変曲点YHDR,ip=77.5924、ゲイン値k1=0.7544、補正値k2=15.8855、補正値k3=0.7533、補正値k4=80.7673となる。 When the gamma value for dark area correction is γ dark = 1.1, HDR inflection point Y HDR, ip = 77.5924, gain value k 1 = 0.7544, correction value k 2 = 15.8855, correction value. K 3 = 0.7533 and the correction value k 4 = 80.7673.

このように、暗部補正用ガンマ値γdarkが調整された場合、HDR変曲点YHDR,ip及びゲイン値k1は変更されないが、補正値k2,k3,k4のみが変更される。 When the gamma value γ dark for dark area correction is adjusted in this way, the HDR inflection point Y HDR, ip and the gain value k 1 are not changed, but only the correction values k 2 , k 3 , and k 4 are changed. ..

(トーンマッピングカーブの例)
次に、トーンマッピングカーブの例について説明する。図8は、HDR輝度信号YHDRをSDR輝度信号YSDRに圧縮する際のディスプレイ輝度の特性を示す図である。具体的には、補正値k3の導出時に、HDR基準白レベルYHDR,Ref=203がSDR白レベルYSDR,WP=90(点α1)となる拘束条件を与えた場合の特性を示す。図8の基準白レベル点(YHDR,Ref,YSDR,WP)である点α1は、例えばHLGビデオ信号75%及びSDRビデオ信号96%(図5の点α2)に対応する。図9は、図8における暗部の特性を示す拡大図である。
(Example of tone mapping curve)
Next, an example of the tone mapping curve will be described. FIG. 8 is a diagram showing the characteristics of the display luminance when the HDR luminance signal Y HDR is compressed into the SDR luminance signal Y SDR. Specifically, when the correction value k 3 is derived, the characteristics when the constraint condition that the HDR reference white level Y HDR, Ref = 203 becomes the SDR white level Y SDR, WP = 90 (point α1) is given. The point α1 which is the reference white level point (Y HDR, Ref , Y SDR, WP ) in FIG. 8 corresponds to, for example, 75% of the HLG video signal and 96% of the SDR video signal (point α2 in FIG. 5). FIG. 9 is an enlarged view showing the characteristics of the dark portion in FIG.

図10は、HDR基準白レベルYHDR,Refの対応点を変化させた場合において、HDR輝度信号YHDRをSDR輝度信号YSDRに圧縮する際のディスプレイ輝度の特性を示す図である。具体的には、補正値k3の導出時に、HDR基準白レベルYHDR,Ref=1000がSDR白レベルYSDR,WP=123(点β1)となる拘束条件を与えた場合の特性を示す。図10の基準白レベル点(YHDR,Ref,YSDR,WP)である点β1は、例えばHLGビデオ信号100%及びSDRビデオ信号109%(図5の点β2)に対応する。これらの特性は、暗部補正用ガンマ値γdarkを1≦γdark≦1.5の範囲で調整したときのトーンマッピングカーブを示している。 FIG. 10 is a diagram showing the characteristics of the display luminance when the HDR luminance signal Y HDR is compressed into the SDR luminance signal Y SDR when the corresponding points of the HDR reference white levels Y HDR and Ref are changed. Specifically, the characteristics when the constraint condition that the HDR reference white level Y HDR, Ref = 1000 becomes the SDR white level Y SDR, WP = 123 (point β1) is given when the correction value k 3 is derived. The point β1 which is the reference white level point (Y HDR, Ref , Y SDR, WP ) in FIG. 10 corresponds to, for example, 100% of the HLG video signal and 109% of the SDR video signal (point β2 in FIG. 5). These characteristics show the tone mapping curve when the gamma value γ dark for dark area correction is adjusted in the range of 1 ≦ γ dark ≦ 1.5.

図8〜図10に示すように、暗部補正用ガンマ値γdarkを変更することにより、トーンマッピングカーブが変化し、暗部補正用ガンマ値γdarkの値に応じたトーンマッピング関数の特性を得ることができる。特に、図9に示す暗部の領域では、トーンマッピング関数として前記式(3)の下段の線形関数が用いられる。 As shown in FIGS. 8 to 10, by changing the gamma value γ dark for dark area correction, the tone mapping curve is changed, and the characteristics of the tone mapping function corresponding to the value of the gamma value γ dark for dark area correction are obtained. Can be done. In particular, in the dark region shown in FIG. 9, the lower linear function of the above equation (3) is used as the tone mapping function.

従来のS字曲線の関数を用いた場合には、暗部の領域において、HDR輝度信号YHDRの変化に対するSDR輝度信号YSDRの変化が小さい。 When the conventional S-curve function is used, the change in the SDR luminance signal Y SDR with respect to the change in the HDR luminance signal Y HDR is small in the dark region.

これに対し、本発明の実施形態のトーンマッピング関数を用いた場合には、暗部の領域において、HDR輝度信号YHDRの変化に対するSDR輝度信号YSDRの変化が従来のS字曲線よりも大きい。図8〜図10に示した暗部の領域において、暗部補正用ガンマ値γdark=1の場合の直線の特性に対し、1<γdark≦1.5の特性は、下方向(HDR輝度信号YHDRの軸方向)へ沈めた曲線になっている。このため、HDR輝度信号YHDRからSDR輝度信号YSDRへの変換の際には、HDR輝度信号YHDRの階調が残るようになっている。 On the other hand, when the tone mapping function of the embodiment of the present invention is used, the change of the SDR luminance signal Y SDR with respect to the change of the HDR luminance signal Y HDR is larger than that of the conventional S-shaped curve in the dark region. In the dark region shown in FIGS. 8 to 10, the characteristic of 1 <γ dark ≤ 1.5 is downward (HDR luminance signal Y) with respect to the characteristic of the straight line when the gamma value for dark portion correction γ dark = 1. It is a curve that sinks in the (axial direction of HDR). Therefore, when the HDR luminance signal Y HDR is converted to the SDR luminance signal Y SDR , the gradation of the HDR luminance signal Y HDR remains.

本発明の実施形態のトーンマッピング関数では、HDR輝度信号YHDRの変化に対するSDR輝度信号YSDRの変化の程度を、暗部補正用ガンマ値γdarkの値に応じて設定することができる。 In the tone mapping function of the embodiment of the present invention, the degree of change of the SDR luminance signal Y SDR with respect to the change of the HDR luminance signal Y HDR can be set according to the value of the gamma value γ dark for dark portion correction.

したがって、暗部において、ディテール感またはコントラスト感を強調することができ、暗部補正用ガンマ値γdarkを変更することにより、暗部の階調表現を、ユーザの製作意図に合わせて調整することができる。 Therefore, it is possible to emphasize the sense of detail or the sense of contrast in the dark part, and by changing the gamma value γ dark for correcting the dark part, the gradation expression of the dark part can be adjusted according to the production intention of the user.

(三刺激値及び色度/RGB変換部12)
次に、図1に示した三刺激値及び色度/RGB変換部12について詳細に説明する。前述のとおり、三刺激値及び色度/RGB変換部12は、圧縮処理部11により求めたSDR輝度信号YSDR及びRGB/三刺激値及び色度変換部10により変換された色度座標x,yをSDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRに変換し、SDRリニアRGB信号ESDRを求める。
(Tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 12)
Next, the tristimulus values and the chromaticity / RGB conversion unit 12 shown in FIG. 1 will be described in detail. As described above, the tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 12 has the SDR luminance signal Y SDR obtained by the compression processing unit 11 and the chromaticity coordinates x, converted by the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10. convert the y SDR tristimulus values X SDR, Y SDR, the Z SDR, obtains the SDR linear RGB signal E SDR.

図4は、三刺激値及び色度/RGB変換部12の構成を示すブロック図である。この三刺激値及び色度/RGB変換部12は、色度/三刺激値変換部22及び三刺激値/RGB変換部23を備えている。 FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the tristimulus value and the chromaticity / RGB conversion unit 12. The tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 12 includes a chromaticity / tristimulus value conversion unit 22 and a tristimulus value / RGB conversion unit 23.

色度/三刺激値変換部22は、圧縮処理部11からSDR輝度信号YSDRを入力すると共に、RGB/三刺激値及び色度変換部10から色度座標x,yを入力する。そして、色度/三刺激値変換部22は、以下の式にて、SDR輝度信号YSDR及び色度座標x,yから、SDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRのうちの2つの刺激値XSDR,ZSDRを求める。

Figure 2021064917
The chromaticity / tristimulus value conversion unit 22 inputs the SDR luminance signal Y SDR from the compression processing unit 11, and inputs the chromaticity coordinates x and y from the RGB / tristimulus value and the chromaticity conversion unit 10. Then, the chromaticity / tristimulus value conversion unit 22 uses the following equation to obtain two of the SDR tristimulus values X SDR , Y SDR , and Z SDR from the SDR luminance signal Y SDR and the chromaticity coordinates x and y. Obtain the stimulus values X SDR and Z SDR.
Figure 2021064917

色度/三刺激値変換部22は、SDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRを三刺激値/RGB変換部23に出力する。 The chromaticity / tristimulus value conversion unit 22 outputs the SDR tristimulus values X SDR , Y SDR , and Z SDR to the tristimulus value / RGB conversion unit 23.

三刺激値/RGB変換部23は、色度/三刺激値変換部22からSDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRを入力する。そして、三刺激値/RGB変換部23は、以下の式にて、SDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRからSDRリニアRGB信号ESDR={RSDR,GSDR,BSDR}を求める。三刺激値/RGB変換部23は、SDRリニアRGB信号ESDR={RSDR,GSDR,BSDR}を出力する。

Figure 2021064917
The tristimulus value / RGB conversion unit 23 inputs SDR tristimulus values X SDR , Y SDR, and Z SDR from the chromaticity / tristimulus value conversion unit 22. Then, the tristimulus value / RGB conversion unit 23 obtains the SDR linear RGB signal E SDR = {R SDR , G SDR , B SDR } from the SDR tristimulus values X SDR , Y SDR , and Z SDR by the following equation. .. The tristimulus value / RGB conversion unit 23 outputs the SDR linear RGB signal E SDR = {R SDR , G SDR , B SDR }.
Figure 2021064917

ここで、三刺激値/RGB変換部23は、SDRリニアRGB信号ESDR<0となる信号(RSDR,GSDR,BSDR)があった場合、当該信号を0に設定して出力する。 Here, when there is a signal ( RSDR , G SDR , B SDR ) in which the SDR linear RGB signal E SDR <0, the tristimulus value / RGB conversion unit 23 sets the signal to 0 and outputs the signal.

以上のように、本発明の実施形態の映像信号変換装置1によれば、RGB/三刺激値及び色度変換部10は、HDRリニアRGB信号EHDRをHDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRに変換し、HDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRを色度座標x,yに変換する。 As described above, according to the video signal conversion device 1 of the embodiment of the present invention, the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10 converts the HDR linear RGB signal E HDR into the HDR tristimulus values X HDR , Y HDR , It is converted to Z HDR , and the HDR tristimulus values X HDR , Y HDR , and Z HDR are converted to chromaticity coordinates x and y.

圧縮処理部11は、人物の肌レベル、基準白レベル及びハイライトの色再現を考慮するパラメータに加え、暗部の階調を補正するための暗部補正用ガンマ値γdarkで定義したトーンマッピング関数を用いて、HDR輝度信号YHDRのダイナミックレンジを圧縮し、SDR輝度信号YSDRを求める。このトーンマッピング関数は、線形関数と対数関数との組み合わせにより構成される。 The compression processing unit 11 provides a tone mapping function defined by a gamma value γ dark for dark area correction for correcting the gradation of dark areas, in addition to parameters for considering the skin level of a person, a reference white level, and color reproduction of highlights. The HDR luminance signal Y HDR dynamic range is compressed and the SDR luminance signal Y SDR is obtained. This tone mapping function is composed of a combination of a linear function and a logarithmic function.

三刺激値及び色度/RGB変換部12は、SDR輝度信号YSDR及び色度座標x,yをSDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRに変換し、SDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRをSDRリニアRGB信号ESDRに変換する。 The tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 12 converts the SDR brightness signal Y SDR and the chromaticity coordinates x, y into SDR tristimulus values X SDR , Y SDR , Z SDR , and SDR tristimulus values X SDR , Y. Converts SDR and Z SDR to SDR linear RGB signal E SDR .

これにより、暗部補正用ガンマ値γdarkを変更することで、トーンマッピングカーブの形状を変更することができ、暗部から中間調にかけての階調補正が可能となる。そして、一般的に用いられるS字曲線の特性を有する関数を用いてHDR輝度信号YHDRのダイナミックレンジを圧縮することができる。したがって、人物の肌の信号レベルが低くならず、白レベルが変化せず、ハイライトの白飛びが抑制されると共に、さらに暗部の階調を制作意図に応じて補正することが可能となる。 As a result, the shape of the tone mapping curve can be changed by changing the gamma value γ dark for dark portion correction, and gradation correction from the dark portion to the halftone can be performed. Then, the dynamic range of the HDR luminance signal Y HDR can be compressed by using a function having the characteristics of a generally used S-shaped curve. Therefore, the signal level of the human skin does not decrease, the white level does not change, overexposure of highlights is suppressed, and the gradation of dark areas can be further corrected according to the production intention.

また、HLG映像及びSDR映像の一体化番組制作において、HLG映像の番組制作を行い、映像信号変換装置1を介すことで、SDR映像で番組制作したような肌レベルであり、基準白レベルが考慮され、そしてハイライトの白飛びも抑制されたSDR映像を生成することができる。 Further, in the integrated program production of the HLG video and the SDR video, the HLG video program is produced, and by passing through the video signal conversion device 1, the skin level is as if the program was produced with the SDR video, and the reference white level is It is possible to generate an SDR image that is considered and has suppressed highlight overexposure.

また、例えば基準白レベルが考慮されたPQ信号からSDR映像への変換が可能となり、ハイライトの色再現を制作意図に応じて補正することが可能となり、暗部の階調を制作意図に応じて補正することが可能となる。そして、今後普及が見込まれる一体化制作システムに映像信号変換装置1に導入することができ、さらに、外付けチューナーまたは受信機に映像信号変換装置1を搭載することができる。 Further, for example, it is possible to convert a PQ signal in consideration of the reference white level to an SDR image, it is possible to correct the color reproduction of highlights according to the production intention, and the gradation of dark areas can be adjusted according to the production intention. It becomes possible to correct. Then, it can be introduced into the video signal conversion device 1 in an integrated production system that is expected to become widespread in the future, and further, the video signal conversion device 1 can be mounted on an external tuner or a receiver.

〔逆変換を行う映像信号変換装置〕
次に、図1に示した映像信号変換装置1の処理に対して逆変換を行う装置、すなわち、SDR輝度信号YSDRをHDR輝度信号YHDRに拡張する映像信号変換装置について説明する。
[Video signal converter that performs inverse conversion]
Next, a device that performs inverse conversion to the processing of the video signal conversion device 1 shown in FIG. 1, that is, a video signal conversion device that extends the SDR luminance signal Y SDR to the HDR luminance signal Y HDR will be described.

図11は、本発明の実施形態による逆変換を行う映像信号変換装置の構成を示すブロック図であり、図12は、映像信号変換装置の逆変換の処理を示すフローチャートである。 FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a video signal conversion device that performs reverse conversion according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a flowchart showing a process of reverse conversion of the video signal conversion device.

この映像信号変換装置2は、SDRリニアRGB信号ESDRをHDRリニアRGB信号EHDRに変換する装置である。映像信号変換装置2は、RGB/三刺激値及び色度変換部30、拡張処理部31、及び、三刺激値及び色度/RGB変換部32を備えている。 The video signal conversion device 2 is a device that converts an SDR linear RGB signal E SDR into an HDR linear RGB signal E HDR . The video signal conversion device 2 includes an RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 30, an extended processing unit 31, and a tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 32.

RGB/三刺激値及び色度変換部30は、SDRリニアRGB信号ESDRを入力する(ステップS1201)。そして、RGB/三刺激値及び色度変換部30は、SDRリニアRGB信号ESDRをSDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRに変換する(ステップS1202)。 The RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 30 inputs the SDR linear RGB signal E SDR (step S1201). Then, the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 30 converts the SDR linear RGB signal E SDR into SDR tristimulus values X SDR , Y SDR , and Z SDR (step S1202).

RGB/三刺激値及び色度変換部30は、SDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRを色度座標x,yに変換する(ステップS1203)。そして、RGB/三刺激値及び色度変換部30は、SDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRのうちのSDR輝度信号YSDRを拡張処理部31に出力する。また、RGB/三刺激値及び色度変換部30は、色度座標x,yを三刺激値及び色度/RGB変換部32に出力する。すなわち、RGB/三刺激値及び色度変換部30は、図1に示した三刺激値及び色度/RGB変換部12の逆の処理を行う。 The RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 30 converts the SDR tristimulus values X SDR , Y SDR , and Z SDR into chromaticity coordinates x and y (step S1203). Then, RGB / tristimulus values and the chromaticity converter 30 outputs SDR tristimulus values X SDR, Y SDR, the SDR luminance signal Y SDR of Z SDR to the expansion processing unit 31. Further, the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 30 outputs the chromaticity coordinates x and y to the tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 32. That is, the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 30 performs the reverse processing of the tristimulus value and the chromaticity / RGB conversion unit 12 shown in FIG.

RGB/三刺激値及び色度変換部30の内部構成は、図3に示したRGB/三刺激値及び色度変換部10の構成において、HDRリニアRGB信号EHDRをSDRリニアRGB信号ESDRに置き換え、HDR輝度信号YHDRをSDR輝度信号YSDRに置き換え、HDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRをSDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRに置き換えたものと同様であるため、説明を省略する。 The internal configuration of the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 30 is such that the HDR linear RGB signal E HDR is changed to the SDR linear RGB signal E SDR in the configuration of the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10 shown in FIG. Because it is the same as replacing the HDR luminance signal Y HDR with the SDR luminance signal Y SDR and replacing the HDR tristimulus values X HDR , Y HDR , Z HDR with the SDR tristimulus values X SDR , Y SDR , Z SDR. , The description is omitted.

拡張処理部31は、RGB/三刺激値及び色度変換部30からSDR輝度信号YSDRを入力する。そして、拡張処理部31は、所定の暗部補正用ガンマ値γdark等のパラメータで定義されたトーンマッピング関数を用いて、SDR輝度信号YSDRのダイナミックレンジを拡張し、HDR輝度信号YHDRを求める(ステップS1204)。拡張処理部31は、HDR輝度信号YHDRを三刺激値及び色度/RGB変換部32に出力する。すなわち、拡張処理部31は、図1に示した圧縮処理部11の逆の処理を行う。 The expansion processing unit 31 inputs the SDR luminance signal Y SDR from the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 30. Then, the expansion processing unit 31 expands the dynamic range of the SDR luminance signal Y SDR by using a tone mapping function defined by a parameter such as a predetermined dark portion correction gamma value γ dark , and obtains the HDR luminance signal Y HDR. (Step S1204). The expansion processing unit 31 outputs the HDR luminance signal Y HDR to the tristimulus value and the chromaticity / RGB conversion unit 32. That is, the expansion processing unit 31 performs the reverse processing of the compression processing unit 11 shown in FIG.

ここで、図1に示した圧縮処理部11と同様に、所定の暗部補正用ガンマ値γdark等のパラメータは、ユーザにより予め設定されるようにしてもよい。また、ゲイン値k1等がユーザにより予め設定され、補正値k2等が演算にて算出されるようにしてもよい。 Here, similarly to the compression processing unit 11 shown in FIG. 1, parameters such as a predetermined dark portion correction gamma value γ dark may be preset by the user. Further, the gain value k 1 or the like may be preset by the user, and the correction value k 2 or the like may be calculated by calculation.

このトーンマッピング関数は、図1に示した圧縮処理部11が用いるトーンマッピング関数の逆関数であり、線形関数と指数関数との組み合わせにより構成される。この線形関数は、直線の特性を有する関数に加え、暗部階調のディテール感及びコントラスト感を補正するため冪関数を含む。 This tone mapping function is an inverse function of the tone mapping function used by the compression processing unit 11 shown in FIG. 1, and is composed of a combination of a linear function and an exponential function. This linear function includes a power function for correcting the detail feeling and the contrast feeling of the dark part gradation in addition to the function having the characteristic of a straight line.

拡張処理部31は、以下の式にて、SDR輝度信号YSDRのダイナミックレンジを拡張し、HDR輝度信号YHDRを求める。以下の式(14)における上段に示した関数が線形関数(予め設定された暗部補正用ガンマ値γdarkの逆数を冪指数とする冪関数)であり、下段に示した関数が指数関数である。

Figure 2021064917
The expansion processing unit 31 expands the dynamic range of the SDR luminance signal Y SDR and obtains the HDR luminance signal Y HDR by the following equation. The function shown in the upper part of the following equation (14) is a linear function ( a power function whose reciprocal of the preset gamma value γ dark for dark part correction is a power exponential), and the function shown in the lower part is an exponential function. ..
Figure 2021064917

ここで、ゲイン値k1、補正値k2,k3,k4、暗部補正用ガンマ値γdark、SDR変曲点YSDR,ip及びHDR変曲点YHDR,ipは、前記式(14)に示すトーンマッピング関数のパラメータであり、前記式(3)にて説明したとおりである。 Here, the gain value k 1 , the correction value k 2 , k 3 , k 4 , the gamma value for dark area correction γ dark , the SDR inflection point Y SDR, ip and the HDR inflection point Y HDR, ip are given by the above equation (14). It is a parameter of the tone mapping function shown in), and is as described in the above equation (3).

前記式(14)のトーンマッピング関数は、SDR輝度信号YSDRからHDR輝度信号YHDRを求める式であり、前述の図7〜図10の横軸と縦軸を入れ替えた特性、すなわちSDR輝度信号YSDRの値の増加に対してHDR輝度信号YHDRの値が増加するS字曲線の逆の特性を有する。より詳細には、このトーンマッピング関数は、SDR輝度信号YSDRの値が0から上限値へ増加するに伴い、HDR輝度信号YHDRの値の変化量が、最初は大きく、その後小さくなり、そして大きくなるようなS字曲線の逆の特性を有する。 The tone mapping function of the above equation (14) is an equation for obtaining the HDR luminance signal Y HDR from the SDR luminance signal Y SDR , and has a characteristic in which the horizontal axis and the vertical axis of FIGS. 7 to 10 are exchanged, that is, the SDR luminance signal. It has the opposite characteristic of an S-shaped curve in which the value of the HDR luminance signal Y HDR increases with respect to the increase in the value of Y SDR. More specifically, in this tone mapping function, as the value of the SDR luminance signal Y SDR increases from 0 to the upper limit, the amount of change in the value of the HDR luminance signal Y HDR increases first, then decreases, and then It has the opposite characteristics of an S-shaped curve that increases.

具体的には、このトーンマッピング関数は、HDR映像の肌レベルに対応するSDR映像の肌レベルの特性を有し、HDR映像の基準白レベルに対応するSDR映像の白レベルの特性を有し、SDRビデオ信号の値が、HDRビデオ信号の上限値に対応するSDRビデオ信号の上限値まで増加する特性を有する。ここで、SDRビデオ信号は、SDRリニアRGB信号ESDRに対応する信号であり、HDRビデオ信号は、HDRリニアRGB信号EHDRに対応する信号である。さらに、このトーンマッピング関数は、前記式(14)の上段の式の領域(YSDR<YSDR,ip)の暗部の階調を調整可能な暗部補正用ガンマ値γdarkである予め設定されたパラメータに応じて、その領域の特性が異なるように設定される関数である。 Specifically, this tone mapping function has the skin level characteristics of the SDR image corresponding to the skin level of the HDR image, and the white level characteristics of the SDR image corresponding to the reference white level of the HDR image. It has a characteristic that the value of the SDR video signal increases up to the upper limit of the SDR video signal corresponding to the upper limit of the HDR video signal. Here, the SDR video signal is a signal corresponding to the SDR linear RGB signal E SDR , and the HDR video signal is a signal corresponding to the HDR linear RGB signal E HDR . Further, this tone mapping function is preset to have a gamma value γ dark for dark portion correction that can adjust the gradation of the dark portion in the region (Y SDR <Y SDR, ip ) of the upper equation of the equation (14). It is a function that is set so that the characteristics of the area differ depending on the parameters.

三刺激値及び色度/RGB変換部32は、拡張処理部31からHDR輝度信号YHDRを入力すると共に、RGB/三刺激値及び色度変換部30から色度座標x,yを入力する。そして、三刺激値及び色度/RGB変換部32は、HDR輝度信号YHDR及び色度座標x,yをHDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRに変換する(ステップS1205)。 The tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 32 inputs the HDR luminance signal Y HDR from the expansion processing unit 31, and inputs the chromaticity coordinates x and y from the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 30. Then, the tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 32 converts the HDR luminance signal Y HDR and the chromaticity coordinates x and y into HDR tristimulus values X HDR , Y HDR and Z HDR (step S1205).

三刺激値及び色度/RGB変換部32は、HDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRをHDRリニアRGB信号EHDRに変換し(ステップS1206)、HDRリニアRGB信号EHDRを出力する(ステップS1207)。すなわち、三刺激値及び色度/RGB変換部32は、図1に示したRGB/三刺激値及び色度変換部10の逆の処理を行う。 The tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 32 converts the HDR tristimulus values X HDR , Y HDR , and Z HDR into HDR linear RGB signal E HDR (step S1206), and outputs the HDR linear RGB signal E HDR (step S1206). Step S1207). That is, the tristimulus value and chromaticity / chromaticity conversion unit 32 performs the reverse processing of the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10 shown in FIG.

三刺激値及び色度/RGB変換部32の内部構成は、図4に示した三刺激値及び色度/RGB変換部12の構成において、SDR輝度信号YSDRをHDR輝度信号YHDRに置き換え、SDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRをHDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRに置き換え、SDRリニアRGB信号ESDRをHDRリニアRGB信号EHDRに置き換えたものと同様であるため、説明を省略する。 The internal configuration of the tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 32 replaces the SDR luminance signal Y SDR with the HDR luminance signal Y HDR in the configuration of the tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 12 shown in FIG. Because it is the same as replacing the SDR tristimulus values X SDR , Y SDR , and Z SDR with the HDR tristimulus values X HDR , Y HDR , and Z HDR, and replacing the SDR linear RGB signal E SDR with the HDR linear RGB signal E HDR. , The description is omitted.

以上のように、本発明の実施形態の映像信号変換装置2によれば、RGB/三刺激値及び色度変換部30は、SDRリニアRGB信号ESDRをSDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRに変換し、SDR三刺激値XSDR,YSDR,ZSDRを色度座標x,yに変換する。 As described above, according to the video signal conversion device 2 of the embodiment of the present invention, the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 30 converts the SDR linear RGB signal E SDR into SDR tristimulus values X SDR , Y SDR , It is converted to Z SDR , and the SDR tristimulus values X SDR , Y SDR , and Z SDR are converted to chromaticity coordinates x and y.

拡張処理部31は、所定の暗部補正用ガンマ値γdark等のパラメータで定義されたトーンマッピング関数を用いて、SDR輝度信号YSDRのダイナミックレンジを拡張し、HDR輝度信号YHDRを求める。このトーンマッピング関数は、線形関数と指数関数との組み合わせにより構成される。 The expansion processing unit 31 expands the dynamic range of the SDR luminance signal Y SDR by using a tone mapping function defined by a parameter such as a predetermined dark portion correction gamma value γ dark , and obtains the HDR luminance signal Y HDR. This tone mapping function is composed of a combination of a linear function and an exponential function.

三刺激値及び色度/RGB変換部32は、HDR輝度信号YHDR及び色度座標x,yをHDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRに変換し、HDR三刺激値XHDR,YHDR,ZHDRをHDRリニアRGB信号EHDRに変換する。 The tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 32 converts the HDR luminance signal Y HDR and the chromaticity coordinates x, y into HDR tristimulus values X HDR , Y HDR , Z HDR , and HDR tristimulus values X HDR , Y. Converts HDR and Z HDR to HDR linear RGB signal E HDR .

これにより、暗部補正用ガンマ値γdarkを変更することで、トーンマッピングカーブの形状を変更することができ、暗部から中間調にかけての階調補正が可能となる。そして、一般的に用いられるS字曲線の逆の特性を有する関数を用いてSDR輝度信号YSDRのダイナミックレンジを拡張することができる。したがって、人物の肌の信号レベルが低くならず、白レベルが変化せず、ハイライトの白飛びが抑制されると共に、さらに暗部の階調を制作意図に応じて補正することが可能となる。 As a result, the shape of the tone mapping curve can be changed by changing the gamma value γ dark for dark portion correction, and gradation correction from the dark portion to the halftone can be performed. Then, the dynamic range of the SDR luminance signal Y SDR can be extended by using a function having the opposite characteristic of the generally used S-shaped curve. Therefore, the signal level of the human skin does not decrease, the white level does not change, overexposure of highlights is suppressed, and the gradation of dark areas can be further corrected according to the production intention.

以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。 Although the present invention has been described above with reference to embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the technical idea.

尚、本発明の実施形態による映像信号変換装置1,2のハードウェア構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。映像信号変換装置1,2は、CPU、RAM等の揮発性の記憶媒体、ROM等の不揮発性の記憶媒体、及びインターフェース等を備えたコンピュータによって構成される。 As the hardware configuration of the video signal conversion devices 1 and 2 according to the embodiment of the present invention, a normal computer can be used. The video signal conversion devices 1 and 2 are composed of a computer provided with a volatile storage medium such as a CPU and RAM, a non-volatile storage medium such as a ROM, and an interface.

映像信号変換装置1に備えたRGB/三刺激値及び色度変換部10、圧縮処理部11、及び、三刺激値及び色度/RGB変換部12の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをCPUに実行させることによりそれぞれ実現される。 Each function of the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 10, the compression processing unit 11, and the tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 12 provided in the video signal conversion device 1 is a program describing these functions. Is realized by causing the CPU to execute the above.

また、映像信号変換装置2に備えたRGB/三刺激値及び色度変換部30、拡張処理部31、及び、三刺激値及び色度/RGB変換部32の各機能も、これらの機能を記述したプログラムをCPUに実行させることによりそれぞれ実現される。 Further, each function of the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 30, the extended processing unit 31, and the tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 32 provided in the video signal conversion device 2 also describes these functions. Each of these is realized by having the CPU execute the programs.

これらのプログラムは、前記記憶媒体に格納されており、CPUに読み出されて実行される。また、これらのプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク等)、光ディスク(CD−ROM、DVD等)、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもでき、ネットワークを介して送受信することもできる。 These programs are stored in the storage medium, read by the CPU, and executed. In addition, these programs can be stored and distributed in storage media such as magnetic disks (floppy (registered trademark) disks, hard disks, etc.), optical disks (CD-ROM, DVD, etc.), semiconductor memories, etc., and can be distributed via a network. You can also send and receive.

本発明の映像信号変換装置及びプログラムは、例えばHDR映像及びSDR映像を同時に制作する一体化制作において、ダイナミックレンジを変換する技術として有用である。また、本発明の映像信号変換装置及びプログラムは、受信機に搭載することができる。 The video signal conversion device and program of the present invention are useful as a technique for converting a dynamic range in, for example, integrated production in which HDR video and SDR video are simultaneously produced. Further, the video signal conversion device and the program of the present invention can be mounted on the receiver.

1 映像信号変換装置
2 映像信号変換装置
10 RGB/三刺激値及び色度変換部
11 圧縮処理部
12 三刺激値及び色度/RGB変換部
20 RGB/三刺激値変換部
21 三刺激値/色度変換部
22 色度/三刺激値変換部
23 三刺激値/RGB変換部
24 演算部
25 演算部
26 演算部
27 演算部
30 RGB/三刺激値及び色度変換部
31 拡張処理部
32 三刺激値及び色度/RGB変換部
HDR HDRリニアRGB信号
SDR SDRリニアRGB信号
HDR,YHDR,ZHDR HDR三刺激値
SDR,YSDR,ZSDR SDR三刺激値
x,y 色度座標
HDR HDR輝度信号
SDR SDR輝度信号
1 ゲイン値
2 補正値
3 補正値
4 補正値
γdark 暗部補正用ガンマ値
SDR,ip SDR変曲点
HDR,ip HDR変曲点
HDR,Ref HDR基準白レベル
SDR,WP SDR白レベル
Vhskin HLGビデオ信号の肌レベル
Vsskin SDRビデオ信号の肌レベル
1 Video signal conversion device 2 Video signal conversion device 10 RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 11 compression processing unit 12 tristimulus value and chromaticity / RGB conversion unit 20 RGB / tristimulus value conversion unit 21 tristimulus value / color Degree conversion unit 22 chromaticity / tristimulus value conversion unit 23 tristimulus value / RGB conversion unit 24 arithmetic unit 25 arithmetic unit 26 arithmetic unit 27 arithmetic unit 30 RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit 31 extended processing unit 32 tristimulus Value and chromaticity / RGB converter E HDR HDR linear RGB signal E SDR SDR linear RGB signal X HDR , Y HDR , Z HDR HDR tristimulus value X SDR , Y SDR , Z SDR SDR tristimulus value x, y chromaticity coordinates Y HDR HDR brightness signal Y SDR SDR brightness signal k 1 gain value k 2 correction value k 3 correction value k 4 correction value γ dark gamma value for dark area correction Y SDR, ip SDR change point Y HDR, ip HDR change point Y HDR, Ref HDR standard white level Y SDR, WP SDR white level Vh skin HLG video signal skin level Vs skin SDR video signal skin level

Claims (6)

HDR(High Dynamic Range:ハイダイナミックレンジ)映像をSDR(Standard Dynamic Range:スタンダードダイナミックレンジ)映像に変換する映像信号変換装置において、
前記HDR映像のリニアRGB信号を三刺激値に変換し、当該三刺激値を色度座標に変換し、当該三刺激値のうちの輝度信号をHDR輝度信号として出力すると共に、前記色度座標を出力するRGB/三刺激値及び色度変換部と、
所定のトーンマッピング関数を用いて、前記RGB/三刺激値及び色度変換部により出力された前記HDR輝度信号のダイナミックレンジを圧縮し、前記SDR映像の輝度信号をSDR輝度信号として求める圧縮処理部と、
前記圧縮処理部により求めた前記SDR輝度信号、及び前記RGB/三刺激値及び色度変換部により出力された前記色度座標を、三刺激値に変換し、当該三刺激値を前記SDR映像のリニアRGB信号に変換する三刺激値及び色度/RGB変換部と、を備え、
前記圧縮処理部は、
前記HDR輝度信号の値の増加に対して前記SDR輝度信号の値が増加する特性を有する前記トーンマッピング関数であって、前記HDR映像の肌レベルに対応する前記SDR映像の肌レベルの特性、前記HDR映像の基準白レベルに対応する前記SDR映像の白レベルの特性、及び前記SDR映像のリニアRGB信号に対応するSDRビデオ信号の値が、前記HDR映像のリニアRGB信号に対応するHDRビデオ信号の上限値に対する前記SDRビデオ信号の上限値まで増加する特性を有し、さらに、前記SDR輝度信号の所定領域の暗部の階調を調整可能な暗部補正用ガンマ値に応じて前記暗部の特性が異なる前記トーンマッピング関数を用いて、前記HDR輝度信号のダイナミックレンジを圧縮して前記SDR輝度信号を求める、ことを特徴とする映像信号変換装置。
In a video signal converter that converts HDR (High Dynamic Range) video to SDR (Standard Dynamic Range) video.
The linear RGB signal of the HDR image is converted into tristimulus values, the tristimulus values are converted into chromaticity coordinates, the luminance signal of the tristimulus values is output as an HDR luminance signal, and the chromaticity coordinates are output. Output RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit,
A compression processing unit that compresses the dynamic range of the HDR luminance signal output by the RGB / tristimulus value and chromaticity converter using a predetermined tone mapping function, and obtains the luminance signal of the SDR image as an SDR luminance signal. When,
The SDR luminance signal obtained by the compression processing unit, the RGB / tristimulus value, and the chromaticity coordinates output by the chromaticity conversion unit are converted into tristimulus values, and the tristimulus values are converted into the tristimulus value of the SDR image. It is equipped with a tristimulus value that converts to a linear RGB signal and a chromaticity / RGB conversion unit.
The compression processing unit
The tone mapping function having the characteristic that the value of the SDR luminance signal increases with respect to the increase of the value of the HDR luminance signal, and the characteristic of the skin level of the SDR image corresponding to the skin level of the HDR image, the said. The white level characteristic of the SDR image corresponding to the reference white level of the HDR image and the value of the SDR video signal corresponding to the linear RGB signal of the SDR image are the values of the HDR video signal corresponding to the linear RGB signal of the HDR image. It has a characteristic of increasing up to the upper limit of the SDR video signal with respect to the upper limit, and further, the characteristic of the dark portion differs depending on the gamma value for dark portion correction that can adjust the gradation of the dark portion in a predetermined region of the SDR luminance signal. A video signal conversion device characterized in that the dynamic range of the HDR luminance signal is compressed to obtain the SDR luminance signal by using the tone mapping function.
請求項1に記載の映像信号変換装置において、
前記圧縮処理部は、
前記トーンマッピング関数として、前記HDR輝度信号における所定の変曲点よりも小さい領域では、前記暗部補正用ガンマ値を冪指数とする冪関数を用い、前記HDR輝度信号における前記所定の変曲点以上の領域では対数関数を用いて、前記HDR輝度信号のダイナミックレンジを圧縮して前記SDR輝度信号として求める、ことを特徴とする映像信号変換装置。
In the video signal conversion device according to claim 1,
The compression processing unit
As the tone mapping function, in a region smaller than the predetermined turning point in the HDR luminance signal, a 冪 function having the gamma value for dark portion correction as a 冪 exponent is used, and is equal to or higher than the predetermined turning point in the HDR luminance signal. A video signal conversion device characterized in that the dynamic range of the HDR luminance signal is compressed and obtained as the SDR luminance signal by using a logarithmic function in the region of.
SDR(Standard Dynamic Range:スタンダードダイナミックレンジ)映像をHDR(High Dynamic Range:ハイダイナミックレンジ)映像に変換する映像信号変換装置において、
前記SDR映像のリニアRGB信号を三刺激値に変換し、当該三刺激値を色度座標に変換し、当該三刺激値のうちの輝度信号をSDR輝度信号として出力すると共に、前記色度座標を出力するRGB/三刺激値及び色度変換部と、
所定のトーンマッピング関数を用いて、前記RGB/三刺激値及び色度変換部により出力された前記SDR輝度信号のダイナミックレンジを拡張し、前記HDR映像の輝度信号をHDR輝度信号として求める拡張処理部と、
前記拡張処理部により求めた前記HDR輝度信号、及び前記RGB/三刺激値及び色度変換部により出力された前記色度座標を、三刺激値に変換し、当該三刺激値を前記HDR映像のリニアRGB信号に変換する三刺激値及び色度/RGB変換部と、を備え、
前記拡張処理部は、
前記SDR輝度信号の値の増加に対して前記HDR輝度信号の値が増加する特性を有する前記トーンマッピング関数であって、前記HDR映像の肌レベルに対応する前記SDR映像の肌レベルの特性、前記HDR映像の基準白レベルに対応する前記SDR映像の白レベルの特性、及び前記SDR映像のリニアRGB信号に対応するSDRビデオ信号の値が、前記HDR映像のリニアRGB信号に対応するHDRビデオ信号の上限値に対する前記SDRビデオ信号の上限値まで増加する特性を有し、さらに、前記SDR輝度信号の所定領域の暗部の階調を調整可能な暗部補正用ガンマ値に応じて前記暗部の特性が異なる前記トーンマッピング関数を用いて、前記SDR輝度信号のダイナミックレンジを拡張して前記HDR輝度信号を求める、ことを特徴とする映像信号変換装置。
In a video signal converter that converts SDR (Standard Dynamic Range) video to HDR (High Dynamic Range) video.
The linear RGB signal of the SDR image is converted into tristimulus values, the tristimulus values are converted into chromaticity coordinates, the luminance signal of the tristimulus values is output as an SDR luminance signal, and the chromaticity coordinates are output. Output RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit,
An expansion processing unit that expands the dynamic range of the SDR luminance signal output by the RGB / tristimulus value and chromaticity conversion unit using a predetermined tone mapping function, and obtains the luminance signal of the HDR image as an HDR luminance signal. When,
The HDR luminance signal obtained by the expansion processing unit, the RGB / tristimulus value, and the chromaticity coordinates output by the chromaticity conversion unit are converted into tristimulus values, and the tristimulus values are converted into the HDR video. It is equipped with a tristimulus value that converts to a linear RGB signal and a chromaticity / RGB conversion unit.
The expansion processing unit
The tone mapping function having a characteristic that the value of the HDR luminance signal increases with respect to the increase of the value of the SDR luminance signal, and the characteristic of the skin level of the SDR image corresponding to the skin level of the HDR image, the said. The white level characteristic of the SDR image corresponding to the reference white level of the HDR image and the value of the SDR video signal corresponding to the linear RGB signal of the SDR image are the values of the HDR video signal corresponding to the linear RGB signal of the HDR image. It has a characteristic of increasing up to the upper limit value of the SDR video signal with respect to the upper limit value, and further, the characteristic of the dark portion differs depending on the gamma value for dark portion correction that can adjust the gradation of the dark portion in a predetermined region of the SDR luminance signal. A video signal conversion device characterized in that the dynamic range of the SDR luminance signal is expanded to obtain the HDR luminance signal by using the tone mapping function.
請求項3に記載の映像信号変換装置において、
前記圧縮処理部は、
前記トーンマッピング関数として、前記SDR輝度信号における所定の変曲点よりも小さい領域では、前記暗部補正用ガンマ値の逆数を冪指数とする冪関数を用い、前記SDR輝度信号における前記所定の変曲点以上の領域では指数関数を用いて、前記SDR輝度信号のダイナミックレンジを拡張して前記HDR輝度信号として求める、ことを特徴とする映像信号変換装置。
In the video signal conversion device according to claim 3,
The compression processing unit
As the tone mapping function, in a region smaller than the predetermined variation point in the SDR luminance signal, a power function having the inverse of the gamma value for dark portion correction as a power index is used, and the predetermined variation in the SDR luminance signal is used. A video signal conversion device characterized in that, in a region above a point, an exponential function is used to extend the dynamic range of the SDR luminance signal to obtain it as the HDR luminance signal.
コンピュータを、請求項1または2に記載の映像信号変換装置として機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as the video signal conversion device according to claim 1 or 2. コンピュータを、請求項3または4に記載の映像信号変換装置として機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as the video signal conversion device according to claim 3 or 4.
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