JP5639228B2

JP5639228B2 - 重み付け符号化する方法及びシステム

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Publication number: JP5639228B2
Application number: JP2013127830A
Authority: JP
Inventors: ドーザー，インゴ，トビーアス
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2026-05-25
Also published as: JP2013214992A

Description

本発明は、一般にディジタル画像方法及びディジタル画像システムに関し、特に、記憶又は伝送のためにビット深度を削減する場合の、画像の精度の向上に関する。

ピクチャ又はビデオ・コンテンツを記憶、圧縮、又は伝送する場合、ディジタル・デ―タは、制約されたビット深度を含む。別々の３つの色信号（例えば、赤色、緑色や青色）の組み合わせを使用して画面の画像の画素それぞれを表示することが可能であるが、しかし、別々の色の組み合わせを実現することが可能であり、異なる数の色を実現することも可能である。各画素（領域）の外観は、色の組み合わせの強度によって制御される。画素について記憶された情報の量がその色深度を決定する。これは、画素の色をどの程度正確に制御するかを規定することが可能である。色深度の精度はビット単位で規定されるので、これは通常、ビット深度としても表される。画素毎に使用されるビットが多いほど、画像の色の精細度はより高くなる。しかし、色深度を増加させると、かなり大きな容量のメモリが画像の記憶又は伝送に更に必要になり、処理する対象のデータがより多く生成される。

高いビット深度を備え、色精度が高く、ダイナミック・レンジが大きいピクチャ・マテリアル及びビデオ・コンテンツが利用可能であるが、しかし、現在の伝送媒体及び記憶形式により、処理することが可能なデ―タの量に対する制約が課される。多くの場合、圧縮又は帯域の制約により、ビットの深度の削減が余儀なくされる。

したがって、ビット深度の制約を最適化して、記憶又は伝送のためにビット深度を削減する場合にピクチャの精度を向上させ、現在の伝送手法及び記憶手法と互換であることを可能にする一方で、高品質グラフィックスを提供する方法及びシステムに対する必要性が存在している。

効果的には、本発明は、利用可能なビット深度から最大の画像精度をもたらすために画像データを重み付けする方法及びシステムを提供する。本発明の一実施例では、画像データを重み付け符号化する方法は、精細度の増加が望ましい、画像データの選択された領域が、画像データを特徴付けるために、大きな数のビットを使用して符号化されるように、受け取られた画像データの重み付けに使用するための非線形変換関数を求める工程を含む。

本発明の一実施例では、受け取られた画像データの符号化の重み付けに使用するための非線形変換関数を求める方法は、画像データの画素のビット深度による群に画素情報を編成する工程と、群それぞれの利得を求める工程であって、それぞれの利得が、群内の画素の個別の数に依存する工程と、それぞれの利得に基づいて変換関数を求める工程とを含む。

本発明の別の実施例では、重み付け符号化するシステムは、精細度の増加が望ましい、画像データの選択された領域が、画像データを特徴付けるために利用可能なビットの合計数のうち、不均衡に大きな数のビットを使用して符号化されるように画像データの重み付けに使用するための非線形変換関数を求めるよう構成された変換装置を含む。本発明のシステムは、重み付けされた画像データを符号化するよう構成された符号化装置を更に含み得る。本発明の一実施例では、変換装置は、画像データの画素のビット深度に応じた群に画素情報を編成するよう構成された解析装置と、編成された画素情報を受け取り、群それぞれの利得を求めるよう構成された後処理装置と、それぞれの利得に基づいて変換関数を求めるよう構成された変換生成装置とを含む。

本発明の一実施例による、記憶装置への画像データの転送、又は記憶装置との間でのデータの読み取り／書き込みにおいて、利用可能なビット深度からの最大限の利用をもたらすために画像データを重み付けするシステムを表す、概略レベルの構成図である。本発明の別の実施例による、記憶装置への画像データの転送、又は記憶装置との間でのデータの読み取り／書き込みにおいて、利用可能なビット深度からの最大限の利用をもたらすために画像データを重み付けするシステムを表す、概略レベルの構成図である。本発明の実施例による、図２のシステムにおける使用に適したデータ／ピクチャ解析装置を表す、概略レベルの構成図である。本発明の実施例による、図３のデータ／ピクチャ解析装置における使用に適した後処理装置を表す、概略レベルの構成図である。本発明の実施例による処理を例証する画像を表す図である。本発明の実施例による、変換を生成するための伝達曲線の作成に使用される３つのヒストグラムを表す図である。本発明の実施例による、記憶システム又は伝送システムにおける変換関数及び逆変換関数を示すそれぞれのプロットを表す図である。本発明の実施例による、ヒストグラムを求めるために実現されるスライディング・ウィンドウを表す概略図である。本発明の一実施例による、受け取られた画像データの符号化の重み付けのために使用するための非線形変換関数を求める方法を表す流れ図である。

本発明の教示は、添付図面とともに以下の詳細な説明を検討することにより、容易に理解することが可能である。

図面は、本発明の概念を例証する目的のためであり、本発明を例証するために考えられる唯一の構成で必ずしもない。理解を容易にするために、可能な限り、同じ参照符号を使用して、図に共通の同じ構成要素を表している。

効果的には、本発明は、利用可能なビット深度から最大の画像精度をもたらすために画像データを重み付けする方法及びシステムを提供する。本発明は、主に、高ダイナミック・レンジ・ビデオ信号を符号化し、復号化する画像データ並びにビデオの記憶システム及び伝送システムに関して説明しているが、本発明の特定の実施例は、本発明の範囲を限定するものとして扱われるべきでない。本発明の教示が分かっている当業者は、本発明の概念を効果的に、記憶、圧縮、及び／又は伝送することができるほぼ何れかのディジタル・マルチメディア・システムにおけるほぼ何れかの入力信号に適用することが可能であることを認識するであろう。更に、本発明の概念は、電話機、セット・トップ・ボックス、１つ又は複数のコンピュータ、衛星リンクにより、コンピュータ間で、又は、プロセッサとビデオ・カードとの間で転送されるデータを含む何れかの伝送方法に適用可能である。

本発明は、利用可能なビット深度から最大の画像精度をもたらす方法及びシステムを提供する。一実施例は、存在していないか、又は量子化アーチファクトの期待可能性が少ない領域よりも、量子化アーチファクトの可能性の高い領域に対して多くの符号値を振り向けるよう非線形変換関数を実現するために、利用可能な符号範囲又はビット深度をより効率的に利用する。

関心のないレベルに対する精度を犠牲にすることにより、１つ又は複数の関心領域に対して最大数の利用可能なレベルを備えることが可能である。例えば、個人がよく照らされ、比較的暗いバックグラウンドの前に立っているピクチャでは、肌色である可能性が最も高い、ピクチャのフォアグラウンドの色に対して利用可能なレベルの割合が高くされ、必要な場合、暗いバックグラウンドの色に対して利用可能なレベルの割合が高くされる。

図に表す種々の構成要素及び装置の機能は、専用ハードウェア、及び適切なソフトウェアに関連してソフトウェアを実行することができるハードウェアの使用により、備えることが可能である。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって提供されるか、単一の共有プロセッサによって提供されるか、複数の個々のプロセッサ（この一部は共有であり得る）によって提供され得る。更に、「プロセッサ」又は「コントローラ」の語を明示的に使用していることは、ソフトウェアの実行することができるハードウェアを専ら表すものと解するべきでなく、暗黙的には、無制限に、ディジタル信号プロセッサ（「ＤＳＰ」）ハードウェア、ソフトウェアを記憶するための読み取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダム・アクセス・メモリ（「ＲＡＭ」）及び不揮発性記憶装置を含み得る。

図１は、本発明の一実施例による、記憶装置への画像データの転送、又は本発明の一実施例による記憶装置との間でのデータの読み取り／書き込みにおいて、利用可能なビット深度からの最大限の利用をもたらすために画像データに重み付けするシステムの概略レベル構成図を表す。図１のシステム１０は、例証的には、変換装置１２及び逆変換装置１６を有する。より具体的には、図１のシステム１０では、ソース側１４に変換装置１２を導入し、シンク側１８に、前述の変換に対する逆変換装置１６を導入することにより、本発明によるトラーケーション損失が削減される。メモリ記憶及びデータ転送の場合、書込前には送信側に符号化変換装置１２が設けられ、読み取り後には受信側に復号化変換装置１６が設けられる。

本発明の一実施例では、システム１０の変換装置１２は、受け取られた信号に、例えば、一次元ルックアップ・テーブル（１−ＤＬＵＴ）２０を使用することにより、変換関数（Ｆ）を適用することが可能である（すなわち、全ての色信号が、同じルックアップ・テーブルを共有する）。本発明の別の実施例では、３つ以上の１−ＤＬＵＴ２０（色信号毎に１つ、又は、画素色成分（赤色、緑色及び青色）毎に１つ）を実現して、変換関数（Ｆ）を、受け取られた信号に適用することが可能である。より具体的には、図１のシステム１０によって表す本発明の実施例では、高ダイナミック・レンジ・ビデオ信号２２が変換装置１２に伝達される。変換装置１２では、トランケーション前にルックアップ・テーブル２０をビデオ信号２２に施して、より小さなダイナミック・レンジ信号２４をもたらすことが可能である。例えば、高ダイナミック・レンジ・ビデオ信号２２が、１０ビットの赤色、緑色、青色（ＲＧＢ）信号を含み、ＬＵＴ２０が、本発明によって施される場合、変換装置１２の出力は、８ビットのＲＧＢ信号２４を含み得る。ＬＵＴ２０は、他の領域を特徴付けるために使用されるレベル（ビット深度）の数を削減する一方で、関心領域又は関心区域の特徴付け（すなわち、振幅の特徴付け）のために、より多くのレベル（ビット深度）を使用することにより、データ・ストリーム又はデータ画像における画素のレベル又はビット深度を調節する。

図１のシステム１０の本発明の実施例によれば、重み付け符号化がソース側１４で行われる。関心領域は、所定のものであるか、又は、画像のヒストグラム解析に基づいて、又は、より高い光量と比較してより低い光量の場合の異なるコントラスト感度などの心理視覚パラメータを含む他の基準を使用することによって求められる、ピクチャ画面の特定の領域に応じて設定されて、予めプログラムされる。図１のシステム１０の変換装置１２はＬＵＴを含むものとして表しているが、本発明の変換関数は、ＬＵＴの実現を必要としない。その代わりに、本発明の別の実施例では、本発明による変換関数を適用するために他の手段を使用することが可能である（ガンマ・オフセットを設けるか、利得オフセットを設けるか、多項式の係数を設けて、変換関数を求め、生成するなど）。

図１のシステム１０のシンク側１８には、逆変換部（Ｆ^−１）が設けられる。例えば、図１のシステム１０のシンク側１８には、逆変換ＬＵＴ２６が設けられる。すなわち、変換装置１２のＬＵＴ２０を表す変換曲線の、横座標（すなわち、最下位ビットにおけるＬＵＴの入力ビデオ・レベルのプロット）と縦座標（すなわち、最下位ビットにおける出力ビデオ・レベルのプロット）とを交換することにより、得ることが可能である。制約された低ダイナミック・レンジ信号２４は、逆変換装置１８に伝達され、逆変換装置１８では、逆ＬＵＴ２６は、上記逆関数を低ダイナミック・レンジ信号２４に適用する。逆変換装置１８は、通常の従来のディジタル伝送システムによって提供されるような低ダイナミック・レンジ信号２４の単純なトランケーションを含む信号と比較してより高いダイナミック・レンジを有する高ダイナミック・レンジ信号２８を出力する。本発明の概念を使用して供給される低ダイナミック・レンジ信号２４は、有線又は無線の伝送回線２５などの何れの既知の伝送手段によっても、又は、メモリ・アクセス若しくはメモリ記憶の場合、実質的に何れの電気接続手段２５によっても伝送することが可能である。

図２は、本発明の別の実施例による、記憶装置への画像データの転送、又は本発明の一実施例による記憶装置との間でのデータの読み取り／書き込みにおいて、利用可能なビット深度からの最大限の利用をもたらすために画像データを重み付けするシステムの概略レベルの構成図を表す。図２のシステムは、変換装置１１２と、ＬＵＴ逆変換装置４７と、データ／ピクチャ解析装置４６と、逆変換装置１１６とを含む。図２のシステムは例証的には、３つの部分（ソース部４０、伝送媒体部４２、及びシンク部４４）に分けられる。データ／ピクチャ解析装置４６は、好ましい伝送特性による変換関数ＬＵＴＦ４８を、受け取られた高ダイナミック・レンジ・ビデオ信号２２に適用する。変換関数ＬＵＴＦ４８は、伝送又は記憶のための、受け取られたピクチャ又はビデオのコンテンツの重み付け符号化のために実現される。上述の通り、変換関数は、受け取られた高ダイナミック・レンジ・ビデオ信号２２に変換関数を適用するために、ルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）、インライン関数、又は両方の組み合わせを含み得る。本発明によれば、個別のルックアップ・テーブル、インライン関数、又は両方の組み合わせは、高ダイナミック・レンジ・ビデオ信号２２の色（例えば、赤色、緑色、及び青色）毎に実現することが可能である。

図２のシステムでは、変換装置１１２の変換関数ＬＵＴＦ４８は、逆変換装置４７において逆変換される。図２のシステムでは、逆変換装置４７によって定められる逆変換関数Ｆ^−１５０はシステム１００のシンク部４４に伝達される。本発明の一実施例では、逆変換関数ＬＵＴＦ^−１５０を、変換されたピクチャ・コンテンツとともにシステム１００のシンク部４４に伝達して、受け取られたピクチャを復号化し、高ダイナミック・レンジ信号２８を出力するために逆変換装置１１６によって施す。本発明の別の実施例では、逆変換装置４７によって定められる逆変換関数ＬＵＴＦ^−１５０は、逆変換装置１１６に直接伝達される。やはり、逆変換関数ＬＵＴＦ^−１５０が、受け取られたピクチャを適切に復号化するために逆変換装置１１６によって適用される。次いで、逆変換装置１１６の出力は、ディスプレイ又は記憶装置に伝達することが可能である。変換装置１１６からの符号化ピクチャ情報を、復号化に先行して記憶する場合、復号化逆変換関数ＬＵＴＦ^−１５０が、後の復号化のために、データとともに記憶される。本発明によれば、復号化逆変換関数ＬＵＴＦ^−１５０及び情報は、ピクチャ情報とともにメタデータとして記憶することが可能である。

本発明による変換関数及び逆変換関数は、複数のやり方で、受け取られた高ダイナミック・レンジ・ビデオ信号に適用するために確立することが可能である。例えば、本発明の一実施例では、関数は、画素単位で、受け取られたビデオ信号に適用することが可能である。これは、最も効率的な手法でないことがあり得るが、特定のアプリケーションでは好適であり得る。変換関数及び逆変換関数を適用する他の手法には、ピクチャ・ブロック単位の伝送手法、一度にいくつかの画素を伝送する要約伝送手法、フレーム単位（各ピクチャがそれ自身の変換関数及び逆変換関数を有する）、動画のシーン単位（シーン内の個々のフレームそれぞれの色が似る可能性が非常に高いことに基づいて）等を含み得る。映画毎に一度、又は、データ・ブロック毎に規定される一定の関数を有することも考えられる。

本発明の実施例によれば、ヒストグラムを使用して変換関数を導出することが可能である。より具体的には、ヒストグラムベースの手法を使用して、伝達曲線のどの部分により高い精度（より高いビット深度）が必要か、及び、伝達曲線のどの部分により低い精度（ビット深度がより低く、より高いビット深度の信号よりも、利用可能な符号値が少ない）が必要かを求めることが可能である。ヒストグラム手法は、量子化アーチファクトが画像内に生起する可能性が高い場所を求めるやり方を提供する。量子化アーチファクトは、いくつかの外観を有し得る。画像内で目に見える最も一般的なアーチファクトには、浅い傾きの代わりに、目に見えるステッピングが含まれる。ピクチャ内の浅い傾きは、色がほとんど一様な「平坦な」区域上に生じ得るものであり、例えば、バックグランドの壁や、人間の顔の頬の形態で生じ得る。

量子化アーチファクト（マッハ・バンディングとも呼ばれる）は、「平坦」であるとして認識されるピクチャ区域において最もよく見える。これは、バックグラウンドの壁上の浅い色遷移、又は人間の顔上の緩やかな色遷移であり得る。前述の「平坦な」領域を検出するやり方の１つに、ヒストグラム解析を使用することがある。前述の「平坦な」領域は、類似しているか、又は、同じヒストグラム・ビン内に収まるのに十分近い高い量の画素値を提供するので、高いヒストグラム出力値をもたらす。伝送曲線又は伝達曲線は、後述のように修正することが可能である。例えば、図６は、図５に表すピクチャ２０２の例を変換するための伝達曲線３１０、３１２及び３１４の作成に使用する３つのヒストグラム３０２、３０４及び３０６を表す。ヒストグラムと伝達曲線との間の関係に関する詳細は以下に更に詳細に説明する。

図３は、本発明の実施例による、図２のシステム１００における使用に適したデータ／ピクチャ解析装置４６の、概略レベルの構成図を表す。例証的には、図３のデータ／ピクチャ解析装置４５は、ヒストグラム解析装置８４と、後処理装置８８と、変換生成装置９２とを有する。例証的には、図３のヒストグラム解析装置８４には、Ｃｏｕｎｔ＿Ｂｉｎ＿１乃至Ｃｏｕｎｔ＿Ｂｉｎ＿ｎとラベリングされた出力カウントを有するｎ個のビン８２が存在している。図３のデータ／ピクチャ解析装置４６は、ヒストグラム解析装置８４を有するものとして表しているが、上記ヒストグラム解析装置は、考えられる一解析装置に過ぎず、画素を分類する他の方法又は手段も本発明によって使用することが可能である。

ヒストグラム解析装置８４は、ビン８２毎に基準を満たす特性を有する画素の生起の数及び、画素情報のヒストグラムを生成する。例えば、本発明の一実施例では、各画素の画素値は、どの画素がどのビン８２に入れられるかの基準として使用される。前述の例では、「ｎ」個のビン８２を使用して、ピクチャ・レベルをｎ個のそれぞれのビンに分類し、ソートする。更に、前述のヒストグラムを画素色（例えば、赤色、緑色や青色）毎に作成することが可能である。
図６を参照すれば、図６は例証的には、本発明による、変換関数３０８を生成するための、伝達曲線３１０、３１２及び３１４の作成に使用される３つのヒストグラム３０２、３０４及び３０６を表す。図６では、各ヒストグラム３０２、３０４及び３０６は別々の色に対応し、ヒストグラム３０２は赤色に対応し、ヒストグラム３０４は緑色に対応し、ヒストグラム３０６は青色に対応する。図６の例では、各ヒストグラム３０２、３０４及び３０６は、８個のビン（ｘ軸）を含む。ビンそれぞれは、それぞれのビンに対応する画像又は画像部分における画素値を有する画素の数（ｙ軸上の画素カウント）を含む。図６の例では、ビンは、昇順に画素の輝度レベルと関連付けられる。図６の変換曲線３１０、３１２及び３１４は、ＬＳＢ（最下位ビット）での変換関数（例えば、ＬＵＴ）の入力ビデオ・レベル（横座標）を、ＬＳＢ（最下位ビット）での出力ビデオ・レベル（縦座標）に対してプロットしている。

図３をもう一度参照すれば、ビデオ信号（ピクチャ）がヒストグラム解析装置８４によって受け取られる。受け取られたピクチャ８６のヒストグラムは、当技術分野において知られている手法を使用することが可能なヒストグラム・ビニング処理によって導出される。次いで、出力信号（例えば、ヒストグラム解析装置８４におけるヒストグラム処理のｎ個のビンからの信号であるＣｏｕｎｔ＿Ｂｉｎ＿１乃至Ｃｏｕｎｔ＿Ｂｉｎ＿ｎ）は、後処理装置８８に伝達される。後処理装置８８は、変換生成装置９２によって使用されるための利得値９０（Ｇａｉｎ＿１乃至Ｇａｉｎ＿ｎ）を求めて、変換関数（例えば、ＬＵＴ）を求める。

図４は、本発明の実施例による、図３のデータ／ピクチャ解析装置４６における使用に適した後処理装置の、概略レベルの構成図を表す。例証的には、図４の後処理装置８８は、ヒストグラム・ビン８２の数ｎで求められるヒストグラム関数のｎ個のセグメントに対してＧａｉｎ＿１乃至Ｇａｉｎ＿ｎに対応する等量の出力信号９０を含む。例証的には、後処理装置８８は、定数又は関数の入力を可能にするための４つの入力を含む。定数／関数には、Ｌ１、Ｌ２、Ｍｉｎ＿ｇａｉｎ及びＭａｘ＿ｇａｉｎが含まれる。Ｌ１及びＬ２はそれぞれ、限度Ｍｉｎ＿ｇａｉｎと限度Ｍａｘ＿ｇａｉｎとの間で利得を調節することを必要とする感度の範囲に及ぶ標本（例えば、各ビン８２における画素の数に対する限度）の数に対する最大限度及び最小限度を定める。

Ｍｉｎ＿ｇａｉｎ及びＭａｘ＿ｇａｉｎは、それぞれ最小（Ｌ１）及び最大（Ｌ２）に対応する利得に対する限度である。例証的な一実施例では、Ｍｉｎ＿ｇａｉｎ及びＭａｘ＿ｇａｉｎは例えば、０．５及び２それぞれであり得る。Ｌ１及びＬ２は例えば、画像又は画像ウィンドウにおける標本数の１／２０及び１／８をそれぞれ含み得る。Ｍｉｎ＿ｇａｉｎはＬ１に該当し、Ｍａｘ＿ｇａｉｎはＬ２に該当する。限度を限度装置８７において求めて、正規化装置８９の入力をＬ１とＬ２との間の値に制限する。ビン・カウント値がＬ１未満の場合、Ｌ１の出力値が生成され、Ｌ２よりも大きなビン・カウント値の場合、出力値Ｌ２が生成される。ビン・カウントの正規化値を正規化装置８９において計算して、範囲装置９１におけるＬ１とＬ２との間の範囲を規定する。正規化装置８９の出力は、ビン・カウントがカウント値ｌ１以下の場合、０に等しく、ビン・カウントがカウント値Ｌ２以上の場合、１に等しい。利得（例えば、Ｇａｉｎ＿１等）は、ビンに対応するセグメント毎に算出される。これは、正規化装置８９からの正規化ビン・カウントを使用し、論理回路９６を使用して、比例利得を算出することにより、行うことが可能である。

例証的な一実施例では、後処理ブロック８８は、式（１）

（ここで、ｈｉｓｔ１は、Ｌ２とＬ１との間のビン・カウントである（図４において「ＩＮ」とラベリングされている））、及び
式（２）

により、利得を算出する。

図３をもう一度参照すれば、変換生成装置９２は入力範囲をｎ個のゾーンにセグメント化する。ここで、ｎは、ヒストグラムのビン８２の数に等しく、後処理装置８８の利得値９０の数に等しい。各ゾーンは、上述の通り、それ自身の利得を有する。０で始めて、出力変換ＬＵＴＦ４８の各要素は、先行変換値に利得を加えた値で求められる。これにより、入力値が差分値で調節されて出力値がもたらされる。一例では、変換は、ｎ本の直線、又は上述の他の数学的処理を使用して編成することが可能である。各線ｍは、その始点（線ｍ−１の終点）、及び傾き（利得）で規定される。

図５は、本発明の実施例によって本発明の概念を施すことが可能な例証的な画像２０２を表す。すなわち、図５の画像を上述のヒストグラム解析を使用して処理して、図６に表すようなビデオ・データ又は画像データの処理に使用される伝達曲線（変換）を求める。すなわち、もう一度図６を参照すれば、赤色画素色、緑色画素色及び青色画素色に対応するヒストグラム３０２、３０４及び３０６を使用して伝達曲線３１０（赤色）、３１２（緑色）、及び３１４（青色）を生成する。伝達曲線の値により、記憶又は伝送のために、ビデオ信号の重み付け符号化をサポートするための変換関数（例えば、ＬＵＴ）が求められる。

図７は、本発明の実施例による、記憶システム又は伝送システムにおいて使用するための変換関数及び逆変換関数を示すそれぞれのプロットを表す。図７では、入力高ダイナミック・レンジ・ビデオ信号を符号化するために変換装置１２において図６の伝達曲線３１０、３１２及び３１４を使用する。曲線３２０、３２２及び３２４は、変換された低ダイナミック・レンジ・ビデオ信号を復号化するために逆変換装置１６において使用される。すなわち、本発明の一実施例では、ＬＵＴは、重み付け情報（利得）を使用して高ダイナミック・レンジ・ビデオ信号の画素情報を符号化して、ソース１４とシンク１８との間で伝送される低ダイナミック・レンジ・ビデオ信号をもとらすよう実現される。

図８は、本発明の実施例による、ヒストグラムを求めるために実現されるスライディング・ウィンドウの概略図を表す。図８において表すように、本発明の任意的な実現形態では、スライディング・ウィンドウ４０２を有するヒストグラムを作成することにより、最適な結果を達成することが可能である。より具体的には、Ｍａｘ＿Ｇａｉｎを引き起こすための、ビン内の最大数の画素を定めるＬ２が、ピクチャの標本の合計数よりもずっと小さいとすれば、上述のような単一の大局的な解析を行う代わりに、結果を組み合わせることにより、かつ、ピクチャの部分の個々の解析によって達成することが可能である。本発明のスライディング・ウィンドウ４０２を使用すれば、画素値が実際に、特定の関心ピクチャ領域で見つけられ、ピクチャ全体にわたって分散しないことが確実にされる。
本発明の一実施例では、本願のヒストグラム解析のピクチャ・サイズ（ｉ×ｊ）４０４よりも小さなスライディング・ウィンドウ４０２を実現することが可能である。例えば、スライディング・ウィンドウのステップ・サイズが、一画素（番号４０３で表す）に等しく、２次元で一線（番号４０５及び４０７で表す）に等しい場合、結果として、（ｉ−ａ）×（ｊ−ｂ）値がビン毎に得られる。

前述の実施例では、後処理工程を行って、結果としてビン毎のラン全ての最大値を選んで、ピクチャ領域全て及び重要なヒストグラム領域全てが十分に考慮されていることを確実にすることが有益である。更なる処理は全て、上述の通り、行うことが可能であるが、しかし、ピクチャ・サイズ４０４でなくウィンドウ・サイズ４０２に基づいてＬ１及びＬ２を選ばなければならない。

本発明によれば、画像データを重み付け符号化する方法は、画像データの特徴付けに利用可能なビットの合計数のうちの不均衡に大きな数のビットを使用して、精細度の増加が望ましい、画像データの選択された領域が符号化されるように、受け取られた画像データの符号化の重み付けに使用するための非線形変換関数を求める工程を含む。図９は、本発明の一実施例による、受け取られた画像データの符号化の重み付けにおいて使用する非線形関数を求める方法の流れ図を表す。図９の方法は工程５０２で始まる。工程５０２では、伝送又は記憶のために符号化される対象の信号（例えば、画像データ、ビデオ・コンテンツ等）が受け取られる。次いで、方法は工程５０４に進む。

工程５０４では、受け取られた信号の画素情報（例えば、画素毎の色又は色の組み合わせの強度）が、画像内の画素のビット深度に基づいてヒストグラムのビンに編成される。次いで、方法は工程５０６に進むか、又は、任意的には工程５０５に進む。

工程５０５では、スライディング・ウィンドウを施してサブセット・ヒストグラムを生成する。スライディング・ウィンドウを画像データに対して移動させて、ヒストグラムを作成するために画像データの部分集合を設ける。次いで、方法は工程５０６に進む。

工程５０６では、ビン内の画素量に基づいて、工程５０４で作成されたヒストグラムのビンの利得が計算される。次いで、方法は工程５０８に進む。

工程５０８では、計算された利得を使用して、第１のダイナミック・レンジ信号（高ダイナミック・レンジ）を第２の低ダイナミック・レンジ信号に変換する変換関数、及び逆変換関数を導出する。変換関数は、工程５０６の利得に基づいて求められる。変換関数は工程５０８において、１つ又は複数のＬＵＴとして表すことが可能である。次いで、方法は工程５１０に進んで、求められた変換関数及び逆変換関数の適用を表す。

工程５１０では、利得を実現して（すなわち、変換関数が、受け取られた信号に施される）、受け取られた信号の部分を重み付けして、受け取られた信号（画像データ）の選択された領域において、より大きな分解能又は品位を与える。画像の選択された領域は高ビット深度を含む一方、他の部分は、より少ないビット深度を含み得る。本発明の一実施例では、重み付けはＬＵＴを使用して得られる。変換関数によって備えられる重み付けを使用して、画素のビット深度における調節を行って、画像にわたるビット深度を最適化する。次いで、方法は工程５１２に進む。

工程５１２では、低ダイナミック・レンジ信号が受信器に送信されるか、又は記憶媒体に記憶される。工程５０８で求められた逆変換関数は、低ダイナミック・レンジ信号の逆変換のために、又は記憶のために、低ダイナミック・レンジ信号とともに送信することが可能である。あるいは、工程５０８において求められた逆変換関数は、後に復号化するために逆変換装置に直接供給することが可能である。次いで、方法は工程５１４に進む。

工程５１４では、逆変換関数を適用して、元の信号の高ダイナミック・レンジに、受け取られた信号を復元するか、又は復号化する。次いで、方法は終了する。

画像データが受け取られるか、又はアクセスされると、ビット深度の回復をサポートし、ビット深度の削減をサポートするよう、符号化画像データを重み付けする方法及びシステムの種々の実施例（例証的であり、限定的でないことを意図している）を説明したが、上述の教示に照らして当業者が修正及び変形を行うことが可能である。したがって、特許請求の範囲記載の本発明の範囲及び趣旨の範囲内に収まる本発明の特定の実施例において変更を行うことができる。以上、本発明の種々の実施例に関して説明したが、本発明の他及び更なる実施例をその基本的な範囲から逸脱しない限り、考え出すことができる。

１１２変換装置

Claims

画像データを重み付け符号化する方法であって、
前記画像データの他の領域に使用される、より少ないビット深度と比較して、選択された領域を特徴付けるために高ビット深度を使用して、色精度の増加が望まれる前記画像データの選択された領域が符号化されるように前記画像データに非線形変換関数を適用する工程
を含み、
前記非線形変換関数が前記画像データに、前記画像データの画素の別々の色について個別のルックアップ・テーブルを有するルックアップ・テーブルを使用して適用される方法。
請求項１記載の方法であって、前記画像データの前記選択された領域が、量子化アーチファクトが生じる可能性が高い領域を含む方法。
請求項１記載の方法であって、前記非線形変換関数は、
前記画像データの画素のビット深度による群に画素情報を編成する工程と、
前記群のそれぞれの利得を求める工程であって、前記それぞれの利得が、前記群におけるそれぞれの画素数に依存する工程と、
前記変換関数を前記それぞれの利得に基づいて求める工程とによって求められる方法。
請求項３記載の方法であって、
スライディング・ウィンドウを前記画像データに施して、前記群を作成するために前記画像データの部分集合を求める工程を更に含む方法。
請求項３記載の方法であって、前記利得を使用して、前記画像データの前記画素の前記選択された領域を重み付けして、前記画像データの前記画素の前記ビット深度を調節する方法。
請求項１記載の方法であって、前記画像データの復号化に使用するための逆変換関数を求める工程を更に含む方法。
画像データを重み付け符号化するシステムであって、
前記画像データの他の領域に使用される、より少ないビット深度と比較して、選択された領域を特徴付けるために高ビット深度を使用して、色精度の増加が望まれる前記画像データの選択された領域が符号化されることが可能であるように前記画像データに非線形変換関数を適用するよう構成された変換装置であって、前記非線形変換関数が前記画像データに、前記画像データの画素の別々の色について個別のルックアップ・テーブルを有するルックアップ・テーブルを使用して適用される変換装置と、
前記画像データを符号化するよう構成された符号化装置とを備えるシステム。
請求項７記載のシステムであって、前記変換装置は、
前記画像データの画素のビット深度による群に画素情報を編成するよう構成された解析装置と、
前記編成された画素情報を受け取り、前記群のそれぞれの利得を求めるよう構成された後処理装置であって、前記それぞれの利得が、前記群におけるそれぞれの画素数に依存する後処理装置と、
前記それぞれの利得に基づいて前記非線形変換関数を求めるよう構成された変換生成装置であって、前記非線形変換関数は、対応する利得に基づいて、低ビット深度の第２の信号に前記画像データを変換する変換生成装置とを備えるシステム。
請求項８記載のシステムであって、前記画素のそれぞれの画素値に基づいてヒストグラムのビンに画素情報を編成するシステム。
請求項７記載のシステムであって、前記変換装置は、前記画像データに前記非線形変換関数を適用するためのルックアップ・テーブルを備え、
前記ルックアップ・テーブルは、前記画像データの前記画素の別々の色について個別のルックアップ・テーブルを含むシステム。
請求項７記載のシステムであって、逆変換関数を前記画像データに適用するよう構成された逆変換装置を更に備えるシステム。
請求項８記載のシステムであって、前記解析装置は画素情報をスライディング・ウィンドウに基づいて編成し、前記スライディング・ウィンドウは、前記群を作成するために前記画像データの部分集合を求めるシステム。
請求項７記載のシステムであって、前記変換装置は、符号化する対象の前記画像データを重み付けするために前記画像データに前記非線形変換関数を適用するシステム。