JP6430577B2 - 画像のダイナミックレンジ変換のための装置及び方法 - Google Patents

画像のダイナミックレンジ変換のための装置及び方法 Download PDF

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Description

本発明は、画像のダイナミックレンジ変換に関連し、特に、限定的ではないが、ローダイナミックレンジ画像からハイダイナミックレンジ画像を生成する、又はハイダイナミックレンジ画像からローダイナミックレンジ画像を生成する画像処理に関連する。
過去数十年間にかけて、アナログ表現及び通信がデジタル信号表現及び通信に置き換えられるにつれ、多様な源信号のデジタル符号化がますます重要になってきた。データレートを許容可能なレベルに維持しながら、符号化画像及びビデオシーケンスから得られる品質を向上させる研究及び開発が現在も継続的に行われている。
知覚画質の重要なファクタの１つは、画像が表示される際に再現可能なダイナミックレンジである。従来、再現画像のダイナミックレンジは、通常の光景に対して大きく低減される傾向にあった。実際、現実世界で見られる輝度レベルのダイナミックレンジは１４桁程度と大きく、月の無い夜から太陽の直視まで様々である。瞬間輝度ダイナミックレンジ及び対応する人間の視覚系反応は、晴天日又は夜において（明るい反射対暗い影領域）、１０．０００：１〜１００．０００：１の範囲内にあり得る。従来、ディスプレイのダイナミックレンジは約２〜３桁に制限され、また、センサもノイズの許容能力に応じて制限された範囲、例えば＜１０．０００：１を有した。結果として、従来は、従来のレンダリング装置に知覚可能な人工物を導入することなく、８ビットガンマ符号化フォーマットで画像を保存及び送信できた。しかし、より精密且つ生き生きとした画像を記録するために、６桁より大きいダイナミックレンジを記録可能な新しいハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）画像センサが開発された。さらに、特殊効果、コンピュータグラフィックス強化、及び他のポストプロダクション作業のほとんどが、すでに日常的に高ビット深度及びハイダイナミックレンジで行われている。
また、最先端のディスプレイシステムのコントラスト及びピーク輝度は上がり続けている。近年、ピーク輝度が約３０００Ｃｄ／ｍ２で、コントラスト比が５〜６桁（ディスプレイ固有；視聴環境も最終的なレンダリングされるコントラスト比に影響を与え、日中のテレビ視聴では５０：１以下にさえ下がり得る）の新しいプロトタイプディスプレイが発表されている。将来、ディスプレイはさらに高いダイナミックレンジを提供できることが期待されており、特に高ピーク輝度及びコントラスト比を提供することが期待されている。従来の符号化８ビット信号がこのようなディスプレイ上で表示される場合、邪魔な量子化及びクリッピングアーティファクトが出現し得る。さらに、従来のビデオフォーマットは、新しいＨＤＲ画像に含まれる豊富な情報を運ぶには不十分なヘッドルーム及び精度を提供する。
よって、消費者が最先端の（及び将来の）センサ及び表示システムの能力を完全に享受することを可能にする、新しいアプローチへのニーズが高まっている。好ましくは、このような追加情報の表現は、レガシー機器が通常のビデオストリームを依然として受信可能であるとともに、新しいＨＤＲ対応デバイスは新しいフォーマットによって運ばれる追加情報の利益を完全に享受できるよう、後方互換性である。したがって、符号化ビデオデータはＨＤＲ画像を表現するだけでなく、従来機器上に表示可能な従来のローダイナミックレンジ（ＬＤＲ）画像の符号化も可能であることが望ましい。
ＨＤＲシステムを適切に導入し、ＨＤＲの約束を完全に利用するためには、選択されるアプローチが、後方互換性、及びＨＤＲディスプレイへの最適化又は少なくとも適合化の両方を提供することが重要である。しかし、これは本質的に、ＨＤＲへの最適化と従来のＬＤＲへの最適化との間で対立をはらむ。
例えば、ビデオクリップ等の典型的な画像コンテンツは、スタジオ内において特定のディスプレイ上での最適な表示のために処理（カラーグレーディング及びトーンマッピング）される。従来、このような最適化はＬＤＲディスプレイのために実行されてきた。例えば、標準的なＬＤＲディスプレイのための製作中、カラーグレーディングの専門家がたくさんの画質特徴のバランスを取り、プロットにとって望ましい「見た目」を作成する。これは、局部的及び局所的なコントラストのバランシングを含み得り、場合によっては意図的なピクセルのクリッピングさえ含み得る。例えば、ピーク輝度が比較的低いディスプレイ上において、爆発又は明るいハイライトは、視聴者に高輝度の印象を与えるために、しばしば厳しくクリッピングされる（黒レベルが乏しいディスプレイ上の暗い影の詳細においても、同じことが起こる）。この操作は、通常は基準ＬＤＲディスプレイを仮定して実行され、慣例上、実際にはほぼ全てのコンシューマディスプレイがＬＤＲディスプレイであるので、ディスプレイはこのような基準ＬＤＲディスプレイから比較的少ししか逸脱しない。
しかし、映像がＨＤＲ対象ディスプレイのために適合されている場合、出力は大きく異なったものになる。実際、カラーの専門家は非常に異なるコードマッピングになる最適化を行う。例えば、ＨＤＲディスプレイ上ではハイライト及び影の詳細が良好に保たれるだけでなく、ミドルグレートーンにかけて異なる分布を有するよう最適化され得る。したがって、最適なＨＤＲ画像は、白色点輝度（最大達成可能輝度）の違いに対応する値によるＬＤＲ画像の単純なスケーリングによっては達成できない。
理想的には、ディスプレイの各選択可能なダイナミックレンジのために、別々のカラーグレーディング及びトーンマッピングが実行される。例えば、１つのビデオシーケンスは最大白色点５００Ｃｄ／ｍ２用であり、１つは１０００Ｃｄ／ｍ２用であり、１つは１５００Ｃｄ／ｍ２用等であり、最大可能輝度まで続く。所与のディスプレイは、単純に自身の輝度に対応するビデオシーケンスを選択する。しかし、このようなアプローチは多数のビデオシーケンスの生成を要し、よってこれらの異なるビデオシーケンスを生成するために必要なリソースも増えるため、実用的ではない。さらに、必要な記憶及び分配能力も著しく増加する。また、このアプローチは選択可能な最大表示輝度レベルを不連続なレベルに限定し、よって、与えられたビデオシーケンスのレベル間の最大表示輝度レベルを有するディスプレイの準最適な（最適でない）パフォーマンスを提供する。また、このようなアプローチは、使用される最大輝度レベルビデオシーケンスより高い最大輝度レベルを有するよう開発された将来のディスプレイを許容しない。
したがって、コンテンツ提供サイドでは限定された数のビデオシーケンスしか作成されないことが予測され、また、ビデオシーケンスがレンダリングされる特定の画像に適したビデオシーケンスを生成するために、配信チェーンの後の方の時点で自動ダイナミックレンジ変換が適用されることが予測される。しかし、このようなアプローチにおいては、最終的な画質は自動ダイナミックレンジ変換に大きく依存する。
したがって、画像の異なるダイナミックレンジをサポートするための改良されたアプローチ、及び好ましくは異なるダイナミックレンジ画像をサポートするための改良されたアプローチは有利である。
したがって、本発明は、好ましくは上記の不都合のうちの１つ又は複数を、単独で又は組み合わせによって緩和、低減、又は排除することを目的とする。
本発明の一側面によれば、画像信号を受信するための受信機であって、前記画像信号は少なくとも第１符号化画像及び第１対象ディスプレイリファレンスを含み、前記第１対象ディスプレイリファレンスは、前記第１符号化画像が符号化において対象とした第１対象ディスプレイのダイナミックレンジを示す、受信機と、前記第１対象ディスプレイリファレンスに応じて、前記第１符号化画像にダイナミックレンジ変換を適用することによって出力画像を生成するダイナミックレンジプロセッサと、前記出力画像を含む出力画像信号を出力するための出力部とを含む、画像処理装置が提供される。
本発明は、異なるダイナミックレンジ及び／又はディスプレイをサポートするシステムを可能にし得る。特に、このアプローチは、画像のレンダリングの具体的な特徴に適合できる改良されたダイナミックレンジ変換を可能にし得る。多くの場合において、ＬＤＲからＨＤＲへの、又はＨＤＲからＬＤＲへの改良されたダイナミックレンジ変換が達成され得る。
いくつかの実施形態において、ダイナミックレンジ変換は、第１符号化画像に対して出力ビデオ信号のダイナミックレンジを拡大する。いくつかの実施形態において、ダイナミックレンジ変換は、第１符号化画像に対して出力ビデオ信号のダイナミックレンジを縮小する。
ダイナミックレンジは、レンダリング輝度レンジ、すなわち、レンダリング画像の最小光出力から最大光出力までのレンジに対応する。したがって、ダイナミックレンジは単に最大値と最小値との間の比や、量子化量（ビット数等）ではなく、画像のレンダリングのための実際の輝度範囲に対応する。したがって、ダイナミックレンジは輝度値のレンジを、例えばニットとも呼ばれる平方メートルあたりのカンデラ（ｃｄ／ｍ２）単位で測定してもよい。したがって、ダイナミックレンジは、最も低い輝度値（多くの場合、絶対黒、すなわち光出力無しと仮定される）に対応する光出力（輝度）から、最大輝度値に対応する光出力（輝度）までの輝度レンジである。ダイナミックレンジは、具体的には、白色点、白色点輝度、白色輝度、又は最大輝度とも呼ばれる最高光出力値によって特徴づけられ得る。ＬＤＲ画像及びＬＤＲディスプレイにおいて、白色点輝度は典型的には５００ニット以下である。
出力画像信号は、具体的には特定のダイナミックレンジを有するディスプレイに送り込まれ、ダイナミックレンジ変換は、符号化画像を、対象ディスプレイリファレンスによって指示されたダイナミックレンジから、画像がレンダリングされるディスプレイのダイナミックレンジに変換し得る。
画像は、例えばビデオシーケンスのフレーム又は画像等の、動画シーケンスの画像であり得る。他の例として、画像は常置の背景、又は例えばグラフィックス等のオーバーレイ画像でもよい。
第１符号化画像は、具体的にはＬＤＲ画像でもよく、出力画像はＨＤＲ画像でもよい。第１符号化画像は、具体的にはＨＤＲ画像でもよく、出力画像はＬＤＲ画像でもよい。
本発明の選択任意の特徴によれば、第１対象ディスプレイリファレンスは、第１対象ディスプレイの白色点輝度を含む。
これは、多くの実施形態において好適な動作を提供し得る。特に、実行すべき改良されたダイナミックレンジ変換を実現するのに十分な情報を提供しつつ、低い複雑性及び／又は低いオーバーヘッドを実現できる。
本発明の選択任意の特徴によれば、第１対象ディスプレイリファレンスは、第１対象ディスプレイ用の電気光変換関数指標を含む。
これは、多くの実施形態において好適な動作を提供し得る。特に、実行すべき改良されたダイナミックレンジ変換を実現するのに十分な情報を提供しつつ、低い複雑性及び／又は低いオーバーヘッドを実現できる。また、このアプローチは、具体的にはダイナミックレンジ変換を例えば中範囲輝度の具体的な特徴に適合できる。例えば、これは、ダイナミックレンジ変換が、対象ディスプレイ及びエンドユーザディスプレイのガンマの差を考慮することを可能にする。
本発明の選択任意の特徴によれば、第１対象ディスプレイリファレンスは、第１対象ディスプレイ用の第１符号化画像を生成するのに用いられるトーンマッピングを表すトーンマッピング指標を含む。
これは、多くの場合において、実行されるべき改良されたダイナミックレンジ変換を可能にし得り、特にダイナミックレンジ変換が、コンテンツ作成サイドにおいて実行されるトーンマッピングの具体的な特徴を補償することを可能にする。
したがって、いくつかの場合において、画像処理デバイスは、符号化画像の最適化において対象としたディスプレイの特徴、及び特定のトーンマッピングの特徴の両方を考慮し得る。これは、画像を１つのダイナミックレンジから他のダイナミックレンジに変換する際に、例えば主観的且つ美術的なトーンマッピング決定を考慮することを可能にする。
本発明の任意選択の特徴によれば、画像信号は、ダイナミックレンジ変換制御データを含むデータフィールドを更に含み、ダイナミックレンジプロセッサは、ダイナミックレンジ変換制御データに応じてダイナミックレンジ変換を実行する。
これは、多くのシステムにおいて改良された性能及び／又は機能を提供し得る。特に、これはコンテンツプロバイダサイドが最終的な画像の制御をいくらか維持しながら、特定のダイナミックレンジディスプレイへのローカライズ及び対象化された適合を可能にする。
ダイナミックレンジ変換制御データは、実行されなければならない及び／若しくは適用されてもよいダイナミックレンジ変換の特徴を指定するデータ、並びに／又はダイナミックレンジ変換の推奨特徴を指定するデータを含んでもよい。
本発明の選択任意の特徴によれば、ダイナミックレンジ変換制御データは、異なるディスプレイ輝度レベルに対して異なるダイナミックレンジ変換パラメータを含む。
これは、多くの実施形態において改良された制御及び／又は適合を提供し得る。具体的には、これは、画像処理デバイス１０３が、出力画像の生成において対象とした特定のダイナミックレンジに適した制御データを選択及び適用することを可能にする。
本発明の選択任意の特徴によれば、ダイナミックレンジ変換制御データは異なるディスプレイ最大輝度レベルに対して異なるトーンマッピングパラメータを含み、ダイナミックレンジプロセッサは、異なるトーンマッピングパラメータ及び出力画像信号の最大輝度に応じて、ダイナミックレンジ変換のためのトーンマッピングパラメータを決定する。
これは、多くの実施形態において改良された制御及び又は適合を提供し得る。具体的には、これは、画像処理デバイス１０３が、出力画像の生成において対象とした特定のダイナミックレンジに適した制御データを選択及び適用することを可能にする。トーンマッピングパラメータは、具体的には、適用されなければならない、適用されてもよい、又は適用が推奨される、ダイナミックレンジのためのパラメータを与える。
本発明の選択任意の特徴によれば、ダイナミックレンジ変換制御データは、ダイナミックレンジ変換によって適用されなければならない変換パラメータのセットを定めるデータを含む。
これは、画像処理デバイスによってサポートされるディスプレイ上にレンダリングされる画像に関する制御を、コンテンツプロバイダサイドが維持することを可能にする。これは、異なるレンダリング状況間の均質性を保証し得る。このアプローチは、例えば、コンテンツプロバイダが、画像の美術的表現が、複数の異なるディスプレイ上にレンダリングされた場合でも、比較的不変に維持されることを保証できるようにする。
本発明の選択任意の特徴によれば、ダイナミックレンジ変換制御データは、ダイナミックレンジ変換によって適用されるべき変換関数の範囲を定めるデータを含む。
これは、多くの場合において、改良された動作及び改良されたユーザ体験を提供し得る。具体的には、多くの場合において、コンテンツプロバイダによる自身のコンテンツのレンダリングの制御を維持したいという願望と、エンドユーザによるコンテンツを自身の好みに合わせてカスタマイズしたいという願望との間の改良されたトレードオフを可能にする。
本発明の選択任意の特徴によれば、ダイナミックレンジ変換制御データは、異なる画像カテゴリに対して異なる変換制御データを含む。
これは、多くの場合において、改良された変換画像を提供し得る。具体的には、これは、ダイナミックレンジ変換が、異なる画像の個々の特徴に対して最適化されることを可能にする。例えば、メイン画像に対応する画像、グラフィックスに対応する画像、背景に対応する画像等に、異なるダイナミックレンジ変換を適用してもよい。
本発明の選択任意の特徴によれば、第１対象ディスプレイのダイナミックレンジの最大輝度は１０００ニット以上である。
変換される画像は、ＨＤＲ画像でもよい。ダイナミックレンジ変換は、かかるＨＤＲ画像を異なるダイナミックレンジを有する（１０００以上のダイナミックレンジを有するディスプレイと関連付けられた）他のＨＤＲ画像に変換してもよい。したがって、１つのダイナミックレンジ用の１つのＨＤＲ画像を（より高い又はより低い白色点輝度を有し得る）他のダイナミックレンジ用の他のＨＤＲ画像に変換することによって、改良された画質を達成できる。
本発明の選択任意の特徴によれば、前記画像信号は、第２符号化画像及び第２対象ディスプレイリファレンスを含み、前記第２対象ディスプレイリファレンスは、前記第２符号化画像が符号化において対象とした第２対象ディスプレイのダイナミックレンジを示し、前記第２対象ディスプレイのダイナミックレンジは、前記第１対象ディスプレイのダイナミックレンジとは異なり、前記ダイナミックレンジプロセッサは、前記第２対象ディスプレイリファレンスに応じて前記第２符号化画像にダイナミックレンジ変換を適用する。
これは、多くの場合において、改良された出力品質を実現し得る。具体的には、関連付けられた対象ディスプレイの違いに応じて（及び典型的には対象ディスプレイのそれぞれがどの程度望しい出力画像のダイナミックレンジに関連するかに応じて）、第１符号化画像及び第２符号化画像に異なる変換を適用してもよい。
本発明の選択任意の特徴によれば、画像ダイナミックレンジプロセッサは、第１符号化画像及び第２符号化画像を組み合わせることによって出力画像を生成する。
これは、多くの実施形態及び場合において、改良された画質を提供する。いくつかの場合において、この組み合わせは、複数の画像のうちの１つを単純に選択することによって組み合わせが行われる選択組み合わせであり得る。
本発明の選択任意の特徴によれば、ディスプレイからデータ信号を受信するための受信機であって、前記データ信号は、前記ディスプレイのディスプレイダイナミックレンジ指標を含むダイナミックレンジ指標を含み、前記ディスプレイダイナミックレンジ指標は少なくとも１つの輝度仕様を含む、受信機をさらに含み、前記ダイナミックレンジプロセッサは、前記ディスプレイダイナミックレンジ指標に応じて前記第１符号化画像にダイナミックレンジ変換を適用する。
これは、多くの実施形態において、改良された画像レンダリングを実現し得る。
本発明の選択任意の特徴によれば、前記ダイナミックレンジプロセッサは、前記第１対象ディスプレイリファレンスに応じて、前記第１符号化画像を出力画像として生成するか、又は前記第１符号化画像の変換画像を出力画像として生成するかを選択する。
これは、多くの実施形態において改良された画像レンダリングを可能にし、且つ／又は計算負荷を低減し得る。例えば、エンドユーザディスプレイは、符号化画像が生成において対象としたダイナミックレンジに非常に近いダイナミックレンジを有する場合、受信画像がそのまま使用されると、レンダリング画像の改良された品質が典型的には達成できる。いくつかの実施形態において、ダイナミックレンジ変換は、ヌル動作（第１符号化画像をそのまま使用する）と、対象ディスプレイリファレンスがエンドユーザディスプレイと十分に異なる場合、既定且つ固定のダイナミックレンジ変換を適用することとの間で、単純に切り替えることができる。
本発明の選択任意の特徴によれば、ダイナミックレンジ変換はガマット変換を含む。
これは、多くの実施形態及び場合において、改良された出力画像が生成されることを可能にし得る。具体的には、これは、知覚される改良カラーレンダリングを可能にし得り、また、例えば画像領域の輝度の変化に由来する色認識における変換を補償し得る。いくつかの実施形態において、ダイナミックレンジ変換はガマット変換を含み得る。
本発明の選択任意の特徴によれば、画像処理デバイスは、画像信号の発信源にダイナミックレンジ制御データを送信するための制御データ送信機をさらに含む。
これは、発信源が、ダイナミックレンジ制御データに応じて画像信号を適合することを可能にし得る。ダイナミックレンジ制御データは、具体的には画像の好ましいダイナミックレンジの指標、及び／又はエンドユーザディスプレイのダイナミックレンジ（例えば、白色点輝度及び任意選択のＥＯＴＦ又はガンマ関数）の指標を含み得る。
本発明の一側面によれば、符号化画像を受信するための受信機と、前記符号化画像、及び前記符号化画像が符号化において対象とした対象ディスプレイのダイナミックレンジを示す対象ディスプレイリファレンスを含む画像信号を生成するための生成器と、前記画像信号を送信するための送信機とを含む、画像信号符号化装置が提供される。
本発明の一側面によれば、画像信号を受信するステップであって、
前記画像信号は、少なくとも第１符号化画像及び第１対象ディスプレイリファレンスを含み、前記第１対象ディスプレイリファレンスは、前記第１符号化画像が符号化において対象とした第１対象ディスプレイのダイナミックレンジを示す、受信するステップと、
前記第１対象ディスプレイリファレンスに応じて、前記第１符号化画像にダイナミックレンジ変換を適用することによって出力画像を生成するステップと、
出力画像を含む出力画像信号を出力するステップと
を含む、画像処理方法が提供される。
本発明の一側面によれば、符号化画像を受信するステップと、前記符号化画像、及び前記符号化画像が符号化において対象とした対象ディスプレイのダイナミックレンジを示す対象ディスプレイリファレンスを生成するステップと、前記画像信号を送信するステップとを含む、画像信号を送信する方法が提供される。
本発明の一側面によれば、第１符号化画像及び第１対象ディスプレイリファレンスを少なくとも含む画像信号であって、前記第１対象ディスプレイリファレンスは、前記第１符号化画像が符号化において対象とした第１対象ディスプレイのダイナミックレンジを示す、画像信号が提供される。
本発明の上記及び他の側面、特徴及び利点は、下記の実施形態を参照して説明することによって明らかになるであろう。
本発明の実施形態を、あくまで例示的な図面を参照して説明する。
図１は、本発明のいくつかの実施形態に係る画像レンダリングシステムの要素の例を示す。 図２は、画像処理装置の要素の例を示す。 図３は、画像処理装置のためのマッピングの例を示す。 図４は、ディスプレイの電気光変換関数（ＥＯＴＦ）の例を示す。 図５は、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）のＨＤＭＶ−２Ｄモードにおける表示プレーンのモデルの例を示す。 図６は、ＨＤＲ画像及びＬＤＲ画像のためのダイナミックレンジ処理の例を示す。 図７は、画像処理装置のためのマッピングの例を示す。 図８は、図９及び図１０とは異なるダイナミックレンジ変換を有する画像を同じディスプレイ上に表示した場合の例を示す。 図９は、図８及び図１０とは異なるダイナミックレンジ変換を有する画像を同じディスプレイ上に表示した場合の例を示す。 図１０は、図８及び図９とは異なるダイナミックレンジ変換を有する画像を同じディスプレイ上に表示した場合の例を示す。 図１１は、輝度値と画像処理装置のために選択可能なマッピングとの間の関係の例を示す。 図１２は、画像処理装置のためのマッピングの例を示す。 図１３は、画像処理装置のためのマッピングの例を示す。 図１４は、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）規格に従うグラフィックスストリームの構造を示す。 図１５は、画像及び関連付けられたオーバーレイグラフィックス画像のためのダイナミックレンジ処理の例を示す。 図１６は、画像及びグラフィックスのためのダイナミックレンジ処理の例を示す。 図１７は、画像処理装置の要素の例を示す。 図１８は、画像処理装置のためのマッピングの例を示す。 図１９は、画像処理装置の要素の例を示す。 図２０は、画像処理装置のためのマッピングの例を示す。 図２１は、本発明のいくつかの実施形態に係るディスプレイの要素の例を示す。 図２２は、画像処理装置の要素の例を示す。 図２３は、符号化装置による、ＨＤＲ画像を符号化する８ビット画像の生成を概略的に示す。
図１は、オーディオ・ビジュアル配信経路の例を示す。この例において、コンテンツプロバイダ装置１０１は、映画、テレビ番組等のオーディオ・ビジュアルコンテンツアイテムのためのオーディオ・ビジュアルコンテンツ信号を生成する。コンテンツプロバイダ装置１０１は、特に、オーディオ・ビジュアルコンテンツを適切な符号化フォーマット及び色表現に従って符号化できる。特に、コンテンツプロバイダ装置１０１は、オーディオ・ビジュアルコンテンツアイテムのビデオシーケンスの画像を、ＹＣｒＣｂ等の適切な表現に従って符号化できる。コンテンツプロバイダ装置１０１は、コンテンツを製作及び放送する製作及び配信ハウスを表すと考えてもよい。
その後、オーディオ・ビジュアルコンテンツ信号は配信経路１０５を介して画像処理デバイス１０３に配信される。画像処理デバイス１０３は、例えば、パーソナルビデオレコーダ、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）プレーヤー、ネットワーク（例えばインターネット）ストリーミングデバイス、衛星又は地上テレビ受像機等、コンテンツアイテムの特定のコンシューマが有するセットトップボックスであり得る。
オーディオ・ビジュアルコンテンツは、コンテンツプロバイダ装置１０１によって符号化され、例えばパッケージメディア（媒体）又は通信メディアからなるメディアを介してコンテンツプロバイダ装置１０１から配信される。その後、コンテンツは、コンテンツを復号して再生する機能を有する画像処理デバイス１０３の形態を取るソースデバイスに到達する。
配信経路１０５はいかなる配信経路でもよく、如何なるメディアを介してもよいし、又は如何なる適切な通信基準を用いてもよいことを理解されたい。また、配信経路はリアルタイムでなくともよく、永久記憶装置又は一時記憶装置を含んでもよい。例えば、配信経路はインターネット、衛星、ケーブル又は地上波ブロードキャスト、携帯型若しくは固定通信ネットワーク等、又はＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ、若しくはメモリーカード等の物質的に配信されるメディア上の記憶装置を含み得る。
画像処理デバイス１０３は通信経路１０９を介してディスプレイ１０７に接続される。画像処理デバイス１０３は、オーディオビジュアルコンテンツアイテムを表す表示信号を生成する。このように、ソースデバイスは復号されたコンテンツを、デジタル信号を物質的な表現に変換するテレビ又は他のデバイスであり得るシンクデバイスに流す。
画像処理デバイス１０３は、データに例えば画像改良又は信号処理アルゴリズムを施すことができ、特に（処理された）オーディオビジュアル信号を復号及び再符号化することができる。再符号化は、特に受信信号とは異なる符号化又は表現フォーマットであり得る。
いくつかの実施形態において、図１のシステムはディスプレイ１０７にハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）ビデオ情報を提供するよう構成され、他の実施形態又は状況においては、ディスプレイ１０７にローダイナミックレンジ（ＬＤＲ）画像を提供するよう構成される。また、例えば改良された後方互換性を提供するために、いくつかの状況においては、画像が表示されるディスプレイに応じて、ＬＤＲ画像及びＨＤＲ画像の両方を提供可能な場合がある。具体的には、システムはＬＤＲ画像及びＨＤＲ画像の両方に関する画像信号を通信／配信可能である。
従来のディスプレイは、典型的にはＬＤＲ表現を用いる。通常、このようなＬＤＲ表現は、指定原色に関連する三成分８ビット表現によって提供される。例えば、ＲＧＢ色表現は、赤、緑、及び青の原色をそれぞれ参照する３つの８ビットサンプルによって提供され得る。他の表現は、１つの輝度成分及び２つの彩度（色度）成分を用いる（例えばＹＣｒＣｂ）。これらのＬＤＲ表現は、所与の明度又は輝度範囲に対応する。
ＨＤＲは、特に、ＨＤＲディスプレイ上に非常に明るい画像（又は画像領域）が適切に提示されることを可能にする。実際、ＨＤＲディスプレイ上に表示されるＨＤＲ画像は、ＬＤＲディスプレイ上に提示される対応するＬＤＲ画像が提供するより、はるかに明るい白色を提供する。実際、ＨＤＲディスプレイは、典型的にはＬＤＲディスプレイより少なくとも４倍明るい白色を可能にする。輝度は、具体的には表示可能な最も暗い黒色に対して測定されてもよいし、所与の灰色又は黒色レベルに対して測定されてもよい。
ＬＤＲ画像は、特に原色のセット及び／又は特定の白色点に関連する固定ビット解像度等の特定のディスプレイパラメータに対応し得る。例えば、与えられたＲＧＢ原色のセット、及び例えば５００Ｃｄ／ｍ２の白色点に対して、８ビットが提供され得る。ＨＤＲ画像は、これらの制限を超えてレンダリングされるべきデータを含む画像である。具体的には、輝度は白色点の４倍以上の明るさであってもよい（例えば、２０００Ｃｄ／ｍ２）。
ハイダイナミックレンジピクセル値は、ＮＴＳＣ及びＭＰＥＧ−２時代に標準化されたディスプレイ上に忠実に表示することができるレンジより（はるかに）大きい輝度コントラストレンジ（ピクセルセット内の最も明るい輝度／最も暗い輝度）を有する（典型的なＲＧＢ原色、最大駆動レベル［２５５，２５５，２５５］を有するD65白色、及び例えば基準輝度５００ニット以下の場合）。通常、このような基準ディスプレイに対して、８ビットは約５００ニット〜０．５ニット（コントラストレンジ１０００：１以下）の全てのグレー値を視覚的に小さいステップで表示するのに十分である一方、ＨＤＲ画像はより高いビットワード、例えば１０ビットによって符号化される（より大きなウェル深度及びＤＡＣ、例えば１４ビットを有するカメラによって撮影されてもよい）。具体的には、ＨＤＲ画像は典型的には白色のシーンより高い（明るい画像オブジェクトの）ピクセル値を多く含む。特に、いくつかのピクセルは白色のシーンの２倍より明るい。この白色のシーンは、典型的にはＮＴＳＣ／ＭＰＥＧ−２基準ディスプレイの白色と等しくされ得る。
ＨＤＲ画像に用いられるビット数Ｘは、典型的にはＬＤＲ画像に用いられるビット数Ｙ以上である（Ｘは、典型的には例えば１０、１２、又は１４ビットであり（複数の色チャネルが用いられる場合、色チャネルごと）、Ｙは、例えば８又は１０ビットであり得る）。より小さいレンジ内のピクセルに適応するためには、例えば圧縮スケーリング等の変換／マッピングが要求され得る。輝度差が、ある値から次の値まで不等距離で変化する場合（人間の視覚系のために要求されるわけではない）、典型的には、非線形変換が含まれてもよく、例えば対数符号化は、Ｘビットワードで線形符号化よりもはるかに大きい輝度レンジを（輝度として）符号化することができる。
ＬＤＲ画像とＨＤＲ画像との間の違いは、単にＬＤＲ画像よりＨＤＲ画像において用いられるビット数が大きいというだけではない。ＨＤＲ画像はＬＤＲ画像より広い輝度レンジをカバーし、通常はより高い最大輝度値、すなわち、より高い白色点を有する。実際、ＬＤＲ画像が５００ニット以下に対応する最大輝度（白色）点を有する一方、ＨＤＲ画像は５００ニットより高い、しばしば１０００ニット以上、２０００ニット又は場合によっては４０００ニット以上に対応する最大輝度（白色）点を有する。したがって、ＨＤＲ画像は単に高い粒度又は改良された量子化に対応する大きいビット数を用いるのではなく、実際の高い輝度レンジに対応する。したがって、最大選択可能輝度ピクセル値は、一般的にはＬＤＲ画像よりＨＤＲ画像において高い輝度／光出力に対応する。実際、ＨＤＲ画像及びＬＤＲ画像は同じビット数を用いつつ、ＨＤＲ画像の値は、ＬＤＲ画像の値より大きい輝度ダイナミックレンジ／明るい最大輝度を示す（よって、ＨＤＲ画像は輝度スケール上でより粗い量子化によって表現される）。
理想的には、コンテンツプロバイダ装置１０１によって提供されるコンテンツは、ディスプレイ１０７の輝度範囲と合致する輝度範囲を参照して撮影及び符号化される。しかし、実際のシステムにおいてコンテンツは多様な特徴を有する多様なディスプレイ上にレンダリングされてもよく、且つ／又は特定のディスプレイ１０７の輝度範囲とは異なる輝度範囲に基づく基準に従って符号化され得る。また、コンテンツは元から撮影デバイス又はディスプレイの輝度範囲にちょうど合うアプローチによって撮影されなくてもよい。
したがって、コンテンツシステムにおけるＨＤＲのサポートは、典型的には異なる輝度範囲間のいくらかの変換を要求する。例えば、ＬＤＲ画像が受信され、ＨＤＲディスプレイ上に提示されるべき場合、ＬＤＲからＨＤＲへの変換が実行されるべきである。ＨＤＲ画像が受信され、ＬＤＲディスプレイ上に提示されるべき場合、ＨＤＲからＬＤＲへの変換が実行されるべきである。かかる変換は典型的には比較的複雑であり、輝度範囲の単純なスケーリングは不自然に見える画像を生じさせるため、かかるスケーリングと単純に等しいわけではない。典型的にはより複雑な変換が用いられ、これらの変換は通常、トーンマッピングという用語で呼ばれる。
原則的に、このような輝度変換はコンテンツ配信システムの３つの異なる場所で実行され得る。
１つのオプションは、輝度変換をコンテンツプロバイダ装置１０１で行うことである。典型的には、これは複数のディスプレイに同じ輝度変換操作を配信することを可能にし、多数のユーザに単一の変換を用いることを可能にする。これは、例えば熟練されたトーンマッピングの専門家による複雑な手動のリソース要求トーンマッピングの実行を可能にし、正当化する。実際、これは与えられた輝度範囲に対して主観的に最適化された画像を提供することができ、しばしば美術的トーンマッピングと呼ばれる。しかし、このようなアプローチは非常にリソース要求的であり、多数のディスプレイへの適用については実現可能ではない。また、各サポート輝度範囲のために別々の画像ストリームが必要であり、結果として非常に高い通信リソースが必要になり、これは多くのシステムにおいて非実践的である。
他のオプションは、輝度変換を画像処理デバイス１０３内で実行することである。しかし、一般のユーザは輝度変換に精通しておらず、要求される労力のため手動による適合を非実践的であるので（特にビデオクリップ、映画等の動画において）、変換は好ましくは自動である。しかし、このような変換では慣例的に最適な画像を提供できない。特に、最適変換は特定のコンテンツのタイプ、画像の意図された特徴に依存する（例えば、暗く不吉なシーン、及び夜間のシーンを示すために単に暗くされたシーンに対しては、異なる変換が適当であり得る）。また、コンテンツ発信者はこのような自動変換の潜在的な影響を憂慮し、それぞれのシナリオにおいてコンテンツが如何に提示されるかの制御を失いたくないと思うかもしれない。また、最適な変換は、典型的にはディスプレイ１０７の正確な特徴に依存し、仮想の基準ディスプレイに基づく変換は、典型的には準最適な変換をもたらす。
変換は、場合によってはディスプレイ１０７内で実行されてもよい。
図１のシステムにおいて、画像処理デバイス１０３は、ダイナミックレンジを拡大するために、コンテンツ処理デバイス１０３から受信された画像（又はビデオシーケンス等の画像セット）に輝度ダイナミックレンジ変換を実行する機能を有する。具体的には、画像処理デバイス１０３はコンテンツプロバイダ装置１０１から画像を受信し、画像を処理してより高いダイナミックレンジ画像を生成する。具体的には、受信画像は、ダイナミックレンジを拡大するために輝度ダイナミックレンジ変換を適用することによってＨＤＲ画像に変換されるＬＤＲ画像であってもよい。変換された画像は、その後ＨＤＲディスプレイであるディスプレイ１０７に出力することができ、これによって元の受信されたＬＤＲ画像がレンダリングされるＨＤＲ画像に変換される。ダイナミックレンジ変換は、１つのダイナミックレンジに関連付けられた入力画像の（少なくとも一部の）輝度値を、別のダイナミックレンジに関連付けられた出力画像の（少なくとも一部の）輝度値にマッピングし得る。
他の場合において、画像処理デバイス１０３は、コンテンツプロバイダ装置１０１から画像を受信して処理し、より低いダイナミックレンジ画像を生成し得る。具体的には、受信された画像は、ダイナミックレンジを下げるための輝度ダイナミックレンジ変換を適用することによってＬＤＲ画像に変換されるＨＤＲ画像であり得る。変換された画像はその後、ＬＤＲディスプレイであるディスプレイ１０７に出力することができ、結果として、元の受信されたＨＤＲ画像はレンダリングされるＬＤＲ画像に変換される。
図１のシステムにおいて、ダイナミックレンジ変換はコンテンツプロバイダ装置１０１及び／又はディスプレイ１０７から受信される情報に応じて適合される。したがって、システムにおいて、ダイナミックレンジ変換は単に画像処理デバイス１０３内でローカルに実行される動作ではなく、コンテンツプロバイダ装置１０１及び／又はディスプレイ１０７からの特徴、特性、又は情報にも依存する。
まず、ダイナミックレンジ変換がコンテンツプロバイダ装置１０１から画像処理デバイス１０３に供給される情報に基づく場合を参照して、図１のシステムが説明される。
図２は、図１の画像処理デバイス１０３の要素の例を示す。
画像処理デバイス１０３は、コンテンツプロバイダ装置１０１から画像信号を受信する受信機２０１を有する。画像信号は１つ以上の符号化された画像を含む。多くの場合において、画像信号は、符号化されたビデオシーケンス、すなわち、画像のシーケンスを含むビデオ信号であり得る。例えばＪＰＥＧ画像コーディング、ＭＰＥＧビデオコーディング等を含め、任意の適切な画像符号化を用いてもよいことを理解されたい。符号化された画像は、ピクセル値によって表され、画像の各ピクセルのピクセル値は、ピクセル（又は個別の色チャネルサブピクセル）の対応する光出力を表す。ピクセル値は、例えばＲＧＢ、ＹＵＶ等、任意の適切な色表現に基づいて提供することができる。
画像信号はさらに、第１符号化画像の符号化において対象とした対象ディスプレイのダイナミックレンジを示す対象ディスプレイリファレンスを有する。したがって、対象ディスプレイリファレンスは、受信された画像がその作成において対象としたダイナミックレンジを反映する符号化画像のためのリファレンスを提供する。対象ディスプレイリファレンスは、コンテンツプロバイダ装置１０１におけるトーンマッピングが意図して設計された輝度、特に最適化された輝度を示し得る。
このように、コンテンツプロバイダ装置１０１は、符号化された画像そのものだけではなく、生成された符号化信号が対象とするディスプレイのダイナミックレンジを表す対象ディスプレイリファレンスをも含む画像信号を生成するよう構成される。コンテンツプロバイダ装置１０１は、具体的には内部ソース又は外部ソースから符号化画像を受信してもよい。例えば、画像は、符号化された画像を特定のディスプレイのために最適化する手動のトーングレーディングの結果として提供されてもよい。また、コンテンツプロバイダ装置１０１は、最適化のために用いられた特定のディスプレイの情報を、例えばディスプレイからコンテンツプロバイダ装置１０１に自動的に通信されるディスプレイ情報を介して取得できる（例えば、コンテンツプロバイダ装置１０１は、手動トーンマッピングをサポートするために必要な機能を含んでもよく、またこのトーンマッピングのために用いられる対象／リファレンスディスプレイに接続されてもよい）。他の例として、符号化されたトーンマッピングされた画像は、関連ディスプレイの特性が記憶されたメディア上に受信されてもよい。他の例として、コンテンツプロバイダ装置１０１は、手動のユーザ入力によって対象ディスプレイの特徴の情報を受信してもよい。
コンテンツプロバイダ装置１０１は、このような情報を受けて、符号化画像、及びトーンマッピングのために用いられた対象ディスプレイのダイナミックレンジを示す対象ディスプレイリファレンスの両方を含む画像信号を生成する。例えば、コンテンツプロバイダ装置１０１による画像信号は、白色点輝度の認識情報に対応するデータ値、及び任意で対象ディスプレイのそれに対応する電気光変換関数を含んでもよい。
画像処理デバイス１０３は、画像がレンダリングされる際の出力輝度のより広い範囲に対応するより高いダイナミックレンジを有する出力画像を生成するために、受信された符号化画像にダイナミックレンジ変換を適用するダイナミックレンジプロセッサ２０３をさらに有する。具体的には、入力符号化画像は、最大輝度白色点５００ニットを有するＬＤＲディスプレイのために符号化された画像でもよく、これが、最大輝度白色点が例えば１０００又は２０００ニットであるＨＤＲ出力に変換されてもよい。典型的には、ダイナミックレンジ変換は各値を表すために用いられるビット数も増加させ得るが、これは必須ではなく、いくつかの実施形態においては出力画像と入力画像で同じビット数（又は、出力画像で入力画像より少ないビット数）を用いても良いことを理解されたい。他の例として、入力符号化画像は最大白色点輝度２０００ニットのＨＤＲディスプレイのために符号化された画像でもよく、これが最大白色点輝度５００ニットのＬＤＲ出力画像に変換されてもよい。このようなダイナミックレンジ減少変換は、ピクセル値のために用いられるビット数の減少をも含み得る。
ダイナミックレンジ変換は対象ディスプレイリファレンスに応じて実行されるため、望ましい輝度範囲だけでなく、受信された画像が符号化において対象とした輝度範囲をも考慮に入れることができる。例えば、システムは、ダイナミックレンジ変換を、１０００ニットの出力画像を生成するための変換が、入力画像が３００ニット画像用に生成されたか又は５００ニット画像用に生成されたかに応じて異なるように適合できる。これは、著しく向上された出力画像を提供し得る。
実際、いくつかの実施形態において、入力画像は自身がＨＤＲ画像、例えば１０００ニット画像であり得る。このような画像の２０００ニット画像及び５０００ニット画像への最適な変換は典型的には異なり、対象ディスプレイリファレンスの提供は、画像処理デバイス１０３がダイナミックレンジ変換をその特定の状況のために最適化することを可能にし、これによって特定のディスプレイ特徴のために著しく改良された画像を提供する。ディスプレイが５００ニットディスプレイである場合、ダイナミックレンジ変換はダイナミックレンジ拡張ではなく圧縮を実行すべきである。
これらのアプローチは、例えば将来のテレビシステムにおいてますます認められる、不均質なコンテンツ配信システムにおいて特に有利であり得る。実際に、ＨＤＲ ＬＣＤ／ＬＥＤテレビの（ピーク）輝度は現在急速に上昇しており、近い将来、幅広い（ピーク）輝度を有するディスプレイが市場に共存することが予測される。鮮やかな画像はテレビ画面上で良く映り、鮮やかなテレビは店頭で良く売れる。一方、ノートブックパソコン、タブレット、及びスマートフォンにおける「ローエンド（低価格）」ディスプレイも広く普及してきており、テレビコンテンツをレンダリングするために用いられている。
ディスプレイの輝度（及び、入力ピクセル（色）駆動値から、視聴者に特定の心理視覚的印象を与える光量値への変換を特定する電気光変換関数）はコンテンツ生成側ではわからない（また、一般的にはディスプレイはコンテンツが対象とした／グレーディングされた基準モニタとは異なる）ため、ディスプレイ上に最適な画質を提供することは困難である。また、過去にもディスプレイの輝度に多様性は存在したが、この多様性は比較的程度が小さく、既知の固定の輝度を仮定したとしても大きな品質低下は起こらなかった（また、多くの場合、例えばユーザが手動で画面の輝度及び／又はコントラストを設定することによって補正できた）。
しかし、ディスプレイの種類（スマートフォン、タブレット、ラップトップ、ＰＣモニタ、ブラウン管ディスプレイ、従来の液晶テレビディスプレイ、及び明るいＨＤＲディスプレイ）の著しい増加の結果、レンダリングのために使用されるディスプレイの特徴（特に輝度及びコントラスト）は、非常に多様である。例えば、最先端のハイエンドディスプレイシステムのコントラスト及びピーク輝度は上昇を続けており、ピーク輝度約５０００ｃｄ／ｍ２、コントラスト比５〜６桁の新しいプロトタイプディスプレイが開発されている。一方で、スマートフォンやタブレット等に使用されている携帯型ディスプレイは普及を続けているが、比較的低い性能特徴を有する。
上記のように、映画等のビデオは、所望のレンダリング画像を提供するようにコンテンツ作成側で処理される。例えば、映画が一般配信のために（例えば、ＤＶＤ又はＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）によって）配給されるとき、プロデューサ／スタジオは典型的には画像を特定のディスプレイ上での最適な映りのために適合及びカスタマイズする。このような処理は、通常、カラーグレーディング及びトーンマッピングと呼ばれる。トーンマッピングは、入力ピクセルの輝度値の出力ピクセルの輝度値への非線形マッピングと考えられる。トーンマッピングは、ビデオをディスプレイの特徴、視聴条件、及び主観的好みに合わせるために実行される。ローカルトーンマッピングの場合、処理は画像内のピクセルの位置によって異なる。グローバルトーンマッピングの場合、全てのピクセルに同じ処理が適用される。
例えば、コンテンツを一般コンシューマ配信にとって適切になるよう変換する場合、通常、トーンマッピングは標準ＬＤＲディスプレイ上で望ましい出力を提供するよう実行される。これは、カラーグレーディングの専門家によって手動で行われてもよく、多数の画質特徴がバランシングされ、プロットのために望ましい「見かけ」がつくられる。これは、局部的及び局所的なコントラストのバランシング、場合によっては意図的なピクセルのクリッピングをも含んでもよい。このように、典型的には、この段階におけるトーンマッピングは単純な自動変換ではなく、手動且つ主観的で、しばしば美術的な変換である。
コンテンツがＬＤＲ対象ディスプレイではなくＨＤＲ対象ディスプレイのためにグレーディングされた場合、トーンマッピングの結果は典型的には大きく異なる。したがって、ＬＤＲディスプレイ用に符号化されたビデオコンテンツを単純にＨＤＲディスプレイ上にレンダリングする場合、写される画像は最適画像から大きく異なる。同様に、ＨＤＲ最適画像が単純にＬＤＲディスプレイ上にレンダリングされる場合、知覚される画質が大きく損なわれるおそれがある。
図１のシステムにおいて、この問題は、画像処理デバイス１０３内で実行され、好ましくはコンテンツプロバイダ装置１０１及びディスプレイ１０７の両方から受信される情報に基づくダイナミックレンジ変換によって解決される。このようにすることで、ダイナミックレンジ変換（特に、トーンマッピングアルゴリズム）は、コンテンツプロバイダ装置１０１内で実行されたトーンマッピングの特徴を考慮することができ、またディスプレイ１０７の特定の輝度範囲に適合される。特に、画像処理デバイス１０３におけるトーンマッピングを、コンテンツ生成サイドのトーンマッピングが対象とした対象ディスプレイに応じて行うことができる。
コンテンツプロバイダ装置１０１は、画像処理デバイス１０３に対象ディスプレイリファレンスを提供する（符号化画像とは別々に又は符号化画像と一体的に、すなわち、画像信号は２つの別々のデータ情報から構成されてもよい）。対象ディスプレイリファレンスは、具体的には対象ディスプレイの白色点輝度を含んでもよいし、又は白色点輝度であってもよい。
例えば、あまり複雑でないシステムにおいて、コンテンツプロバイダ装置１０１は、符号化された画像（ビデオ）ごとに単純に対象ディスプレイの白色点輝度の指標を送信してもよい。例えば、対象ディスプレイにおいて利用可能なニット数を示すデータを伝達してもよい。この場合、ダイナミックレンジ変換はニット数に応じて変換を適合する。例えば、画像処理デバイス１０３が、２０００ニットディスプレイの出力画像を生成するためにダイナミックレンジ変換を行う場合、画像処理デバイス１０３において行われるダイナミックレンジ変換を最適化するために、入力画像が５００ニットディスプレイのためにトーンマッピングされたか、又は１０００ニットディスプレイのためにトーンマッピングされたかという知識を用いることができる。ダイナミックレンジ変換はいずれの場合においても非線形変換を適用することができるが、この非線形変換は２つの場合のために異なる特徴を有してもよい、すなわち、コンテンツ提供サイドにおけるトーンマッピングで用いられた対象ディスプレイの白色点に依存してもよい。
例えば、５００ニット対象ディスプレイのためにトーンマッピングされた受信ＬＤＲ画像ピクセルと、２０００ニットエンドユーザディスプレイ用の出力ＨＤＲ画像ピクセルとの間で、以下のマッピングを実行してもよい。
０−２００ニット→０−２００ニット
２００−３００ニット→２００−６００ニット
３００−４００ニット→６００−１０００ニット
４００−５００ニット→１０００−２０００ニット
ただし、１０００ニット対象ディスプレイの場合には以下のマッピングを行ってもよい。
０−２００ニット→０−２００ニット
２００−７００ニット→２００−１０００ニット
７００−１０００ニット→１０００−２０００ニット
したがって、相対値（フルマッピングのパーセント）で見ると、上記２つの異なるマッピングは図３のように示すことができる。図３は、ｘ軸上の入力画像の白色レベルのパーセントの、ｙ軸上の出力画像の白色レベルのパーセントに対する関係を、５００ニット対象ディスプレイ３０１及び１０００ニット対象ディスプレイそれぞれについて示す。この例において、コンテンツ提供サイドで用いられた／仮定された対象リファレンスディスプレイに応じて、同じユーザディスプレイに２つの大きく異なる非線形トーンマッピングが適用される。
軸を交換することによって、２０００ニット最適画像から５００又は１０００ニット最適画像へのマッピングに同じマッピングを使用できることが理解されるであろう（上記のマッピングの逆マッピングの適用に対応）。例えば、５００ニット最適画像へのマッピングは、入力画像が１０００、２０００、又は４０００ニット最適画像であるかに応じて適合され得ることが理解されるであろう。
いくつかの実施形態において、対象ディスプレイリファレンスは、代替的に又は付加的に、対象ディスプレイの電気光変換関数指標を含んでもよい。例えば、対象ディスプレイのガンマ指標が含まれてもよい。
ディスプレイの電気光変換関数（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＥＯＴＦ））は、ディスプレイの入力（駆動）輝度値（Ｙ’）と出力輝度値（Ｙ）との間の関係を示す。この変換関数は、ディスプレイの多数の特徴に依存する。また、輝度及びコントラスト等のユーザ設定もこの関数に大きな影響を及ぼす。図４は、８ビット（２５６レベル）入力値の場合のＥＯＴＦの典型的な例を示す。
対象ディスプレイのＥＯＴＦの伝達は、符号化画像又はビデオを生成するために用いられる対象又は基準ディスプレイの好適な特徴付けを提供する。この特徴付けは、画像処理デバイス１０３において、ダイナミックレンジ変換を、対象ディスプレイの特徴とエンドユーザディスプレイの特徴との間の違いを適合するために用いることができる。例えば、ダイナミックレンジ変換は、対象／基準ディスプレイのＥＯＴＦとエンドユーザディスプレイのＥＯＴＦとの間の比を逆転する補正を含んでもよい。
ＥＯＴＦを特徴付ける方法は、多数存在することが理解されるであろう。１つの選択可能な方法は、ＥＯＴＦのサンプル値のセットを提供することである。この場合、画像処理デバイス１０３は、単純な線形補間を用いてサンプル点間を補間できる。他の選択肢は、表示範囲の少なくとも一部にかけて、ディスプレイのグレースケール／コントラスト挙動のモデルを提供することである。他の例として、コンテンツプロバイダ装置１０１は、ＥＯＴＦを特徴付ける特定の数学的関数を伝達してもよい。いくつかの場合において、対象ディスプレイのセットが、関連するモデル／関数のパラメータによって規定され、画像処理デバイス１０３内にローカルに記憶されてもよい。この場合、コンテンツプロバイダ装置１０１は、画像処理デバイス１０３に対象ディスプレイの識別コードのみを伝達してもよい。
他の例として、基礎的な数学的関数を規定しておいて、対象ディスプレイ指標が、既定の関数を特定の対象ディスプレイのＥＯＴＦを示すように適合するパラメータを含んでもよい。例えば、ＥＯＴＦは従来のディスプレイで用いられているようにガンマ関数によって特徴付けられてもよく、対象ディスプレイ指標は、対象ディスプレイの具体的なガンマを提供してもよい。
多くのシステムにおいて、対象ディスプレイ指標は、対象ディスプレイの最大輝度及びガンマを含み得る。したがって、具体的には、ＥＯＴＦの特徴付けは、２つの値、すなわちガンマ及び白色点／最大輝度によって提供されてもよい。以下の説明は、このような場合に関する。
また、以下の説明は、配信システムがＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）規格に従う実施形態に関して行われる。Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）は、光学ディスク技術に基づくオーディオ／ビデオ／データ配信フォーマットの一種である。ＢＤ−ＲＯＭ（登録商標）は、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｆｏｒｍａｔ（ブルーレイディスク読み出し専用フォーマット）の頭字語である。このフォーマットは、高精細度ビデオ（２Ｄ及び３Ｄ）及び高品質オーディオの配信において支配的に用いられている。
ＢＤ−ＲＯＭ（登録商標）プレーヤーは２つの動作モード、ＨＤＭＶ及びＢＤ−Ｊを有する。プレーヤーは、任意の時点においてＨＤＭＶモード又はＢＤ−Ｊモードである。プロファイル５Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）プレーヤーは、標準２Ｄビデオ／グラフィックスレンダリングに次ぐ３Ｄ立体ビデオ／グラフィックスレンダリングが可能である。例として、図５はＨＤＭＶ−２Ｄモードにおける表示プレーンのモデルを示す。
図１のシステムの具体的な例として、画像信号はＢＤＲＯＭ（登録商標）上に符号化されたビデオ信号でもよく、よって画像処理デバイス１０３は具体的にはＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）プレーヤーでもよい。符号化ビデオはディスク上のプライマリビデオコンテンツでもよいし、任意でセカンダリビデオコンテンツでもよい。プライマリビデオは、典型的には２Ｄの実際の動画であり、場合によっては３Ｄ立体フォーマットの動画である。
ＢＤＲＯＭ（登録商標）システムにおいて最適な画質を達成するために、図１のシステムはＢＤＲＯＭ（登録商標）の仕様を増強して、対象ディスプレイパラメータの送信を可能にする。このデータはエンドユーザディスプレイの仮定又は実際の情報とともに、ＢＤＲＯＭ（登録商標）がダイナミックレンジ変換を実行する上で用いられる。具体的には、ＢＤＲＯＭ（登録商標）プレーヤー（画像処理デバイス１０３）は、対象ディスプレイ及び／又はエンドユーザディスプレイの特徴に応じて、追加のビデオトーンマッピング又は他の処理を行ってもよい。
対象ディスプレイのパラメータに関する情報を送信する１つのオプションは、ディスク上のＢＤＲＯＭ（登録商標）にこれらのパラメータ値を示すデータを組み込むことである。このために、プレイリストファイル（ｘｘｘｘｘ．ｍｐｌｓ）内の拡張データ構造を用いることができる。この拡張データ構造は、特有且つ新しい識別情報を有する。互換性のないレガシーＢＤＲＯＭ（登録商標）プレーヤーはこの新しいデータ構造を知らず、単純に無視する。これは、後方互換性を保証する。このようなＴａｒｇｅｔ＿Ｄｉｓｐｌａｙ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ（対象ディスプレイ記述子）のシンタックス及びセマンティクスの実施例を以下に示す。
この例において、Ａｂｓ＿Ｍａｘ＿Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ（最大輝度の絶対値）は、以下の式に基づく対象ディスプレイの最大輝度の絶対値／白色点を示す、例えば０〜２５５の値である。
絶対最大輝度（ｃｄ／ｍ２）＝Ａｂｓ＿Ｍａｘ＿Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ［ｂｉｔ０−４］ｘ１０Ａｂｓ＿Ｍａｘ＿Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ［ｂｉｔ５−７］
当然ながら、仮数又はべき指数のために他のビット量を用いてもよいことが理解されるであろう。
Ｇａｍｍａ（ガンマ）は、以下の式に基づく対象ディスプレイのガンマを示す、例えば０〜２５５の値を有するパラメータである。
対象ディスプレイのＥＯＴＦのガンマ＝ガンマ／２５
したがって、この例において、ＢＤＲＯＭ（登録商標）によって画像処理デバイス１０３に対象ディスプレイリファレンスが供給され、対象ディスプレイリファレンスは、生成されたビデオ信号が生成において対象とした対象ディスプレイの最大輝度の絶対値及びガンマ値を含む。画像処理デバイス１０３は自動ダイナミックレンジ変換を実行する際にこの情報を使用し、ビデオ信号のダイナミックレンジを、より高い／より低い輝度のエンドユーザディスプレイのために拡大又は減少させる。
他の多様なダイナミックレンジ変換が選択可能であり、またこのような対象ディスプレイリファレンスに基づくダイナミックレンジ変換を適合する多様な方法を用いることができる。以下において、様々な例が提供されるが、他の実施形態においては他のアプローチを用いることもできることを理解されたい。
まず、与えられた元の画像のＬＤＲ画像及びＨＤＲ画像への最適マッピングの違いを図６に示す。図６は、ＬＤＲディスプレイ（図の下部）及びＨＤＲディスプレイ（図の上部）に用いられ得る異なるトーンマッピングの例を示す。元の画像はＬＤＲ及びＨＤＲで同じである。この画像のヒストグラムを図６の左側に示す。ほとんどのピクセルが低〜中範囲の輝度値を有することがわかる。また、ヒストグラムは高輝度値（例えば、車のヘッドライト又はフラッシュライト）において第２の小さなピークを示す。
この例において、トーンマッピングは以下の３つの連続処理工程によって表される。
クリッピング：低及び高範囲の輝度値を限定された個数の出力輝度値にマッピングする。
拡張：ダイナミックレンジを所望の輝度ダイナミックレンジに適合させる。
輝度：平均輝度レベルを最適輝度のために適合させる。
ＬＤＲの場合、輝度範囲はＬＤＲディスプレイの輝度範囲にマッピングされる。元の画像のダイナミックレンジははるかに大きいので、ディスプレイの限定されたダイナミックレンジに適応するために、元の画像は大きくクリッピングされる。
ＨＤＲの場合（図の上部）、ディスプレイのダイナミックレンジの桁数がＬＤＲディスプレイのそれより大きいので、クリッピングはそれほどされない。
図６は、各工程後のヒストグラム、並びにＬＤＲディスプレイ及びＨＤＲディスプレイ上に示される画像のヒストグラムを示す。特に、最も右側のヒストグラムは、ＨＤＲディスプレイ上に示されたＬＤＲトーンマッピングされた画像、及びその反対を示す。前者の場合において、画像は明るすぎ、低及び高範囲の輝度値は過度に詳細を失ってしまう。後者の場合において、画像は暗すぎ、中範囲の輝度値は過度に詳細及びコントラストを失ってしまう。
したがって、ＬＤＲ最適画像を単にＨＤＲディスプレイ上に表示する（又はその反対）だけでは画質が著しく損なわれてしまうので、画像処理デバイス１０３は画質を向上させるダイナミックレンジ変換を実行してもよい。また、スタジオで行われる最適化は、最適化が対象とするディスプレイの特徴に強く依存するため、画像処理デバイス１０３によって行われる最適ダイナミックレンジ変換は、エンドユーザディスプレイのみに依存せず、基準ディスプレイにも依存する。したがって、画像処理デバイス１０３に供給される対象ディスプレイリファレンスは、画像処理デバイス１０３が、エンドユーザの仮定又は既知の特徴のみでなく、コンテンツプロバイダサイドで用いられる実際のディスプレイにも基づいて、望ましいダイナミックレンジ変換を行うことを可能にする。実際、対象ディスプレイリファレンスの供給は、画像処理デバイス１０３がスタジオサイドで実行されたトーンマッピングを部分的に又は完全に取り消すことを可能にすると考えてもよく、これによって、元の画像の特徴を推定することができる。この推定に基づいて、画像処理デバイス１０３は、エンドユーザＨＤＲディスプレイの具体的なダイナミックレンジ特徴のために最適化された望ましいトーンマッピングを適用することができる。
画像処理デバイス１０３は、典型的には具体的な逆トーンマッピングを実行して元の信号を再生成し、特定のユーザディスプレイに適したトーンマッピングを実行しようとしないことを理解されたい。実際、典型的には、ダイナミックレンジ変換はこのような逆トーンマッピングを実行するのに十分な情報を提供せず、コンテンツプロバイダによって実行されるトーンマッピングは、しばしば部分的に不可逆的である。しかし、画像処理デバイス１０３は、受信画像をダイナミックレンジ変換によって適合し、元の画像を生成する逆トーンマッピングの、より理論的な操作の近似（場合によっては非常に粗い）を提供し、続いて元の画像から特定の望ましいダイナミックレンジへの最適トーンマッピングの提供を試みるダイナミックレンジ変換を実行してもよい。したがって、画像処理デバイス１０３は、例えばダイナミックレンジ変換の入力輝度値から適切な変換の出力輝度値への変換に単純なマッピングを単純に適用してもよい。しかし、このマッピングは所与のエンドユーザディスプレイのための元の画像の望ましいトーンマッピングのみを反映するのではなく、コンテンツプロバイダ装置１０１で既に実行された実際のトーンマッピングにも依存する。したがって、処理画像デバイス１０３は、適用されるダイナミックレンジ変換が既に実行されたトーンマッピングを考慮し、そのトーンマッピングに適合するよう、ダイナミックレンジ変換を使用し得る。
例として、画像処理デバイス１０３は、既定の最大輝度（例えば４０００ニット）を有するＨＤＲ画像上に表示するための出力画像を提供するよう構成されてもよい。受信画像／ビデオは、５００ニットのＬＤＲディスプレイ用にトーンマッピングされていてもよい。したがって、このトーンマッピングは画像を所与の最大輝度及びガンマのために最適化した。具体的な例として、ガンマ関数は図７の曲線７０１でもよく、５００ニットディスプレイ上に提示された場合の画像は図８のようでもよい。
この画像が例えば４０００ニットのＨＤＲディスプレイ上に提示される場合、暗い領域の光出力はそれほど変化せず、明るい領域の光出力が大きく増加されることがしばしば望ましい。したがって、（線形の）輝度値と実際の駆動値との間で、大きく異なる関係が求められる。具体的には、図７のマッピング曲線７０３が用いられた場合、すなわち、コンテンツサイドのトーンマッピングに、より高いガンマが適用された場合、大きく改良された画像が生成される。しかし、この高いマッピングは、５００ニットディスプレイ上では図９に示すように過度に暗く見える画像を生み出す。
このシステムにおいて、画像処理デバイス１０３はコンテンツサイドの対象ディスプレイのガンマ値を知らされ、これにより曲線７０１を導き出すことができる。また、望ましい曲線７０３は出力画像が対象とする表示ダイナミックレンジ（ディスプレイ１０７から画像処理デバイス１０３に供給、又は仮定／既定され得る）に依存するため、望ましい曲線７０３を知ることができる。したがって、画像処理デバイス１０３は、曲線７０１から曲線７０３への変換に対応して、各ピクセル輝度値を変換することができる。このようにすることで、画像処理デバイス１０３はコンテンツプロバイダ装置１０１から供給される対象ディスプレイリファレンスを使用し、生成出力信号をＬＤＲディスプレイに適したものからＨＤＲディスプレイに適したものに変換するダイナミックレンジ変換を適用できる。
ダイナミックレンジを減少させるダイナミックレンジ変換を実行する場合にも同じ考察が適用できることを理解されたい。例えば、受信コンテンツが携帯電話のディスプレイ等の低品質且つ低輝度のディスプレイ上で表示される場合、マッピング曲線の好ましいガンマは図７の曲線７０５によって示され得る、すなわち、好ましいガンマより低いガンマであり得る。通常の５００ニットＬＤＲ上に提示される場合、図１０に示されるように、対応する画像は過度に明るくそして過度に低いコントラストを有するように映り、この状況はＨＤＲディスプレイの場合はより悪化する。
したがって、画像処理デバイス１０３がこのような低輝度ディスプレイのための画像を生成している場合、画像処理デバイス１０３は、曲線７０１と曲線７０５との間の差の分輝度値を調整することによってダイナミックレンジを減少させるダイナミックレンジ変換を実行してもよい。
他の例として、コンテンツプロバイダ装置１０１が低輝度／ダイナミックレンジディスプレイのための画像（よって、曲線７０５に基づいて符号化された画像）を提供する場合、画像処理デバイス１０３は、供給されたこのガンマの知識を用いて、曲線７０５と曲線７０１との間の差を適合することによって受信された値を５００ニットディスプレイ（４０００ニットディスプレイの場合、曲線７０５と曲線７０３との間の差を適合することによって）に適した値に変換する。
したがって、対象ディスプレイのために仮定された最大輝度／白色輝度及びガンマ値を示すダイナミックレンジ変換の提供は、画像処理デバイス１０３が、受信された画像を画像がレンダリングされるディスプレイの特定の輝度値に適したガンマ値に変換することを可能にする。
いくつかのシステムにおいて、対象ディスプレイリファレンスは、第１対象ディスプレイのための第１符号化ビデオストリームを生成するために用いられるトーンマッピングを表すトーンマッピング指標を含んでもよい。
いくつかのシステムにおいて、対象ディスプレイリファレンスは、コンテンツプロバイダサイドで実行された具体的なトーンマッピングの情報をいくらか直接提供してもよい。例えば、対象ディスプレイリファレンスは、生成されたＬＤＲ（又はＨＤＲ）が対象とする白色点輝度及びガンマを規定する情報、すなわち、実行されたトーンマッピングが対象としたディスプレイを含んでもよい。さらに、対象ディスプレイリファレンスは、例えばコンテンツプロバイダサイドで実行されたトーンマッピングにおいて失われたいくつかの情報を規定する特定の情報を提供してもよい。
例えば、図６の例において、画像処理デバイス１０３は、クリッピングされた画像に対応するＬＤＲトーンマッピングされた画像を受信してもよい。画像処理デバイス１０３は、これを対象ディスプレイガンマ及び白色点に基づいて適切なダイナミックレンジ及び非線形関係にマッピングするダイナミックレンジ変換を適用してもよい。ただし、改良された適合を提供するために、ＬＤＲ画像に用いられる厳しいクリッピングは、好ましくは程度の軽いクリッピングに変更されてもよい（いくつかの場合においてはクリッピングなし）。よって、コンテンツプロバイダ装置１０１は、コンテンツプロバイダによって実行されたＬＤＲ画像のクリッピングを特定する追加の情報を提供してもよく、これによってクリッピングを部分的に又は完全に取り消してもよい。例えば、ダイナミックレンジ変換はクリッピングされた範囲を定めてもよく、画像処理デバイス１０３はこれに応じて、適切なアルゴリズム（例えば、クリッピングされた値の領域（例えば爆発）を特定し、この領域の中央に向かって増加する輝度を生成する）に従ってこの範囲にクリッピングされた値を分配してもよい。
ダイナミックレンジ変換は、コンテンツプロバイダサイドで実行された追加のトーンマッピングを定める情報を代替的に又は付加的に提供してもよい。例えば、動画又は他のビデオシーケンスのほとんどの画像に対して、比較的標準的なトーンマッピングが実行され得る。画像処理デバイス１０３は、ガンマ及び白色点輝度に基づいて、このようなトーンマッピングされた画像を、コンテンツプロバイダサイドの標準トーンマッピングを仮定するダイナミックレンジ変換を用いて、望ましい（より高い又は低い）ダイナミックレンジ画像に変換することができる。しかし、いくつかの画像については、コンテンツプロバイダが専用の且つ主観的なトーンマッピングを実行する可能性がある。例えば、カラーグレーディングの担当者はいくつかの画像のために、例えば張りつめたシチュエーションの暗い画像（例えばホラー映画）のための細かな階調又はカラーキャスト、又は幻想的なシーンにおける特定の効果等、特定の美術的な効果又は品質を望む場合がある。このトーンマッピングは、対象ディスプレイリファレンス内のデータによって特徴付けることができ、これにより、画像処理デバイス１０３がダイナミックレンジ変換を適用された特定のトーンマッピングに適合させることを可能にする。
したがって、具体的に、いくつかの場合において、対象ディスプレイの元の電気光学的挙動への固定された適合によって予測される画像と比べて画像が改良されるよう、コンテンツプロバイダサイドで追加の／改良されたトーンマッピングを実行して、特定の見かけを生成してもよい。コンテンツプロバイダ装置１０１によって供給されるデータは、基準ディスプレイに対して望ましい見かけを特定してもよく、これは画像処理デバイス１０３によって、全てのファクタを所与として、望ましい光学的挙動を実際に生成するために用いることができる（一方、入力信号における盲目的なコーディングは、ときとして反射周辺光を下回る結果を生じ得り、符号化されたコンテンツプロバイダサイドの挙動に応じて補正できなくなる場合がある）。
例として、対象ディスプレイのガンマが暗い値において低いことが知られている場合、このような（基準）ディスプレイに関しては、例えばホラーシーンの見かけを微調整することができる。例えば、画像に追加の輝度増加を行い、画像を暗く保ちつつ、少なくとも一部の物体の構造が視えるよう、画像を補正してもよい。
例として、基準対象のガンマ及び白色点輝度とともに、コンテンツ提供サイドのカラーグレーディング担当者は、所定の領域及び／又は画像の美術的な印象に関するいくつかの（追加の）情報を提供してもよい。例えば、所与のＥＯＴＦに対して、コンテンツプロバイダは、特定の領域が可視性の向上のためにより高い輝度を有することが望ましいこと、又は霧がかった様子等を提供するためにより低いコントラストを有することが望ましいことを示してもよい。したがって、（例えば、ガンマ及び白色点輝度によって表される）ＥＯＴＦとともに、対象ディスプレイリファレンスは、局所的／部分的ディスプレイ輝度範囲の境界を示して、グレーレベルの好ましい配置に関するより正確な情報を提供するダイナミックレンジ変換データを提供してもよい。
いくつかの実施形態において、ダイナミックレンジプロセッサ（２０３）は、受信された符号化画像として出力画像を生成すること、及び第１符号化画像の変換された画像として出力画像を生成することのいずれかを、対象ディスプレイ基準に応じて選択し得る。
具体的に、対象ディスプレイリファレンスによって示される白色点輝度がエンドユーザディスプレイの白色点輝度に十分近い場合、ダイナミックレンジ変換は、受信された符号化画像に何も処理を実行しないこと、すなわち、入力画像を出力画像として単純に用いることを単純に含み得る。ただし、対象ディスプレイリファレンスが示す白色点輝度がエンドユーザディスプレイの白色点輝度とは異なる場合、ダイナミックレンジ変換は、受信画像のピクセルを出力画像のピクセルに適切にマッピングすることによって受信画像を変更し得る。このような場合、マッピングは対象ディスプレイリファレンスに応じて適合され得る。他の例において、１つ以上の既定のマッピングを用いてもよい。
例えば、画像処理デバイス１０３は、適切な出力画像を提供するよう決定された、白色点輝度レベルを２倍にする第１マッピング、及び、適切な出力画像を提供するよう決定された、白色点輝度レベルを１／２にする第２マッピングを有する。このような例において、画像処理デバイス１０３は、対象ディスプレイリファレンスの白色点輝度及びエンドユーザディスプレイの白色点に応じて、第１マッピング、第２マッピング、及び一致マッピングを選択し得る。具体的には、画像処理デバイス１０３は、対象ディスプレイリファレンスの白色点輝度とエンドユーザディスプレイの白色点輝度との間の比率に最も近い対応するマッピングを選択し得る。
例えば、入力画像が、５００ニットディスプレイのために最適化されたことを示す対象ディスプレイリファレンスとともに受信され、エンドユーザディスプレイが１０００ニットディスプレイである場合、画像処理デバイス１０３は第１マッピングを選択する。一方、対象ディスプレイリファレンスが入力画像が１０００ニットディスプレイのために最適化されたことを示す場合、画像処理デバイス１０３は一致マッピングを選択する（すなわち、入力画像をそのまま使用する）。対象ディスプレイリファレンスが２０００ニットディスプレイのために最適化されたことを示す場合、画像処理デバイス１０３は第２マッピングを選択する。
受信された対象ディスプレイの白色点輝度が中間値（間の値）の場合、画像処理デバイス１０３は、白色点輝度間の比率に最も近いマッピングを選択してもよいし、例えばマッピングの間を補間してもよい。
いくつかの実施形態において、ダイナミックレンジ変換はガマット変換を含み得る。したがって、いくつかの実施形態において、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、対象ディスプレイリファレンスに応じてレンダリングされる画像の彩度を変更し得る。例えば、受信されたＨＤＲ画像がＬＤＲディスプレイ上にレンダリングされる場合、圧縮により、個々の画像オブジェクトの変化及び階調が乏しい淡々とした画像になる。このような損失は、ダイナミックレンジ変換によって彩度変化を増加させることによって補償され得る。例えば、明るく照らされたりんごを含む画像がＨＤＲディスプレイ上でのレンダリングのために最適化されている場合、小さいダイナミックレンジを有するＬＤＲディスプレイ上でレンダリングすると、りんごは目立たなくなり、より不明瞭でぼやけて写る。これは、ダイナミックレンジ変換によってりんごの色の飽和度を高めることによって補償され得る。他の例として、輝度変化の減少によりテクスチャの変化が知覚しづらくなることがあるが、これはテクスチャの彩度変化を増加させることによって補償できる。
いくつかのシステムにおいて、ビデオ信号はダイナミックレンジ変換制御データを含むデータフィールドを有し得り、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、この制御データに応じてダイナミックレンジ変換を適合し得る。これは、コンテンツ所有者／プロバイダが提供コンテンツのレンダリングへの少なくともいくらかの入力又は制御を維持するために用いられ得る。
制御データは、例えば、適用されなければならない、適用されてもよい、又は適用が推奨されるダイナミックレンジ変換の動作又はパラメータを規定し得る。また、制御データは、エンドユーザディスプレイごとに異なり得る。例えば、５００ニットディスプレイのために１つのデータセット、１０００ニットディスプレイのために他のデータセット、２０００ニットディスプレイのために他のデータセット、そして４０００ニットディスプレイのために他のデータセット等、複数の潜在的なエンドユーザディスプレイに対して個別の制御データを提供することができる。
例として、図１１に示すように、コンテンツ製作者はエンドユーザディスプレイの特徴に応じてダイナミックレンジプロセッサ２０３によって実行されるべきトーンマッピングを特定し得る。この例において、制御データは、ディスプレイの最大輝度（ｘ軸）の値及びディスプレイに入射する周囲光（よってディスプレイからの反射、ｙ軸）の値に対応して３つの領域を特定し得る。
したがって、この例において、マッピング１は周囲光が少ない環境にある低輝度ディスプレイに用いられる。マッピング１は単純に一致マッピングでもよい、すなわち、受信ＬＤＲ画像をそのまま使用してもよい。比較的暗い周辺環境（画面反射が少ない）にある高最大輝度（ＨＤＲ）ディスプレイにはマッピング２を使用してもよい。マッピング２は、ＬＤＲ画像の明るい輝度を高める一方、暗い部分の輝度を実質的に維持するマッピングを実行し得る。比較的明るい周辺環境（画面反射が多い）にある高最大輝度（ＨＤＲ）ディスプレイにはマッピング３を使用してもよい。マッピング３は、ＬＤＲ画像の明るい輝度を高めるだけでなく、暗い画像領域も明るくしてコントラストを上げる、より積極的なマッピングを実行してもよい。
いくつかの場合において、制御データは既定の（コンテンツプロバイダサイド及びレンダリングサイドの両方で標準化された又は知られた）マッピングに対してマッピングの境界を特定し得る。いくつかの場合において、制御データはさらに、ガンマ値を使用する又は特定の変換関数を特定することによって、それぞれのマッピングの要素を規定したり、マッピングを厳密に特定してもよい。
いくつかの実施形態において、ダイナミックレンジ変換制御データは、受信画像を異なるダイナミックレンジを有する画像に変換するために実行すべきダイナミックレンジ変換を直接且つ明確に特定し得る。例えば、制御データは、対象出力ディスプレイの白色点のある範囲に対して、入力画像値から出力画像値への直接マッピングを特定してもよい。マッピングは、ダイナミックレンジプロセッサ２０３による適切な変換を実現可能にする単純なパラメータとして提供されてもよいし、参照テーブル又は数学的関数等の詳細なデータとして提供されてもよい。
あまり複雑でない例として、ダイナミックレンジ変換は単純にＬＤＲ画像の入力値に区分線形関数を適用して改良されたＨＤＲ値を生成してもよい。実際、多くの場合において、図１２に示すような２つの直線相関からなる単純なマッピングを用いることができる。このマッピングは、入力ピクセル値と出力ピクセル値との間の直接マッピングを示す（又は、いくつかの場合において、マッピングは（場合によっては連続的な）入力ピクセル輝度と出力ピクセル輝度との間のマッピングを反映し得る）。入力ＨＤＲ画像から出力ＬＤＲ画像へのマッピングにも同じマッピングを使用できることが理解されるであろう。
具体的には、ＬＤＲからＨＤＲへのマッピングにおいて、このアプローチは、画像の暗領域を暗く維持する一方、拡大されたダイナミックレンジによって明るい領域の輝度を上げ、中範囲の見た目を改善してより生き生きとさせるダイナミックレンジ変換を提供する。ＨＤＲからＬＤＲへのマッピングにおいては、このアプローチは、画像の暗領域を維持する一方、ディスプレイの低輝度範囲を反映すべく明領域を圧縮するダイナミックレンジ変換を提供する。
しかし、厳密な変換は、画像が生成において対象とした対象ディスプレイ、及び画像がレンダリングされるディスプレイに依存する。例えば、５００ニットディスプレイ用の画像を１０００ニットディスプレイ上にレンダリングするとき、比較的控えめな変換が求められ、明領域の拡大は比較的限定される。しかし、同じ画像が５０００ニットディスプレイ上に表示されるとき、暗領域を明るくし過ぎることなく利用可能な輝度を最大限活用するために、はるかに激しい変換が求められる。
上記と同様に、マッピングは元の画像が対象とする対象ディスプレイに依存する。例えば、１０００ニット用に最適化された入力画像が２０００ニットディスプレイ上にレンダリングされるとき、比較的控えめな変換が求められ、明領域の拡張は比較的限定される。しかし、５００ニットディスプレイ用に最適化された画像が２０００ニットディスプレイ上に表示されるとき、暗領域を明るくし過ぎることなく利用可能な輝度を最大限活用するために、はるかに激しい変換が求められる。図１３は、２０００ニットＬＤＲディスプレイ（最大値２５５は２０００ニットに対応）上に表示されるための１０００ニット入力画像（曲線１３０１、最大値２５５は１０００ニットに対応）及び５００ニット入力画像（曲線１３０３、最大値２５５は５００ニットに対応）に対して、どのように２つの異なるマッピングを用いることができるかを示す。
このような単純な関係の利点は、望ましいトーンマッピングを非常に小さなオーバーヘッドで伝達できることである。実際、制御データは曲線の屈曲点、すなわち、２つの直線区間の遷移点を特定し得る。したがって、単純な２成分データ値によって、画像処理デバイス１０３が異なるディスプレイに実行すべき望ましいトーンマッピングを特定し得る。画像処理デバイス１０３は、所与の値の間を補間することによって、他の最大輝度値に対して適切な値を決定できる。
いくつかの実施形態において、例えばより多くの点を設けて、区分線形ではあるが、より多くの直線区間を有する曲線を規定してもよい。これは、より正確なトーンマッピングを可能にし、オーバーヘッドを比較的小さく抑えつつ、生成される画像の品質を向上させる。
多くの実施形態において、制御データは実行されるべき特定のトーンマッピングを特定する代わりに、画像処理デバイス１０３によってダイナミックレンジ変換／トーンマッピングが自由に適合できる範囲の境界を定めるデータを提供してもよい。
例えば、図１２及び図１３の曲線の特定の遷移点を特定する代わりに、制御データは、遷移点の範囲を規定してもよい（場合によっては、異なる最大輝度レベルに対して異なる範囲が規定される）。したがって、画像処理デバイス１０３は、ダイナミックレンジ変換が例えば特定のユーザの好みを考慮したディスプレイの好ましい遷移を提供するよう、ダイナミックレンジ変換の望ましいパラメータを個別に決定できる。しかし、同時に、コンテンツプロバイダはこの自由が許容可能な範囲に制限されることを保証でき、これによって、コンテンツプロバイダはコンテンツがどのようにレンダリングされるかについていくらかの制御を維持できる。
したがって、ダイナミックレンジ変換制御データは、ダイナミックレンジプロセッサ２０３によって実行されるダイナミックレンジ変換によって適用されるべき変換パラメータを規定するデータを含んでもよいし、又は、変換パラメータの範囲を規定するデータを含んでもよい。制御データは、このような情報をある最大輝度レベルの範囲に対して提供してもよく、異なるエンドユーザディスプレイに対してダイナミックレンジ変換を適合できる。また、最大輝度レベルが制御データ内に明確に含まれていない場合、利用可能なデータ値から、例えば補間によって、適切なデータ値を生成してもよい。例えば、２つの直線区間の間の屈曲点が２０００ニットエンドユーザディスプレイ及び４０００ニットエンドユーザディスプレイについて示されている場合、３０００ニットディスプレイのための適切な値は、単純な補間によって求めることができる（例えば、この特定の例においては単純な平均によって）。
ダイナミック変換、及び、ダイナミック変換を付加的な制御データによってコンテンツプロバイダサイドからとのように制限、適合、及び制御するかに関しては、ともに、個別の場合の好み及び要求に応じて、異なるシステム及び多様なアプローチを取り得ることが理解されるであろう。
実際、コンテンツプロバイダの好み（選択）に応じたトーンマッピングを生成するために、制御データ内に多様なコマンド又はパラメータ値を提供することができる。
例えば、あまり複雑でないシステムにおいて、単純なダイナミック変換を適用してもよく、コンテンツプロバイダ装置１０１は、対象ディスプレイに対して単純に白レベル及び黒レベルを設けて、ダイナミックレンジプロセッサ２０３はこれを使用して適用するトーンマッピングを決定してもよい。いくつかのシステムにおいて、入力画像の少なくとも１つの範囲をマッピングするために、トーンマッピング関数（ガンマ等）を義務的に提供してもよい。例えば、制御データは暗及び／又は中範囲は所与のマッピングに従ってレンダリングしなければならないと指定する一方、明範囲は画像処理デバイス１０３によって自由にマッピング可能にしてもよい。
いくつかの場合において、制御データは単純に（例えば中範囲に）適用可能な適切なマッピングの提案を提供してもよい。このような場合、コンテンツプロバイダは、画像処理デバイス１０３が、所与のＨＤＲディスプレイ上で高画質を提供すると（例えば、コンテンツプロバイダによる手動最適化によって）判断された提案ダイナミックレンジ変換パラメータを提供することを補助できる。画像処理デバイス１０３はこれを好適に用いることができるが、例えば個別のユーザの好みに適応させるために、自由にマッピングを変更してもよい。
多くの場合において、マッピングは少なくとも部分的に制御データに基づいて実行され、これは、ガンママッピング、Ｓ字曲線、個別の範囲ごとの部分的な指定によって定められる複合マッピング等、比較的複雑でない関数関係を示す。しかし、当然ながらいくつかの場合においては、より複雑なマッピングが用いられてもよい。
また、ダイナミックレンジ変換は、値を表すために用いられるビット数の増加又は減少をしばしば含み得ることを理解されたい。例えば、８ビット画像が１２又は１４ビット画像に変換され得る。このような場合、コンテンツプロバイダ装置１０１からの制御データは、量子化変更とは無関係に提供され得る。例えば、８ビットから８ビットへの共符号化トーンマッピング（グレーサブ分配のための「形状」）がコンテンツプロバイダ装置１０１によって定められてもよく、画像処理デバイス１０３は、より大きなビット数への変換を考慮に入れて、このマッピングを特定のディスプレイ白色輝度に対して調整してもよい。
他の実施形態又は場合において、ダイナミックレンジ変換は値を表すために使用されるビット数の減少を含み得る。例えば、１２ビット画像が８ビット画像に変換されてもよい。このようなケースは、ダイナミックレンジ変換によってダイナミックレンジが縮小される場合、例えば８ビット入力値ＬＤＲディスプレイ上にレンダリングされる１２ビットＨＤＲ画像を変換する場合に起こり得る。
上述のように、制御データは義務的な又は任意の制御データを提供し得る。実際、受信されるデータは、提供されたトーンマッピングパラメータが義務か、許容か、又は提案かを示す１つ以上のフィールドを含んでもよい。
例えば、提案トーンマッピング関数を、そこからどの程度の逸脱（ずれ）が許容されるかを示す指標とともに提供してもよい。この場合、標準的な構成の画像処理デバイス１０３は提案されたマッピングを自動的に適用し得る。ただし、変換は、例えばユーザの個人的な好みを反映するよう変更されてもよい。例えば、画像の暗領域がコンテンツプロバイダが理想的と考えるより明るくレンダリングされるように、ユーザ入力によって画像処理デバイス１０３の設定を変更してもよい。例えば、ユーザは単純に輝度を上昇させるボタンを押してもよく、これに応じてトーンマッピングが変更されてもよい（例えば、図１２及び図１３の曲線の低い方の直線区間が上方に動かされる）。ユーザは、このようにしてトーンマッピングを微調整できる。ただし、コンテンツプロバイダにとってどの程度の微調整が許容されるのかが制御データ内に含まれてもよく、これにより、コンテンツプロバイダがまだ提供画像の完全性を保っていると考えられる出力画像を生成するよう、ダイナミックレンジ変換を制限できる。また、制御データは、ユーザの干渉による効果を特定してもよく、例えば、ユーザがボタンを１回押すことによって変化する輝度を規定又は限定してもよい。
したがって、このダイナミックレンジ変換は、入力画像が生成において対象としたディスプレイのディスプレイ特徴を考慮に入れつつ、特定のエンドユーザディスプレイ１０７にとって適切な画像を提供するダイナミックレンジ変換を提供する。よって、画像処理デバイス１０３は所与の最大輝度／明度値に関連付けられた出力信号、すなわち、その白色点／最大輝度値を有するディスプレイ上にレンダリングするための出力信号を生成する。いくつかのシステムにおいて、画像処理デバイス１０３がディスプレイの白色点輝度を正確に知らず、出力信号が仮定の白色点輝度（例えば、ユーザによって手動で入力される）に対応して生成される場合がある。他の例において（以下で説明されるように）、ディスプレイは白色点輝度に関する情報を提供し、画像処理デバイス１０３はダイナミックレンジ変換をこの情報に基づいて適合してもよい。
出力信号が生成において対象とする白色点輝度が、受信画像のうちの１つの白色点輝度とちょうど一致する又は十分に近い場合（白色点輝度の閾値との差等、任意の適切な基準に基づいて）、画像処理デバイス１０３はこの画像をそのまま出力画像に用いてもよい、すなわち、ダイナミックレンジ変換は単純に一致マッピングでもよい。また、出力白色点輝度が受信画像の白色点輝度に直接一致しないが、明確なダイナミックレンジ変換制御データが対象とするエンドユーザディスプレイ白色点輝度と合致する場合、ダイナミックレンジ変換を適合するためにこの制御データを直接使用することができる。出力白色点輝度が受信画像の白色点輝度、又はダイナミックレンジ変換制御データが対象とする白色点輝度と直接一致しない場合、制御データによって提供される、異なる白色点輝度のためのトーンマッピングパラメータを使用して、出力白色点輝度に応じてダイナミック変換を適合してもよい。具体的には、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、他の白色点輝度値のためのトーンマッピングパラメータ間を補間して特定の出力白色点輝度のためのトーンマッピングパラメータを求めてもよい。多くの実施形態において、単純な線形補間で十分であるが、他のアプローチを使用し得ることも理解されたい。
実際、制御データは、例えば、異なるディスプレイ白色点輝度のためのトーンマッピングパラメータを、どのように処理して特定の出力白色点輝度のためのトーンマッピングパラメータを生成すべきかに関する情報を提供してもよい。例えば、制御データは適切なトーンマッピングパラメータを生成するために使用しなければならない非線形補間関数を示してもよい。
ダイナミックレンジ変換は異なる画像において必ずしも一定でなくてもよく、場合によっては同じ画像においても一定でなくてもよい。
実際、多くのシステムにおいて、ダイナミックレンジ変換制御データは継続的に更新されてもよく、これにより、ダイナミックレンジプロセッサ２０３によって実行されるダイナミックレンジ変換を現在の特徴に適合できる。これは、暗い画像／シーンに対して明るい画像／シーンとは異なるトーンマッピングを使用することを可能にし得る。これは、改良されたパフォーマンスを提供する。実際、動的に更新されるダイナミックレンジ変換制御データに応じて制御される時間変化ダイナミックレンジ変換を使用することによって、コンテンツプロバイダにさらなる制御を提供できる。例えば、ＨＤＲディスプレイ上での暗いシーンのレンダリングは、そのシーンが不安を駆り立てようとする緊張感のあるシーンか、又は単に夜間のシナリオに対応するために暗いだけかによって異なり得る（１つ目の場合、暗いシーンをＬＤＲディスプレイと同様の暗さでＨＤＲディスプレイ上にレンダリングし、２つ目の場合、暗いシーンをいくらか明るくレンダリングしてもよく、これによって、暗領域における、改良された視覚的に知覚可能な違いを実現する追加ダイナミックレンジを活用できる）。
同じ考察を１つの画像内に適用することができる。例えば、あるシーンは暗い影がかかった地面の上空の明るい空に対応し得る（例えば、画像の上半分には明るい空、画像の下半分には森）。２つの領域は、ＬＤＲからＨＤＲへのマッピングの際に、好適に異なる方法でマッピングされてもよく、ダイナミックレンジ変換制御データはこれらのマッピングの違いを指定してもよい。したがって、ダイナミックレンジ変換制御データは、異なる画像によって変化する、且つ／又は画像内の位置に応じて変化するトーンマッピングパラメータを含んでもよい。
具体的な例として、少なくともいくつかの制御データは、所与の画像領域、輝度範囲、及び／又は画像範囲に関連付けられてもよい。
ダイナミックレンジ変換制御データは、任意の適切な通信アプローチ又は規格に従って画像処理デバイス１０３に供給されてもよい。
特定の例において、コンテンツプロバイダ装置１０１と画像処理デバイス１０３との間の通信はＢｌｕ−ｒａｙ（登録商標）メディアを用いる。ダイナミックレンジ変換のための制御コマンドの送信は、これらのパラメータ値をディスク上のＢＤＲＯＭデータ内に組み込むことによって達成され得る。このためには、プレイリストファイル（ｘｘｘｘｘ．ｍｐｌｓ）内の拡張データ構造を用いることができる。この拡張データ構造は、特有且つ新しい認識情報を有する。レガシーＢＤＲＯＭプレイヤーはこの新しいデータ構造に気付かず、単純に無視する。これは後方互換性を保証する。このようなＬＨＤＲ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ（ＬＨＤＲ記述子）のシンタックス及びセマンティックスの例を以下に示す。
この例において、ＬＨＤＲ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒは３つの処理記述子を含む。これらのパラメータは、対象ディスプレイカテゴリがエンドユーザディスプレイカテゴリとは異なる場合の追加のビデオ処理を指定する。例として、これらのパラメータは以下の値を有し得る。
Ｖｉｄｅｏ＿Ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ（ビデオ処理記述子）：
ＤＲ＿Ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ（ダイナミックレンジ処理記述子）：
Ｌｅｖｅｌ＿Ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ（レベル処理記述子）：
上記の例は、コンテンツプロバイダ装置１０１から受信された信号が、画像／ビデオシーケンスの１つのバージョンのみを有する例、特に、信号がＬＤＲ画像／ビデオシーケンスのみを有する例に着目した。
しかし、いくつかのシステム及び実施例においては、コンテンツプロバイダ装置１０１は、画像の１つ以上のバージョンを含む画像信号を生成し得る。このような場合、１つの画像が１つの対象ディスプレイのためにトーンマッピングされ、同じ元画像に対応する他の画像が異なる対象ディスプレイのためにトーンマッピングされ得る。具体的には、１つの画像は、例えば５００ニットディスプレイを対象とするＬＤＲ画像であり、他の画像は、例えば２０００ニットディスプレイを対象とするＨＤＲ画像であり得る。
このような例において、画像信号はさらに第２対象ディスプレイリファレンスを含み得る、すなわち、画像ごとに対象ディスプレイリファレンスを設けてもよく、これによって、符号化サイドにおいて個々の画像のトーンマッピング最適化が対象としたディスプレイ特徴を示すことができる。具体的には、画像／ビデオシーケンスごとに最大輝度及びガンマパラメータを提供してもよい。
このようなシステムにおいて、画像処理デバイス１０３は、第２対象ディスプレイリファレンスに応じてダイナミックレンジ変換を適用でき、特に、第１及び第２対象ディスプレイリファレンスの両方を考慮して適用できる。
ダイナミックレンジ変換は、画像に対して実行される特定のマッピング又は操作を適合するだけでなく、対象ディスプレイリファレンスに応じて、変換の基礎として使用する画像を選択し得る。あまり複雑でない例として、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、第１画像及び第２画像のどちらを使用するかを、関連付けられた対象ディスプレイリファレンスが、出力信号が対象とする白色点輝度にどの程度近いかに応じて選択できる。具体的には、望ましい白色点輝度に最も近い白色点輝度に関連付けられた画像を選択できる。したがって、ＬＤＲ出力画像が生成される場合、ダイナミックレンジ変換は符号化ＬＤＲ画像から実行され得る。一方、符号化ＨＤＲ画像より高い最大輝度を有するＨＤＲ画像が生成される場合、ダイナミックレンジ変換は符号化ＨＤＲ画像に対して実行され得る。
画像が、複数の符号化画像の白色点輝度の間の最大輝度のために（例えば、１０００ニットディスプレイのために）生成される場合、ダイナミックレンジ変換は、両方の画像に基づき得る。具体的には、画像間で補間が実行されてもよい。かかる補間は線形でも非線形でもよく、変換前に符号化画像に直接実行されてもよいし、変換後に画像に適用してもよい。個々の画像への重み付けは、典型的には両画像が所望の最大輝度にどれだけ近いかに依存する。
例えば、第１符号化画像（ＬＤＲ画像）にダイナミックレンジ変換を適用して第１変換画像を生成し、第２符号化画像にダイナミックレンジ変換を適用して第２変換画像を生成してもよい。その後、第１及び第２変換画像が結合され（例えば、足し合わされ）、出力画像が生成される。第１及び第２画像のそれぞれの重みは、第１及び第２符号化画像のそれぞれの対象ディスプレイリファレンスが所望の出力最大輝度にどれだけ近いかによって決定される。
例えば、７００ニットディスプレイに対しては、第１変換画像が第２変換画像より著しく高く重み付けされ、３０００ニットディスプレイに対しては、第２変換画像が第１変換画像より著しく高く重み付けされてもよい。２０００ニットディスプレイに対しては、両変換画像が等しく重み付けされてもよく、出力値は各画像の値を平均化することによって生成されてもよい。
他の例として、変換は、例えば画像特徴に応じて、異なる画像領域のための第１又は第２画像に基づいて選択的に実行できる。
例えば、比較的暗い領域に対しては、ＬＤＲ画像にダイナミックレンジ変換を適用して１０００ニットディスプレイに適したピクセル値を生成するとともに、ＨＤＲ画像に対応するＬＤＲ画像の暗領域で利用可能な高解像度を活用できる（例えば、両画像で同じビット数が使用される場合）。一方、明るい領域に関しては、ＨＤＲ画像にダイナミックレンジ変換を適用してピクセル値を生成してもよく、これにより、この画像が典型的には高輝度範囲おいてより多くの情報を持つことができる（特に、ＨＤＲ画像の場合、典型的にはＬＤＲ画像に比べてクリッピングによる情報の損失を大きく低減することができる）。
したがって、コンテンツプロバイダ装置１０１から１つ以上の画像が受信された場合、画像処理デバイス１０３は、これらの画像のうちの１つから出力画像を生成してもよいし、画像を組み合わせて出力画像を生成してもよい。符号化画像の選択及び／又は組み合わせは、画像ごとに規定される対象ディスプレイリファレンス、及び出力信号が生成されるべき最大輝度に基づく。
個々の符号化画像の組み合わせ及び／又は選択に加えて、個々のダイナミックレンジ変換をダイナミックレンジ変換に応じて調整及び適合してもよいことを理解されたい。例えば、上記アプローチを個別に各ダイナミックレンジ変換に適用してもよい。同様に、各ダイナミックレンジ変換を上記のように適合及び制御するために用いられ得るダイナミックレンジ変換制御データが受信されてもよい。また、ダイナミックレンジ変換制御データは、第１及び第２符号化画像の処理の組み合わせに対して、義務的、任意、又は好ましい／提案パラメータを規定する情報を含んでもよい。
いくつかのシステムにおいて、ダイナミックレンジ変換制御データは、異なる画像カテゴリに対して異なる変換制御データを有する。具体的には、ダイナミック変換実行の際、異なるタイプの画像／コンテンツを異なる方法で処理してもよい。
例えば、異なるタイプのビデオコンテンツに対して異なるトーンマッピングを規定又は提案してもよい。例えば、アニメ、ホラー映画、サッカーの試合等に対して、異なるダイナミックレンジ変換が規定される。このような場合、受信されるビデオ信号はコンテンツタイプを記述するメタデータを提供して（又は、コンテンツ解析を画像処理デバイス１０３においてローカルに適用してもよい）、特定のコンテンツに対して適切なダイナミックレンジ変換を適用してもよい。
他の例として、レンダリングされる画像は、異なる画像に対して異なる変換を提供することにより、重複画像の組み合わせとして生成され得る。例えば、Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）では複数の異なる表示プレーンが規定され（図５に示すように）、異なる表示プレーンに異なるダイナミックレンジ変換を適用してもよい。
各表示プレーンの特徴は、コンテンツプロバイダによって特定の対象ディスプレイのために最適化される。エンドユーザの視聴体験は、表示プレーンの特徴をエンドユーザディスプレイに適合することによって最適化できる。典型的には、最適適合は表示プレーンごとに異なる。
トーンマッピングに関して、今日のＢＤＲＯＭシステムにおける状況は以下の通りである。
−スタジオ内において、ビデオトーンマッピング（グローバル又はローカル）がスタジオモニタを使用して実行される。
−スタジオ内において、グラフィックストーンマッピング（通常はビデオトーンマッピングとは異なる）がスタジオモニタを使用して実行される。
−ＢＤＲＯＭプレイヤーにおいて、ＯＳＤトーンマッピングが実行される。
−ディスプレイにおいて、複合ビデオ及びグラフィックス信号にグローバル及び／又はローカルトーンマッピングが実行される。この処理はエンドユーザによって制御できない。
−ディスプレイにおいて、複合ビデオ及びグラフィックス信号にグローバルトーンマッピングが実行される。この処理は、エンドユーザによって設定された輝度及びコントラスト値等に依存する。
以下の場合、向上された画質を達成できる。
１．ビデオトーンマッピングがエンドユーザディスプレイのために最適化される。
２．グラフィックストーンマッピングがエンドユーザディスプレイのために最適化される。
３．システムは、ビデオトーンマッピングとは異なるグラフィックストーンマッピングを許容する。
４．システムは、異なるグラフィックス要素に対して異なるグラフィックストーンマッピングを許容する。
５．システムは、ビデオ特徴に応じたビデオ及びグラフィックストーンマッピングを許容する。
また、ディスク上にビデオのＬＤＲバージョン及びＨＤＲバージョンが両方存在する場合、追加トーンマッピングは２つの対象ディスプレイのパラメータセットに依存し、一方はビデオのＬＤＲバージョン用であり、他方はビデオのＨＤＲバージョン用である。
他の改変された実施例において、ビデオ及び／又はグラフィックストーンマッピングは時間変化し、例えばシーン内のビデオコンテンツに依存する。コンテンツプロバイダは、ビデオ及びグラフィックスコンテンツの特徴に応じて、プレイヤーにトーンマッピング指示を送信してもよい。他の実施例において、プレイヤーは自主的にビデオ信号からビデオの特徴を抽出し、これらの特徴に応じてビデオ及びグラフィックストーンマッピングを適合する。
例えば、一定の時間サブタイトルをかすませたり、ある時間量にかけてガンマ変更を実行してもよい（また、両者を協調させてもよい）。
ＢＤＲＯＭにおいて、如何にグラフィックストーンマッピングのための制御コマンドを提供するかの例を以下に説明する。
ＢＤＲＯＭグラフィックスストリームは、トランスポートストリームに組み込まれたＰＥＳパケットに組み込まれたセグメントからなる。図１４は、適切なデータ構造を示す。
メインビデオとの同期は、ＰＥＳパケット内のＰＴＳ値を用いてエレメンタリーストリームレベルで行われる。ＢＤＲＯＭグラフィックスセグメントは、セグメント記述子及びセグメントデータからなる。セグメント記述子は、セグメントの種類及び長さを含む。
以下の表は、ブルーレイディスク規格で規定されるセグメントの種類をいくつか示す。
現行の仕様において、値０ｘ８３〜０ｘＦＦは予備である。したがって、例えば値０ｘ８３を用いて、ＬＨＤＲ＿Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＿ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ（ＬＨＤＲ処理定義）セグメントを含むセグメントを示すために新しいセグメントタイプが定義される。一般的に、ＬＨＤＲ＿Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＿ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎセグメントは、対象ディスプレイがエンドユーザディスプレイと異なる場合、グラフィックスデコーダーがグラフィックスを処理する方法を定義する。
以下の表は、ＬＨＤＲ＿Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＿ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎセグメントの構造の例を示す。
この例において、ＬＨＤＲ＿Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＿ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎセグメントは、Ｐｏｐ−ｕｐ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ（ポップアップ処理記述子）及びＳｕｂｔｉｔｌｅ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ（サブタイトル処理記述子）の２つの処理記述子を含む。また、このセグメントは、対象ディスプレイカテゴリがエンドユーザディスプレイカテゴリと異なる場合に用いられるパレットを含む。ＬＨＤＲパレットは元のパレットと同じ数のエントリーを含むが、エントリーは他方のディスプレイカテゴリのために最適化される。
Ｐｏｐ−ｕｐ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒパラメータは、対象ディスプレイカテゴリがエンドユーザディスプレイカテゴリとは異なる場合におけるポップアップグラフィックスの追加の処理を指定する。
例として、このパラメータは以下の値を有し得る。
−Ｐｏｐ−ｕｐ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ＝０ｘ００：追加処理なし。
−Ｐｏｐ−ｕｐ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ＝０ｘ０１〜０ｘ０３：最小透明値設定。
−Ｐｏｐ−ｕｐ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ＝０ｘ０４：グラフィックスプロセッサはＬＨＤＲ＿Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＿ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎセグメント内に定義されたパレットを使用する。
−Ｐｏｐ−ｕｐ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ＝０ｘ０５：追加処理に制限無し。
Ｓｕｂｔｉｔｌｅ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ（サブタイトル処理記述子）パラメータは、対象ディスプレイカテゴリがエンドユーザディスプレイカテゴリとは異なる場合におけるサブタイトルグラフィックスの追加の処理を指定する。
例として、このパラメータは以下の値を有する。
−Ｓｕｂｔｉｔｌｅ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ＝０ｘ００：追加処理なし。
−Ｐｏｐ−ｕｐ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ＝０ｘ０１〜０ｘ０３：輝度値適合。
−Ｓｕｂｔｉｔｌｅ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ＝０ｘ０４：グラフィックスプロセッサはＬＨＤＲ＿Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＿ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ内に定義されたパレットを使用する。
−Ｓｕｂｔｉｔｌｅ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ＝０ｘ０５：追加処理に制限無し。
以下の表にＰｏｐ−ｕｐ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ及びＳｕｂｔｉｔｌｅ＿ｐｒｏｃｅｓｓ＿ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒのシンタックスの具体的な例を示す。
図１５及び図１６は、ディスプレイ特徴に応じた異なるトーンマッピングの具体的な例を示す。これらの例において、元のコンテンツはＨＤＲビデオコンテンツ及びサブタイトルを有する。ビデオ用のトーンマッピングは図６の例と同じである。
グラフィックスは、黒色の縁を有する白色のサブタイトル文字を有する。元のヒストグラムは、低輝度範囲内のピーク、及び高輝度範囲内の他のピークを示す。このサブタイトルコンテンツのヒストグラムは、ＬＤＲディスプレイ上ではテキストが明るく読みやすく映るため、ＬＤＲディスプレイに非常に適している。しかし、ＨＤＲディスプレイ上ではこれらの文字は明るすぎ、うるささ、暈（ハロ）、及びぎらつきを引き起こす。したがって、サブタイトルグラフィックスのトーンマッピングは、図１６に示すように適合される。
上記例において、画像処理デバイス１０３は、所望の最大輝度に対応するよう出力画像を生成した、すなわち、所与のダイナミックレンジ／白色点輝度を有するディスプレイ上での表示のために出力画像を生成した。具体的には、所望の最大／白色点輝度を示すユーザ設定に対応するよう出力信号を生成してもよいし、又は、単純にディスプレイ１０７に対して所与のダイナミックレンジを仮定してもよい。
いくつかのシステムにおいて、画像処理デバイス１０３は、ディスプレイ１０７の輝度特性を示すディスプレイ１０７から受信されたデータに応じて処理を適合するダイナミックレンジプロセッサ２０３を含み得る。
図１７は、このような画像処理デバイス１０３の例を示す。画像処理デバイス１０３は図１に示すものと対応するが、この例の画像処理デバイス１０３はさらに、ディスプレイ１０７からデータ信号を受信するディスプレイ受信機１７０１を有する。データ信号は、ディスプレイ１０７のディスプレイダイナミックレンジ指標を含むデータフィールドを含む。ディスプレイダイナミックレンジ指標は、ディスプレイの輝度特性を示す少なくとも１つの輝度仕様を含む。具体的には、輝度仕様は最大輝度の仕様、すなわち、ディスプレイの最大／白色点輝度の仕様を含んでもよい。具体的には、ディスプレイダイナミックレンジ指標は、ディスプレイがＨＤＲ又はＬＤＲディスプレイのどちらであるかを定義でき、特に、最大光出力をニット単位で示し得る。したがって、ダイナミックレンジ指標はディスプレイが５００ニット、１０００ニット、２０００ニット、４０００ニット等のディスプレイであるかを定義できる。
画像処理デバイス１０３のディスプレイ受信機１７０１は、ディスプレイダイナミックレンジ指標が送信されるダイナミックレンジプロセッサ２０３に接続される。したがって、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、仮定された又は手動で設定された白色点輝度の出力信号を生成するのではなく、特定のディスプレイに直接対応する出力信号を生成することができる。
したがって、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、ダイナミックレンジ変換を受信されたディスプレイダイナミックレンジ指標に応じて適合できる。例えば、受信された符号化画像はＬＤＲ画像でもよく、この画像が５００ニットディスプレイ用に最適化されたと仮定され得る。ディスプレイダイナミックレンジ指標がディスプレイが実際に５００ニットディスプレイであると示す場合、画像処理デバイス１０３は符号化画像をそのまま使用できる。しかし、ディプレイダイナミックレンジ指標がディスプレイが１０００ニットディスプレイであると示す場合、第１ダイナミック変換が適用され得る。ダイナミックレンジ指標がディスプレイ１０７が１０００ニットディスプレイであると示す場合、異なる変換が適用され得る（他の値でも同様）。同様に、受信された画像が２０００ニット最適化画像である場合、ディスプレイダイナミックレンジ指標がディスプレイが２０００ニットディスプレイであると示すのであれば、画像処理デバイス１０３はこの画像をそのまま使用できる。しかし、ディスプレイダイナミックレンジ指標がディスプレイが１０００ニット又は５００ニットディスプレイであると示す場合、画像処理デバイス１０３は、適切なダイナミックレンジ変換を実行してダイナミックレンジを縮小し得る。
例えば、図１８を参照して、１０００ニットディスプレイ及び４０００ニットディスプレイのそれぞれに異なる変換が定義されてもよく、また５００ニットディスプレイ用に３つ目の１対１マッピングが定義される。図１において、５００ニットディスプレイ用のマッピングは曲線１８０１によって示され、１０００ニットディスプレイ用のマッピングは曲線１８０３によって示され、４０００ニットディスプレイ用のマッピングは曲線１８０５によって示される。したがって、この例において、受信された符号化画像は５００ニット画像であると仮定され、これが特定のディスプレイに適した画像に自動的に変換される。したがって、画像処理デバイス１０３は、画像処理デバイス１０３が接続される特定のディスプレイのために最適化された画像を自動的に適合及び生成できる。具体的には、画像処理デバイス１０３はディスプレイがＨＤＲ又はＬＤＲディスプレイのどちらであるかに自動的に適合し、さらに、ディスプレイの特定の白色輝度に適合できる。
ハイダイナミックレンジからローダイナミックレンジへのマッピングの場合、逆マッピングが使用され得ることを理解されたい。
ディスプレイが、図１８の３つの曲線のうちの１つに対応する白色輝度を有する場合、符号化画像に対応するマッピングを適用することができる。ディスプレイが異なる輝度値を有する場合、変換の組み合わせを用いてもよい。
したがって、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、ディスプレイダイナミックレンジ指標に応じて適切なダイナミックレンジ変換を選択できる。あまり複雑でない例として、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、曲線に関連付けられる白色点輝度がディスプレイダイナミックレンジ指標によって示される白色点輝度にどの程度近いかに応じて、使用する曲線を選択できる。具体的には、ディスプレイダイナミックレンジ指標によって示される所望の白色点輝度に最も近い白色点輝度に関連付けられたマッピングが選択され得る。したがって、ＬＤＲ出力画像が生成される場合、ダイナミックレンジ変換は曲線１８０１を用いて実行され得る。比較的白色点輝度が低いＨＤＲ画像が生成される場合、曲線１８０３のマッピングが使用される。また、白色点輝度が高いＨＤＲ画像が生成される場合、曲線１８０５が使用される。
２つのＨＤＲ設定用のダイナミックレンジの間の白色輝度用（例えば、２０００ニットディスプレイ用）に画像が生成される場合、マッピング１８０３及び１８０５の両方を用いてもよい。具体的には、２つのマッピングの変換画像間で補間を実行してもよい。かかる補間は、線形でも非線形でもよい。個々の変換画像の重み付けは、典型的には画像が所望の出力最大輝度にどの程度近いかに依存する。
例えば、符号化画像（ＬＤＲ画像）に第１マッピング１８０３を適用して第１変換を実行して、符号化画像に第２マッピングを適用して第２変換を実行してもよい。その後、第１及び第２変換画像は結合され（例えば、足し合わされ）、出力画像が生成される。第１及び第２変換画像のそれぞれの重みは、異なるマッピングに関連付けられた白色輝度が、ディスプレイダイナミックレンジ指標によって示されるディスプレイ白色輝度にどの程度近いかによって決定される。
例えば、１５００ニットディスプレイに対しては、第１変換画像は第２変換画像よりはるかに高く重み付けされてもよく、３５００ニットディスプレイに対しては、第２変換画像は第１変換画像より著しく高く重み付けされてもよい。
いくつかの実施形態において、ダイナミックレンジプロセッサ（２０３）は、出力画像を受信された符号化画像として生成するか、又は、ディスプレイダイナミックレンジ指標に応じて、受信された符号化画像の変換画像として生成するかを選択できる。
具体的には、ディスプレイダイナミックレンジ指標によって示される白色点輝度が、受信画像に対して示された又は仮定された白色点輝度に十分に近い場合、ダイナミックレンジ変換は、単純に受信画像に処理を行わないことを含み得る、すなわち、単純に入力画像を出力画像として使用できる。一方、ディスプレイダイナミックレンジ指標によって示される白色点輝度が、受信画像に対して示された又は仮定された白色点輝度とは異なる場合、ダイナミックレンジ変換は、入力画像ピクセルの出力画像ピクセルへの適切なマッピングによって受信された符号化画像を変換し得る。このような場合、受信されたエンドユーザディスプレイの白色点輝度の指標に応じてマッピングを適合できる。他の例において、１つ以上の既定のマッピングを用いてもよい。
例えば、画像処理デバイス１０３は、白色点輝度を２倍にする、適切な出力画像を提供すべく決定された既定の第１マッピング、及び白色点輝度１／２にする、適切な出力画像を提供すべく決定された既定の第２マッピングを含み得る。このような例において、画像処理デバイス１０３は、（例えば、対象ディスプレイリファレンスによって示される）受信画像の白色点輝度、及びディスプレイダイナミックレンジ指標によって示されるエンドユーザディスプレイの白色点輝度に応じて、第１マッピング、第２マッピング、及び一致マッピングを選択し得る。具体的には、画像処理デバイス１０３は、入力画像及びエンドユーザディスプレイの白色点輝度間の比率に最も近いマッピングを選択し得る。
例えば、１０００ニットディスプレイのために最適化されたことを示す対象ディスプレイリファレンスを有する入力画像が受信され、エンドユーザディスプレイが２０００ニットディスプレイである場合、画像処理デバイス１０３は第１マッピングを選択する。一方、ダイナミックレンジ指標がエンドユーザディスプレイが１０００ニットディスプレイであると示す場合、画像処理デバイス１０３は一致マッピングを選択する（すなわち、入力画像をそのまま使用する）。ダイナミックレンジ指標がエンドユーザディスプレイが５００ニットディスプレイであると示す場合、画像処理デバイス１０３は第２マッピングを選択する。
エンドユーザディスプレイの白色点輝度の中間値が受信された場合、画像処理デバイス１０３は、白色点輝度間の比率に最も近いマッピングが選択されてもよいし、例えばマッピング間が補間されてもよい。
図２の例において、画像処理デバイス１０３はコンテンツプロバイダ装置１０１から受信された対象ディスプレイリファレンスに基づいて、しかし、特定のディスプレイ１０７の情報又は知識を有さずに、ダイナミックレンジ変換を実行する（すなわち、単純に所与のダイナミックレンジ／白色点に対して最適化された出力画像を生成できるが、接続されたディスプレイ１０７がその値を有するかは明確に知らない）。したがって、仮定又は基準白色点輝度を用いてもよい。図１７の例において、画像処理デバイス１０３は、ディスプレイ１０７から受信されるディスプレイダイナミックレンジ指標に基づいて、しかし、受信された符号化画像が生成において対象としたダイナミックレンジ及び白色点輝度の情報又は知識をなんら有することなく、ダイナミックレンジ変換を実行し得る（すなわち、単純に受信画像のための所与のダイナミックレンジ／白色点に基づいて出力画像を生成できるが、画像が実際にそのようなレンジ及び輝度用に生成されたかは明確に知らない）。したがって、符号化画像に対して仮定又は基準白色点輝度を用いてもよい。ただし、多くの実施例において、画像処理デバイス１０３はコンテンツプロバイダサイドから受信された情報及びエンドユーザディスプレイから受信された情報の両方に応じてダイナミックレンジ変換を実行し得ることを理解されたい。図１９は、対象ディスプレイリファレンス及びディスプレイダイナミックレンジ指標の両方に応じてダイナミックレンジ変換を行うダイナミックレンジプロセッサ２０３を有する画像処理デバイス１０３の例を示す。図２及び図１７の各アプローチに関して提供されたコメント及び説明が図１９のシステムに等しく（適宜）当てはまることを理解されたい。
これらのアプローチは、特に、例えば将来のテレビシステムでますます認知される、不均質なコンテンツ配信システムにおいて好適である。実際、ディスプレイの（ピーク）輝度は現在急速に上昇しており、近い将来には、幅広い（ピーク）輝度を有するディスプレイが市場に共存することが予測される。コンテンツ生成サイドではディスプレイ輝度（及び、典型的には、入力ピクセル（色）駆動値が、視聴者に特定の心理視覚的印象を与える光量に如何に変換されるかを特定する電気光変換関数）を知ることができないため（また、一般的にはこれはコンテンツが意図された／グレーディングの対象とした基準モニタとは異なるため）、ディスプレイ上で最適な画質を提供することは困難になる。
したがって、図１のシステムにおいて、ディスプレイ１０７（又はシンクデバイス）は自身の輝度能力（ピーク輝度、グレー（／色）レンダリング変換関数、又は特定の電気光変換関数等の、ＨＤＲ範囲にかけてのグレーレンダリング特性）に関する情報を画像処理デバイス１０３に逆に送信できる。
具体的な例において、画像処理デバイス１０３はＨＤＭＩ（登録商標）インターフェイスによってディスプレイに接続されるＢＤＲＯＭプレイヤーであり、よってダイナミックレンジ指標は、ＨＤＭＩ（登録商標）インターフェイスを介してディスプレイから画像処理デバイス１０３に通信され得る。したがって、具体的には、ダイナミックレンジ指標は、ＨＤＭＩ（登録商標）を介してディスプレイ１０７から画像処理デバイス１０３に送信され得るＥＤＩＤ情報の一部として通信され得る。しかし、このアプローチはＤＶＢ受信機、ＡＴＳＣ受信機、パーソナルコンピュータ、タブレット、スマートフォン、及びゲームコンソール等、多くの他のビデオ／グラフィックス生成デバイスに適用され得ることを理解されたい。また、ＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ、ＵＳＢ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、及びＷＩＦＩ等、多くの他の有線及び無線インターフェイスを使用し得ることを理解されたい。
画像処理デバイス１０３は、例えばディスプレイ輝度に応じて、例えばコンテンツ／信号の異なるバージョンのうちの１つを選択し得る。例えば、コンテンツプロバイダ装置１０１からの信号がＬＤＲ画像及びＨＤＲ画像を両方含む場合、画像処理デバイス１０３は、ディスプレイダイナミックレンジ指標がＬＤＲディスプレイ又はＨＤＲディスプレイのどちらを示しているかに基づいて、２つのうちのどちらかを選択できる。他の例として、画像処理デバイス１０３はコンテンツの異なる輝度バージョンを補間／混合して、ディスプレイ輝度にとってほぼ最適な新しい信号を導き出してもよい。他の例として、画像処理デバイス１０３は符号化画像から出力画像へのマッピングを適合してもよい。
異なる実施例において、ディスプレイダイナミックレンジ指標内に異なるパラメータ及び情報が提供され得ることを理解されたい。具体的には、対象ディスプレイリファレンスの上記コメント及び説明は、ディスプレイダイナミックレンジ指標に等しく適用され得ることを留意されたい。したがって、ディスプレイ１０７から画像処理デバイス１０３に伝達されるパラメータ及び情報は、コンテンツプロバイダ装置１０１から画像処理デバイス１０３への対象ディスプレイに関する情報の伝達に関して説明されたものと同様でもよい。
具体的には、ディスプレイは、ディスプレイの最大輝度／白色点輝度を伝達でき、これは上記のようにダイナミックレンジプロセッサ２０３によって出力信号を適合するために使用することができる。
いくつかの実施形態において、ディスプレイレンジ指標は代替的に又は追加的にディスプレイ１０７の黒色点輝度を含んでもよい。黒色点輝度は、典型的には最も暗いピクセル値に対応する駆動値に対応する輝度を示してもよい。ディスプレイの固有の黒色点輝度は、いくつかのディスプレイにおいては実質的に光出力無しに対応してもよい。しかし、多くのディスプレイにおいて、例えばＬＣＤ要素の最も暗い設定は依然としてディスプレイからいくらかの光出力を生じさせ、黒色画像領域は深い黒色よりいくらか明るく及び灰色に知覚される。このようなディスプレイにおいて、黒色点輝度の情報は、例えばディスプレイの黒色点輝度未満の黒レベルが全て最も暗いピクセル値に変換される（又は、例えばより段階的な遷移を用いる）トーンマッピングをダイナミックレンジプロセッサ２０３が実行するために使用できる。いくつかの場合において、黒色点輝度は周囲光からの寄与を含み得り、例えば、黒色点輝度はディスプレイから反射されている光の量を反映し得る。
また、多くのディスプレイにおいて、ディスプレイダイナミックレンジ指標はディスプレイのＯＥＴＦを特徴づける情報をより多く含み得る。具体的には、上述のように、ディスプレイは白色点輝度及び／又は黒色点輝度を含み得る。多くのシステムにおいて、ディスプレイダイナミックレンジ指標は、介在性の光出力におけるディスプレイのＯＥＴＦに関する更なる詳細をも含み得る。具体的には、ディスプレイダイナミックレンジ指標はディスプレイのＯＥＴＦのガンマを含み得る。
ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、このＯＥＴＦの情報を使用して特定のダイナミックレンジ変換を適合することによって所望のパフォーマンスを提供でき、具体的には、ＨＤＲ画像への変換はより明るい光出力が可能であることだけを反映するのではなく、拡大された輝度範囲における所望の光出力を提供するために、駆動値間の関係を具体的にどのように生成すべきかを考慮してもよい。同様に、ＬＤＲ画像への変換は、より輝度が低い光出力が利用可能なことを反映するだけでなく、縮小された輝度範囲において所望の光出力を提供するために、駆動値間の関係を具体的にどのように生成すべきかを考慮してもよい。
したがって、具体的には、ディスプレイダイナミックレンジ指標は、ダイナミックレンジプロセッサ２０３に、１つのダイナミックレンジに対応する入力値をどのように他の典型的にはより大きなダイナミックレンジに対応する出力値にマッピングすべきかを知らせる情報を提供してもよい。ダイナミックレンジプロセッサ２０３はこれを考慮して、例えばディスプレイ１０７によるレンダリングにおけるばらつき又は非線形性を補正できる。
多様なダイナミックレンジ変換が選択可能であり、またディスプレイダイナミックレンジ指標に基づいてそのようなダイナミックレンジ変換を適合する多様な方法が使用され得ることを理解されたい。実際、コンテンツプロバイダ装置１０１からの対象ディスプレイリファレンスに基づくダイナミックレンジ変換に関して提供されたコメントのほとんどは、エンドユーザの輝度特性の情報に基づくダイナミックレンジ変換に等しく（適宜）当てはまる。
あまり複雑でない例として、ダイナミックレンジ変換は、単純にＬＤＲ画像の入力値に区分線形関数を適用して改良されたＨＤＲ値を生成できる（又はＨＤＲ画像の入力値に適用して改良されたＬＤＲ値を生成できる）。実際、多くの場合において、図２０のような２つの線形関係からなる単純なマッピングを用いることができる。マッピングは、入力ピクセル値と出力ピクセル値との間の直接マッピングを示す（又は、いくつかの場合においては、マッピングは入力ピクセル輝度と出力ピクセル輝度との間の（場合によっては連続的な）マッピングを反映し得る）。
具体的には、このアプローチは、画像の暗領域を暗く保つ一方、明領域のはるかに明るいレンダリング、及び、より生き生きとした改良された中範囲を提供するよう大きく拡大されたダイナミックレンジを使用可能にするダイナミックレンジ変換を提供する。しかし、厳密な変換は、画像がレンダリングされるべきディスプレイに依存する。例えば、１０００ニットディスプレイ上に５００ニット用の画像をレンダリングする場合、比較的控えめな変換が要求され、明領域の拡張は比較的限定される。しかし、同じ画像が５０００ニットディスプレイ上に表示される場合、暗領域を過度に明るくすることなく利用可能な輝度を完全に活用するためには、はるかに劇的な変換が要求される。図２０は、１０００ニットディスプレイ（曲線２００１、最大値２５５は１０００ニットに対応）及び５０００ニットディスプレイ（曲線２００３、最大値２５５は５０００ニットに対応）それぞれに対する５００ニットＬＤＲ入力画像（最大値２５５は５００ニットに対応）のための２つの異なるマッピングをどのように使用すべきかを説明する。画像処理デバイス１０３は、与えられた値の間を補間することによって、他の最大輝度用の適切な値をさらに決定できる。いくつかの実施例において、より多くの点を使用して、区分線形ではあるがより多くの直線区間を有する曲線を定義してもよい。
ＨＤＲ入力画像からＬＤＲ出力画像にマッピングする場合にも同じマッピングが使用できることを理解されたい。
いくつかの実施形態において、ダイナミックレンジ変換は、受信されたディスプレイダイナミックレンジ指標に依存し得るガマット変換を含み得る。したがって、いくつかの実施形態において、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、ディスプレイダイナミックレンジ指標に応じてレンダリングされる画像の彩度を変更し得る。例えば、受信されたＨＤＲ画像をＬＤＲディスプレイ上にレンダリングする場合、圧縮により、個々の画像オブジェクトに変化及び階調が少ない淡々とした画像になる。ダイナミックレンジ変換は、彩度（クロマ）変化を増加させることによってこのような減少を補償できる。例えば、明るく照らされたリンゴを含む画像がＨＤＲディスプレイ上でのレンダリングのために最適化された場合、縮小されたダイナミックレンジを有するＬＤＲディスプレイ上でのレンダリングは、典型的にはリンゴをより目立たなくさせ、より不明瞭にしてぼやけさせる。これは、ダイナミックレンジ変換によってリンゴの色の飽和度を高めることで補償され得る。他の例として、低減された輝度変化のためテクスチャ変化がより知覚しづらくなる場合があるが、これは、テクスチャの彩度変化を高めることによって補償され得る。
いくつかの例又は場合おいて、ディスプレイダイナミックレンジ指標は、標準製造パラメータ、デフォルトのＥＯＴＦ等、ディスプレイの一般的な情報を提供し得る。いくつかの例及び場合において、ディスプレイダイナミックレンジ指標はさらに、ディスプレイ内で行われる具体的な処理及び具体的なユーザ設定を反映し得る。したがって、このような例において、ディスプレイダイナミックレンジ指標は単にディスプレイのみに依存する固定且つ不変の情報を提供するだけでなく、ディスプレイの具体的な動作を反映し得る時間変化関数を提供し得る。
例えば、ディスプレイは異なるレンダリング特徴を有する異なる画像モードで動作できる。例えば、表示モード「ヴィヴィッド（鮮やか）」においては、ディスプレイは画像を明領域が通常より明るくなるようレンダリングでき、表示モード「ミュート（色調が弱い）」においては、ディスプレイは画像を明領域が通常より暗くなるようにレンダリングできる。現在のモードに関する情報、例えばこのモードのガンマは、ディスプレイダイナミックレンジ変換指標の一部として画像処理デバイス１０３に報告することができ、これによって、画像処理デバイス１０３はダイナミックレンジ変換にレンダリング特徴を反映させることができる。画像処理デバイス１０３は、例えばこれを補償することによってディスプレイ設定を無視してもよいし、また特定の設定を維持するよう変換を最適化してもよい。
また、ディスプレイダイナミックレンジ指標はディスプレイのための他の処理設定を反映してもよい。例えば、クリッピングレベル、バックライト電力設定、カラースキーム（色彩計画）マッピング等を画像処理デバイス１０３に伝達し、ダイナミックレンジプロセッサ２０３がこれらを用いることによってダイナミックレンジ変換を適合してもよい。
図２１は、画像処理デバイス１０３にディスプレイダイナミックレンジ指標を供給するディスプレイ１０７の要素の例を示す。
この例において、ディスプレイは、画像処理デバイス１０３から画像信号出力を受信する受信機２１０１を有する。受信画像信号はドライバ２１０３に接続され、ドライバ２１０３はさらに画像をレンダリングするディスプレイパネル２１０５に接続される。ディスプレイパネルは、例えば当業者にとって周知のＬＣＤ又はプラズマディスプレイパネルでもよい。
ドライバ２１０３は、符号化画像をレンダリングするようにディスプレイパネル２１０５を駆動する。いくつかの実施形態において、ドライバ２１０３はトーンマッピング、カラーグレーディング等を含む、最新且つ場合によっては適合的な信号処理アルゴリズムを実行し得る。他の実施形態において、ドライバ２１０３はあまり複雑でなくてもよく、入力信号値からディスプレイ２１０５のピクセル要素の駆動値への標準的なマッピングを実行してもよい。
システムにおいて、ディスプレイ１０７はさらに、データ信号を画像処理デバイス１０３に送信する送信機２１０７を有する。データ信号は、例えばＨＤＭＩ（登録商標）接続の場合、後述するようにＥ−ＥＤＩＤ構造を用いてＤＤＣチャネルで通信してもよい。
送信機２１０７は、ディスプレイ（１０７）のディスプレイダイナミックレンジ指標を含むようデータ信号を生成する。したがって、具体的には、送信機２１０７は、例えば白色点輝度及び任意でディスプレイのＥＯＴＦを示す。例えば、複数の既定の白色点輝度又はＥＯＴＦ間の指標を提供するデータ値を生成して送信できる。
いくつかのあまり複雑でない実施形態において、例えば白色点輝度は固定値であって、この基準値を単純に伝達する送信機２１０７内に記憶されてもよい。より複雑な値の場合、ディスプレイダイナミックレンジ指標は、動的に変化及び／又は適合される値を反映するよう決定されてもよい。例えば、ドライバ２１０３は異なる表示モードで動作してもよく、ディスプレイダイナミックレンジ指標はこれにしたがって適合されてもよい。他の例として、例えばディスプレイの輝度レベルのユーザ設定がディスプレイダイナミックレンジ指標によって反映されるよう、送信機２１０７によって生成及び送信されてもよい。
上述のように、ディスプレイダイナミックレンジ指標は周囲光量を含んでもよく、ダイナミックレンジプロセッサは、周囲光量に応じてダイナミックレンジ変換を適合してもよい。周囲光量は、明確な独立したデータとして提供されてもよいし、他のパラメータに反映されてもよい。例えば、周囲光量は、ディスプレイからの光反射に対応する寄与を含み得る黒色点輝度内に反映されてもよい。
多くの場合において、ディスプレイはディスプレイの前方に配置される光検出器を含み得る。光検出器は全体的な周囲光レベルを検出してもよいし、視聴者に反射し返す可能性が高い所与の方向からディスプレイに到達する光を具体的に測定してもよい。この光検出に基づき、ディスプレイはこのようにして、例えば全体的な視聴環境の周囲光レベル、又は具体的なスクリーンからの反射光の推定量を反映する周囲光指標を生成できる。ディスプレイ１０７はこの値を個別の値として、又は例えば光反射量を反映するよう実効黒色輝度レベルを計算することによって、画像処理デバイス１０３に報告することができる。
その後、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、ダイナミックレンジ変換をそれに基づいて適合できる。例えば、周囲光レベルが高い場合、ＨＤＲディスプレイの付加的な輝度レベルをより積極的に使用することによって、コントラストが高い明るい画像を生成できる。例えば、平均光出力を比較的高く設定でき、場合によっては中範囲輝度さえＨＤＲレンジに押し上げられてもよい。明領域は全ＨＤＲレンジを使用してレンダリングされてもよく、典型的には暗領域でさえ比較的高い光レベルでレンダリングされる。ただし、ＨＤＲ画像のダイナミックレンジの拡大は、このような比較的明るい画像が大きい輝度変化を保ち、したがって高いコントラストを保つことを可能にする。
したがって、ディスプレイのＨＤＲ能力は、例えば明るい昼光下で視聴されたとしても明るく且つ高コントラストを有するよう知覚される画像を提供する画像を生成するよう使用される。暗い部屋の中の場合、このような画像は出力が過度に高く過度に明るく映るため、適切ではない。したがって、暗い環境において、ダイナミックレンジ変換は、例えば暗及び中範囲値に関しては同じＬＤＲ光出力を維持し、明領域においてのみ輝度を高める、著しく控えめなＬＤＲからＨＤＲへの変換を実行する。
このアプローチは、画像処理デバイス１０３が、ＬＤＲからＨＤＲへのダイナミックレンジ変換（又は例えばＨＤＲからＨＤＲへのダイナミックレンジ変換）をディスプレイの特定の視聴環境に調和するよう自動的に適合することを可能にする。また、これは画像処理デバイス１０３がなんら測定を行うことなく、又は実際にこの環境に又は環境の近くに配置されることなく実行可能である。
典型的には、周囲光指標はオプション（選択任意）であり、したがって画像処理デバイス１０３は指標が利用可能な場合は利用し、そうでない場合は単に特定の特徴（例えば、ディスプレイのＯＥＴＦ）に関するデフォルトのダイナミックレンジ変換を実行する。
したがって、ディスプレイによって供給される視聴環境（特に周囲光）に関する拡張情報は、ディスプレイに最適画像／ビデオを表示するための複雑な画像／ビデオ最適化変換を実行するために画像処理デバイス１０３によって使用され、最適化は、ディスプレイの特徴だけでなく視聴環境の特徴をも含み得る。
したがって、ディスプレイによって視聴環境に関する情報が提供される場合、さらなる最適化を実行できる。典型的には、ディスプレイは定期的に周囲光を測定し、これに関する情報（例えば、３つのパラメータＸＹＺ形式の輝度及び色）を画像処理デバイス１０３に送信する。この情報は、典型的にはＥＤＩＤデータ、又は情報の一括通信のために主に用いられる他のデータ型の一部として提供されなくてもよい。情報は、例えばＨＤＭＩ（登録商標）−ＣＥＣ等を用いて独立したチャネルによって通信されてもよい。この周期的な測定及び更新により、例えばユーザがディスプレイの付近の照明を消すと、画像処理デバイス１０３は処理を自動的に適合して、例えば異なる色／輝度マッピングを適用することによって暗い視聴環境により適した画像を提供できる。
エンドユーザディスプレイによってディスプレイダイナミックレンジ指標内に報告され得る関係パラメータのセットの例は以下を含む。
・エンドユーザの絶対最大輝度（白色点輝度）。
・エンドユーザディスプレイのガンマ（工場設定）。
エンドユーザディスプレイの絶対最大輝度は、例えば代表的なディスプレイ設定、工場デフォルト設定、又は最大輝度を生じさせる設定に対して定義できる。
エンドユーザディスプレイによってディスプレイダイナミックレンジ指標内に報告され得る関係パラメータのセットの他の例は、以下を含み得る。
・輝度、コントラスト等の現在の設定に対するエンドユーザディスプレイの最大輝度。
・エンドユーザディスプレイのガンマ（現在の設定）。
第１のパラメータのセットは時間から独立している一方、第２のセットはユーザ設定に依存するため、時間変化する。どちらかのセットの適用はシステムの挙動及びユーザ体験に影響を及ぼし、特定のシステムにおける特定のパラメータのセットの使用はシステムの好み及び要求に依存する。実際、２つのセット間でパラメータを混合することができ、例えばスイッチオン時には工場デフォルト設定を提供し、その後定期的にユーザ設定依存パラメータを報告してもよい。
特定のパラメータセットは、ディスプレイのＥＯＴＦを特徴付けることができ、これは工場デフォルトＥＯＴＦ、又は特定の現在のユーザ設定に依存するＥＯＴＦであってもよいことを理解されたい。したがって、パラメータはディスプレイの駆動値と輝度出力との間のマッピングに関する情報を提供でき、これは画像処理デバイス１０３が所望の出力画像を生じさせる駆動値を生成することを可能にする。他の実施例において、他のパラメータを用いてディスプレイの駆動値と光出力との間のマッピングの一部又は全体を特徴付けてもよいことを理解されたい。
他の多様なアプローチを用いて、ディスプレイから画像処理デバイス１０３にディスプレイダイナミックレンジ指標を伝達できることを理解されたい。
例えば、ユーザ設定から独立した、時間変化しないディスプレイのパラメータの場合、ＨＤＭＩ（登録商標）接続における通信はＥ−ＥＤＩＤ構造を用いるＤＤＣチャネルによって効果的に伝達できる。
あまり複雑でないアプローチにおいて、エンドユーザディスプレイに対して、それぞれが関係パラメータの範囲を定めるカテゴリのセットを定めてもよい。このようなアプローチにおいては、エンドユーザディスプレイのカテゴリ識別コードを送信するだけでよい。
以下、Ｅ−ＥＤＩＤフォーマットによるディスプレイダイナミックレンジ指標データ通信の具体例を説明する。
この具体例において、Ｅ−ＥＤＩＤの最初の１２８バイトはＥＤＩＤ１．３構造（ベースＥＤＩＤブロック）を含む。
ディスプレイダイナミックレンジ指標パラメータのために、Ｅ−ＥＤＩＤデータ構造内に新しいＤｉｓｐｌａｙ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ Ｂｌｏｃｋ（ディスプレイ記述子ブロック）が定められてもよい。現在のデバイスはこのような新しいＤｉｓｐｌａｙ Ｄｅｓｃｒｉｐｔｏｒ Ｂｌｏｃｋに気付かず無視するため、後方互換性がもたらせる。この「輝度挙動」記述子の取り得るフォーマットを以下の表に示す。
Ｐｅａｋ＿Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ（ピーク輝度）は、以下の式に従ってディスプレイのピーク輝度を示す、０〜２５５の値を有するパラメータである。
ディスプレイピーク輝度（ｃｄ／ｍ２）＝５０ｘＰｅａｋ＿Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ
これにより、０〜２５０＊５０＝１２７５０ｃｄ／ｍ２又は２５５＊１００の範囲をカバーする。
伝達曲線はガンマ曲線（ＩＴＵ６０１、ＩＴＵ７０９等のように）でもよく、非常に高いガンマでもよい（最大１０）。いくつかの場合においては、異なる伝達（又は対数）曲線パラメータがより適切である。例えば、ガンマ関数
ｘγ
の代わりに、べき関数
αβｘ−Δ
を用いてもよい。パラメータα、β、及びΔは所望の特徴付けを提供するよう設定され得る。
したがって、画像処理デバイス１０３は、追加情報を用いて、例えばガンマベース変更等のグローバル処理等、異なるビデオ及びグラフィックス（又はマルチ画像成分）グレーレベルを決定するための、より高度な決定を下すことができる。ディスプレイが全てのグレー値をどのように再ガンママッピングするか等、より多くの情報を有することによって、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、ビデオ及び二次画像の最終的な見かけ（及び、例えば部分領域がどの程度大きいか等の幾何学的特性にも応じて、それらが如何に輝度において重複するか等）のために著しく優れた決定を下すことができる。
上記の例において、ディスプレイ１０７は、ディスプレイが如何に入力表示信号を表示するかを画像処理デバイス１０３に知らせるディスプレイダイナミックレンジ指標を供給する。具体的には、ディスプレイダイナミックレンジ指標はディスプレイによって適用される駆動値と光出力との間のマッピングを示し得る。したがって、これらの例において、ディスプレイダイナミックレンジ指標は画像処理デバイス１０３に利用可能なダイナミックレンジ及びこれが如何に表示されるかを知らせ、画像処理デバイス１０３はダイナミックレンジ変換を自由に適切に適合できる。
しかし、いくつかのシステムにおいて、ディスプレイは画像処理デバイス１０３によって実行されるダイナミックレンジ変換をいくらか制御できる。具体的には、ダイナミックレンジ指標はダイナミックレンジ変換制御データを含んでもよく、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は、このダイナミックレンジ変換制御データに応じてダイナミックレンジ変換を実行し得る。
制御データは、例えば適用されなければならない、適用されてもよい、又は適用が推奨されるダイナミックレンジ変換の動作又はパラメータを定める。また、制御データは符号化される画像の異なる特徴ごとに異なってもよい。例えば、複数の可能な初期画像に対して個別の制御データを設けてもよく、例えば５００ニットＬＤＲ画像に対して１つのセットを設け、１０００ニット符号化画像に対して他のセットを設けてもよい。
例として、ディスプレイは、受信画像のダイナミックレンジに応じて、どのトーンマッピングがダイナミックレンジプロセッサ２０３によって実行されるべきかを指定してもよい。例えば、２０００ニットディスプレイに対して、制御データは５００ニットＬＤＲ画像からマッピングする場合に使用されるべき１つのマッピングを指定して、１０００ニット画像からのマッピングに使用されるべき他のマッピングを指定してもよい。
いくつかの場合において、制御データはマッピング間の境界を特定してもよく、マッピングは各区間内で既定されている（例えば、コンテンツプロバイダサイド及びレンダリングサイドの両方で標準化されている又は知られている）。いくつかの場合において、制御データは、例えばガンマ値を使用することによって又は特定の変換関数を指定することによって、異なるマッピングの要素を定めるか又はマッピングを正確に指定してもよい。
いくつかの実施形態において、ダイナミックレンジ変換制御データは、受信された画像をディスプレイのダイナミックレンジに対応するダイナミックレンジを有する画像に変換するために実行すべきダイナミックレンジ変換を直接且つ明確に指定してもよい。例えば、制御データは受信された画像の白色点のある範囲に対して、入力画像値から出力画像値への直接マッピングを指定してもよい。マッピングは単純なパラメータとして提供されてもよく、これによってダイナミックレンジプロセッサ２０３による適切な変換を実現してもよいし、又は特定の参照表若しくは数学的関数等の詳細なデータを提供してもよい。
あまり複雑でない例として、ダイナミックレンジ変換は単純にＬＤＲ画像の入力値に区分線形関数を適用することによって改良されたＨＤＲ値を生成してもよい（又はＨＤＲ画像の入力値に適用することによって改良されたＬＤＲ値を生成してもよい）。実際、多くの場合において、図２０に示すような２つの直線相関からなる単純なマッピングが使用され得る。
具体的には、上記のように、このようなアプローチは、画像の暗領域を暗く保つ一方、大きく拡大されたダイナミックレンジを用いて明領域を遥かに明るくレンダリングし、且つより生き生きとした改良された中範囲を提供することができる。しかし、厳密な変換は受信画像のダイナミックレンジ及びエンドユーザ対象ディスプレイのダイナミックレンジに依存する。いくつかのシステムにおいて、ディスプレイは、画像処理デバイス１０３によって実行されるべきトーンマッピングを単純に関数の屈曲点（すなわち、マッピングの直線要素間の交差点）の座標を指定することによって指定できる。
このような単純な関係は、非常に小さいオーバーヘッドで所望のトーンマッピングを伝達できるという点で有利である。実際、単純な２成分データ値によって、画像処理デバイス１０３によって実行されるべき所望のトーンマッピングを異なるディスプレイのために指定できる。異なる画像に対して異なる「屈曲」点の座標を伝達することができ、また、画像処理デバイス１０３は、所与の複数の値の間を補間することによって他の入力画像の適切な値を決定できる。
コンテンツプロバイダ装置１０１からのダイナミックレンジ変換制御データの提供に関連して提供されたコメントのほとんどが、ディスプレイ１０７から受信されたダイナミックレンジ変換制御データに等しく（適宜）当てはまる。
したがって、いくつかの場合において、ディスプレイ１０７は、画像処理デバイス１０３によって実行されるダイナミックレンジ変換を制御し得る。このようなアプローチの利点は、例えば画像処理デバイス１０３へのユーザ入力又は設定をなんら要することなく、ユーザがディスプレイを制御することによって所望のレンダリング画像を制御できる点である。これは、同じディスプレイに対して複数の画像処理デバイスが用いられる場合に特に好適であり、特に、複数の異なる画像処理デバイスからの画像に均質性をもたらすことを補助し得る。
多くの実施例において、ディスプレイ１０７からの制御データは実行されるべき具体的なトーンマッピングを指定せず、ダイナミックレンジ変換／トーンマッピングが画像処理デバイス１０３によって自由に適合され得る範囲の境界を定めるデータを提供してもよい。
例えば図２０の曲線の特定の遷移点を指定する代わりに、制御データは遷移点の範囲を定め得る（場合によっては、異なる最大輝度レベルに対して異なる範囲）。したがって、画像処理デバイス１０３は、ダイナミックレンジ変換が例えば特定のユーザの好みを考慮して特定のディスプレイの好ましい遷移を提供するよう、ダイナミックレンジ変換の所望のパラメータを個別に決定できる。しかし、一方で、ディスプレイはこの自由度を許容可能なレベルに制限できる。
したがって、ダイナミックレンジ変換制御データは、ダイナミックレンジプロセッサ２０３によって実行されるダイナミックレンジ変換によって適用されなければならない変換パラメータを定めるデータ、及び／又は変換パラメータの範囲を定めるデータを含み得る。制御データは、このような情報を入力画像ダイナミックレンジのある範囲に対して設けることができ、これによって、ダイナミックレンジ変換の異なる受信画像への適合を可能にする。また、制御データ内に明確に含まれていないダイナミックレンジを有する入力画像に対しては、例えば補間によって、利用可能なデータ値から適切なデータ値を生成できる。例えば、２つの直線区間の間の屈曲点が５００ニット入力画像及び２０００ニット入力画像用に示されている場合、単純な補間によって１０００ニット入力画像に適切な値を求めることができる（例えば、この具体例においては単純に平均化によって）。
ダイナミックレンジ変換、及び、付加的な制御データによってディスプレイサイドからダイナミックレンジ変換をどのように制限、適合、及び制御するかの両方に対して、個別のケースの具体的な好み及び要求に応じて、多様なシステムにおいて多様なアプローチを取ることができることを理解されたい。
いくつかの場合において、制御データは単に、例えば中範囲領域において適用され得る適切なマッピングの提案を提供してもよい。このような場合、ディスプレイ製造者は、画像処理デバイス１０３が、特定のディスプレイ上で視聴された際に高画質を提供すると（例えば、ディスプレイ製造者による手動の最適化によって）判定された提案ダイナミックレンジ変換パラメータを提供する補助を行うことができる。画像処理デバイス１０３はこれを好適に使用してもよいが、例えば個々のユーザ好みに適合するようマッピングを変更してもよい。
多くの場合において、少なくとも部分的に制御データに基づいて実行されるマッピングは、ガンママッピング、Ｓ字曲線、個別の範囲の部分的仕様によって定められた複合マッピング等の比較的複雑でない関数関係である。しかし、当然ながら、いくつかの場合においては、より複雑なマッピングが用いられ得る。
上述のように、制御データは義務的な又は任意の制御データを提供し得る。実際に、受信データは提供されたトーンマッピングパラメータが義務的、許容、又は提案であるかを示す１つ以上のフィールドを含んでもよい。
いくつかのシステムにおいて、ディスプレイは異なるダイナミックレンジに基づいて動作可能な場合がある。例えば、５０００ニットの白色点輝度を有する非常に明るいＨＤＲディスプレイは４０００ニットの白色点輝度の表示モードで動作することもでき、さらに、３０００ニット、２０００ニット、１０００ニット、そしてわずか５００ニットの白色輝度を有するＬＤＲモードで動作してもよい。
このような場合、ディスプレイからのデータ信号は複数の輝度ダイナミックレンジを示し得る。したがって、異なる輝度ダイナミックレンジのそれぞれが、ディスプレイのダイナミックレンジモードに対応し得る。このような構成において、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は輝度ダイナミックレンジの１つを選択することができ、選択された表示ダイナミックレンジに応じてダイナミックレンジ変換を実行し得る。例えば、ダイナミックレンジプロセッサ２０３は２０００ニットのダイナミックレンジを選択してもよく、この白色点輝度に対して生成画像を最適化するダイナミックレンジ変換を実行してもよい。
ディスプレイの適切な輝度ダイナミックレンジの選択は、異なる特徴に依存し得る。いくつかのシステムにおいて、画像処理デバイス１０３は画像タイプに基づいて適切なダイナミックレンジを選択してもよい。例えば、各レンジが所与の画像タイプに関連付けられてもよく、画像処理デバイス１０３は受信画像に最も近い画像タイプを選択し、この画像タイプに関連付けられたダイナミックレンジを使用してもよい。
例えば、異なるコンテンツタイプに対応した複数の画像タイプを定めることができる。例えば、１つの画像タイプはアニメに関連付けられ、他の画像タイプはサッカーの試合に、他の画像タイプはニュース番組に、他の画像タイプは映画に関連付けられてもよい。この場合、画像処理デバイス１０３は受信画像に対して適切なタイプを決定し（例えば、明確なメタデータ又はコンテンツ解析に基づいて）、対応するダイナミックレンジを適用してもよい。これにより、例えばアニメは高コントラスト及び高輝度で非常に鮮やかに表示される一方、例えば暗い映画が不自然にレンダリングされることはない。
したがって、システムはレンダリングされる特定の信号に適合し得る。例えば、品質の悪いコンシューマビデオ、明るく照らされたサッカーの試合、及び良く照らされたニュース番組（例えば、コントラストが低いシーン）を異なる設定で表示することができ、具体的にはレンダリングされる画像のダイナミックレンジを特定の画像のために特に適切なダイナミックレンジに適合できる。
上述のように、ディスプレイは画像処理デバイス１０３に制御データを供給できる。しかし、いくつかのシステムにおいて、代替的に又は付加的に、画像処理デバイス１０３がディスプレイ１０７に制御データを供給してもよい。
したがって、図２２に示すように、画像処理デバイス１０３は、ディスプレイ１０７に表示制御データ信号を出力可能なコントローラ２２０１を有し得る。
表示（ディスプレイ）制御信号は、ディスプレイに対して、画像処理デバイス１０３によって特定の画像のために選択された特定のダイナミックレンジモードで動作するように具体的に指示することができる。したがって、その結果、照明が乏しいアマチュアの画像がローダイナミックレンジでレンダリングされるため、元の画像には存在しない、ハイダイナミックレンジへの変換による許容できないエラーの導入を避けることができる。また、システムは、高画質画像が効果的にハイダイナミックレンジ画像に変換されて表示されるよう、自動的に適合できる。具体的な例として、アマチュアビデオシーケンスの場合、画像処理デバイス１０３及びディスプレイはビデオを１０００ニットダイナミックレンジで表示するよう自動的に適合する。しかし、プロが撮影した高画質画像の場合、画像処理デバイス１０３及びディスプレイ１０７は、ディスプレイの最大ダイナミックレンジである５０００ニットダイナミックレンジを用いてビデオを表示するよう自動的に適合できる。
したがって、表示制御信号は、「１０００ニットダイナミックレンジを使用」、「ＬＤＲレンジを使用」、又は「最大ダイナミックレンジを使用」等のコマンドを含むよう生成され得る。
表示制御データは、複数の前方向（画像処理デバイス１０３からディスプレイへ）のコマンドを供給するために使用され得る。例えば、制御データはディスプレイのための画像処理指示を含み得り、特に、ディスプレイのためのトーンマッピング指標を含み得る。
例えば、制御データは、ディスプレイ１０７が適用すべき具体的な輝度設定、クリッピング設定、又はコントラスト設定を指定し得る。したがって、画像処理指示は、ディスプレイ１０７が受信表示信号に対して実行すべき義務的、自主的、又は提案動作を定め得る。したがって、この制御データは、画像処理デバイス１０３がディスプレイ１０７によって実行される処理をいくらか制御することを可能にする。
制御データは、例えば適用されるべき又は適用されないべき特定のフィルタリングを指定し得る。他の例として、制御データは、バックライト操作がどのように実行されるべきかを指定する。例えば、ディスプレイはバックライトのローカルディミングを積極的に使用する低電力モードで動作可能であり、また暗領域のレンダリングを改良できる場合にのみローカルディミングを使用する高電力モードで動作可能である。制御データは、ディスプレイの動作モードを切り替えるために使用され得る。
いくつかの例において、制御データはディスプレイによって実行されるべき特定のトーンマッピングを指定してもよいし、又はトーンマッピング関数をスイッチオフすべきこと（これによって、画像処理デバイス１０３はトーンマッピングを完全に制御できる）を指定してもよい。
いくつかの実施形態において、システムは両方向、すなわち、画像処理デバイス１０３からディスプレイ１０７への前方向、及びディスプレイ１０７から画像処理デバイス１０３への後方向への両方の制御データを用いることができる。このような場合、潜在的なコンフリクトを解決する動作条件及び規則を導入する必要があり得る。例えば、画像処理デバイス１０３がディスプレイ１０７を制御するマスターデバイスであるように構成されて、コンフリクトが起こった場合ディスプレイ１０７を支配してもよい。他の例として、コンフリクトが起こらないよう、制御データを該２つの方向で特定のパラメータに制限してもよい。
他の例として、ユーザがマスタースレーブ関係を設定してもよい。例えば、画像処理デバイス１０３及びディスプレイ１０７はともに他方のエンティティに制御データを供給するよう構成されてもよく、具体的にはともにマスターデバイスとして動作可能であり得る。このようなシステムにおいて、ユーザはデバイスの一方をマスターデバイスに指名し、他方をスレーブにしてもよい。具体的には、ユーザは、自分がシステムを画像処理デバイス１０３によって制御したいか、又はディスプレイ１０７によって制御したいかに基づいてこれを選択できる。
したがって、上記システムは、コンテンツプロバイダと画像処理デバイスとの間の通信、及び／又は画像処理デバイスとディスプレイとの間の通信を可能にする。これらのアプローチは、コンテンツプロバイダと画像処理デバイスとの間、及び／又は画像処理デバイスとディスプレイとの間の通信チャネルを特徴とする多くのシステムにおいて適用できる。例としては、ＢＤＲＯＭ、ＡＴＳＣ及びＤＶＢ、又はインターネット等が含まれる。
システムは、ＨＤＭＩ（登録商標）又はＤｉｓｐｌａｙＰｏｒｔ通信インターフェイス等の画像処理デバイスとディスプレイとの間の通信チャネルを使用してもよい。この通信は双方向でもよい。例えば、スマートディスプレイが全ての最適ビデオ及びグラフィックスマッピングを行っている場合、画像処理デバイスは、例えば制御パラメータを読み取り、再フォーマットして同様のＨＤＭＩ（登録商標）構造で送信してもよい。
このアプローチは、具体的にはＢＤＲＯＭシステム内に適用され得る。したがって、このアプローチは対象ディスプレイパラメータ及び制御コマンドの送信を可能にする強化ＢＤＲＯＭ仕様であり得る。このようなデータを、エンドユーザディスプレイパラメータと組み合わせて使用することによって、ＢＤＲＯＭプレイヤーは、例えば、
・対象ディスプレイ及びエンドユーザディスプレイの特徴に応じて、追加のビデオ及び／若しくはグラフィックストーンマッピング又はプレイヤーにおける他の処理を実行できる。
・コンテンツプロバイダによって供給されたデータストリーム内のコマンドによって導かれた追加のビデオ及び／若しくはグラフィックストーンマッピング又はプレイヤーにおける他の処理を実行できる。
いくつかの実施形態において、画像処理デバイス１０３は、コンテンツプロバイダ装置１０１にダイナミックレンジ制御データを送信するための送信機を含み得る。したがって、画像処理デバイス１０３は、コンテンツプロバイダ装置１０１において実行される処理若しくは動作を制御する、又は処理若しくは動作に少なくとも影響を与えることが可能でもよい。
具体的な例として、制御データは画像にとって好ましいダイナミックレンジの指標を含み得り、特に、エンドユーザディスプレイのダイナミックレンジの指標（例えば、白色点輝度及び任意でＥＯＴＦ又はガンマ関数）を含み得る。
いくつかの実施形態において、コンテンツプロバイダ装置１０１は、トーンマッピングの実行にあたり好ましいダイナミックレンジの指標を考慮し得る。しかし、他の実施形態においては、コンテンツプロバイダ装置１０１は、例えばトーンマッピングの専門家による手動のトーンマッピングを含む複数の既定のトーンマッピングを提供し得る。例えば、５００ニットディスプレイ、１０００ニットディスプレイ、及び２０００ニットディスプレイ用のトーンマッピングされた画像が生成されてもよい。
このような場合、コンテンツプロバイダ装置１０１は、受信された制御データに基づいて画像処理デバイス１０３に送信する画像を選択してもよい。具体的には、制御データによって指示されるダイナミックレンジに最も近い画像を選択し、画像処理デバイス１０３に送信してもよい。
このようなアプローチは、ストリーミング信号が、エンドユーザディスプレイのダイナミックレンジに可能な限り合致できるよう動的に更新され得るストリーミングアプリケーションに適している。
このアプローチは、画像処理デバイス１０３で適用されなければならないダイナミックレンジ変換の程度を低減し得り、特にコンテンツプロバイダ装置１０１が、エンドユーザディスプレイと同じダイナミックレンジにトーンマッピングされた画像を提供できる場合、ダイナミックレンジ変換を単純なヌルオペレーションにすることができる（すなわち、画像処理デバイス１０３が受信された画像をそのまま使用できる）。
本実施形態が有用であり得るケースは多様である。例えば、特定の白色点、意図された白色、又はピクセル画像コンテンツの同様の値の符号化（例えば、ローカルオブジェクトのテクスチャのＤＣＴ符号化）は、多様な出力信号の必要なコードレベル対意図された出力輝度の、より優れた割り当てを可能にする。例えば、暗い部屋のテクスチャを、あたかも良く照らされているかのように符号化し（すなわち、暗いシーンの最大輝度、例えば４０ではなく、最大でピクセル輝度２５５を有するように）、「白色」、すなわち２５５が特定の方法で処理されなければならない、すなわち、暗くレンダリングされなければならないと指定してもよい。これを実行するための単純な方法は、例えばこの２５５輝度コードに対して、ディスプレイ上にレンダリングすべき出力輝度を共符号化することである。同じことを、例えば強い光が存在する霧がかったシーンにおいて、主に非常に明るい値を符号化するために実行することができる。
ガンマに関しては、これは、例えば材料が漸進的な映画ネガ材料に基づいて符号化されたか、若しくは強い飽和度設定を有するデジタルカメラによって符号化されたか、又は典型的にはレンダリングが起こる最終的なディスプレイにおいて、ガンマがずれる他の原因を示すために用いられてもよい。ＥＯＴＦは、典型的には例えば異なるガンマを有する、又は異なる視聴環境を有するディスプレイを補償する等、比較的粗いグレー値挙動を異なるガンマとして補償可能に符号化することができる。したがって、「ガンマ＝Ｘの基準ディスプレイ用に符号化／基準ディスプレイを対象とした（例えば、そのために最適化された）信号」等の信号を送信することによって、他の特徴を有する他のディスプレイが、美術家の意図に沿った最適なレンダリングを実現するためには如何に処理をすればよいのかを知ることができる。トーンマッピングは、例えば画像に適用された典型的なレンダリング意図も伝達することができるため、より一般的でもよい（例えば、美術家が雲をより不吉に暗くした等で、これは、如何なるディスプレイレンダリング計算が行われるにせよ、出力表示画像に少なくとも近似的に示される）。
図２３を参照して、他の例、すなわち、ＨＤＲシーンを（近似的に）ＬＤＲ画像（例えば、１０ビット画像規格であり得る）に符号化する（「ＨＤＲ＿ｅｎｃｏｄｅｄ＿ａｓ＿ＬＤＲ（ＬＤＲとして符号化されたＨＤＲ）」）原理を説明する。ただし、ここでは、古典的な８ビット画像、すなわち、例えばＭＰＥＧ２又はＡＶＣ規格と互換性があり、したがって古典的なレンダリング技術によって直接用いられ得る画像の符号化の興味深い変形例を説明する。ＨＤＲ信号には多くのビットを望む場合があるが（例えば、１２、１６、又は２２ビット）、８ビットの輝度チャネルは、あらゆるピーク白色のレンダリングのために十分に多くの情報（多数の選択可能な色、特に、複雑なテクスチャに近づけるための）を伝達する。また、多くのＨＤＲ信号は大幅な近似を許容する。例えば、太陽は表示の際にはいずれにせよ近似されるので、太陽が実際に有する正確な輝度でもって符号化される必要がないからである。ＬＤＲレンジの輝度に関しては、例えば６ビットで画像の適切な近似／画質が提供されるので（印刷から知られているように）、より少ないビットでも多くの場合十分である。
したがって、この例において、典型的には単純である適切なマッピング、すなわち、少なくともピクセルの輝度に対して数学的変換を適用することによって、ＨＤＲ画像を正確に８ビット輝度構造内に符号化する。基準は、一方では（変換を共符号化することによって）、共符号化マッピングを逆転することによって（後補正を全く又は大きくは必要とせず）ＬＤＲ８ビット符号化画像からＨＤＲ画像（すなわち、例えば０．１〜５０００ニットディスプレイレンダリングを対象とした８又は１２ビット補間近似）を再構成することができる、すなわち、ＨＤＲ画像は心理視覚的に（ほぼ）見分けがつかなくなる、又は少なくとも良好なＨＤＲ画像に見えることである（すなわち、典型的には、ＨＤＲシーンは、例えば元の１２ビットＨＤＲ画像ＩＭ＿ＨＤＲが、そのレンダリングされるべき輝度のＨＤＲレンジＨＤＲ＿Ｒｎｇで直接生成された場合、どのようにレンダリングされるかに近似される）。しかし、一方、例えば８ビット信号が０．１−４００ニットのＬＤＲディスプレイに直接適用される場合、良好な視覚的レンダリングを可能にするＬＤＲ画像が望まれる。例えば、最も重要でないビットを落とし（ドロップし）、白色（最大コード値２５５）が４００ニットでレンダリングされることを意図されたと見なすことによって、単純にＨＤＲ画像ＩＭ＿ＨＤＲをＬＤＲレンジＬＤＲ＿Ｒｎｇに線形圧縮してもよい。しかし、かかるＨＤＲ画像は典型的には非常に明るいオブジェクトを輝度範囲の上側に含むため、かかる８ビット画像はＬＤＲディスプレイでは過度に暗く見える。これは、関連する画像／シーンの暗部は非常に低い輝度コード、すなわち、ディスプレイ出力輝度を有することになるからである。しかし、ＨＤＲ／１２ビット／５０００ニット画像から古典的な例えばＬＤＲ／８ビット／４００ニットＡＶＣ表示への符号化の前に、最適なガンマを適用するだけで多くの改良を達成することができる。すなわち、このガンマは、明るいオブジェクトを比較的明るい部分にマッピングするとともに（例えば、ＨＤＲへの適切な逆マッピングを実行するのに十分な情報を保ちつつ、ＬＤＲディスプレイ上で許容可能な程度にコントラスト及びパステルを下げる）、暗いオブジェクトがＬＤＲディスプレイ上でも適度に明るく見えるよう（また、暗い視聴環境に対する良好なＨＤＲ暗部を再作成できるように、又はＨＤＲディスプレイ上でこれらのオブジェクトをより明るく符号化するために十分なテクスチャデータが利用可能であるように）、暗部（例えば、暗い木）を過度につぶさないことによって最適に協調される。
一般的に、かかるマッピングは輝度に対する全体的なグローバル変換であり得る（すなわち、マッピングは、ピクセルが画像内のどこに存在するか、隣接するピクセルの輝度は何か、どのようなシーンオブジェクトか等の幾何学的な局所的な詳細を考慮せず、入力としてピクセルの輝度値のみを取る）。画像内の境界が画定された部分領域又はオブジェクトのみの変換等、幾分かより複雑なマッピングを共符号化してもよい（ローカルマッピング：この場合、典型的にはオブジェクトの境界を既定する等追加の情報が共符号化される）。しかし、一般的には任意の変換を開示の実施形態とともに使用できると理解することができるが、これらの最適マッピングを定める典型的にはグレーディング担当者の作業量を減らすためだけであれば、変換は典型的には少数且つ単純である（Ｓ字曲線又は複数点スプライン等の全体的なグローバル関数で十分な場合、ローカルマッピングは符号化されない）。
コンテンツ作成サイド画像符号化装置５１０を有し、典型的には（典型的には、ＡＶＣ又はＨＥＶＣに規定される等のある画像信号構造Ｓ内のメタデータＭＥＴとして、変換／マッピング関数又はアルゴリズム戦略によって包囲される）８ビットＬＤＲ画像Ｉｍ＿１である出力画像のメモリ（記憶又は送信される信号の最終的な符号化のためのｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標）ディスク５１１又は一時メモリ）への符号化が手動によって最適化された例を説明する。このグレーディング担当者は、１つ以上のディスプレイ５３０上で画像を確認することができ、例えば、（８ビット輝度へのマッピングを行う）画像符号化ユニット５５０、及び現在使用されている画像符号化規格に従って画像及び色コードをファイナライズするフォーマッタ５５４に指示を送る前に、ＬＤＲ画像及び再現可能ＨＤＲ画像が基準ＬＤＲディスプレイ及び基準ＨＤＲディスプレイ上でそれぞれ適当に見えるかを確認し、テクスチャ画像を出力５１２への変換のメタデータとともに共符号化してもよい。
上部において、ＬＤＲディスプレイ上にレンダリングされる場合、ＨＤＲ輝度レンジを有する（画像符号化装置５１０の入力５１１を介して入力される）ＨＤＲ画像ＩＭ＿ＨＤＲが如何にしてＬＤＲ輝度レンジを有するＬＤＲ画像にマッピングされるかを示す。
「ＬＤＲとして符号化されたＨＤＲ」を、コンシューマの家等のコンテンツ使用サイドへの送信のためのコンテンツ作成サイドでの符号化について説明したが、もちろん、例えばホームネットワーク内の２つの家庭用装置等の異なる装置間での伝送（トランスコーディング）の際にも同じ「ＬＤＲとして符号化されたＨＤＲ」の実施形態を使用することができる。この場合、例えば自動画像解析及びマッピングユニットが、自動画像解析及び対応する輝度マッピング方法を適用してもよい。これは、例えば１２ビットＨＤＲ画像等の第１画像表示を受け取りそれをＨＤＭＩ（登録商標）又は他のネットワーク接続を介してテレビに送信する場合に、コンテンツ受信又は記憶装置によって実行されてもよい。又は、８ビットＬＤＲ画像は、ＨＤＲ能力を有するが、視覚的な品質が悪い携帯型ディスプレイへのストリーミングのための無線規格に従って又は対して符号化してもよい。
典型的には、少なくとも新しいＨＤＲ規格に関して、古典的なＬＤＲスキーム（ＭＰＥＧ）における８ビット符号化（例えば、８ビット輝度及び彩度の通常の２ｘ８ビット符号化）が行われる場合、規格はメタデータ内に、このＬＤＲ画像が実際には主にＬＤＲディスプレイに向けられたＬＤＲ画像ではなく（とはいえ、該画像は、例えば１００ニットピーク輝度又はピーク白色を有するＬＤＲディスプレイ上に適切に映るよう作成されていてもよい）、ＨＤＲ画像であると注釈をつける。これは、例えば約３５００ニットのピーク輝度を有するＨＤＲディスプレイにおいて適切なレンダリングを与えると仮定される一般的なＨＤＲコードを用いて行われてもよい。メタデータ内に共符号化される第１対象ディスプレイリファレンスは幾分かより具体的でもよく、例えばこのＨＤＲ信号は元々５０００ニットディスプレイ上でグレーディングされた。これは、画像オブジェクトの実際の輝度（ＬＤＲ輝度にマッピングされたときにも）が、５０００ニットディスプレイ上に通常レンダリングされるものに応じた値を有することを意味する（例えば、１６ビットＨＤＲ生グレーディングにおいて、高輝度のサブレンジを残し、通常の輝度のシーンオブジェクト（典型的にはシーン内のメインオブジェクト）をより深い輝度値に向かわせる）。この場合、実際の３５００ニット又は２５００ニットディスプレイは、信号が依然として適切な画像を与えると仮定して単純にＨＤＲ信号によってディスプレイを駆動するのではなく（ピーク輝度は、意図された値５０００ニットの周辺の範囲内）、品質基準に従って実際のディスプレイガマットに最適にガマットマッピングするための色変換関数をさらに最適化できる（例えば、出力輝度の類似性、又はＨＤＲ効果に関する心理視覚的外観品質基準等）。場合によっては、最終的なＨＤＲ＿ｅｎｃｏｄｅｄ＿ａｓ＿ＬＤＲ画像（例えば、２５０ニットディスプレイ上で最も適切に見え、より高い又はより低いピーク輝度においてわずかな人工物を示し始め、場合によってはこのような人工物を、レンダラーが人工物の補正を試みることができるよう、好ましくは関数的な方法（例えば、幾何学的位置等）でさらに明示する）のための第２ピーク輝度値を共符号化してもよい。
ＨＤＲディスプレイとは、ピーク輝度が７５０ニットより高いディスプレイを指し、より低いピーク輝度を有するディスプレイ、特に５００ニット未満のディスプレイをＬＤＲディスプレイとする。
ＬＤＲ画像から再現されたＨＤＲ信号（典型的には、単に共符号化されたマッピングを逆転させることによって導き出されるが、受信側装置が量子化境界緩和画像処理等を適用する等追加の処理を実行してもよい）のＬＤＲレンダリング及びＨＤＲレンダリングの判定のための既定の画質基準は、数学的アルゴリズムであってもよいし、配信のための最終的な画像コーディングのための符号化の際にオペレータが十分に良いと判定してもよい。人によって適用される画質推定法、及びソフトウェアによって符号化される画質推定法は、ともに次のような画像解析基準を適用する：多様な領域において、特に画像の中央領域において十分な（ローカル）コントラストがあるか（すなわち、元の例えばマスタネガスキャン１２又は１４ビットＨＤＲ画像の可視性を十分に維持しているか）、量子化境界等の人工物が多く存在するか、そしてそのステップの大きさ又は幅はどの程度か、輝度ヒストグラムの十分な空間的サブモードがあるか（元の映画的な見かけ／意図が維持されているか）、具体的には、空間的に分離されたオブジェクトが十分な領域間コントラストを有するか等。そして特に、例えば接続された複数の装置からなるネットワーク化されたシステムに元の画像が存在する場合、送信装置（例えばセットトップボックス）は、再現可能なＨＤＲ信号がその位置に存在する元の例えば１２ビットＨＤＲ信号に十分近いかを判定する（ＭＳＥ若しくはＰＳＮＲ等の数学的な基準、又は心理視覚的に重み付けされた差等に基づいて実行され得る）。例えば、自動的な輝度変換、及び対応する自動色調整（例えば、ガンマ関数若しくは同様のべき関数、例えば典型的なシーン内の中間輝度等のファクタで曲がるＳ字曲線、又は小さな輝度領域を検出して各自のサブレンジ及び対応するマッピング関数を与える等の画像解析等でもよい）の後、カラーグレーディング担当者は、（例えば初めに１６ニットオリジナルＨＤＲにマスタグレーディングを行った後）さらにＨＤＲ＿ｅｎｃｏｄｅｄ＿ａｓ＿ＬＤＲ画像をカラーグレーディングする。したがって、一方では、これは良好且つ利用可能なＬＤＲグレーディングを与えるために実行されるが、他方では再現可能なＨＤＲを与えることもでき、したがって、重要な情報を含む領域を十分なコード値を有するＬＤＲレンジの部分領域に割り当てることが可能であり、それらをＬＤＲ上で良好なレンダリングを示す「平均」輝度レンジにシフトできる（例えば、暗領域が良く見えるよう暗すぎないが、雰囲気を伝えるのには十分暗い）。典型的には、カラーグレーディング担当者は、自動的な輝度／カラーマッピング関数を微調整することによってこれを達成できる。少なくとも、輝度は正確に配置されるべきであり、色はその後そこから開始して最適化できる。例えば、ＬＤＲレンダリングにおいてある背景の領域が薄暗い場合、カラーグレーディング担当者は、ＬＤＲレンダリングの他の部分において悪化せず、また当然ながら再現可能なＨＤＲ画像の逆マッピングにより臨界未満な品質にならないことを前提として、これらのピクセルに対応する部分においてグローバルマッピング関数をさらに調整してもよい。原則として、カラーグレーディング担当者は、レンダリングの前にレンダラーが考慮することができるよう、画像の残りの部分とは別の表示ピーク輝度、又はガンマ等に対応できるよう空間的に局所的な画像領域をグレーディングする（１回目、又はその領域の第１画像符号化の後の２回目であると仮定して）ことさえ選択できる。これは、例えば暗領域を強調するのに有益であり得るが、一般的には、物は単純に１つのＨＤＲ対象ディスプレイ符号化に固定されたままである。したがって、ＨＤＲからＬＤＲへのグローバルマッピング関数（又はその逆のＬＤＲからＨＤＲへのマッピング）、及び、適用可能な場合は更なる変換データも共符号化される。レガシーシステムはその全てを無視し、原則的には、第１対象ディスプレイリファレンス及び他の情報が画像符号化信号から落ちていたとしても、古典的な符号化ＬＤＲ画像を用いることができる。ただし、これは一般的には、例えばアップグレードのために備えられ、古いシステムによっては無視されるが新しいシステムによっては使用されるデータのセクタに書き込まれる。ＨＤＲ画像復号化ボックスは、このデータが古いＬＤＲディスプレイに関連付けられていたとしても、このデータを一見する。単にＬＤＲ信号をディスプレイに適用してレンダリングを駆動する代わりに、色変換、全ての与えられたローカルなファクタ、及び全ての追加メタデータ情報によって、いくらかＬＤＲ信号を改良することができる（単純に対象の種類のディスプレイを使用し、現在のレンダリング環境と、グレーディング担当者が作業を行っていた対象のレンダリング環境との類似性に基づいて、ＬＤＲ入力信号を「盲目的に」変換するか、又はさらにＬＤＲ符号化と元のＨＤＲ符号化との間のマッピング関数内のいくらか又は全ての情報であって、両者の違いに関する何らかの情報、すなわち、元のシーンのＨＤＲ特性及び構成、並びに／又はグレーディングされたＨＤＲ信号を用いることによって）。
このような信号は、あらゆるＨＤＲ可能システムが、実際にはＬＤＲ画像として符号化されたＨＤＲ画像を有することを知り、レンダリングの前にそのＨＤＲ画像を最適に再現することが可能でありながら、後方互換性を有し、レガシーＬＤＲシステムはレンダリングのためにＬＤＲ画像をそのまま使用できる。
例えば、複数のＨＤＲディスプレイのための複数のＨＤＲグレーディングの符号化、複数のＬＤＲ符号化、複数の再グレーディング、ディスプレイレンダリングタイプとしても見なすことができる視聴環境の変化等の異なる状況のための複数の代替例等、発明者らの教示からどのような組み合わせをつくることができるかは、当業者にとって明らかであろう。８ビットレガシー符号化等の具体的なパラメータについて述べるとき、当然ながら例えば１０ビットＬＤＲ符号化技術においても同じことが可能であることが理解されるべきであり、あらゆる変形例、組み合わせ、又は単純な代替例を保護から除外することを望まない。したがって、本願の特許請求の範囲の教示は、当然ながら組み合わせることができ、特に明細書からかかる変形例が不可能且つ意図されないことが明らかでない限り、簡単にともに読み取ることができる変形例の冗長且つ明瞭な記載がなくとも、そのように記載されていると考えるべきである。当然ながら、符号化は、プロフェッショナル用又はモバイルコンシューマ用の、セキュリティシステム、ニュース収集等の複数の用途等、多様な場合において用いることができる。符号化は、ＩＣ若しくはマルチチップ、又はネットワーク化された技術システム等の任意の技術システム内において、大部分が自動的に使用できる。本発明のいくつかの部分は、別個のビジネスアプリケーションを形成し得る。例えば、既にその方法でグレーディングされていたが、今度は改良される、又は新しい一般的なディスプレイ若しくは表示方法のため等の種類のグレーディングを欠く、既存の画像符号化への再グレーディングとして任意のグレーディングを実行できる。
上記説明において、発明の実施形態は、明瞭さのために異なる機能的回路、ユニット、及びプロセッサに関連して説明されたことを理解されたい。しかし、本発明から逸脱することなく、異なる機能的回路、ユニット、又はプロセッサ間で、機能を適切に分配することが理解されるであろう。例えば、別々のプロセッサ又はコントローラによって実行されるように説明された機能が、同じプロセッサ又はコントローラによって実行されてもよい。したがって、特定の機能的ユニット又は回路への言及は、あくまで説明される機能を提供するための適切な手段に言及しているにすぎないと解されるべきであり、厳密な論理的又は物理的な構造又は構成を指すものではない。
全ての方法の実施形態及び教示は対応する装置に対応し、場合によっては出力信号又は実施形態等の他のプロダクトに対応し、その逆もあり得る。本発明は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの任意の組み合わせを含む任意の適切な形態で実装され得る。本発明は、任意で、１つ以上のデータプロセッサ及び／又はデジタル信号プロセッサ上で動作するコンピュータソフトウェアとして少なくとも部分的に実装され得る。本発明の実施形態の要素及び部品は、物理的に、機能的に、及び論理的に任意の適切な方法で実装され得る。実際、機能は単一のユニット、複数のユニット、又は他の機能ユニットの一部として実装されてもよい。よって、本発明は単一のユニット内に実装されてもよく、異なるユニット、回路、及びプロセッサ間で物理的及び機能的に分配されてもよい。
本発明は、いくつかの実施形態と関連して説明されたが、本明細書に記載の特定の
形態に限定されることは意図しない。本発明の範囲は、付属の特許請求の範囲によってのみ限定される。また、ある特徴が特定の実施形態と関連して説明されているように見えたとしても、当業者は、説明された実施形態の様々な特徴が本発明に従って組み合わせられることを認識するであろう。特許請求の範囲において、含む（又は有する若しくは備える）という用語は他の要素又はステップの存在を除外しない。
また、個別に列挙されていても、複数の手段、要素、回路又は方法ステップは、例えば単一の回路、ユニット、又はプロセッサによって実現され得る。また、個別の特徴が異なる請求項内に含まれているとしても、場合によってはこれらを好適に組み合わせることができ、これらの請求項内に含まれていることは、特徴の組み合わせが不可能且つ／又は不利であることを意味しない。また、１つの請求項カテゴリ内に、ある特徴が含まれていたとしても、このカテゴリには限定されず、該特徴は適宜他の請求項カテゴリに等しく適用可能である。また、請求項内の特徴の順番は特徴が働かなければならない具体的な順番を示すものではなく、特に、方法クレーム内の個別のステップの順番はその順番でステップが実行されなければならないことを意味しない。むしろ、ステップは任意の適切な順番で実行できる。また、要素は複数を除外しない。請求項内の参照記号は単に明瞭化のための例として提供されるものであり、特許請求の範囲をいかなる意味でも限定すると解されるべきではない。

Claims (24)

  1. 画像信号を受信するための受信機であって、前記画像信号は少なくとも第１符号化画像及び第１対象ディスプレイリファレンスを含み、前記第１対象ディスプレイリファレンスは、前記第１符号化画像が符号化において対象とした第１対象ディスプレイのダイナミックレンジを示す、受信機と、
    前記第１対象ディスプレイリファレンスに応じて、前記第１符号化画像にダイナミックレンジ変換を適用することによって出力画像を生成するダイナミックレンジプロセッサと、
    前記出力画像を含む出力画像信号を出力するための出力部と
    を含み、
    前記第１対象ディスプレイリファレンスは、前記第１対象ディスプレイ用の電気光変換関数指標を含む、画像処理装置。
  2. 前記第１対象ディスプレイリファレンスは、前記第１対象ディスプレイ用の前記第１符号化画像を生成するために用いられるトーンマッピングを表すトーンマッピング指標を含む、請求項１に記載の画像処理装置。
  3. 前記画像信号は、ダイナミックレンジ変換制御データを含むデータフィールドをさらに含み、前記ダイナミックレンジプロセッサは、前記ダイナミックレンジ変換制御データに応じて前記ダイナミックレンジ変換を実行する、請求項１又は２に記載の画像処理装置。
  4. 前記ダイナミックレンジプロセッサは、ＭＰＥＧ−ＡＶＣ符号化等のレガシーＬＤＲ符号化として符号化されたＬＤＲ画像である前記第１符号化画像を検出し、前記画像信号に関連付けられたメタデータから、前記第１対象ディスプレイリファレンスに対応するダイナミックレンジ変換を読み取り、前記第１符号化画像に前記ダイナミックレンジ変換を適用することによって、前記第１対象ディスプレイ上でのレンダリングのためにグレーディングされたハイダイナミックレンジ画像である出力画像を生成する、請求項１に記載の画像処理装置。
  5. 前記ダイナミックレンジ変換制御データは、異なる表示最大輝度レベルに対して異なるダイナミックレンジ変換パラメータを有する、請求項３に記載の画像処理装置。
  6. 前記ダイナミックレンジ変換制御データは、異なる表示最大輝度レベルに対して異なるトーンマッピングパラメータを有し、前記ダイナミックレンジプロセッサは、前記異なるトーンマッピングパラメータ及び出力画像信号の最大輝度に応じて、前記ダイナミックレンジ変換のためのトーンマッピングパラメータを決定する、請求項３又は５に記載の画像処理装置。
  7. 前記ダイナミックレンジ変換制御データは、前記ダイナミックレンジ変換によって適用されなければならない変換パラメータのセットを定める、請求項３又は５に記載の画像処理装置。
  8. 前記ダイナミックレンジ変換制御データは、前記ダイナミックレンジ変換によって適用されるべき変換パラメータの範囲を定めるデータを含む、請求項３、５、及び７のいずれか一項に記載の画像処理装置。
  9. 前記ダイナミックレンジ変換制御データは、異なる画像カテゴリに対して異なる変換制御データを含む、請求項３又は５に記載の画像処理装置。
  10. 前記第１対象ディスプレイのダイナミックレンジの最大輝度は、１０００ニット以上である、請求項１に記載の画像処理装置。
  11. 前記画像信号は、第２符号化画像及び第２対象ディスプレイリファレンスを含み、前記第２対象ディスプレイリファレンスは、前記第２符号化画像が符号化において対象とした第２対象ディスプレイのダイナミックレンジを示し、前記第２対象ディスプレイのダイナミックレンジは、前記第１対象ディスプレイのダイナミックレンジとは異なり、
    前記ダイナミックレンジプロセッサは、前記第２対象ディスプレイリファレンスに応じて前記第２符号化画像にダイナミックレンジ変換を適用する、請求項１に記載の画像処理装置。
  12. 前記ダイナミックレンジプロセッサは、前記第１符号化画像及び前記第２符号化画像を組み合わせることによって出力画像を生成する、請求項１１に記載の画像処理装置。
  13. ディスプレイからデータ信号を受信するための受信機であって、前記データ信号は、前記ディスプレイのディスプレイダイナミックレンジ指標を含むダイナミックレンジ指標を含み、前記ディスプレイダイナミックレンジ指標は少なくとも１つの輝度仕様を含む、受信機をさらに含み、
    前記ダイナミックレンジプロセッサは、前記ディスプレイダイナミックレンジ指標に応じて前記第１符号化画像にダイナミックレンジ変換を適用する、請求項１に記載の画像処理装置。
  14. 前記ダイナミックレンジプロセッサは、前記第１対象ディスプレイリファレンスに応じて、前記第１符号化画像を出力画像として生成するか、又は前記第１符号化画像の変換画像を出力画像として生成するかを選択する、請求項１に記載の画像処理装置。
  15. 前記ダイナミックレンジ変換は、ガマット変換を含む、請求項１に記載の画像処理装置。
  16. 前記画像信号の発信源にダイナミックレンジ制御データを送信するための制御データ送信機をさらに含む、請求項１に記載の画像処理装置。
  17. ８ビット画像信号である前記画像信号を受信して、少なくとも前記第１対象ディスプレイリファレンスに基づいて前記画像信号に輝度マッピングを適用し、高ダイナミックレンジ出力信号を取得する、請求項１に記載の画像処理装置。
  18. 符号化画像を受信するための受信機と、
    前記符号化画像、及び前記符号化画像が符号化において対象とした対象ディスプレイのダイナミックレンジを示す対象ディスプレイリファレンスを含む画像信号を生成するための生成器と、
    前記画像信号を送信するための送信機と
    を含み、
    前記対象ディスプレイリファレンスは、前記対象ディスプレイ用の電気光変換関数指標を含む、画像信号符号化装置。
  19. 前記対象ディスプレイリファレンスは、前記第１対象ディスプレイ用の前記第１符号化画像を生成するために用いられるトーンマッピングを表すトーンマッピング指標を含む、請求項１８に記載の画像信号符号化装置。
  20. 前記生成器は、ダイナミックレンジ変換制御データを含むデータフィールドを含むよう、前記画像信号を生成し、前記ダイナミックレンジ変換制御データは、前記符号化画像のためのダイナミックレンジ変換のパラメータを示す、請求項１８に記載の画像信号符号化装置。
  21. 画像符号化ユニットであって、輝度がピクセルあたり８ビットより高いビットを用いて、４００ニットより高いニットを有するディスプレイピーク輝度を対象として符号化された、ＨＤＲ画像である、前記受信機によって受信された前記符号化画像を、マッピング関数又はアルゴリズムによってピクセルあたり８ビット輝度の画像に符号化し、前記マッピング関数又はアルゴリズムは、このピクセルあたり８ビット輝度画像のＬＤＲディスプレイ上でのＬＤＲレンダリング、及びＨＤＲディスプレイ上でレンダリングされる場合の前記ピクセルあたり８ビット輝度画像から再現可能なＨＤＲ画像のＨＤＲレンダリングは、ともに既定の品質基準に従って十分な品質を有することによって特徴付けられ、また、前記マッピング関数又はアルゴリズムを一意的に特徴付けるためのデータが、前記第１対象ディスプレイリファレンス内に共符号化されることによって特徴付けられる当該画像符号化ユニットを含む、請求項１８に記載の画像信号符号化装置。
  22. 画像信号を受信するステップであって、前記画像信号は、少なくとも第１符号化画像及び第１対象ディスプレイリファレンスを含み、前記第１対象ディスプレイリファレンスは、前記第１符号化画像が符号化において対象とした第１対象ディスプレイのダイナミックレンジを示し、前記第１対象ディスプレイリファレンスは、電気光変換関数指標を含む、受信するステップと、
    前記第１対象ディスプレイリファレンスに応じて、前記第１符号化画像にダイナミックレンジ変換を適用することによって出力画像を生成するステップと、
    出力画像を含む出力画像信号を出力するステップと
    を含む、画像処理方法。
  23. 符号化画像を受信するステップと、
    前記符号化画像、及び前記符号化画像が符号化において対象とした対象ディスプレイのダイナミックレンジを示し、電気光変換関数指標を含む、対象ディスプレイリファレンスを生成するステップと、
    前記画像信号を送信するステップと
    を含む、画像信号を送信する方法。
  24. コンピュータプログラムであって、前記プログラムがコンピュータ上で動作されると、請求項２２又は請求項２３の全ステップを実行するコンピュータプログラムコード手段を含む、コンピュータプログラム。
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