JP6846442B2 - ハイダイナミックレンジ画像のためのクロマ再構成 - Google Patents
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Description
本願は、2016年5月19日に出願された欧州特許出願第16170446.5号および2016年5月19日に出願された米国仮出願第62/338,638号に基づく優先権を主張するものであり、両出願の開示内容を全て本願に援用する。
本発明は、画像全般に関する。より詳細には、本発明のある実施形態は、ハイダイナミックレンジを有する画像のクロマ再構成に関する。
本明細書において、用語「ダイナミックレンジ」(DR)は、人間の視覚システム(HVS)が画像においてある範囲の強度(例えば、輝度、ルマ)(例えば、最も暗いグレー(黒)から最も明るい白(ハイライト)まで)を知覚する能力に関連し得る。この意味では、DRはシーン−リファード(scene−referred)の強度に関する。DRはまた、ディスプレイデバイスが特定の幅を有する強度範囲を妥当にまたは近似的に描画する能力にも関連し得る。この意味では、DRは、ディスプレイ−リファード(display−referred)の強度に関する。本明細書中の任意の箇所において、ある特定の意味が特に明示的に指定されている場合を除いて、この用語はどちらの意味としても(例えば、区別なく)使用できるものとする。
同様の部材に同様の参照符号を付した添付図面の各図において、本発明のある実施形態を限定する事なく例示する。
ハイダイナミックレンジ(HDR)画像のためのクロマ再構成技術を、本明細書に記載する。以下の説明においては、便宜上、本発明を完全に理解できるように、多数の詳細事項を説明する。ただし、これらの詳細事項が無くても本発明を実施可能であることは明白であろう。他方、本発明の説明を不必要に煩雑にしたり、不明瞭にしたり、難読化したりしないように、周知の構造およびデバイスの細かな詳細までは説明しない。
本明細書に記載する実施形態例は、HDR画像のクロマ再構成に関する。適応的なクロマ再構成のためのプロセッサが、ルマ(輝度)成分および1つ以上のクロマ成分を有する入力画像を受け取る。プロセッサは、入力画像のルマ成分に基づいて、ルマ再構成化画像を生成する。入力画像のクロマ成分に対して、ルマ再構成化画像中の画素値群の範囲を階級に分割し、各階級について、その階級におけるルマ再構成化画像の画素値群に対応するクロマ画素値群に基づき、最大スケールファクタ群を生成する。リファレンス再構成関数および最大スケールファクタ群に基づいて、再構成化ルマ値群をクロマスケールファクタ群にマッピングする順方向再構成関数を生成し、入力クロマ画素値群と、順方向再構成関数と、ルマ再構成化画像中の対応する画素値群とに基づいて、クロマ成分についての再構成化クロマ画素値群を生成する。
図1Aは、従来の映像供給パイプライン(100)のプロセス例を示しており、映像のキャプチャから映像コンテンツの表示までの、様々な段を示している。画像生成ブロック(105)を用い、映像フレームのシーケンス(102)をキャプチャまたは生成する。映像フレームは、デジタル的にキャプチャされるか(例えばデジタルカメラにより)またはコンピュータ(例えばコンピュータアニメーションを用いて)によって生成されることにより、映像データ(107)が得られる。あるいは映像フレーム(102)は、銀塩カメラによってフィルム上に取得されてもよい。フィルムがデジタルフォーマットに変換されることによって、映像データ(107)が得られる。プロダクションフェーズ(110)において、映像データ(107)は編集され、映像プロダクションストリーム(112)を得る。
現在、映像供給用のほとんどのデジタルインターフェース、例えばSerial Digital Interface(SDI)などは、各成分につき画素あたり12ビットに制限されている。さらに、ほとんどの圧縮規格の実用的な態様は、例えばH.264(またはAVC)およびH.265(またはHEVC)などは、各成分につき画素あたり10ビットに制限されている。したがって、既存のインフラストラクチャおよび圧縮規格内において、約0.001から10,000cd/m2(またはニト)のダイナミックレンジを有するHDRコンテンツをサポートするためには、効率的な符号化および/または量子化が必要である。
概要
本発明者らの知見によれば、あるHDR映像シーケンスが与えられたとき、SDRデコーダについての後方互換性を可能にするためのルマおよびクロマ再構成の後に、再構成化HDR映像信号(例えば133)をSDRディスプレイ上で視聴すると、色の彩度が下がって、すなわち色褪せて見える。直感的には、順方向再構成プロセスにおいて、各クロマチャンネルに対して単に固定のグローバルなスケーリング係数を適用することにより、クロマ彩度を増大すればよい。しかし、そのようなグローバルスケーリングでは、視覚的品質が多分に劣る、彩度が飽和した絵が得られてしまう。K.MinooらのドキュメントN15792「Exploratory Test Model for HDR extension of HEVC」ISO/IEC JTC1/SC29/WG11、Geneva,CH、Oct.2015および、A.K.RamasubramonianらのJCTVC−W0101、「HDR CE2.a−1: Report on LCS」、ITU−T SG 16 WP 3およびISO/IEC JTC1/SC 29/WG 11、San Diego,USA、Feb.2016において、画素強度あるいはルマ値に基づいたクロマ再構成技術が提案されている。しかし、これらの技術でさえ、彩度飽和の問題は解決されていない。
コンテンツ依存の最大スケールファクタの決定
再構成化ルマ値が、等しい幅W(例えばW=1/M)の、M個の階級に区分されていることを考える。階級の個数(M)は、典型的には演算リソース(例えばM=64)に依存する。この階級のそれぞれにおいて、
新たな再構成関数の出力は、入力色が(例えば中間色に)変更されることを防ぐために、常に0より大きくなければならない。
順方向再構成関数fj()を与えられれば、(式(10)または(12))から例えば
・fj()の定義(例えば多項式係数群および自身の次数KF)を送信し、デコーダにその逆関数
・
・ルックアップテーブルを生成して送信する
1.m=0,1,…,M−1について
2.m=0,1,…,M−1について逆スケーリング値
3.サンプル
携帯電話、タブレット、その他のポータブル機器などのモバイルプラットフォームにおいて、演算リソースは限られている。一実施形態において、図5Bに示すように、元のクロマ再構成プロセス(例えば500A)を、最良の順方向再構成関数(例えばステップ520)の選択、および逆再構成関数(ステップ525および530)に関連したメタデータの生成の両方について、なるべく予め算出されたルックアップテーブル(LUT)に依拠するように変更する(例えば500Bを参照)。
a)以下を解くことにより、現フレームjのBクロス点のx座標を生成する
d)再構成関数
a)α(i,j,k)(540)およびβ(i,j,k)(545)ルックアップテーブルを生成する。これらのLUTは、オフラインあるいはデバイスのブート後に予め算出されたものであってもよく、再構成プロセスの開始(例えばHDR映像シーケンスをキャプチャして符号化すること)以前に、エンコーダにとり利用可能になっている。
b)入力(117)を与えられて、
c)再構成関数の第2の(B)固定点、例えば
d)点B
e)α(i,j,k)LUTからの係数を適用して順方向再構成を行い、クロマ再構成された信号(537)を生成する。
f)点B
本発明の実施形態は、コンピュータシステム、電子回路およびコンポーネントで構成されたシステム、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)または他のコンフィギュラブルまたはプログラマブルロジックデバイス(PLD)、離散時間またはデジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向けIC(ASIC)などの集積回路(IC)デバイス、および/または、このようなシステム、デバイスまたはコンポーネントを1つ以上含む装置、を用いて実施し得る。このコンピュータおよび/またはICは、本明細書に記載のようなエンハンストダイナミックレンジを有する画像のクロマ再構成に関する命令を行い、制御し、または実行し得る。このコンピュータおよび/またはICは、本明細書に記載のクロマ再構成プロセスに関する様々なパラメータまたは値のいずれを演算してもよい。画像およびビデオ実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、および、その様々な組み合わせで実施され得る。
効率的なHDR画像のクロマ再構成に関する実施形態例を上述した。この明細書中において、各実装毎に異なり得る多数の具体的な詳細に言及しながら本発明の実施形態を説明した。従って、本発明が如何なるものかおよび出願人は本発明が如何なるものであると意図しているかについての唯一且つ排他的な指標は、後の訂正を含む、これら請求項が生じる具体的な形態の、本願から生じる1組の請求項である。当該請求項に含まれる用語に対して本明細書中に明示したあらゆる定義が、請求項内で使用される当該用語の意味を決定するものとする。よって、請求項に明示的に記載されていない限定事項、構成要素、特性、特徴、利点または属性は、いかなる形であれ請求の範囲を限定するものではない。従って、本明細書および図面は、限定的ではなく、例示的であると認識されるべきものである。
EEE1.
プロセッサを用いた適応的なクロマ再構成のための方法であって、
ルマ成分および1つ以上のクロマ成分についての画素値を有する入力画像(117)に、プロセッサを用いてアクセスする工程と、
前記入力画像のルマ成分の画素値群に基づいて、ルマ再構成化画像(507)を生成する工程と、
再構成化ルマ値群をリファレンスクロマスケールファクタ群にマッピングするリファレンス再構成関数に、アクセスする工程と、
前記入力画像のクロマ成分に対して:
前記ルマ再構成化画像中の画素値群の範囲を、2つ以上の階級に分割する工程と、
各階級について、各階級における前記ルマ再構成化画像の画素群に対応するクロマ画素値群に基づき、最大スケールファクタを生成する工程(510)と、
前記リファレンス再構成関数および最大スケールファクタ群に基づいて順方向再構成関数を生成する工程であって、前記順方向再構成関数は、再構成化ルマ値群を順方向クロマスケールファクタ群にマッピングする工程(520)と、
前記クロマ画素値群、前記順方向再構成関数、および前記ルマ再構成化画像中の対応する画素値群に基づいて、前記クロマ成分についての再構成化クロマ画素値群(537)を生成する工程(535)と、
を包含する、方法。
EEE2.
前記順方向再構成関数に基づいて、逆再構成関数を生成する工程と、
前記逆再構成関数を特徴付けるパラメータを生成する工程と、
前記逆再構成関数を特徴付けるパラメータに基づいて、メタデータを生成し出力する工程と、
をさらに包含する、EEE1に記載の方法。
EEE3.
各階級につき、その階級におけるルマ再構成化画像の画素に対して、前記最大スケールファクタは、前記階級における対応するクロマ値群の関数のtパーセンタイル値に基づいて算出される、
EEE1に記載の方法。
EEE4.
[0 1)に正規化された画素値群について、m番目の階級に対する前記最大スケールファクタを生成する工程は、
を算出することを包含し、ここでMは階級の数であり、
EEE3に記載の方法。
EEE5.
t=100であり、ηは0.85と0.95の間であるか、またはη =1かつtは95%と99%の間である、
EEE4に記載の方法。
EEE6.
前記入力画像(j)に対して前記順方向再構成関数
EEE3に記載の方法。
EEE7.
前記順方向再構成関数
EEE6に記載の方法。
EEE8.
m番目の階級について、重み
EEE7に記載の方法。
EEE9.
前記順方向再構成関数
EEE7に記載の方法。
EEE10.
第2の点
EEE9に記載の方法。
EEE11.
[0 1)に正規化された画素値群について、前記入力画像(j)の色成分(u)に対して前記再構成化クロマ値群
EEE1に記載の方法。
EEE12.
前記逆再構成関数を特徴付ける前記パラメータは、予測関数についての三次多変量・重回帰表現のシンタックスに合致するように生成される、EEE2に記載の方法。
EEE13.
前記順方向再構成関数を生成する工程(520)は、
前記順方向再構成関数の所望のクロス点を特徴付ける(xT,yn*)座標を算出する工程であって、ここで前記xT座標は、前記リファレンス再構成関数未満である最大スケール値群の値が、前記リファレンス再構成関数から最大の距離を有するような再構成化ルマ値に対応する、工程と、
前記(xT,yn*)点座標と、複数の順方向再構成関数のための多項式係数群を含む第1のルックアップテーブルとに基づき、前記順方向再構成関数の多項式係数群を生成する工程と、
を包含する、EEE3に記載の方法。
EEE14.
前記(xT,yn*)座標を算出することは、
EEE13に記載の方法。
EEE15.
前記(xT,yn*)点座標と、複数の逆再構成関数のための多項式係数群を含む第2のルックアップテーブルとに基づき、逆再構成関数のパラメータを生成する工程と、
前記逆再構成関数を特徴付けるパラメータに基づいて、メタデータを生成し出力する工程と、
をさらに包含する、EEE13に記載の方法。
EEE16.
プロセッサを用いた適応的なクロマ再構成のための方法であって、
ルマ成分および1つ以上のクロマ成分を持つ画素値群を有する入力画像(117)に、プロセッサを用いてアクセスする工程と、
入力ルマ画素値群をリファレンスクロマスケールファクタ群にマッピングするリファレンス再構成関数に、アクセスする工程と、
前記入力画像のクロマ成分に対して:
前記ルマ画素値群の範囲を、2つ以上の階級に分割する工程と、
各階級について、各階級における前記ルマ画素値群に対応するクロマ画素値群に基づき、最大スケールファクタを生成する工程(510)と、
前記リファレンス再構成関数および前記最大スケールファクタ群に基づいて順方向再構成関数を生成する工程であって、前記順方向再構成関数は、ルマ画素値群を順方向クロマスケールファクタ群にマッピングする工程(520)と、
前記クロマ画素値群、前記順方向再構成関数、および前記対応するルマ画素値群に基づいて、前記クロマ成分についての再構成化クロマ画素値群(537)を生成する工程(535)と、
を包含する、方法。
EEE17.
プロセッサを備え、EEE1〜16のいずれかに記載の方法を実行するように構成された、装置。
EEE18.
EEE1〜16に記載の方法を実行するためのコンピュータ実行可能な命令を格納した、非一時的なコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
Claims (12)
- ハイダイナミックレンジ(HDR)画像の、プロセッサを用いた適応的なクロマ再構成のための方法であって、
ルマ成分および1つ以上のクロマ成分についての画素値を有するHDR入力画像に、前記プロセッサを用いてアクセスする工程と、
前記入力画像のクロマ成分に対して:
前記HDR入力画像の前記ルマ成分または前記HDR入力画像の再構成化ルマ成分のいずれかの画素値群を、2つ以上の階級に区分する工程と、
各階級について、各階級のそれぞれのルマまたは再構成化ルマ画素値群に対応する前記クロマ画素値群に基づき、最大スケールファクタを生成する工程と、
リファレンス再構成関数および前記最大スケールファクタ群に基づいて、順方向再構成関数を生成する工程であって、前記順方向再構成関数は、ルマ画素値群または再構成化ルマ画素値群のいずれかを順方向クロマスケールファクタ群にマッピングし、これに相応して前記リファレンス再構成関数はルマ画素値群または再構成化ルマ画素値群をリファレンスクロマスケールファクタ群にマッピングする、工程と、
前記クロマ画素値群、前記順方向再構成関数、および前記HDR入力画像の前記対応するルマ画素値群または再構成化ルマ画素値群に基づいて、前記クロマ成分についての再構成化クロマ画素値群を生成する工程と、
を包含し、
各階級につき、前記階級のそれぞれのルマ画素値群または再構成化ルマ画素値群に対して、前記最大スケールファクタは、前記階級における対応するクロマ値群の関数のt番目のパーセンタイル値に基づいて算出され、
前記HDR入力画像jに対して前記順方向再構成関数
[0 1)に正規化された画素値群について、前記HDR入力画像(j)の色成分(u)に対して前記再構成化クロマ値群
方法。 - 前記順方向再構成関数に基づいて、逆再構成関数を生成する工程と、
前記逆再構成関数を特徴付けるパラメータ群を生成する工程と、
前記逆再構成関数を特徴付ける前記パラメータ群に基づいて、メタデータを生成し出力する工程と、
をさらに包含する、請求項1に記載の方法。 - [0 1)に正規化された画素値群について、m番目の階級に対する前記最大スケールファクタを生成する工程は、
ンタイル値を返し、オプションとして、t=100かつηは0.85と0.95の間であるか、またはη =1かつtは95と99の間である、請求項1に記載の方法。 - 前記逆再構成関数を特徴付ける前記パラメータは、予測関数についての三次多変量・重回帰表現のシンタックスに合致するように生成される、請求項2に記載の方法。
- 前記順方向再構成関数を生成する工程は、
前記順方向再構成関数の所望のクロス点を特徴付ける(xT,yn*)座標を算出する工
程であって、ここで前記xT座標は、前記リファレンス再構成関数未満である最大スケー
ル値群の値が、前記リファレンス再構成関数から最大の距離を有するような各ルマ画素値または再構成化ルマ画素値に対応する、工程と、
前記(xT,yn*)点座標と、複数の順方向再構成関数のための多項式係数群を含む第
1のルックアップテーブルとに基づき、前記順方向再構成関数の多項式係数群を生成する工程と、
を包含する、請求項1から7のいずれかに記載の方法。 - 前記(xT,yn*)点座標と、複数の逆再構成関数のための多項式係数群を含む第2の
ルックアップテーブルとに基づき、逆再構成関数のパラメータを生成する工程と、
前記逆再構成関数を特徴付けるパラメータに基づいて、メタデータを生成し出力する工程と、
をさらに包含する、請求項8または9に記載の方法。 - プロセッサを備え、請求項1から10のいずれかに記載の方法を実行するように構成された、装置。
- 請求項1から10に記載の方法を実行するためのコンピュータ実行可能な命令を含むコンピュータプログラム。
Applications Claiming Priority (5)
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US201662338638P | 2016-05-19 | 2016-05-19 | |
EP16170446.5 | 2016-05-19 | ||
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