TW201628409A - 彩色圖像從位元流解碼之方法和裝置，電腦程式製品，以及處理器可讀式媒體和非暫態儲存媒體 - Google Patents

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Abstract

本案一般內容係關於彩色圖像從位元流解碼之裝置和方法，包括： ‧對從位元流所得亮度成份，應用非線性動態擴展函數，獲得擴展範圍亮度，做為第一成份，其中該非線性動態擴展函數，視已對彩色圖像編碼時所得原有亮度成份，應用動態縮減函數之反逆決定；‧計算第一成份決定值，和二個色度成份乘積的線性組合算出的另一值，其差值之平方根，以及從位元流所得二個色度成份之平方值，獲得第二成份；‧獲得彩色圖像之至少一個彩色成份，藉第二成份和二個色度成份線性組合，決定該至少一個彩色成份，至少由該第二成份和該二個色度成份加以解碼。

Description

彩色圖像從位元流解碼之方法和裝置，電腦程式製品，以及處理器可讀式媒體和非暫態儲存媒體
本案內容一般係關於圖像/視訊編碼和解碼。尤其是，但非僅限於此，本案內容之技術領域，係關於像素值屬於高度動態範圍的圖像之解碼。
本節旨在為讀者介紹技術之諸面向，可能與下述和/或所請求本案內容諸要旨相關。此項討論相信有助於提供讀者有關背景資訊，方便更佳明瞭本案內容之諸要旨。因此，此等說明應以此觀點閱讀，並非引進先前技術。
在以下說明中，彩色圖像含若干陣列之樣本(像素值)，呈特殊圖像/視訊格式，特定與圖像(或視訊)的像素值相關之全部資訊，以及顯示器和/或任何其他裝置例如可用來視覺化和/或解碼圖像(或視訊)之全部資訊。彩色圖像包括至少一個成份，呈第一陣列樣本之形狀，通常為亮度成份，和至少另一個成份，呈至少另一陣列樣本之形狀。或者以等效方式，亦可利用彩色樣本(彩色成份)陣列集合，諸如傳統式三色RGB表示方式，表示同樣資訊。
像素值是以n值之向量表示，其中n為成份數量。各向量值是以位元數表示，界定像素值的最大動態範圍。
標準動態範圍圖像(SDR圖像)為彩色圖像，其亮度值是以限制動態表示，通常以2或光圈值(f-stop)的平方測量。SDR圖像具有10光圈值左右之動態，即在線性界域內最亮像素和最暗像素間之比率1000，並以非線性界域內限制位元數編碼，以HDTV(高清晰度電視制)和UHDTV(超高清晰度電視制)計為8或10，例如使用ITU-R BT.709 OEFT(光電傳送函數)(Rec.ITU-R BT.709-5,2002年4月)或ITU-R BT.2020 OETF(Rec.ITU-R BT.2020-1,2014年6月)，以減少動態。此項限制非線性表示法無法正確描繪小小訊號變異，尤其是在暗和亮的亮度範圍。在高度動態範圍圖像(HDR圖像)中，訊號動態高很多(達20光圈值，最亮像素和最暗像素比率一百萬)，亟需新的非線性表示法，以維持訊號在全範圍內之高度準確性。在HDR圖像中，原資料通常以浮點格式(對每一成份可為32位元或16位元，即浮動或半浮動)，最常見之格式為開放EXR半浮動格式(每RGB成份16位元，即每像素48位元)，或是長表示法之整數，通常至少16位元。
彩色範圍是彩色之某一完整集合。最普通用法是指在指定環境內，諸如指定彩色空間內，或利用輸出裝置，可以準確表示之彩色集合。彩色範圍有時以CIE1931彩色空間彩度圖中所界定RGB原色，和白點加以界定。
例如，對UHDTV，彩色範圍以RGB ITU-R Rec.BT.2020彩色空間界定，對HDTV，較舊標準ITU-R Rec.BT.709界定較小之彩色範圍。在SDR，對資料要編碼之彩色容量，動態範圍正式界定答100尼特(每平方米燭光)，雖然某些顯示技術可以表示更亮之像素。
高度動態範圍圖像(HDR圖像)係指亮度值以比SDR圖像動態更高的HDR動態表示之彩色圖像。
HDR動態尚未利以標準界定，但預計動態範圍可達幾千尼特。例如，HDR彩色容量是以RGB BT.2020彩色空間界定，該RGB彩色空間內表示值，屬於0至4000尼特之動態範圍。HDR彩色容量另一例係以RGB BT.2020彩色空間界定，而該RGB彩色空間內表示值，屬於0至1000尼特之動態範圍。
圖像(或視訊)彩色分級是圖像(或視訊)彩色變更/增強過程。通常，圖像彩色分級涉及彩色容量(彩色空間和/或動態範圍)之變化，或與此圖像相關彩色範圍之變化。因此，同一圖像之二種不同彩色分級版本是，其值以不同彩色容量(或彩色範圍)表示之版本，或其彩色至少一種已按照不同彩色等級變更/增強之圖像版本。此可能涉及使用者互動。
例如，在電影製作中，圖像和視訊是使用三色攝影機拍攝， 成為三成份(紅、綠、藍)組成的RGB彩色值。RGB彩色值視感測器的色特性(原色)而定。即得所拍攝圖像之彩色分級版本，取得戲劇性上色(使用特殊戲劇級)。通常，所拍攝圖像的第一彩色級版本值，是按照標準化YUV格式表示，諸如BT.2020為UHDTV界定參數值。
然後，著色師常常會同攝影指導，利用微調/調整若干彩色值，控制所拍攝圖像第一彩色分級版本之彩色值，以注入藝術家意圖。
待解決的問題是，壓縮HDR圖像(或視訊)之分配，同時分配代表該HDR圖像(或視訊)的彩色分級版本之關聯SDR圖像(或視訊)。
簡易解決方案是在分配基礎設備上聯播SDR和HDR二者圖像(或視訊)，惟其缺點是所需帶寬，為適應廣播SDR圖像(或視訊)，諸如HEVC主要10設定檔之傳統基礎設施分配的實際上加倍(“High Efficiency Video Coding”, SERIES H: AUDIOVISUAL AND MULTIMEDIA SYSTEMS, Recommendation ITU-T H.265, Telecommunication Standardization Sector of ITU, April 2013)。
使用傳統分配基礎設施，是加速HDR圖像(或視訊)分配緊急性所需。又，位元率應減到最小，同時確保圖像(或視訊)的SDR和HDR二者版本均有良好品質。
此外，要確定反向相容性，即SDR圖像(或視訊)應讓裝設有傳統解碼器和顯示器的用戶可收看，即應保持總體所感受亮度(即明暗對比場景)和所感受彩色(例如保存色調等)。
另一逕直解決方案是，利用非線性函數縮減HDR圖像(或視訊)之動態範圍，通常是成為有限數量之位元(例如10位元)，並利用HEVC主要10設定檔直接壓縮。此等非線性函數(曲線)業已存在，像Dolby在SMPTE(SMPTE standard: High Dynamic Range Electro-Optical Transfer Function of Mastering Reference Displays, SMPTE ST 2084:2014)擬議的所謂PQ EOTF。
此解決方案之缺點是，缺乏反向相容性，即所得圖像(視訊)縮減版，無充分視覺品質，被視無可以看出SDR圖像(或視訊)，且壓縮效益稍遜。
本案內容即心存上述加以構想。
以下表示內容之簡化摘要，提供對內容某些面向之基本瞭解。此摘要並非內容之延伸概覽。無意識別內容之關鍵元件。以下摘要僅僅以簡化形式表示內容之若干要旨，做為更詳細後述之前言。
具體而言，分配方式之編碼側和解碼側，係就圖像或圖像系列之編碼和解碼加以說明。在編碼器側，包括例如把HDR圖像映射SDR圖像上，以可與傳統SDR作業流程相容之格式表示。舉例而言，但非僅限於此，格式可為8位元YUV格式，專屬於高清晰度TV(如標準ITU Rec BT.709所界定)，或10位元YUV格式，專屬於超高清晰度TV(如標準ITU Rec BT.2020所界定)。又包括使用傳統SDR影像編碼器，把所得SDR圖像編碼。例如，但非僅限於此，編碼器可為標準8位元h264/AVC主設定檔，或標準10位元HEVC主10設定檔，例如HEVC(或可利用作業流程作業之任何其他編解碼器)。又，分配方式包括所得編碼SDR圖像的位元流分配。
在解碼器側，視設址用戶，可有二種情節。
第一種情節，從分配位元流獲得解碼之SDR圖像，顯示在SDR可行裝置。
第二種情節，從分配位元流獲得解碼之HDR圖像，是先獲得解碼之SDR圖像，其次從解碼之SDR圖像映射於解碼之HDR圖像。
利用編碼器從HDR圖像映射到SDR圖像，宜可以反逆，俾可利用解碼器，從SDR圖像反逆映射於HDR圖像。如此一來，相對於HDR圖像，可把解碼的HDR圖像之編碼錯誤減到最少。
可反逆HDR至SDR映射之具體例，詳後述，係根據三步驟過程，使用平方根，做為EOTF。
如第1圖所示，彩色圖像編碼方法100包括，亮度動態縮減(步驟110)，包括副步驟111，從彩色圖像之至少一彩色成份Ec(c=1,2,3)，獲得原始亮度Y，和直方圖分析之副步驟112，以決定所要編碼圖像之調變值(亦稱背光值)Ba。可用不同方法計算調變值，例如，但非僅於此，使用HDR亮度之平均值、中值、最小值或最大值。此等作業可在線性HDR 亮度域YHDR,lin內，或在非線性域內，例如ln(YHDR,lin)或YHDR,lin γ進行，其中γ<1。
彩色圖像被認為有三種彩色成份，係以彩色圖像之像素值表示。本案內容雖然至少部份可藉具體實施例解釋，但並不限於表現三成份之任何彩色空間，可延伸至任何彩色空間，諸如RGB、CIELUX、XYZ、CIELab等。例如Ec指圖中的RGBHDR。在副步驟113中，視原有亮度Y和調變值Ba，應用非線性函數，從原有亮度Y和調變值Ba，原影亮度Y動態縮減，而得亮度成份L。
在第二步驟120，從彩色圖像之彩色成份Ec，決定二色度成份C1和C2。以第一圖所示為例，C1和C2指U’V’，而Ec指RGBHDR。在副步驟121中，中間成份Dc(在第1圖實施例中，Dc指R#B#G#)，係以彩色成份Ec平方根取得。以第1圖所示實施例言，此指RGBHDR平方根。在次一副步驟122中，中間成份Dc乘以共通乘以倍數β”，即得縮減成份Fc(於第1圖所示實施例為)。倍數β”(Ba,L)視亮度成份L和調變值Ba而定。在次一副步驟123中，三縮減成份Fc乘以矩陣，可得色度成份C1和C2(第1圖中U’和V’)，即：[C1；C2]=M[F1；F2；F3]其中M為2×3矩陣，視彩色空間之彩色範圍而定。
在第三步驟130中，進行校正亮度成份L和色度成份C1,C2，而得校正亮度成份L’和校正色度成份C’1,C’2(在圖上指U’V’至L’U”V”)。利用彩色範圍映射所得校正，使校正成份L’,C’1,C’2在彩色範圍G1可感受彩色，相當於HDR彩色圖像的成份Ec之彩色範圍G2可感受彩色。
更準確而言，色度學和彩色理論、色彩、色品和飽和，均指涉特定顏色的感受強度。色彩是顏色和灰色間之差異程度。色品是相對於另一彩色亮度之色彩，在相似觀視條件下呈現白色。飽和是彩色相對於其本身亮度之色彩。
高度色彩刺激源是既鮮艷又強烈，而較低度色彩刺激源呈現較沉滯，接近灰色。而毫無色彩者，顏色為「中性」灰色(在任何顏色裡無色彩之圖像，稱為灰調)。任何顏色均可由其色彩(或色品或飽和)、光 度(或亮度)和色相，加以說明。
顏色之色相和飽和之界定，視用來代表該顏色的彩色空間而定。
例如，使用CIELUV彩色空間時，飽和S uv 界定為色品對亮度L *之比。
色相定義為：
按照另一實施例，當使用CIELAB彩色空間時，飽和定義為色度對亮度之比：
色相是按下式賦予：
此等方程式是飽和及色相之合理預測子，符合人的飽和感受，並且證明調節CIELAB(或CIELUV)彩色空間的亮度，同時保持角度a*/b*(或u*/v*)固定，確實影響色相，因此有同樣彩色的感受。在步驟150，以同一因數標度彩色成份Ec，保存此角度，色相亦然。
茲設想在CIELUV彩色空間內展示HDR彩色圖像，以及由亮度成份L(其動態範圍較彩色圖像I亮度動態範圍縮減，步驟130)和CIELUV彩色空間的二色度成份U(=C1)和V(=C2)，組合形成之圖像I2。人對圖像I2之彩色即有不同感受，因為飽和及彩色色相改變之故。方法(步驟130)決定校正圖像I3之色度成份C’1和C’2，以便校正圖像I3之彩色色相，與HDR彩色圖像之彩色色相達最佳配合。
在副步驟131,132裡，決定第二步驟120所用共同倍數β”。在次一副步驟133，從L產生L’。
利用下列方程式，由亮度成份L和色度成份C1,C2，獲得 校正成份L’,C’1,C’2：‧C’1=C1,‧C’2=C2,‧L’=L-mC’1-nC’2其中m和n為二實係數，指涉圖上之a和b。實係數視HDR Rec BT.709和BT.2020之範圍而定。m和n之常用值是在間距[0.1,0.5]內mn。
按照校正變化例，校正亮度成份L’值始終低於亮度成份L值：
如此可保證校正亮度成份L’值，不超過亮度成份L值，因而確保不發生彩色飽和。調變值Ba編碼入位元流F以及圖像L’C’1C’2內。
第2圖簡略表示從位元流解碼彩色圖像之相對應方法200。解碼步驟210,220,230可視為相對應編碼步驟110,120,130之反逆。在步驟230中，從位元流F獲得校正亮度和色度成份L’,C’1,C’2(指涉第2圖內之U’V’)。在副步驟中，利用校正之反逆，獲得亮度成份L，即利用下列方程式：L=L’+mC’1+nC’2(m和n指涉圖中所示a和b)。
按照反逆校正之變化例，亮度成份L值始終高於校正亮度成份L’值：
此具體例佳，因其確保亮度成份L不超過界定亮度峰值的解碼器常用之潛在截割值。
在步驟210，對亮度L應用非線性動態擴展函數，以產生第一成份(第2圖中之Y，或第3圖中之sqrt(Y))，為擴展範圍亮度，係已對編碼彩色圖像所得原有亮度成份所應用動態縮減函數之反逆，例如YHDR=f1(LSDR)。
在步驟220，從校正色度成份C’1,C’2(在圖示實施例中：U’V’)和第一成份Y(或sqrt(Y))，恢復彩色圖像要解碼的至少一彩色成份Ec(在圖示實施例中RGBHDR)。在副步驟221，進行把校正色度成份 C’1,C’2乘以共同倍數β’，得中間色度成份(C1rC2r，指涉第2圖實施例所示UrVr，和，指涉第3圖所示)，於繼續副步驟222中，用來獲得第二成份S，即指涉用於第二圖所示實施例之成份記號，利用 決定S值。在又一副步驟223中，從SUrVr：[R#；G#；B#]=Mat3x3[S；Ur；Vr]恢復R#G#B#。在次一副步驟224中決定解碼彩色圖像RGBHDR之彩色成份，為R#G#B#之平方。
換言之，方法例如容許SDR解映射成HDR，從SDR亮度成份L和二SDR色度成份UV，恢復R#G#B#代表RGB HDR成份，其中HDR亮度成份Y是由L推算，T值是以U2,V2和U*V線性組合計算，S是Y-T之平方根計算，而R#G#B#是以應用於輸入SDR圖像各像素的3×3矩陣和SUV之乘積決定。3×3矩陣，是例如ITU-R BT709/2020所界定RGB→YUV之反逆，即C=A-1。
上述解碼方式容許壓縮HDR圖像分配，同時分配代表該HDR圖像彩色級版本之相關聯SDR圖像。然而，解碼可進一步增進，因在解碼和顯示HDR圖像時，壓縮損失會引起不準確，以致無法始終保證解碼之數字穩定性和牢靠。
進一步內容規範提供從位元流解碼彩色圖像之方法，可額外提高牢靠。此方法包括：‧對從位元流所得亮度成份，應用非線性動態擴展函數，獲得第一成份；‧第一成份決定值，與從位元流所得二色度成份乘積和平方值線性組合間差異，取其平方根，獲得第二成份；‧獲得彩色圖像之至少一彩色成份，有待至少從該第二成份和至少二色度成份解碼。
如此得以應用非線性動態擴展函數，不必然是在編碼時所應用相對應非線性動態縮減函數之反逆，以便應用至少對亮度成份之自訂邊界，例如顧及處理硬體暗示之限制。又，平方根函數對實際選用非線性動態擴展函數所產生第一成份之依賴性，得以適於計算第二成份，不但對所引起之邊界，而且影響到避免非界定差異結果，因而致能增進數字穩定性。
按照具體例， ‧第二成份是取第一成份決定值與該線性組合間差異之平方根而得，只要該值等於或大於該線性組合；‧該第二成份設定等於零，而二色度成份則乘以共同倍數。如此得以處理第二成份待決定為非實圖之情況。處理此錯誤情況可另外視所應用硬體錯誤處理功能性而定。此項例外是藉第二成份設定於0而解決。然而，以零取代假想值，即等於提高亮度。若第二成份要設定於0，對色度成份也不應用共同倍數，實際上會導致很亮像素，出現在第二成份已設定於零處。
按照一具體例，共同倍數為該第一成份，即該成份值，對該線性組合平方根之比。
在此具體例中，非線性動態擴展函數是，例如已應用於彩色圖像編碼時所得原有亮度成份的動態縮減函數之反逆，而由該第一成份所決定之該值，等於該原有亮度成份。在此情況時，非線性動態擴展函數提供原有亮度成份，做為該第一成份，而第二成份是以原先編碼亮度和上述線性組合間差異之平方根來決定。
按照另一具體例，共同倍數是該線性組合的平方根之倒數。
在此具體例中，非線性動態擴展函數即例如為已對彩色圖像編碼時所得原有亮度成份應用動態縮減函數反逆之平方根，而該第一成份決定之該值等於1。又，獲得待解碼彩色圖像之至少一彩色成份，包括至少一彩色成份乘以第一成份。此舉利用原有亮度成份之平方根，引進常態化，因而對色度和第二成份設定邊界，可以簡化硬體實施。最後，上述乘法除去所應用常態化。
為對二色度成份應用相對應標度，按照具體例，獲得二色度成份之步驟，包括以視第一成份而定之倍數，標度二色度成份之各成份。
例如，該標度包括在決定線性組合之前，二色度成份除以第一成份，即亦應用於亮度之同樣常態化倍數。
在一具體例中，該倍數係視從原有亮度成份所得，要解碼的圖像背光值而定。
在一具體例中，第二成份係使用查索表決定，以求快速處理。
按照一具體例，該項至少從該第二成份和該二色度成份獲得彩色圖像之至少一彩色成份，包括決定該至少一彩色成份，為第二成份和 二色度成份之線性組合。
任何下述具體例均可應用於RGB或YUV以外之其他彩色空間，即使做為其參照實施例所述。
做為實施具體例，SDR至HDR再映射方法，從SDR亮度成份L和二SDR色度成份UV，恢復R#G#B#代表RGB HDR成份，其中HDR亮度成份Y從L推算，T值以U2,V2和U*V的線性組合計算。S基本上是以Y-T平方根計算。
i.若TY，則S=sqrt(Y-T)
ii.若T>Y，則U和V乘以共同倍數F，而S設定於零。R#G#B#則以3×3矩陣和SUV乘積計算。此方法應用於輸入SDR影像之各像素。又，共同倍數F可設定於Y/。
做為另一實施具體例，SDR至HDR再映射方法，從SDR亮度成份L和二SDR色度成份UV，恢復R#G#B#代表RGB HDR成份，其中HDR亮度成份平方根，從L推算，T以U2,V2和U*V之線性組合計算，而S基本上以1-T平方根算出。
i.若T1，則S=sqrt(1-T)
ii.若T>1，則U和V乘以共同倍數F，而S設定於零。則以3×3矩陣和SUV之乘積計算。R#G#B#為乘以，應用於輸入SDR圖像之各像素。又，共同倍數F為1/。在一具體例中，F同時可應用為最後乘以1/，即改為乘以F/。
上述具體例得以中間暫存器規模，簡單硬體實施解碼器，不依賴彩色影像之高峰亮度。
按照其他要旨，本案內容涉及裝置，包括處理器，構成實施上述方法；電腦程式製品，包括程式碼指令，此程式在電腦上執行時，可執行上述方法之步驟；處理器可讀式媒體，內儲存指令，促使處理器至少進行上述方法之步驟；以及非暫態儲存媒體，載有程式碼指令，該程式於計算裝置上執行時，供執行上述方法之步驟。
本案內容以及其他要旨之特殊性質、本案內容之優點、特點和使用，由如下參照附圖所示具體例之說明，即可明白。
100‧‧‧彩色圖像編碼方法
110‧‧‧亮度動態縮減
111‧‧‧從彩色圖像之至少一彩色成份獲得原始亮度
112‧‧‧直方圖分析
113‧‧‧從原有亮度和調變值縮減原有亮度動態而得亮度成份
120‧‧‧從彩色圖像之彩色成份決定二色度成份
121‧‧‧中間成份係以彩色成份平方根取得
122‧‧‧中間成份乘以共通乘以倍數即得縮減成份
123‧‧‧三縮減成份乘以矩陣可得色度成份
130‧‧‧進行校正亮度成份和色度成份
131,132‧‧‧決定第二步驟120所用共同倍數
133‧‧‧從亮度成份產生校正亮度成份
200‧‧‧從位元流解碼彩色圖像之相對應方法
210‧‧‧對亮度應用非線性動態擴展函數以產生第一成份
220‧‧‧從校正色度成份和第一成份，恢復彩色圖像要解碼的至少一彩色成份
221‧‧‧進行把校正色度成份乘以共同倍數得中間色度成份
222‧‧‧用來獲得第二成份
223‧‧‧從SUrVr：[R#；G#；B#]=Mat3x3[S；Ur；Vr]恢復R#G#B#
224‧‧‧決定解碼彩色圖像之彩色成份為R#G#B#之平方
230‧‧‧從位元流F獲得校正亮度和色度成份
300‧‧‧彩色圖像從至少一位元流解碼之方法
310‧‧‧非線性動態擴展函數
320‧‧‧利用修飾之色度重建
400‧‧‧彩色圖像從至少一個位元流解碼之方法
420‧‧‧尋求解法之過程步驟
600‧‧‧裝置
601‧‧‧資料和位址匯流排
602‧‧‧微處理器
603‧‧‧唯讀記憶體
604‧‧‧隨機存取記憶體
605‧‧‧通訊介面
606‧‧‧電池組
附圖繪示本案內容之具體例，其中：第1圖簡示本案具體例彩色圖像編碼方法步驟之流程圖；第2圖簡示本案具體例彩色圖像從至少一位元流解碼方法步驟之流程圖；第3圖簡示本案另一具體例彩色圖像從至少一位元流解碼方法步驟之流程圖；第4圖簡示本案又一具體例彩色圖像從至少一位元流解碼方法步驟之流程圖；第5圖繪示R#G#B#彩色空間內一線和一橢圓體交叉之可能解決方法；第6圖表示本案具體例裝置之構造例。
本案內容茲參照附圖所示具體例詳述如下。惟本案可藉許多變通形式具體化，不構成僅限於此處規範之具體例。因此，本案雖可容許諸多修飾例和變通形式，惟就圖中舉例說明之特殊具體例，詳加說明。但須知無意將本案內容限於所揭示之特別形式，反之，本案涵蓋申請專利範圍所界定內容之精神和範疇內之一切修飾例、等效例和變通例。
說明書所用術語，目的僅在說明特別具體例，無意限制於此內容。於此所用單數型旨在同時包含複數型在內，除非文脈另有指明。又須知說明書內使用「包括」和「包含」等字眼、特定所述特點、整數、步驟、操作、元件和/或組件之存在，但不排除一項或多項特點、整數、步驟、操作、元件、組件和/或其群組之存在或附加。此外，當元件被指涉「因應」或「連接」至其他元件時，可直接因應或連接至其他元件，亦可有介入元件存在。反之，若元件被指涉「直接因應」或「直接連接」至其他元件，則無介入元件存在。於此使用「和/或」指包含一件或多件關聯表列項目之任何以及全部組合，可縮寫為"/"。
須知於此雖然可用第一、第二等術語說明諸元件，惟此等元件不受此等術語所限。此等術語只用來分辨元件。例如，第一元件可稱為第二元件，同理，第二元件可稱為第一元件，不違本案之教示。
雖然有些流程圖在通訊途徑上含有箭頭，表示通訊之主要方向，惟須知通訊方向亦可發生與繪示箭頭相反。
有些具體例是以方塊圖和作業流程說明，其中各方塊代表電路元件、模組，或部份碼，包括一件或多件可執行指令，以實施特定邏輯功能。另須知在其他實施方式中，以方塊指明之功能，可脫離指明之順序發生。例如，接續明示之二方塊，事實上可實質上同時執行，方塊有時可逆序執行，視涉及之功能性而定。
指涉「一具體例」或「具體例」，意指就具體例所述特殊特點、結論或特點，可包含在本案至少一實施方式內。說明書內各處出現「在一具體例中」或「按照一具體例」之子句，不一定全指涉同一具體例、分開或變通具體例也不一定彼此互斥其他具體例。
申請專利範圍內出現之參考數字，僅供圖示用，對申請專利範圍無限制效應。
雖未明說，惟本案具體例和變化例，可以任何組合或副組合方式採用。
本案內容係就彩色圖像之解碼加以說明，但可延伸到圖像(視訊)系列之解碼，因系列之各彩色圖像，可按下述依序解碼。
彩色圖像I視為具有三色成份，表示彩色圖像之像素值。本案不限於呈現三成份之任何彩色空間，而是可延伸至任何彩色空間，諸如RGB、CIELUV、XYZ、CIELab等。
參見第3圖，簡示本案具體例彩色圖像從至少一位元流解碼方法300之步驟流程圖。圖示具體例實際上為第2圖所示解碼方法之修飾，如今對所處理亮度和色度成份，即Y,U r ,V r ,S，可確定始終有明確界限。僅就具體例間之改變加以詳述。在步驟310，非線性動態擴展函數，為對彩色圖像編碼時所得原有亮度成份已應用動態縮減函數反逆之平方根，把步驟1所產生第一成份之上限縮減到。引進利用1/之常態化，接著利用修飾之色度重建步驟320，然後利用再常態化。
HDR亮度Y為成份Ec之線性組合。以下就Ec為例，指涉RGBHDR。
其中,,
因此，至若干常數為止，Ec亦即實施例內所示RGB，係以Y和Dc為界，即圖示具體例內之R#G#B#，以為界。又，從編碼器側得UrVr，為R#G#B#之線性組合，即
二變數以R#G#B#，亦即以為界。接著轉回指涉第2圖所示具體例，在S定義中： 平方根下之項目以Y為界，而S以為界。因此，解碼過程之輸入變數UrVr、中間變數S和輸出變數R#G#B#，均以為界。所以，第2圖所示解碼方法中所用倍數β’，改用第3圖所用具體例中之βY’，致處理Ur和Vr，改為處理Ur/和Vr/。又，引進利用輸出回頭之標度。
換言之，倍數β’(Ba,L)改為以 獲得常態化輸入和。
在輸出，所解碼利用乘以標度回來。
第3圖繪示SDR至HDR逆映射方法，從SDR亮度成份L和二SDR色度成份UV，恢復R#G#B#代表RGB HDR成份，其中HDR亮度成份是從L推算，值計算成U2,V2和U*V之線性組合，第二成份S是計算成差值1-之平方根，其中是3×3矩陣與SUV之乘積，R#G#B#是乘以，應用於輸入SDR影像之各像素。又，U和V除以。
茲參見第4圖，簡示本案另一具體例彩色圖像從至少一位元流解碼方法400之步驟流程圖。圖示具體例實際上為第3圖繪示方法之修飾，額外確保若相當於第3圖所示之第二成份，得虛值，可正確處理例外，例如以免與相對應像素關聯所顯示彩色之可目視畸變。只有具體例之改變， 才詳細說明。
映射是擬議提供L’U’V’，可藉S並非想像之意思解碼。然而，因為L’U’V’經壓縮和解壓縮，編碼損失會導致輸入三聯組(L’,U’V’)， 致為負數，且並非真值。一種解 法是，以1定限，導致。然而，此舉會破壞在所解碼RGB上之亮度界限。以取代虛值，等於提高Y。例如，若得，把Y加倍，導致 。但在此情況下，在RGB上之界限Y亦已加倍。如此導致很亮像素出現在設定於零之處，不能進一步處理。
如步驟420所示，後續過程另外進行，以保存界限，並尋求解決方案。
第二成份是在分開的副步驟內決定。在副步驟421中，只決定，即二色度成份的乘積和平方值之線性組合。在次一副步驟422中，核對1-結果是否為正值或負值。若1，則為實值，以此處理(副步驟423)解碼，相當於第3圖所示處理。
若>1，則S為虛值，以副步驟424繼續處理，其中重新標度變數和，以獲得實答，進行如下：
°設定和
°在其餘解碼以取代
°設定
上述處理提供適當解法，以幾何方式分析問題時可以證明：方程式 界定在R#G#B#空間內之橢圓體，而 界定二平面之交叉，即在同樣空間內成一線。所以，解法是橢圓體和線之交叉。此交叉可下述任一情況： ‧S為虛值時，為空無；‧S=0時為一點，線對橢圓體為切線；‧S>0時為兩點，並取其正值，因為按照界定R#G#B#為正。
在第5圖中，橢圓體和線顯示於R#G#B#空間內。在第5圖內，橢圓體以球體表示。無解時，線與球體不交叉(左圖)。設定S=0等於增加，其本身等於橢圓體吹脹，以為半徑。第5圖所示挑選解答，是把線向上推動至碰到橢圓體之一點(右圖)。然後，利用構造，解答R#G#B#在半徑為之橢圓體，並保存其界限。
在第1至4圖中，步驟和副步驟被視為模組或功能單位，無論是否與顯明實體單位有關。例如，此等模組或其中部份，可一起插入單獨組件或電路內，或歸屬於軟體之功能性。相對地，有些模組潛在性由分開之實體組成。與本案相容之裝置，可使用純硬體，例如專屬硬體，諸多ASIC、FPGA或VLSI，分別代表應用特定積體電路、外場可規劃閘陣列或甚大型積體電路，或由內嵌於裝置之若干積體電子組件，或硬體與軟體組件混合而成。
第6圖表示裝置600之結構例，可構成實施就第1至4圖所述方法。
裝置600包括如下元件，利用資料和位址匯流排601鏈接在一起：‧微處理器602(或CPU)，例如DSP(或數位訊號處理器)；‧ROM(或唯讀記憶體)603；‧RAM(或隨機存取記憶體)604；‧I/O介面605，供傳輸和/或從應用接收資料；‧電池組606。
按照一變化例，電池組606設於裝置外。第6圖之各元件為技術專家所熟知，不進一步揭述。在上述各記憶體中，說明書內使用「暫存器」一辭，可相當於小容量面積(若干位元)，或很大面積(例如整個程式，或大量所接收或解碼資料)。ROM 603至少包括程式和參數。按照內容的方法演算，儲存於ROM 1303內。啟動時，CPU 602上載程式於RAM，執行相對應指令。
RAM 604在暫存器內包括由CPU 602執行之程式，於啟用裝置600後上載，把輸入暫存器內資料、暫存器內在方法不同狀態之中間資料，以及暫存器內方法執行所用之其他變數。
於此所述實施方式，可例如以方法或製程、裝置、軟體程式、資料流或訊號實施。即使文脈內只討論到單一實施方式(例如只提到方法或裝置)，惟所述特點之實施方式亦可以其他方式(例如程式)實施。裝置可例如以適當硬體、軟體和韌體實施。方法可在裝置內實施，例如處理器，一般指處理裝置，包含例如電腦、微處理器、積體電路，或可程式規劃之邏輯裝置。處理器亦包含通訊裝置，諸如電腦、手機、可攜式/個人數位助理器(PDS)，以及方便在末端使用者間資訊通訊之其他裝置。
按照編碼或編碼器之特別具體例，是從來源取得彩色圖像I。例如，來源屬於包括下列之集合：‧局部記憶體(603或604)，例如視訊記憶體或RAM(隨機存取記憶體)、快閃記憶體、ROM(唯讀記憶體)、硬碟；‧儲存介面，例如與大量儲存器、RAM、快閃記憶體、ROM、光碟或磁性支援之介面；‧通訊介面(605)，例如有線介面(例如匯流排介面、廣域網路介面、本區網路介面)，或無線介面(諸如IEEE 802.11介面，或藍芽介面)；和‧圖像拍攝電路(諸如感測器，例如CCD(電荷耦合裝置)或CMOS(互補全氧半導體))。
按照解碼或解碼器之不同具體例，把解碼圖像發送到目的地；具體而言，目的地屬於包括下列之集合：‧局部記憶體(603或604)，例如視訊記憶體或RAM(隨機存取記憶體)、快閃記憶體、ROM(唯讀記憶體)、硬碟；‧儲存介面，例如與大量儲存器、RAM、快閃記憶體、ROM、光碟或磁性支援之介面；‧通訊介面(605)，例如有線介面(例如匯流排介面、廣域網路介面、本區網路介面)，或無線介面(諸如IEEE 802.11介面，或藍芽介面)；和 ‧顯示器。
按照編碼或編碼器之不同具體例，把位元流BF和/或F發送到目的地。其一實施例，是把位元流F和BF之一，或F和BF二者，儲存於局部或遠程記憶體，例如視訊記憶體(604)或RAM(604)、硬碟(603)。在一變化例中，一或二位元流發送到儲存介面，例如與大量儲存器、快閃記憶體、ROM、光碟或磁性支援，和/或傳送跨越通訊介面(605)，例如點對點鏈接介面、通訊匯流排、點對多點鏈接或廣播網路。
按照解碼或解碼器之不同具體例，從來源獲得位元流BF和/或F。舉例而言，位元流讀取自局部記憶體，例如視訊記憶體(604)、RAM(604)、ROM(603)、快閃記憶體(603)或硬碟(603)。在一變化例中，位元流是接收自儲存介面，例如與大量儲存器、RAM、ROM、快閃記憶體、光碟或磁性支援，和/或接收自通訊介面(605)，例如點對點鏈接介面、匯流排、點對多點鏈接或廣播網路。
按照不同具體例，裝置1300係構成實施就第1至4圖所述解碼方法，屬於包括下列之集合：‧移動裝置；‧通訊裝置；‧遊戲裝置；‧機上盒；‧電視機；‧平板(或平板電腦)；‧膝上型電腦；‧顯示器；‧解碼晶片。
上述各種製程和特點之實施，可以各種不同設備或應用，予以具體例。此等設備之實施例包含編碼器、解碼器、處理解碼器輸出之後處理器、提供輸入至編碼器之預處理器、視訊寫碼器、視訊解碼器、視訊寫解碼器、網站伺服器、機上盒、膝上型電腦、個人電腦、手機、PDA、以及處理圖像或視訊之任何其他裝置，或其他通訊裝置。須知，設備可為移動式，甚至安裝在移動載具上。
另外，方法可利用處理器進行之指令實施，此等指令(和/或實施產生之資料數值)，可儲存於電腦可讀式儲存媒體上。電腦可讀式儲存媒體可採取電腦可讀式程式製品之形式，在一項或多項電腦可讀式媒體內具體化，並且有在其上具體化之電腦可讀式程式碼，可利用電腦執行。於此使用電腦可讀式儲存媒體，考慮非暫態儲存媒體，賦予固有能力以儲存資訊，以及固有能力以提供復原其內資訊。電腦可讀式儲存媒體可例如但不限於電子、磁性、光學、電磁、紅外線或半導體系統、儀器或裝置，或前述任何適當組合。須知下列提供可應用本案原理的電腦可讀式儲存媒體之更特殊實施例，僅為說明用，並非一位通常技術專家全列無遺之表單：可攜式電腦磁片；硬碟；唯讀記憶體(ROM)；可抹除程式規劃唯讀記憶體(EPROM或快閃記憶體)；可攜式唯讀光碟記憶體(CD-ROM)；光學儲存裝置；磁性儲存裝置；或上述之任何適當組合。
指令可形成應用程式，在處理器可讀式媒體上有形具體化。
指令可例如呈硬體、韌體、軟體，或其組合式。指令可見於例如操作系統，分開應用，或二者組合式。所以，處理器之特徵可例如，一裝置構成進行製程，一裝置包含處理器可讀式媒體(諸如儲存裝置)，具有指令以進行製程。又，處理器可讀式媒體除指令外，可儲存實施產生之資料數值，或加以取代。
誠如技術專家所知，實施會產生各種訊號，經格式化以攜帶資訊，可例如加以儲存或傳送。資訊可包含例如進行方法之指令，或所述實施方法之一產生的資料。例如，訊號可經格式化，以攜帶讀寫所述具體例之語法做為資料，或攜帶由所述具體例書寫之實際語法數值做為資料。此等訊號可經格式化，例如做為電磁波(例如使用頻譜的射頻部份)，或基帶訊號。格式化可包含例如編碼資料流，並以編碼之資料流把載波格式化。訊號攜帶之資料，可例如為類比或數位資訊。訊號如眾所知，可傳送跨越各種不同有線或無線鏈路。訊號可儲存於處理器可讀式媒體上。
許多實施方式已說明如上。然而，須知可進行各種修飾。例如，不同實施方式之要件，可以組合、補充、修飾或刪除，以產生其他實施方式。此外，技術專家均知，所揭示之結構和製程可以改換其他，所得實施方式可進行和所揭示實施方式至少實質上同樣功能，以至少實質上同 樣方式，達成至少實質上同樣結果。因此，凡此和其他實施方式均為本案所構思。
400‧‧‧彩色圖像從至少一個位元流解碼之方法
420‧‧‧尋求解法之過程步驟

Claims (14)

  1. 一種彩色圖像從位元流解碼之方法，其特徵為包括：‧對從位元流所得亮度成份，應用非線性動態擴展函數，獲得擴展範圍亮度，做為第一成份，其中該非線性動態擴展函數，視已對彩色圖像編碼時所得原有亮度成份，應用動態縮減函數之反逆決定；‧計算第一成份決定值，和二個色度成份乘積的線性組合T算出的另一值，其差值之平方根，以及從位元流所得二個色度成份之平方值，獲得第二成份S；‧獲得彩色圖像之至少一個彩色成份，藉第二成份和二個色度成份線性組合，決定該至少一個彩色成份，至少由該第二成份和該二個色度成份加以解碼者。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中‧該第二成份S係由第一成份所決定值，與該線性組合T間差值之平方根算出，只要該值等於或大於該線性組合；‧否則，將該第二成份設定等於零，而該二色度成份則乘以共同因數F者。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中共同因數F係該第一成份對該線性組合平方根之比者。
  4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中共同因數F係該線性組合平方根之倒數者。
  5. 如申請專利範圍第2或3項之方法，其中該非線性動態擴展函數係已對彩色圖像編碼時所得原有亮度成份，應用動態縮減函數之反逆，而營該第一成份決定之該值，即等於該原有亮度成份者。
  6. 如申請專利範圍第1至4項之方法，其中‧該非線性動態擴展函數，為已對彩色圖像編碼時所得原影亮度成份，應用動態縮減函數反逆之平方根；‧該第一成份所決定之該值等於1；‧該獲得彩色圖像有待解碼之至少一彩色成份，包括該至少一彩色成份乘以該第一成份者。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中獲得二色度成份包括視第一成 份，以一因數標度各二色度成份者。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該標度包括在決定該線性組合T之前，二色度成份除以該第一成份者。
  9. 如申請專利範圍第7或8項之方法，其中該因數亦視原有亮度成份所得背光值而定者。
  10. 如申請專利範圍第6至9項之一項方法，其中第二成份係使用查索表決定者。
  11. 一種彩色圖像從位元流解碼之裝置，其特徵為，包括處理器，構成：‧對從位元流所得亮度成份，應用非線性動態擴展函數，獲得擴展範圍亮度，做為第一成份，其中該非線性動態擴展函數，視已對彩色圖像編碼時所得原有亮度成份，應用動態縮減函數之反逆決定；‧計算第一成份決定值，和二個色度成份乘積的線性組合T算出的另一值，其差值之平方根，以及從位元流所得二個色度成份之平方值，獲得第二成份S；‧獲得彩色圖像之至少一個彩色成份，藉第二成份和二個色度成份線性組合，決定該至少一個彩色成份，至少由該第二成份和該二個色度成份加以解碼者。
  12. 一種電腦程式製品，包括程式碼指令，當此程式在電腦上執行時，可執行申請專利範圍第1項之方法步驟者。
  13. 一種處理器可讀式媒體，儲存指令，可促使處理器進行至少申請專利範圍第1項之方法步驟者。
  14. 一種非暫態儲存媒體，帶有程式碼指令，當該程式在電腦裝置上執行時，可執行申請專利範圍第1至11項之一項方法步驟者。
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