TWI599230B - 高動態範圍訊號處理系統 - Google Patents

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TWI599230B
TWI599230B TW105124094A TW105124094A TWI599230B TW I599230 B TWI599230 B TW I599230B TW 105124094 A TW105124094 A TW 105124094A TW 105124094 A TW105124094 A TW 105124094A TW I599230 B TWI599230 B TW I599230B
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凌志 劉
袁錚
周朋
王晶
陳伍軍
曾偉民
志宏 蔡
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瑞昱半導體股份有限公司
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Description

高動態範圍訊號處理系統
本發明乃是關於一種高動態範圍(High Dynamic Range；HDR)視頻訊號處理系統與方法，特別是指一種可同時支援高動態範圍顯示裝置與標準動態範圍(Standard Dynamic Range；SDR)顯示裝置之具有低運算複雜度的高動態範圍訊號處理系統與方法。
以往，傳統顯示器多支援的是標準動態範圍訊號之顯示，然近來隨著科技發展，支援高動態範圍訊號之顯示的顯示器開始出現，舉例來說，支援ITU BT.2020規格下的HDR訊號格式之顯示裝置便是目前顯示色域極廣之高動態範圍顯示裝置。於是，在標準動態範圍與高動態範圍兩種顯示器規格並存的情況下，便時常需要將輸入訊號透過處理系統作轉換後才能讓使用者端的顯示裝置進行播放。
然而，特定之處理系統係對應於特定之顯示器規格。此外，高動態範圍訊號與標準動態範圍訊號兩者之間的轉換同時涉及色域空間、亮度與色度之間的運算，因此於轉換訊號的過程必須進行複雜度高的運算。
本發明實施例提供一種HDR訊號處理系統，同時支援HDR顯示裝置與SDR顯示裝置。HDR訊號處理系統包括前處理模組、 編碼模組、解碼模組與後處理模組。前處理模組接收第一線性HDR訊號，並將第一線性HDR訊號轉換為第一SDR訊號與第一映射訊號。編碼模組連接於前處理模組，接收並將第一SDR訊號與第一映射訊號編碼為位元流，以利訊號傳輸。解碼模組連接於編碼模組，接收並由位元流解碼出第一SDR訊號與第一映射訊號。後處理模組連接於解碼模組，接收並將由位元流解碼出之第一SDR訊號與第一映射訊號重建為第一線性HDR訊號。其中，解碼模組更連接SDR顯示裝置，並傳送第一SDR訊號至SDR顯示裝置以進行顯示，且後處理模組更連接HDR顯示裝置，並傳送第一線性HDR訊號至HDR顯示裝置以進行顯示。
本發明實施例另提供一種HDR訊號處理方法，適用於HDR訊號處理系統，其中此HDR訊號處理系統同時支援HDR顯示裝置與SDR顯示裝置。HDR訊號處理方法包括步驟如下：接收並將第一線性HDR訊號轉換為第一SDR訊號與第一映射訊號；接收並將第一SDR訊號與第一映射訊號編碼為位元流，以利訊號傳輸；接收並由位元流解碼出第一SDR訊號與第一映射訊號；以及接收並將由位元流解碼出之第一SDR訊號與第一映射訊號重建為第一線性HDR訊號。
綜上所述，本發明所提出之高動態範圍訊號處理系統與方法係將亮度與色度之運算分別進行，並使得將HDR訊號轉換至SDR訊號的訊算過程大大地簡化。再者，透過恆亮度單元，本發明所提出之高動態範圍訊號處理系統所輸出的HDR訊號係符合ITU BT.2020之影像訊號色域標準，可支援更高階的廣色域顯示裝置。除此之外，於將亮度與色度之運算分別進行的情況下，相較於輸入訊號，於輸出訊號中，原先的白點(White Point)依然可維持，且三個基本色度依然能維持其原色(Three Color Primaries)。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用 來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
100‧‧‧前處理模組
200‧‧‧編碼模組
300‧‧‧解碼模組
400‧‧‧後處理模組
110‧‧‧第一色域模組
111‧‧‧第一色域單元
112‧‧‧第一恆亮度轉換單元
120‧‧‧第一亮度模組
121‧‧‧線性反轉換單元
122‧‧‧第一亮度單元
130‧‧‧第一色度模組
131‧‧‧降採樣單元
132‧‧‧第二恆亮度反轉換單元
133‧‧‧第二亮度單元
134‧‧‧第一色度單元
410‧‧‧第二亮度模組
411‧‧‧第三亮度單元
412‧‧‧非線性轉換單元
420‧‧‧第二色度模組
421‧‧‧第二色度單元
422‧‧‧第二色域單元
423‧‧‧第三恆亮度轉換單元
424‧‧‧升採樣單元
430‧‧‧第四恆亮度反轉換單元
H1‧‧‧第一線性HDR訊號
H2‧‧‧第二線性HDR訊號
H3‧‧‧第三線性HDR訊號
S1‧‧‧第一SDR訊號
M1‧‧‧第一映射訊號
BS‧‧‧位元流
H’1‧‧‧第一非線性恆亮度HDR訊號
H1’1‧‧‧第一非線性HDR亮度訊號
H11‧‧‧第一線性HDR亮度訊號
Hc’1‧‧‧第一非線性HDR色度訊號
H’2‧‧‧第二非線性恆亮度HDR訊號
H1’2‧‧‧第二非線性HDR亮度訊號
H12‧‧‧第二線性HDR亮度訊號
Hc’2‧‧‧第二非線性HDR色度訊號
H13‧‧‧第三線性HDR亮度訊號
S11‧‧‧第一SDR亮度訊號
S12‧‧‧第二SDR亮度訊號
Sc1‧‧‧第一SDR色度訊號
Hc2‧‧‧第二線性HDR色度訊號
S100、S200、S300、S400‧‧‧步驟
S110、S120、S130、S140、S111、S112、S121、S122、S131、S132、S133、S134‧‧‧步驟
S410、S420、S411、S412、S421、S422、S423、S424、S425、S426‧‧‧步驟
圖1是本發明實施例中高動態範圍訊號處理系統的方塊圖。
圖2是本發明實施例中高動態範圍訊號處理系統之前處理模組的方塊圖。
圖3是本發明實施例中高動態範圍訊號處理系統之後處理模組的方塊圖。
圖4是本發明實施例中高動態範圍訊號處理方法的流程圖。
圖5是本發明實施例中高動態範圍訊號處理方法中前處理步驟的流程圖。
圖6是本發明實施例中高動態範圍訊號處理方法中後處理步驟的流程圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二元件而不偏離本發明概念之教示。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。
以下將以多種實施例配合圖式來說明所述高動態範圍訊號處 理系統與方法，然而，下述實施例並非用以限制本發明。
〔高動態範圍訊號處理系統的實施例〕
請參照圖1，圖1是本發明實施例中高動態範圍訊號處理系統的方塊圖。本發明實施例所提供之高動態範圍(High Dynamic Range；HDR)訊號處理系統不僅可支援HDR顯示裝置，同時亦可直接支援SDR顯示裝置，且可以低複雜度之運算來進行HDR訊號與SDR訊號之間的轉換。
如圖1所示，本發明實施例所提供之HDR訊號處理系統1包括前處理模組100、編碼模組200、解碼模組300與後處理模組400。當前處理模組100接收由外部訊號源所傳來的HDR訊號(於此將其定義為第一線性HDR訊號H1)時，本發明實施例所提供之HDR訊號處理系統1將先對所接收的第一線性HDR訊號H1進行前處理。於前處理過程中，前處理模組100先將第一線性HDR訊號H1轉換為第一SDR訊號S1與第一映射訊號M1，其中，第一映射訊號M1係為第一線性HDR訊號H1與第一SDR訊號S1之間的映射關係。
接著，連接於前處理模組100的編碼模組200接收並將第一SDR訊號S1與該第一映射訊號M1編碼為位元流BS(Bit Stream)，以利訊號傳輸。同時，編碼模組200連接於解碼模組300，解碼模組300接收由編碼模組200傳送之位元流後將其解碼出第一SDR訊號S1與第一映射訊號M1。須說明地是，本發明於此並不限制編碼模組200與解碼模組300之架構組態。此外，值得注意地是，若使用者端所配置的顯示裝置係為SDR顯示裝置，只要將此SDR顯示裝置連接解碼模組300便可直接地顯示此時解碼出的第一SDR訊號，而不需再作額外的訊號處理。
然而，若使用者端所配置的顯示裝置係為HDR顯示裝置，此時解碼出的第一SDR訊號與第一映射訊號M1便會被傳送至連接於解碼模組300之後處理模組400，由後處理模組400進行後處 理，以於後處理過程中將第一SDR訊號S1與第一映射訊號M1重建為第一線性HDR訊號H1，使得使用者端所配置的HDR顯示裝置能夠對第一線性HDR訊號H1進行顯示。
由此可知，於本實施例中，不論使用者端所配置之顯示裝置係為高動態範圍顯示裝置或是標準動態範圍顯示裝置，透過本實施例所提供之高動態範圍訊號處理系統1便可將訊號源所提供之高動態範圍訊號轉換為合適高動態範圍顯示裝置或是標準動態範圍顯示裝置的訊號格式來播放。
於接下來的敘述中，將進一步說明本實施例中前處理過程的工作原理。
於詳細地說明本實施例所提供之HDR訊號處理系統1所進行之前處理過程前，以下之敘述首先將進一步地描述執行前處理過程之前處理模組100的構造組態。
請參照圖2，圖2是本發明實施例中高動態範圍訊號處理系統之前處理模組的方塊圖。如圖2所示，前處理模組100包括第一色域模組110、第一亮度模組120與第一色度模組130。第一亮度模組120與第一色度模組130均連接於第一色域模組110。更詳細地說，第一色域模組110包括第一色域單元111與第一恆亮度轉換單元112。第一亮度模組120包括線性反轉換單元121與第一亮度單元122。第一色度模組130包括降採樣單元131、第二恆亮度反轉換單元132、第二亮度單元133與第一色度單元134。
承上述，當前處理模組100接收由外部訊號源所傳來的第一線性HDR訊號H1時，前處理模組100將先對所接收的第一線性HDR訊號H1進行前處理。於本實施例中，外部訊號源所提供之訊號係為色域空間為RGB且格式為4：4：4之線性HDR訊號，而為了支援SDR顯示裝置，前處理模組100會先將此HDR訊號轉換成訊號格式為YUV 4：2：0之SDR訊號。
進一步說明，於前處理過程中，第一色域模組110之第一色 域單元111接收第一線性HDR訊號H1後，即將第一線性HDR訊號H1中的RGB分量乘以矩陣A，以運算出線性亮度Y。更詳細地說，第一色域單元111透過矩陣A將第一線性HDR訊號H1之色域空間由RGB色域空間轉換至YUV色域空間，以得到線性亮度Y。
接著，第一色域模組110之第一恆亮度轉換單元112透過式(1)與式(2-1)至式(2-3)之運算將第一線性HDR訊號H1轉換為第一非線性恆亮度HDR訊號H’1。
其中，
其中，P B =0.7910,N B =-0.9702
P R =0.4969,N R =-0.8591
進一步說明，透過式(1)，第一恆亮度轉換單元112先將第一線性HDR訊號H1中R分量、G分量與B分量線性轉換為非線性之R’分量、G’分量與B’分量，並將前述之線性亮度Y線性轉換為非線性亮度Y’(將R、G、B、Y分別代入式(1)中的L，計算出的值分別即為R’、G’、B’、Y’)。接著，透過式(2-1)至式(2-3)，第一恆亮度轉換單元112運算出非線性色度U’(即式(2-2)中的C’BC)與非線性色度V’(即式(2-3)中的C’RC)，最後輸出包含非線性亮度Y’、非線性色度U’與非線性色度V’的第一非線性恆亮度HDR訊號H’1。
須說明地是，第一恆亮度轉換單元112所輸出的第一非線性恆亮度HDR訊號H’1包括第一非線性HDR亮度訊號Hl’1與第一非線性HDR色度訊號Hc’1，其中第一非線性恆亮度HDR訊號H’1即包含非線性亮度Y’、非線性色度U’與V’，第一非線性HDR亮度訊號Hl’1即包含非線性亮度Y’，第一非線性HDR色度訊號Hc’1即包含非線性色度U’與V’。同時，值得注意地是，式(2-1)至式(2-3)係為ITU BT.2020標準下，RGB域訊號轉換至YUV域訊號時的恆亮度(Constant Luminance)運算式，故可知，第一非線性恆亮度HDR訊號H’1係符合ITU BT.2020標準下恆亮度之訊號格式。
接著，前處理模組100將第一非線性恆亮度HDR訊號H’1中 的第一非線性HDR亮度訊號Hl’1與第一非線性HDR色度訊號Hc’1分別進行運算處理。
繼續參照圖2，首先關於亮度運算的部分，第一亮度模組120接收第一非線性HDR亮度訊號Hl’1，由第一亮度模組120之線性反轉換單元121將第一非線性HDR亮度訊號Hl’1轉換回第一線性HDR亮度訊號Hl1，以進行後續運算。
接下來，第一亮度單元122透過式(3)與式(4)將第一線性HDR亮度訊號Hl1轉換為第一SDR亮度訊號Sl1與第一映射訊號M1。
進一步說明，透過式(3)，第一亮度單元122先將第一線性HDR亮度訊號Hl1代入式(3)中的Y0以映射為式(3)中的亮度值Yt，其中，f係為控制式(3)之函數曲率的參數。接著透過式(4)，將此亮度值Yt量化為第一SDR亮度訊號Sl1，即式(4)中的亮度值Ys，其中，P係為式(3)中Y0的最大值，且N表示為第一SDR亮度訊號Sl1(即Ys)的信號位數，其典型值為8或10。同時，第一亮度單元122根據參數f，將第一線性HDR亮度訊號Hl1與第一SDR亮度訊號Sl1之間的映射關係轉換為第一映射訊號M1。
另一方面，關於色度運算的部分，已知訊號格式為YUV 4：2：0之SDR訊號與訊號格式為RGB 4：4：4之線性HDR訊號相比，兩者之色度訊號的解析度相差四倍，故第一色度模組130之降採樣單元131接收第一非線性恆亮度HDR訊號H1’後便將其轉換成格式為YUV 4：2：0的第二非線性恆亮度HDR訊號H’2，以利後續運算。
也就是說，經降採樣之第二非線性恆亮度HDR訊號H’2所包 括之第二非線性HDR亮度訊號Hl’2(非線性亮度Y’)與第二非線性HDR色度訊號Hc’2(非線性色度U’與V’)的解析度均為原先的四分之一，故於本實施例中，前處理過程裡色度運算的部分係於YUV 4：2：0的訊號格式下進行。如此一來，由於訊號解析度為原先的四分之一，前處理過程中的運算複雜度便因此大大地降低。
接著，第二恆亮度反轉換單元132接收經降採樣之第二非線性恆亮度HDR訊號H’2後，亦將第二非線性恆亮度HDR訊號H’2中的亮度部分與色度部分分別進行運算。詳細地說，關於亮度運算部分，第二恆亮度反轉換單元132將第二非線性恆亮度HDR訊號H’2中的第二非線性HDR亮度訊號Hl’2線性反轉換為第二線性HDR亮度訊號Hl2，並由第二亮度單元133接收第二線性HDR亮度訊號Hl2後，便透過前述式(4)將其轉換為第二SDR亮度訊號Sl2，此外，第二亮度單元133另計算出第二SDR亮度訊號Sl2與第二線性HDR亮度訊號Hl2之比值，以便於進行色度運算。
而另一方面，關於色度運算部分，第二恆亮度反轉換單元132將第二非線性HDR色度訊號Hc’2進行線性反轉換為第二線性HDR色度訊號Hc2後，更進一步將第二線性HDR色度訊號Hc2之色域空間由YUV轉換至RGB，以在後續運算中於RGB之色域空間進行訊號的色度轉換。
值得注意地是，第二恆亮度反轉換單元132對經降採樣之第二非線性恆亮度HDR訊號H’2所進行的運算實際上即為前述式(1)與式(2-1)至式(2-3)的反運算。換句話說，第二恆亮度反轉換單元132對經降採樣之第二非線性恆亮度HDR訊號H’2所進行的運算實際上即為第一恆亮度轉換單元112對第一線性HDR訊號H1所進行之運算的反運算。第一色度單元134接收第二SDR亮度訊號Sl2與第二線性HDR色度訊號Hc2後，先將第二線性HDR色度訊號Hc2乘以由第二亮度單元133所計算出的第二SDR亮度訊號Sl2與第二線性HDR亮度訊號Hl2之比值，以將其轉換為第一SDR色 度訊號Sc1。接著，第一色度單元134再透過前述之矩陣(A)將第一SDR色度訊號Sc1之色域空間由RGB轉換為YUV。
承上，經過前處理過程，前處理單元100係將第一線性HDR訊號轉換為第一SDR亮度訊號Sl1、第一映射訊號M1與第一SDR色度訊號Sc1，並將其輸入至編碼模組200，以由編碼模組200將第一SDR亮度訊號Sl1、第一映射訊號M1與第一SDR色度訊號Sc1編碼為利於訊號傳輸之位元流BS，其中，第一SDR亮度訊號Sl1與第一SDR色度訊號Sc1即為第一SDR訊號S1。
請同時參照圖1與圖3，圖3是本發明實施例中高動態範圍訊號處理系統之後處理模組的方塊圖。
首先，如圖1所示，包含第一SDR亮度訊號Sl1、第一映射訊號M1與第一SDR色度訊號Sc1之位元流BS傳送至解碼模組300以進行解碼。如圖3所示，解碼模組300將所接收之位元流BS解碼為第一SDR訊號S1、第一SDR亮度訊號Sl1與第一映射訊號M1。此時，由於第一SDR訊號S1即為格式為YUV 4：2：0之SDR訊號，故若使用者端所配置的顯示裝置係為目前常見之非恆亮度(Non-Constant Luminance)規格的SDR顯示裝置，解碼模組300即可將第一SDR訊號S1輸出至此SDR顯示裝置以進行顯示，而不需再作額外的訊號處理。然而，若使用者端所配置的顯示裝置係為恆亮度(Constant Luminance)規格的SDR顯示裝置或HDR顯示裝置，便須由後處理模組400接續地將由位元流BS所解碼出的第一SDR訊號S1、第一SDR亮度訊號Sl1與第一映射訊號M1進行後處理。
於接下來的敘述中，將進一步說明本實施例中後處理過程的工作原理。
於詳細地說明本實施例所提供之HDR訊號處理系統1所進行之後處理過程前，以下之敘述首先將進一步地描述執行後處理過程之後處理模組400的構造組態。
請參照圖3，圖3是本發明實施例中高動態範圍訊號處理系統之後處理模組的方塊圖。如圖3所示，後處理模組400包括第二亮度模組410、第二色度模組420與第四恆亮度反轉換單元430，其中，第二亮度模組410與第二色度模組420均連接於解碼模組300與第四恆亮度反轉換單元430之間。更詳細地說，第二亮度模組410包括第三亮度單元411與非線性轉換單元412，且第二色度模組420包括第二色度單元421、第二色域單元422、第三恆亮度轉換單元423與升採樣單元424。
同於前處理過程，於於本實施例之後處理過程中，後處理模組400亦將所接收之訊號中亮度部分與色度部分分別運算。也就是說，於後處理過程中，第一SDR亮度訊號Sl1與第一映射訊號M1係由第二亮度模組410進行運算，而第一SDR訊號S1係由第二色度模組420進行運算。
以下敘述將說明關於後處理過程中訊號之亮度部分的運算。首先，第二亮度模組410之第三亮度單元411根據第一映射訊號M1將第一SDR亮度訊號Sl1映射為第三線性HDR亮度訊號Hl3。接著，第三亮度單元411計算出第三線性HDR亮度訊號Hl3和第一SDR亮度訊號Sl1的比值，其中此比值也就是前述之前處理過程中第二線性HDR亮度訊號Hl2與第二SDR亮度訊號Sl2的比值。接著，第二亮度模組410之非線性轉換單元412便將第三線性HDR亮度訊號Hl3進行非線性轉換回前述前處理過程中的第二非線性HDR亮度訊號Hl’2。
另一方面，以下敘述將說明關於後處理過程中訊號之色度部分的運算。首先，第二色度模組420之第二色度單元421將所接收的第一SDR亮度訊號Sl1與第一SDR色度訊號Sc1均乘以第三線性HDR亮度訊號Hl3和第一SDR亮度訊號Sl1的比值，以將其轉換為第二線性HDR訊號H2。須說明地是，第三線性HDR亮度訊號Hl3和第一SDR亮度訊號Sl1的比值也就是前述前處理過程中 第二線性HDR亮度訊號Hl2與第二SDR亮度訊號Sl2的比值。
接著，第二色域單元422接收第二線性HDR訊號H2後，便將第二線性HDR訊號H2之色域空間透過前述矩陣(A)之反矩陣由YUV轉換至RGB，以於接續的運算中能在RGB之色域空間進行訊號的色度轉換。
第三恆亮度轉換單元423連接於第三亮度單元411與第二色域單元422，故第三恆亮度轉換單元423接收第三線性HDR亮度訊號Hl3，也接收色域空間轉換至RGB之第二線性HDR訊號H2。
於是，一方面，第三恆亮度轉換單元423將第二線性HDR訊號H2透過前述之式(2-1)至式(2-3)將其色域空間由RGB轉換至YUV，再將第三線性HDR亮度訊號Hl3與第二線性HDR訊號H2中的色度分量轉換為第三線性HDR訊號H3。
於此，第三線性HDR訊號H3係為YUV 4：2：0格式之HDR訊號，並且須說明地是，式(2-1)至式(2-3)係為ITU BT.2020標準下，RGB域訊號轉換至YUV域訊號時的恆亮度(Constant Luminance)運算式，故可知，第三線性HDR訊號H3係符合ITU BT.2020標準下恆亮度之訊號格式。此時，若使用者端可播放ITU BT.2020標準下恆亮度之YUV 4：2：0格式的HDR訊號，便可由第三恆亮度轉換單元423接收第三線性HDR訊號H3以進行顯示。
另一方面，第三恆亮度轉換單元423將第二線性HDR訊號H2之色域空間由RGB轉換至YUV之後，更進一步將第二線性HDR訊號H2線性轉換為第二非線性恆亮度HDR訊號H’2。接著，第三恆亮度轉換單元423將第二非線性恆亮度HDR訊號H’2中的第二非線性HDR色度訊號Hc’2傳送至升採樣單元424，以由升採樣單元424將第二非線性HDR色度訊號Hc’2之訊號格式由YUV 4：2：0轉換為YUV 4：4：4。
最後，第四恆亮度反轉換單元430接收訊號格式均為YUV 4：4：4之第二非線性HDR亮度訊號Hl’2與該第二非線性HDR色度 訊號Hc’2後，便將其透過式(2-1)至式(2-3)反運算以重建出訊號格式為RGB 4：4：4的第一線性HDR訊號H1。
於此，須說明地是，式(2-1)至式(2-3)係為ITU BT.2020標準下，RGB域訊號轉換至YUV域訊號時的恆亮度(Constant Luminance)運算式，故可知，重建出的第一線性HDR訊號H1係符合ITU BT.2020標準下恆亮度之訊號格式。此時，若使用者端可播放ITU BT.2020標準下恆亮度之RGB 4：4：4格式的HDR訊號，便可連接後處理模組400之第四恆亮度反轉換單元430以接收第一線性HDR訊號H1以進行顯示。
由此可知，透過本實施例所提供之高動態範圍訊號處理系統1，便可將訊號格式為RGB 4：4：4之HDR訊號轉換為格式為YUV 4：2：0之SDR訊號、YUV 4：2：0之非線性恆亮度HDR訊號與RGB 4：4：4之線性HDR訊號，以分別適用於現有的SDR顯示裝置或不同規格之HDR顯示裝置。
此外須說明地是，於本實施例所提供之高動態範圍訊號處理系統1中，雖然HDR訊號與SDR訊號之間的轉換均係將訊號之亮度部分與色度部分分別地作計算，但於運算過程中主要係以兩者之間的亮度訊號比值作為轉換係數，故實際上相較於輸入訊號，於輸出訊號中，原先白點(White Point)的部分依然可維持，且三個基本色依然能維持其原色(Three Color Primaries)。換句話說，於本實施例中，相較於訊號源所輸入的第一線性HDR訊號H1，於經重建後之第一線性HDR訊號H1中，原先沒有色度的部分(黑灰白的部分)依然可維持，且三個基本色依然能維持其原色(紅、綠、藍)。
〔高動態範圍訊號處理方法的實施例〕
請參照圖4，圖4是本發明實施例中高動態範圍訊號處理方法的流程圖。本例所述的方法可以以圖1所示的高動態範圍訊號處理1執行，因此請一併照圖1以利理解。
本實施例所提供之高動態範圍訊號處理方法之步驟如以下。 於步驟S100中，接收並將第一線性HDR訊號轉換為第一SDR訊號與第一映射訊號。於步驟S200中，接收並將第一SDR訊號與第一映射訊號編碼為位元流，以利訊號傳輸。接著，於步驟S300中，接收並由位元流解碼出第一SDR訊號與第一映射訊號。最後，於步驟S400中，接收並將由位元流解碼出之第一SDR訊號與第一映射訊號重建為第一線性HDR訊號。
進一步說明，前述之步驟S100係為本實施例所提供之高動態範圍訊號處理方法中的前處理步驟，且前述之步驟S400係為本實施例所提供之高動態範圍訊號處理方法中的後處理步驟。
請參照圖5，圖5是本發明實施例中高動態範圍訊號處理方法之前處理步驟的流程圖。本實施例所提供之高動態範圍訊號處理方法之前處理步驟S100包括以下步驟。
首先，於步驟S110中，接收並將第一線性HDR訊號轉換為第一非線性恆亮度HDR訊號，其中第一非線性恆亮度HDR訊號包括第一非線性HDR亮度訊號與第一非線性HDR色度訊號。進一步說明，步驟S110之詳細進行步驟又如以下。於步驟S111中，接收並將第一線性HDR訊號之色域空間轉換由RGB色域空間至YUV色域空間，接著於步驟S112中，接收並將第一線性HDR訊號轉換為第一非線性恆亮度HDR訊號。
於步驟S110後即進入步驟S120，於步驟S120中，接收並將第一非線性恆亮度HDR訊號中的第一非線性HDR亮度訊號轉換為第一SDR亮度訊號與第一映射訊號。進一步說明，步驟S120之詳細進行步驟又如以下。於步驟S121中，接收並將第一非線性恆亮度HDR訊號中的第一非線性HDR亮度訊號轉換為第一線性HDR亮度訊號。接著於步驟S122中，接收並將第一線性HDR亮度訊號轉換為第一SDR亮度訊號與第一映射訊號。
最後，於步驟S120後即進入步驟S130，於步驟S130中，接收並將第一非線性恆亮度HDR訊號中的第一非線性HDR色度訊 號轉換為第一SDR色度訊號，其中，第一SDR色度訊號之解析度為第一SDR亮度訊號之解析度的四分之一。進一步說明，步驟S130之詳細進行步驟又如以下。於步驟S131中，接收並將第一非線性恆亮度HDR訊號轉換為第二非線性恆亮度HDR訊號，其中第二非線性恆亮度HDR訊號之訊號格式為YUV 4：2：0。於步驟S132中，接收第二非線性恆亮度HDR訊號，經運算後輸出第二線性HDR亮度訊號與第二線性HDR色度訊號，其中第二線性HDR色度訊號之色域空間係為RGB色域空間。接著於步驟S133中，接收並將第二線性HDR亮度訊號轉換為第二SDR亮度訊號。最後於步驟S134中，接收並將第二SDR亮度訊號與第二線性HDR色度訊號轉換為第一SDR色度訊號。
接下來請參照圖6，圖6是本發明實施例中高動態範圍訊號處理方法之後處理步驟的流程圖。本實施例所提供之高動態範圍訊號處理方法之後處理步驟S400包括以下步驟。
首先，於步驟S410中，接收並將第一SDR亮度訊號與第一映射訊號轉換為第二非線性HDR亮度訊號。進一步說明，步驟S410之詳細進行步驟又如以下。於步驟S411中，接收並將第一SDR亮度訊號與第一映射訊號轉換為第三線性HDR亮度訊號。接著於步驟S412中，接收並將第三線性HDR亮度訊號轉換為第二非線性HDR亮度訊號。
接著，於步驟S410後即進入步驟S420。於步驟S420中，接收並將第一SDR色度訊號轉換為第二非線性HDR色度訊號。進一步說明，步驟S420之詳細進行步驟又如以下。於步驟S421中，接收並將第一SDR亮度訊號、第一映射訊號與第一SDR色度訊號轉換為第二線性HDR訊號。於步驟S422中，接收並將第二線性HDR訊號之色域空間由YUV色域空間轉換至RGB色域空間。
於步驟S422後，一方面進入步驟S423，接收第三線性HDR亮度訊號與第二線性HDR訊號後，將第二線性HDR訊號之色域 空間由RGB色域空間轉換至YUV色域空間，並將第二線性HDR訊號與第三線性HDR亮度訊號轉換為第三線性HDR訊號。
此時，若使用者端可播放ITU BT.2020標準下恆亮度之YUV 4：2：0格式的HDR訊號，便可接收第三線性HDR訊號H3以進行顯示。
另一方面，於步驟S422後進入步驟S424，接收並將第三線性HDR亮度訊號與第二線性HDR訊號轉換為第二非線性恆亮度HDR訊號，其中第二非線性恆亮度HDR訊號之色域空間係為YUV色域空間且包括第二非線性HDR色度訊號。接著，於步驟S425中，接收並將第二非線性HDR色度訊號之解析度提升為原來的四倍。最後，於步驟S426中，將第二非線性HDR亮度訊號與第二非線性HDR色度訊號重建為第一線性HDR訊號。
此時，若使用者端可播放ITU BT.2020標準下恆亮度之RGB 4：4：4格式的HDR訊號，便可接收第一線性HDR訊號H1以進行顯示。
於此須說明地是，關於高動態範圍訊號處理方法與其中之前處理過程和後處理過程之各步驟的相關細節在上述圖1至圖3所繪示之實施例已詳細說明，在此恕不贅述。
除此之外，圖4至圖6所繪示之實施例之各步驟僅為方便說明之須要，本發明實施例並不以各步驟彼此間的順序作為實施本發明各個實施例的限制條件。
〔實施例的可能功效〕
綜上所述，本發明所提出之高動態範圍訊號處理系統與方法係將亮度與色度之運算分別進行，使得將HDR訊號轉換至SDR訊號的訊算過程大大地簡化。再者，透過恆亮度單元，本發明所提出之高動態範圍訊號處理系統所輸出的HDR訊號係符合ITU BT.2020之影像訊號色域標準，可支援更高階的廣色域顯示裝置。除此之外，於將亮度與色度之運算分別進行的情況下，相較於輸 入訊號，於輸出訊號中，原先的白點(White Point)依然可維持，且三個基本色度依然能維持其原色(Three Color Primaries)。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
100‧‧‧前處理模組
200‧‧‧編碼模組
300‧‧‧解碼模組
400‧‧‧後處理模組
H1‧‧‧第一線性HDR訊號
S1‧‧‧第一SDR訊號
M1‧‧‧第一映射訊號
BS‧‧‧位元流

Claims (10)

  1. 一種HDR訊號處理系統，包括：一前處理模組，接收一第一線性HDR訊號，並將該第一線性HDR訊號轉換為一第一SDR訊號與一第一映射訊號，包括：一第一色域模組，接收並將該第一線性HDR訊號轉換為一第一非線性恆亮度HDR訊號，其中該第一非線性恆亮度HDR訊號包括一第一非線性HDR亮度訊號與一第一非線性HDR色度訊號；一編碼模組，連接於該前處理模組，接收並將該第一SDR訊號與該第一映射訊號編碼為一位元流，以利訊號傳輸；一解碼模組，連接於該編碼模組，接收並由該位元流解碼出該第一SDR訊號與該第一映射訊號；以及一後處理模組，連接於該解碼模組，接收並將由該位元流解碼出之該第一SDR訊號與該第一映射訊號重建為該第一線性HDR訊號；其中，該解碼模組更連接一SDR顯示裝置，並傳送該第一SDR訊號至該SDR顯示裝置以進行顯示，且該後處理模組更連接一HDR顯示裝置，並傳送經重建之該第一線性HDR訊號至該HDR顯示裝置以進行顯示。
  2. 如請求項1所述的HDR訊號處理系統，其中該前處理模組包括：一第一亮度模組，連接於該第一色域模組，接收並將該第一非線性恆亮度HDR訊號中的該第一非線性HDR亮度訊號映射為一第一SDR亮度訊號與該第一映射訊號；以及一第一色度模組，連接於該第一色域模組，接收並將該第一非線性恆亮度HDR訊號中的該第一非線性HDR亮度訊號與該第一非線性HDR色度訊號轉換為一第一SDR色度訊號； 其中，該第一SDR色度訊號之解析度為該第一SDR亮度訊號之解析度的四分之一。
  3. 如請求項2所述的HDR訊號處理系統，其中該編碼模組接收並將該第一SDR亮度訊號、該第一映射訊號與該第一SDR色度訊號編碼為該位元流，以利訊號傳輸；且其中該解碼模組接收並由該位元流解碼出該第一SDR亮度訊號、該第一映射訊號與該第一SDR色度訊號。
  4. 如請求項3所述的HDR訊號處理系統，其中該後處理模組包括：一第二亮度模組，連接於該解碼模組，接收並將該第一SDR亮度訊號與該第一映射訊號轉換為一第二非線性HDR亮度訊號；一第二色度模組，連接於該解碼模組，接收並將該第一SDR色度訊號轉換為一第二非線性HDR色度訊號；以及一第四恆亮度反轉換單元，連接於該第二亮度模組與該第二色度模組，接收並將該第二非線性HDR亮度訊號與該第二非線性HDR色度訊號重建為該第一線性HDR訊號。
  5. 如請求項2所述的HDR訊號處理系統，其中該第一色域模組包括：一第一色域單元，接收並將該第一線性HDR訊號之色域空間由RGB色域空間轉換至YUV色域空間；以及一第一恆亮度轉換單元，連接於該第一色域單元，接收並將該第一線性HDR訊號轉換為該第一非線性恆亮度HDR訊號。
  6. 如請求項5所述的HDR訊號處理系統，其中該第一亮度模組包括：一線性反轉換單元，連接於該第一恒亮度轉換單元，接收 並將該第一非線性恆亮度HDR訊號中的該第一非線性HDR亮度訊號轉換為一第一線性HDR亮度訊號；以及一第一亮度單元，連接於該線性反轉換單元，接收並將該第一線性HDR亮度訊號映射為該第一SDR亮度訊號與該第一映射訊號。
  7. 如請求項5所述的HDR訊號處理系統，其中該第一色度模組包括：一降採樣單元，連接於該第一恒亮度轉換單元，接收並將該第一非線性恆亮度HDR訊號轉換為一第二非線性恆亮度HDR訊號，其中該第二非線性恆亮度HDR訊號之訊號格式為YUV 4：2：0；一第二恆亮度反轉換單元，連接於該降採樣單元，接收該第二非線性恆亮度HDR訊號，經運算後輸出一第二線性HDR亮度訊號與一第二線性HDR色度訊號，其中該第二線性HDR色度訊號之色域空間係為RGB色域空間；一第二亮度單元，連接於該第二恒亮度反轉換單元，接收並將該第二線性HDR亮度訊號映射為一第二SDR亮度訊號，且計算出該第二SDR亮度訊號與該第二線性HDR亮度訊號之比值；以及一第一色度單元，連接於該第二恒亮度反轉換單元與該第二亮度單元，接收並將該第二線性HDR色度訊號乘以該第二SDR亮度訊號與該第二線性HDR亮度訊號之比值，以計算出該第一SDR色度訊號。
  8. 如請求項4所述的HDR訊號處理系統，其中該第二亮度模組包括：一第三亮度單元，連接於該解碼模組，接收並根據該第一映射訊號將該第一SDR亮度訊號映射為一第三線性HDR亮度訊號，並計算出該第三線性HDR亮度訊號和該第一SDR亮度 訊號之比值；以及一非線性轉換單元，連接於該第三亮度單元，接收並將該第三線性HDR亮度訊號轉換為該第二非線性HDR亮度訊號。
  9. 如請求項8所述的HDR訊號處理系統，其中該第二色度模組包括：一第二色度單元，連接於該解碼模組，接收該第一SDR訊號後，將該第一SDR訊號中的該第一SDR亮度訊號與該第一SDR色度訊號均乘以該第三線性HDR亮度訊號和該第一SDR亮度訊號之比值後轉換為一第二線性HDR訊號；一第二色域單元，連接於該第二色度單元，接收並將該第二線性HDR訊號之色域空間由YUV色域空間轉換至RGB色域空間；一第三恆亮度轉換單元，連接於該第三亮度單元與該第二色域單元，接收並將該第三線性HDR亮度訊號與該第二線性HDR訊號轉換為一第二非線性恆亮度HDR訊號，其中該第二非線性恆亮度HDR訊號之色域空間係為YUV色域空間且包括一第二非線性HDR色度訊號；以及一升採樣單元，連接於該第三恆亮度轉換單元，接收並將該第二非線性HDR色度訊號之解析度提升為原來的四倍；其中，該第二非線性HDR亮度訊號與該第二非線性HDR色度訊號由該第四恆亮度反轉換單元重建為該第一線性HDR訊號。
  10. 如請求項9所述的HDR訊號處理系統，其中該第三恆亮度轉換單元將所接收之該第二線性HDR訊號的色域空間由RGB色域空間轉換至YUV色域空間，並將該第二線性HDR訊號與該第三線性HDR亮度訊號轉換為一第三線性HDR訊號。
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