[發(fā)明專利]改進(jìn)的HDR圖像編碼和解碼方法和設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380037397.5
• 申請日: 2013-07-01
• 公開（公告）號: CN104471939A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: M.J.W.梅坦斯
• 申請（專利權(quán)）人: 皇家飛利浦有限公司
• 主分類號: H04N19/46
• 分類號: H04N19/46;H04N19/30;H04N19/196;H04N19/17
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 蘇赫峰;景軍平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及與被稱為低動態(tài)范圍（LDR）圖像的遺留圖像相比具有增大的動態(tài)輝度（luminance）范圍的至少一個圖像或視頻的改進(jìn)的編碼的裝置和方法和得到的產(chǎn)品（例如數(shù)據(jù)儲存產(chǎn)品或例如存儲在存儲器中的編碼后的信號）。

背景技術(shù)

近來，圖像采集、顯示和特別是編碼已從所謂的低動態(tài)范圍（LDR）成像（例如類似PAL或MPEG2的經(jīng)典系統(tǒng)）改進(jìn)到所謂的高動態(tài)范圍成像（HDR）。傳感器現(xiàn)今具有較高的原生(native)信號電壓范圍（在飽和或至少給出最大允許像素電壓的場景輝度與最小值或替代的典型噪聲水平之間），或它們具有用于通過多個圖像（例如從具有不同敏感度的空間系統(tǒng)，或具有不同曝光設(shè)置的連續(xù)圖片）組成得到的圖像來延展該傳感器范圍的技術(shù)。利用LDR攝像機(jī)采集(capturing)的區(qū)別是這樣的LDR攝像機(jī)通常修剪和/或軟修剪一些區(qū)域，如在外部的明亮輝度變成白（那些存儲的編碼的LDR圖像像素的亮度（luma）Y為255），而HDR采集系統(tǒng)可合理地如實地采集在場景中的所有輝度。盡管這樣，但是怎么處理它們?nèi)匀皇莻€問題，即，如何針對例如在電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上的傳輸來對它們進(jìn)行編碼，并且如何在例如HDR顯示器上（如實地，或以優(yōu)選的方式，或至少可接受地）渲染它們，HDR顯示器具有比LDR顯示器的典型峰值明度更高的峰值明度（例如3000尼特，而不是100或500尼特）。

因為對圖片的渲染的外觀取決于很多變量，例如圖片中的內(nèi)容，所渲染于的顯示器的種類（例如其峰值明度）和觀看環(huán)境，通常所采集的原始傳感器圖片（其可以緊密相關(guān)于原始場景，但是絕對不與最終渲染環(huán)境有關(guān)，從而沒有關(guān)于人將如何看這兩個場景的信息）經(jīng)歷其像素顏色的轉(zhuǎn)換（其被稱為分級）。通常這可以是人分級員。例如，在電影制作中，可能難以精確地照亮房屋內(nèi)部（還給定了定時和定價約束），更不必說建立特殊灰度模式的雷云。場景照明組可以然后爭取近似正確的照明，其至少在所有地方建立“足夠”或“正確量”的光，并且可以定位實踐（例如如在桌上的蠟燭之類的氛圍照明（或模擬其的一些事物），霓虹燈等）。但是分級員然后在圖像處理軟件中對其進(jìn)行改進(jìn)，例如他可以畫出陽光，如同在實際場景中穿過窗戶落下那樣。

LDR編碼具有表征其的另一屬性。天真地，可能認(rèn)為LDR僅僅是其中亮度具有每像素8位代碼字（或當(dāng)然類似的實施例）的編碼，并且反之亦然，8位表示LDR。但是在理論上，可以對8位代碼的那些圖像陣列中的任意進(jìn)行編碼，從而可以至少在理論上對非常復(fù)雜的圖案進(jìn)行編碼，從而為什么HDR圖像不可以。

問題是（并且其部分是長歷史傳統(tǒng)的遺留）根據(jù)特定代碼映射函數(shù)將傳感器電壓（即場景輝度的線性表示）編碼為8位代碼字。這是簡單的、不太非線性單調(diào)和連續(xù)的函數(shù)，即伽馬2.2。理念是，經(jīng)由這樣的直接連接系統(tǒng)對采集、編碼和渲染的這一緊密鏈接將相當(dāng)于幾乎自動地正確做出分級。信號被直接施加到CRT顯示器的陰極，并且這是由于該CRT物理結(jié)構(gòu)才選擇伽馬2.2（其附帶地還給出合理的均勻精神性視覺明度范圍來利用）。如果僅存在單個類型的顯示器，其將正確地將驅(qū)動值渲染成輸出輝度，只要其被為LDR信號的驅(qū)動信號驅(qū)動。并且利用直接來自攝像機(jī)的補償伽馬（即大約1/2.2）對其進(jìn)行自動預(yù)分級。而且，如果在創(chuàng)建側(cè)的任何分級藝術(shù)家希望微調(diào)或改進(jìn)像素顏色，則他將在創(chuàng)建側(cè)的正好同一CRT上觀看信號時這么做，從而消費者家庭電視機(jī)將大約精確地給出相同渲染（除在觀看者上的環(huán)繞效果之外），因為其由同一校正的圖像驅(qū)動。

在任何情況下，該LDR編碼鏈用作閉合的規(guī)范，其中渲染和編碼（或分級）相當(dāng)于同一事情。現(xiàn)今，具有非常不同的顯示器（例如在家庭的LCD，用于在火車上觀看圖像內(nèi)容的Ipad、家庭投影儀和最近非常高明度的HDR顯示器）使得渲染或色域映射應(yīng)當(dāng)是完全與圖像編碼分離的階段成為必要，因為給定同一輸入圖像，這些顯示器將顯示出在它們的輸出外觀中的非常大的變化，這可能比期望的更加嚴(yán)重。

但是在任何情況下，在內(nèi)容創(chuàng)建側(cè)，例如在攝像機(jī)和編碼之間，在LDR系統(tǒng)中仍然遵循該緊密鏈接。盡管現(xiàn)代消費者攝像機(jī)（尤其是因為最近它們開始并入HDR功能）可使用比伽馬2.2更精密的代碼映射函數(shù)，它們?nèi)匀痪哂邢鄬︻愃频墓δ埽洳皇歉叨确蔷€性的，即不是如此不同使得我們不能利用線性分析逼近它們的數(shù)學(xué)行為的很多方面。