[发明专利]用于高动态范围信号的信号整形

说明书

在对在可能与传统颜色空间不兼容的宽色域(WCG)空间中编码的高动态范围图像进行解码时改进向后兼容性的方法中，对于传统颜色空间(比如，YCbCr‑伽玛)和优选的WCG颜色空间(比如，IPT‑PQ)二者计算图像数据库中的图像的色相和/或饱和度值。基于成本函数，计算整形后的颜色空间，使得传统颜色空间中的色相值与优选颜色空间中的旋转后的色相值之间的距离最小化。HDR图像在整形后的颜色空间中被编码。传统设备仍然可以假设它们在传统颜色空间中被编码而解码标准动态范围图像，而更新的设备可以使用颜色整形信息以全动态范围在优选颜色空间中对HDR图像进行解码。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年3月1日提交的美国临时申请序列No.62/302073、于2016年2月25日提交的No.62/300012、于2016年1月13日提交的No.62/278362、于2015年8月10日提交的No.62/202980以及于2015年8月4日提交的No.62/200797的优先权，这些申请中的每一个通过引用整体上并入本文。

技术领域

本发明大体上涉及图像。更具体地，本发明的实施例涉及具有高动态范围的图像的信号整形，以改进向后兼容性。

背景技术

如本文所使用的，术语“动态范围”(DR)可以涉及人类视觉系统(HVS)感知图像中的强度(例如，辉度(luminance)，亮度(luma))范围(例如从最暗的深色(黑色)到最明亮的白色(即，高亮))的能力。在这个意义上，DR涉及“场景参考”的强度。DR还可以涉及显示设备充分或近似地渲染特定广度的强度范围的能力。在这个意义上，DR涉及“显示器参考”的强度。除非在本文的描述中的任何点明确地指定特定意义具有特定的含义(significance)，否则应当推断该术语可以在任一意义上(例如，可互换地)使用。

如本文所使用的，术语高动态范围(HDR)涉及跨越人类视觉系统(HVS)的大约14-15个数量级的DR广度。在实践中，人类可以在其上同时感知强度范围中广泛宽度的DR可以相对于HDR稍微被截断。如本文所使用的，术语增强动态范围(EDR)或视觉动态范围(VDR)可以单独或可互换地涉及在场景或图像中能够由包括眼睛移动在内的人类视觉系统(HVS)感知的DR，从而允许场景或图像上的一些光适应改变。如本文所使用的，EDR可以涉及跨越5至6个数量级的DR。因此，虽然相对于真正场景参考的HDR可能稍微较窄，但是EDR仍然表示宽DR广度并且也可以被称为HDR。

在实践中，图像包括一个或多个颜色分量(例如，亮度Y以及色度Cb和Cr)，其中每个颜色分量由每像素n位的精度(例如，n＝8)表示。通过使用线性辉度编码，其中n≤8的图像(例如，彩色24位JPEG图像)被认为是标准动态范围的图像，而n8的图像可以被认为是增强动态范围的图像。还可以使用高精度(例如，16位)浮点格式(诸如由Industrial Lightand Magic开发的OpenEXR文件格式)来存储和分发EDR和HDR图像。

给定视频流，关于其编码参数的信息通常作为元数据嵌入在位流中。如本文所使用的，术语“元数据”涉及作为编码位流的一部分被发送并且协助解码器渲染解码的图像的任何辅助信息。这种元数据可以包括但不限于如本文所述的颜色空间或色域信息、参考显示参数和辅助信号参数。

大多数消费者桌面显示器目前支持200至300cd/m²或尼特(nit)的辉度。大多数消费者的HDTV的范围是从300到500尼特，新型号达到1000尼特(cd/m²)。因此，这种常规显示器代表相对于HDR或EDR的较低动态范围(LDR)，也称为标准动态范围(SDR)。随着HDR内容的可用性由于捕获装备(例如，相机)和HDR显示器(例如，来自杜比实验室的PRM-4200专业参考监视器)的进步而增加，HDR内容可以被颜色分级并显示在支持较高动态范围(例如，从1000尼特到5000尼特或更多)的HDR显示器上。一般地，并非限制，本公开的方法涉及高于SDR的任何动态范围。如发明人在这里认识到的那样，期望对于高动态范围图像的编码的改进技术。