[发明专利]高动态范围视频自适应预处理方法

说明书

本发明公开了一种高动态范围视频自适应预处理方法，首先计算每帧的各通道的最大、最小实际亮度值各自对应的量化亮度值，得到未使用的整型量化数据个数；接着去重统计各通道中落于所划分的32个各实际亮度间隔内的实际亮度值个数，以此为依据将未使用的整型量化数据优先分配给容易造成视觉产生对比度失真区域所在的实际亮度间隔；然后在确定最终分配给各实际亮度间隔的整型量化数据个数后计算各实际亮度间隔的最大、最小实际亮度值，进而对各通道中的每个像素点进行映射完成预处理；优点是能解决HDR视频非向后兼容编码框架中采用PQ曲线从16bit浮点型数据到10bit整型数据的转换过程中造成的HDR视频编码性能下降的问题。

技术领域

本发明涉及一种高动态范围视频信号处理技术，尤其是涉及一种高动态范围视频自适应预处理方法。

背景技术

随着高动态范围(High Dynamic Range，HDR)视频/图像技术的不断发展，显示设备能够呈现出更加丰富的对比度以及更高动态范围的亮度和色度信息，给人们带来了更加逼近真实的光影效果的视觉体验。高动态范围视频/图像的采集、存储、压缩、传输等方面的问题已成为了研究热点，不同于低动态范围(Low Dynamic Range，LDR)视频/图像采用8bit整型数据来表示单个通道的每个像素，高动态范围视频/图像采用16bit或32bit浮点型数据来表示单个通道的每个像素，所表示的亮度值能够以较高的精度覆盖人类视觉所能感知的动态范围，然而更高位深的数据造成了视频数据量的成倍增加。动态图像专家组(MovingPicture Experts Group，MPEG)通过对HEVC(High Efficiency Video Coding)扩展实现了对更高位深的视频信号的压缩，但改进的HEVC平台并不兼容对浮点型数据格式的视频信号进行压缩，所以必须对浮点型数据格式的高动态范围视频信号进行预处理，将浮点型数据量化为满足HEVC平台所兼容位深的整型数据。

位深是限制整型数据格式的视频信号的动态范围的主要因素，用于HEVC编码的整型数据所表示的量化亮度值，需要满足相邻量化亮度值的间隔不能高于视觉的感知阈值。Miller等人采用追踪各条曲线峰值的方法建立了恰可察觉失真(Just NoticeableDifference，JND)模型，并进一步改进得到了感知量化(Perceptual Quantizer，PQ)曲线作为高动态范围视频信号的光电转换函数(EOTF)，PQ曲线能够实现将10^-6～10⁴nit范围的实际亮度值量化到10bit位深的量化亮度值(“实际亮度值”表示10^-6～10⁴nit范围的以浮点型数据存储的亮度值，“量化亮度值”表示以0、1、2、……、1024整型数据存储的亮度值)。PQ曲线因为量化精度的限制所呈现的对比度阈值较高，2014年，国际电影和电视工程师协会(SMPTE)把PQ曲线作为感知量化的标准，从而实现了对高动态范围视频信号的编码并进行端到端的传输。2015年，MPEG针对扩展的HEVC标准使之兼容对高动态范围和宽色域(WideColor Gamut，WCG)视频信号的编码发出了征集草案，草案中提出的基于感知转换函数(Perceptual Transformation Function，PTF)的非向后兼容的高动态范围视频编码框架，同样把PQ曲线作为高动态范围视频感知量化的转换函数。随着显示技术的不断发展，现有的高动态范围显示器的实际亮度峰值已接近10⁴nit，即PQ曲线所能支持的最大实际亮度值。

但是，并不是每个高动态范围视频场景的实际亮度值都能覆盖如此大的动态范围，从10^-6nit～10⁴nit。量化的过程必然会造成一部分整型数据的浪费；而且，从浮点型数据到整型数据的转换也会造成HDR视频帧空域量化失真，导致高动态范围视频信号在压缩传输过程中带来非编码器引起的质量下降。因此，有必要研究一种先对高动态范围视频信号进行处理使之更加符合PQ曲线的量化性能，进而在高动态范围视频信号编码中提高性能的方法。

发明内容