[发明专利]用于具有增强动态范围的超高清视频信号的向后兼容编码

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求以下申请的优先权：2013年1月2日提交的第61/748,411号的美国临时申请、2013年5月8日提交的第61/821,173号的美国临时申请；以及2013年9月26日提交的第61/882,773号的美国临时专利申请，所有这些申请的全部内容都通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及图像。更特别地，本发明的实施例涉及具有增强动态范围的高清信号的向后兼容的编码和解码。

背景技术

音频和视频压缩是多媒体内容的开发、存储、发布和消费中的关键组成部分。压缩方法的选择涉及编码效率、编码复杂度和延迟之间的权衡。随着处理能力对计算成本的比率增大，使得可以开发出允许更高效的压缩的更复杂的压缩技术。作为例子，在视频压缩中，来自国际标准组织(ISO)的运动图像专家组(MPEG)通过发布MPEG-2、MPEG-4(第2部分)和H.264/AVC(或MPEG-4，第10部分)编码标准来持续地改进最初的MPEG-1视频标准。

尽管H.264的压缩效率和成就，被称为高效率视频编码(HEVC)的新一代视频压缩技术现在正在开发之中。HEVC有望提供优于现有的H.264(也被称为AVC)标准的改进的压缩能力，关于HEVC的草稿可在B.Bross、W.-J.Han、G.J.Sullivan、J.-R.Ohm和T.Wiegand的“high efficiency video coding(HEVC)text specification draft 8”,ITU-T/ISO/IEC Joint Collaborative Team on Video Coding(JCT-VC)document JCTVC-J1003,July 2012中获得，该文献的全部内容通过引用并入本文，现有的H.264标准被发表为“Advanced Video Coding for generic audio-visual services”,ITU T Rec.H.264和ISO/IEC14496-10，该标准的全部内容通过引用并入本文。

视频信号可以用多个参数来表征，诸如位深、颜色空间、色域和分辨率。现代的电视和视频回放设备(例如，蓝光播放器)支持多种分辨率，包括标清(例如，720×480i)和高清(HD)(例如，1920×1080p)。超高清(UHD)是至少具有3,840×2,160分辨率(被称为4K UHD)并且具有高达7680×4320(被称为8K UHD)的选项的下一代分辨率格式。超高清还可以被称为Ultra HD、UHDTV或超高视觉。如本文中所使用的，UHD表示高于HD分辨率的任何分辨率。

视频信号的特性的另一方面是其动态范围。动态范围(DR)是图像中的强度(例如，亮度，luma)的范围(例如，从最黑暗的暗色到最明亮的亮色)。如本文中所使用的，术语“动态范围”(DR)可以与人类心理视觉系统(HVS)感知图像中的强度(例如，亮度，luma)的范围(例如，从最黑暗的暗色到最明亮的亮色)的能力相关。从这个意义上来说，DR与“参考场景的”强度相关。DR还可以与显示设备充分地或逼近地呈现具有特定广度的强度范围的能力相关。从这个意义上来说，DR与“参考显示器的”强度相关。除非特定意义在本文的描述中的任何地方被明确地指定具有特殊重要性，否则应推断该术语例如可互换地用于两者之中任何一种意义上。

如本文中所使用的，术语高动态范围(HDR)与跨越人类视觉系统(HVS)的14-15个数量级的DR广度相关。例如，(例如，从统计意义、生物计量意义或眼科意义中的一个或多个上来说)基本正常的适应性强的人具有跨越大约15个数量级的强度范围。具有适应性的人可以感知到少到仅少数几个光子的昏暗光源。然而，同样的这些人可以在沙漠中、在海中或者在雪中感知到正午的太阳的几乎令人痛苦地耀眼的强度(或者甚至望向太阳，但是短暂地望向太阳以防止伤害)。不过，该跨度可供“具有适应性的”人(例如，其HVS具有在其中进行重置和调整的时间段的那些人)使用。

相比之下，在其上人类可以同时感知到强度范围中的广泛广度的DR相对于HDR而言可能有所截断。如本文中所使用的，术语“增强动态范围”(EDR)、“视觉动态范围”或“可变动态范围”(VDR)可以单独地或者可互换地与HVS可同时感知的DR相关。如本文中所使用的，EDR可以与跨越5-6个数量级的DR相关。因此，虽然可能相对于真实的场景参考HDR而言有些窄，但是EDR却表示宽泛的DR广度。如本文中所使用的，术语“同时动态范围”可以与EDR相关。