[发明专利]用于具有编码效率约束的HDR视频的颜色变换

说明书

使用基于标准的RGB到YCbCr颜色变换，在一组编解码效率约束下得到新的RGB到YCC 3×3变换矩阵和3×1偏移向量。新的RGB到YCC 3×3变换包括光亮度缩放因子和2×2色度子矩阵，这保留了基于标准的RGB到YCbCr变换的能量，同时维持或提高了编解码效率。它还增加了对流式传输视频应用中的授权机制或水印机制的支持。还提供了使用利用图像整形的新的颜色变换的示例。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年10月14日提交的美国临时专利申请号63/091,436以及于2020年10月14日提交的欧洲专利申请号20201683.8的优先权，该专利申请均通过援引以其全文并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及图像。更具体地，本发明的实施例涉及用于具有编码效率约束的高动态范围(HDR)视频的颜色变换和处理。

背景技术

如本文所使用的，术语“动态范围(DR)”可以与人类视觉系统(HVS)感知图像中的强度(例如，光亮度(luminance)、亮度(luma))范围的能力有关，该强度范围例如是从最暗的灰色(黑色)到最亮的白色(高光)。从这个意义上说，DR与“参考场景的(scene-referred)”强度有关。DR还可以涉及显示设备充分或近似渲染特定阔度(breadth)的强度范围的能力。从这个意义上说，DR与“参考显示的(display-referred)”强度有关。除非在本文的描述中的任何一点明确指定特定的意义具有特定的意思，否则应该推断为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14至15个数量级的DR阔度。实际上，相对于HDR，人类可以同时感知强度范围中的广泛阔度的DR可能会被稍微截短。如本文所使用的，术语视觉动态范围(VDR)或增强动态范围(EDR)可以单独地或可互换地与这种DR有关：该DR可在场景或图像内由包括眼运动的人类视觉系统(HVS)感知，从而允许场景或图像上的一些光适性变化。如本文所使用的，VDR可以与跨越5至6个数量级的DR有关。因此，虽然相对于参考真实场景的HDR可能稍微窄一些，但VDR或EDR可以代表宽DR阔度并且也可以被称为HDR。

实际上，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位的精度表示(例如，n＝8)。例如，使用伽马光亮度编码，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，而其中n≥10的图像可以被认为是增强动态范围的图像。HDR图像还可以使用如由工业光魔公司(Industrial Light andMagic)开发的OpenEXR文件格式等高精度(例如，16位)浮点格式来存储和分发。

大多数消费类桌面显示器目前支持200到300cd/m²或尼特的光亮度。大多数消费类HDTV的范围为300到500尼特，其中，新型号达到1,000尼特(cd/m²)。因此，这样的传统显示器代表了相对于HDR的较低动态范围(LDR)，也被称为标准动态范围(SDR)。随着HDR内容的可用性由于捕获设备(例如，相机)和HDR显示器(例如，杜比实验室的PRM-4200专业参考监视器)两者的发展而提高，HDR内容可以被颜色分级并被显示在支持更高动态范围(例如，从1,000尼特到5,000尼特或更高)的HDR显示器上。

如本文所使用的，术语“前向整形(forward reshaping)”表示数字图像从其原始位深度和原始码字分布或表示(例如，伽马、PQ、HLG等)到相同或不同位深度和不同码字分布或表示的图像的样本到样本映射或码字到码字映射的过程。整形允许以固定的比特率改善可压缩性或改善图像质量。例如，非限制性地，可以将整形应用于10位或12位PQ编解码的HDR视频，以提高10位视频编码架构中的编码效率。在接收器中，在对接收到的信号(该信号可能经历也可能未经历整形)进行解压缩之后，接收器可以应用“逆(或后向)整形函数”以将信号恢复为其原始码字分布和/或实现更高的动态范围。