用于對hdr圖像進行編碼和解碼的方法和裝置的制造方法
【專利摘要】為了對高動態范圍(HDR)圖像進行編碼，HDR圖像可以通過色調映射操作被轉換為低動態范圍(LDR)圖像，并且LDR圖像可以用LDR編碼器進行編碼。本原理在設計色調映射曲線時構建了速率失真最小化問題。特別地，色調映射曲線被構建為要被編碼的HDR圖像的概率分布函數以及基于編碼參數的拉格朗日乘數的函數。在解碼器處，基于表示色調映射函數的參數，可以從經解碼的LDR圖像中導出逆色調映射函數以重構HDR圖像。
【專利說明】
用于對HDR圖像進行編碼和解碼的方法和裝置
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2014年2月26日遞交的、歐洲申請號14305266以及于2014年4月1日 遞交的、歐洲申請號14305480的權益，其全部內容通過引用被結合于此。
技術領域
[0003] 本發明涉及用于對高動態范圍(HDR)圖像和視頻進行編碼和解碼的方法和裝置。
【背景技術】
[0004] 用于壓縮圖像序列的工具經常被設計用以編碼具有有限動態范圍的整數數據。例 如，壓縮標準（比如，MPEG-4AVC/H. 264和HEVC(高效視頻編碼））可以被用來壓縮顏色分量由 8位整數表示的圖像和視頻。在這些標準的拓展版本中，可以將具有更高位深度的數據作為 輸入。例如，在HEVC的范圍擴展版本中，支持上限為16位的位深度。高位深度擴展可能需要 增加的實現方式和計算開銷。然而，針對諸如3D計算機圖形之類的一些應用，還存在位深度 高于16位的圖像類型。
[0005] 用于對高位深度圖像進行編碼的替換解決方案是對HDR圖像應用色調映射算子 (TMO)以減小位深度并生成HDR圖像的低動態范圍（LDR)版本。低位深度編碼器然后可以被 用于壓縮LDR版本。在該方法中，TMO通常是可逆的，并且逆色調映射應該為解碼器所知。在 Z .Mai等人所著的、題為 "On-the-Fly Tone Mapping for Backward-Compatible High Dynamic Range Image/Video Compression(針對反向兼容高動態范圍圖像/視頻壓縮的即 時色調映射)"（ISCAS 2010)的文章中描述了該方法的示例，其定義了將由色調映射和編碼 器誤差所引起的數據丟失最小化的色調映射曲線。

【發明內容】

[0006] 本原理提供了一種用于對HDR圖像進行解碼的方法，該方法包括:訪問包括HDR圖 像的比特流;從比特流解碼出低動態范圍（LDR)圖像;從比特流訪問信息，所訪問的信息包 括用于對LDR圖像進行編碼的參數；以及響應于所訪問的參數來從LDR圖像生成HDR圖像，如 下所述。本原理還提供了用于執行這些步驟的裝置。
[0007] 本原理還提供了一種用于對HDR圖像進行編碼的方法，包括：響應于HDR圖像和至 少一個編碼參數來確定色調映射函數；響應于色調映射函數來從HDR圖像確定LDR圖像；以 及對所確定的LDR圖像和表示所確定的色調映射函數的信息進行編碼，其中至少一個編碼 參數被用于對LDR圖像進行編碼，如下所述。本原理還提供了用于執行這些步驟的裝置。
[0008] 本原理還提供了一種計算機可讀存儲介質，該計算機可讀存儲介質在其上存儲了 用于根據以上所描述的方法對HDR圖像進行編碼或解碼的指令。
[0009] 本原理還提供了一種計算機可讀存儲介質，該計算機可讀存儲介質在其上存儲了 根據以上所描述的方法所生成的比特流。
【附圖說明】
[0010]圖1是根據本原理的實施例描繪壓縮方案的示例性數學模型的圖。
[0011]圖2是根據本原理的實施例描繪使用色調映射來對HDR圖像進行編碼的示例性方 案的圖。
[0012] 圖3A-3C分別是根據本原理的實施例描繪直方圖的圖示示例，描繪針對圖3A中的 直方圖利用期望值最大化擬合的高斯混合模型(GMM)的圖示示例，以及描繪以100為間隔所 計算的概率分布函數的圖示示例。
[0013] 圖4是描繪用于通過改變A(Iambda)值和QP參數來對HDR圖像進行編碼的速率失真 結果的示意圖。
[0014] 圖5是根據本原理的實施例描繪使用逆色調映射來對HDR圖像進行解碼的示例性 方案的圖。
[00? 5]圖6A示出了圖像"P6niches"，圖6B示出了針對圖像"P6niches"的所估算的概率分 布函數，圖6C和圖6D分別示出了當QP = 0時的色調映射LUT和逆色調映射LUT，圖6E和圖6F分 別示出了當QP = 16時的色調映射LUT和逆色調映射LUT，以及圖6G和圖6H分別示出了當QP = 3 2時的色調映射LUT和逆色調映射LUT。
[00?6]圖7A示出了圖像"MongoIf igre"，圖7B示出了針對圖像"MongoIf igre"的所估算的 概率分布函數，圖7C和圖7D分別示出了當QP = 0時的色調映射LUT和逆色調映射LUT，圖7E和 圖7F分別示出了當QP = 16時的色調映射LUT和逆色調映射LUT，以及圖7G和圖7H分別示出了 當QP = 3 2時的色調映射LUT和逆色調映射LUT。
[0017]圖8是根據本原理的實施例描繪用于對HDR圖像進行編碼的示例性方法的流程圖。 [0018]圖9是根據本原理的實施例描繪用于對HDR圖像進行解碼的示例性方法的流程圖。 [0019]圖10是根據本原理的實施例描繪用于對HDR圖像進行編碼的示例性系統的框圖。 [0020]圖11是根據本原理的實施例描繪用于對HDR圖像進行解碼的示例性系統的框圖。 [0021]圖12是描繪可以被用于一個或多個實現方式的圖像處理系統的示例的框圖。
[0022]圖13是描繪可以被用于一個或多個實現方式的圖像處理系統的另一示例的框圖。
【具體實施方式】
[0023]本原理涉及使用色調映射技術來對HDR圖像和視頻進行編碼和解碼。色調映射函 數將高位深度整數作為輸入并返回低位深度整數，并且逆色調映射函數將低位深度整數作 為輸入并返回高位深度整數。在本申請中，術語"色調映射函數"、"色調映射曲線"和"色調 曲線"可互換使用，并且術語"逆色調映射函數"和"逆色調映射曲線"可互換使用。
[0024]在一個實施例中，如圖1中所示，一種壓縮方案的數學模型被定義。在該模型中，圖 像被認為是經壓縮的并且像素具有實值(不必是整數）。輸入圖像I具有概率分布函數(Pdf) P，并且其最小和最大的像素值分別為Xmin和Xmax。
[0025]首先，壓縮函數F被應用到像素值，其中F被定義在間隔[Xmin，Xmax]內，并且F(x_) = 0，F(Xmax) = 2n-l，其中η是要由LDR編碼器編碼的LDR圖像的位深度。在該數學模型中，壓 縮函數表示具有實值輸入和輸出的連續并且嚴格單調的函數。這些屬性確保了 F具有逆函 數ΓΗ表示擴展函數）。當該數學模型被用于對HDR圖像進行編碼時，壓縮函數對應于輸出為 整數的色調映射函數。該色調映射函數可以被看作一系列的壓縮函數和統一量化(舍入）。 在應用函數F之后，由于F在數學上是可逆的，因此理論上沒有數據丟失。根據壓縮函數的輸 出圖像被表不為If，并且If的概率分布函數被表不為pf。
[0026] 之后，隨機變量（ε)被加至每一像素值以對當對IF進行編碼時所引入的編碼誤差 和來自格式轉換的舍入誤差(如果存在的話)進行建模。假設隨機變量的分布不依賴于像素 的位置或值。還假定隨機變量ε具有零平均值和方差σ 2。在If被編碼之后，擴展函數F1被用 來重構HDR圖像I rec 〇
[0027] 在該數學模型中，假定真值被用作輸入和輸出。當實際上應用該數學模型時，輸入 通常是整數，并且輸出也是整數，因為需要生成要由LDR編碼器編碼的低位深度(例如，8位） 整數值。
[0028] 為了針對圖1中所示的模型設計色調映射曲線，速率失真函數被構建為J = Dtcit+ λο-R，其中Dtcit是原HDR圖像I和經重構的HDR圖像Irec之間的全部失真，R是對LDR圖像進行編 碼的比特率，并且λ〇是被調整以改善速率失真性能的拉格朗日乘數。在給定圖像I和編碼器 的情況下，假定經編碼的圖像的比特率R正比于If的熵(entropy)。因此，將Dtot+λο.R最小化 相當于將Dtot+λ. entropy ( If )最小化，其中λ是另一拉格朗日乘數。
[0029]在一個實施例中，假定，由均方誤差(MSE)來測量失真，也就是，Dtcit = EKIrec-I )2}，其中Ε{.}計算隨機變量的期望值。目標是找出將速率失真函數Dtot+A.entropydF)最小 化的函數F*。通過分析表明，函數F*的導數可以被構建為如下公式：
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]其中，c是常數，其可以被調整以使得F*(Xmax)=2n_l。
[0034] 然而，沒有用以在給定1和〇的情況下確定c的值的分析方案。此外，所使用的實際 編碼器和編碼參數(例如但不限于，HEVC中的量化參數QP和LDR圖像的位深度）的模型將需 要找出σ的值。為了消除函數F* (X)對變量c和σ的依賴，定義函數：
[0035]
[0036] 可以看出，針對任意正值λ和σ，存在值Ai e R，以使得：
[0037]
[0038] 因此，導出色調映射函數只需要參數A1。在一個實施例中，可以通過數值積分來計 算S(X，Ai)，并且將結果除以S(XmaxAi)。
[0039]圖2示出了根據本原理使用色調映射來對HDR圖像進行編碼的示例性實施例。輸入 HDR圖像的像素值最初可以由高位深度整數或浮點值表示。如果HDR圖像由浮點值表示，則 可以轉換為整數。例如，如果輸入圖像以半浮點格式定義，則采取被看做是整數的位模式 (即，1符號位、5指數位以及10尾數位)提供了從浮點數到16位整數的無損轉換。如果圖像只 包含正值，則該轉換近似于對原浮點值的log編碼。
[0040]在另一示例中，可以將對數函數應用于浮點值并將結果舍入為整數。在這種情況 下，所使用的函數應該被調整，以使得〇和最大浮點值分別被映射為〇和其中nHDR是 HDR圖像的整數版本的位深度。如果原圖像是以半浮點格式（即，16位浮點值），則針對nHDR值 的合理選擇是16,或者如果原圖像是以單精度浮點格式（即，32位浮點值），則n HDR = 32。對應 的逆轉換函數應該被應用到經解碼的整數HDR圖像以便將其轉換回浮點數據。
[0041]之后，為了獲得像素值的概率分布函數p的高斯混合模型而執行期望值最大化。由 參數集Θ (高斯分布的權重、平均值、方差)來描述GMM模型。Θ、Xmin和Xmax(圖像的最小和最大 像素值)被用于計算色調映射LUT。根據編碼參數QP計算的拉格朗日乘數1,也被用于LUT計 算。之后，LUT被應用到圖像以獲得LDR版本，該LDR版本利用編碼參數QP被發送至LDR編碼 器。最后，參數9、 Xmi4PXmax被表示在代表LDR圖像的比特流中。在下文中，更詳細地描述了概 率分布函數和拉格朗日乘數的確定。
[0042]概率分布函數確定
[0043] 為了導出公式(4)中所描述的色調映射函數，需要確定像素值的概率分布函數(p (X))。在一個示例中，P(X)可以通過計算圖像的直方圖而確定。為了解碼器計算逆色調映射 曲線，在解碼器處需要知道定義概率分布函數的參數。為了減少為表示PU)而需要被編碼 的參數的數量，可以將直方圖參數化。
[0044] 在一個實施例中，可以使用高斯混合模型來擬合(fit)直方圖，其中GMM是若干高 斯模型的加權和。模型參數為混合模型中每一高斯模型j的方差Vj、平均值內和權重Q j。概率 分布函數的模型可以被構建為：
[0045]
(5)
[0046] 其中，m是模型中所使用的高斯模型的數量，并且g是高斯函數：
[0047] (6)
[0048]期望值最大化(EM)算法可以用于擬合操作。在Dempster等人所著的、1977發表于 皇家統計學會期刊的、題為"Maximum Likelihood from Incomplete Data via the EM Algor i thm(經由EM算法的不完全數據的最大似然法)"的文章中定義了該算法。在給定m個 高斯模型以及初始參數集9()=(<^ ()，^()，^())(_]_￡[1，111])的情況下，目標就是找到將對數似 然函數最大化的Θ:
[0049] ^ in P(Xi) (7)
[0050]其中，N是像素的數量，Xl是像素 i的值。
[0051]算法的每一次迭代k包括以下步驟：
L0053」由EM所獲得的GMM參數然后可以被用于計算對于公式（5)中從xmin到Xmax的任意整 數值X處的概率分布函數。圖3A示出了示例性直方圖，并且圖3B示出了利用EM擬合的GMM。
[0054] 超出范圍[Xmin，Xmax]的像素的概率被認為為0。因此，除了GMM參數之外，最小值X min 和最大值Xmax也將被表示于比特流以用于解碼器生成概率分布函數。
[0055] 在HDR圖像中，圖像可能包含少量具有非常低的值的像素。由于那些像素可能打亂 算法的計算，因此可以在執行EM算法之前將這些值裁剪至給定百分位以下（例如，0.1%)。 在這種情況下，xi?的值被用作x min。相似地，如果圖像包含少量具有非常高的值的像素，則 可以在執行EM算法之前將這些高的值裁剪至給定百分位以下。在這種情況下，X hlgh的值被 用作Xmax D
[0056]拉格朗日乘數確定
[0057] 為了導出公式(4)中所描述的色調映射函數，還需要確定拉格朗日乘數A1A1的值 可能取決于所使用的編碼器(例如，HEVC、MPEG-2、MPEG-4AVC/H.264或JPEG)、LDR編碼器接 受的輸入數據格式的位深度以及編碼參數(例如，HEVC中的量化參數QP)。在下文中，將更詳 細地討論如何確定拉格朗日乘數A i。
[0058] 在一個實施例中，可以對具有若干質量參數(例如，HEVC的QP值)和1!值的若干圖 像進行編碼。在每一 QP處針對給定圖像，通過在大范圍內改變\的值來多次執行編碼。在給 定QP值的情況下，如圖4中所示，用優最佳Ai所獲得的速率失真(RD)點在所有RD點的集合的 凸包（convex hu11)上。因此，拉格朗日乘數Ai*可以被導出為QP的函數。例如，當16位圖像 被色調映射為8位并且用HEVC進行編碼時，用以下指數函數來表示拉格朗日乘數：
[0059] Ai*=l〇〇*2°'37QP (8)
[0060] 在給定公式(8)中所描述的函數的情況下，由于解碼器已知QP值，因此可以在編碼 器和解碼器處導出相同的A1值。
[0061 ] 查找表生成
[0062] 在一個實施例中，可能需要執行數值積分以實施本原理。由于針對每一像素計算 總和將是非常耗時的，因此可以如以下公式（10)中所示的那樣，通過累積X-I處的結果來計 算針對值X的總和。其他方法可以被用于執行數值操作。
[0063] 如之前所解釋的，在給定值A1和概率分布ρ的情況下，可以根據公式(9)計算函數 F*，：
[0064] …
, (9)
[0065]當針對每一整數值x e [xmin，xmax]計算F* '的值時，F* '可以被數值積分以計算?_， 其近似于公式(3)中所定義的函數S。例如，累積和可以以如下公式計算：
[0066]
(10)
[0067]卩」以生成魚找表(LUT)以表不色調映射曲線。特別地，函數F可以被進位（scale)和 舍入以獲得針對LDR圖像、具有所需要的位深度η的整數：
[0068] (H)
[0069] 數值近似。在LUT生成之后，色調映射操 作可以將LUT應用于原HDR圖像中的每一像素。然后所獲得的圖像用LDR編碼器來壓縮。用于 色調映射曲線的構建的參數(例如，概率分布函數參數、x_、xmax)需要例如使用無損編碼來 傳輸至解碼器。
[0070] 圖5示出了根據本原理使用逆色調映射來對HDR圖像進行解碼的示例性實施例。圖 5的輸入比特流可以根據圖2生成。LDR圖像和模型參數(例如，Θ、 Xmin、XmaJPQP)可以從比特 流中解碼出。知道了這些參數，可以執行公式（5)、（9)、（10)和（11)中所描述的操作以生成 色調映射查找表。然后對LUT求逆以生成逆色調映射查找表。逆LUT被應用到經解碼的LDR圖 像以重構HDR圖像。如果原圖像被以浮點格式定義，則經重構的HDR圖像可以被從整數轉換 回浮點數。
[0071] 圖6A-圖6H以及圖7A-圖7H示出了當HEVC編碼器被用作LDR編碼器時以下各項的示 例:輸入16位HDR圖像、概率分布函數、以及針對16位圖像和8位圖像之間的轉換的色調映射 曲線和逆色調映射曲線。圖6A示出了圖像"P6niches"，其中X min = O并且xmax=27024。圖6B示 出了針對圖像"Ρ?ηiches"的、所估算的概率分布函數。圖6C和圖6D分別示出了當QP = 0 (Ai =100)時的色調映射LUT和逆色調映射LUT。圖6E和圖6F分別示出了當QP = 16 (Ai = 60 55)時 的色調映射LUT和逆色調映射LUT。圖6G和圖6H分別示出了當QP = 3 2 (Ai = 3.67 e+05)時的色 調映射LUT和逆色調映射LUT。
[0072] 圖7六示出了圖像1〇即〇1^吐6"，其中1_=1834并且1咖=23634。圖78示出了針 對圖像"MongoIfigre"的、所估算的概率分布函數。圖7C和圖7D分別示出了當QP = O(Ai = 100)時的色調映射LUT和逆色調映射LUT。圖7E和圖7F分別示出了當QP = 16 (Ai = 605 5)時的 色調映射LUT和逆色調映射LUT。圖7G和圖7H分別示出了當QP = 32 (Ai = 3.67e+05)時的色調 映射LUT和逆色調映射LUT。
[0073] 從圖6A-圖6H以及圖7A-圖7H觀察到，色調映射曲線在更高的QP值(和更高的Ai)處 更平滑。在更低的QP處，色調映射曲線更依賴于概率分布函數，并且曲線的斜率在高概率值 處更抖。因此，那些值將被更精確地色調映射。
[0074]當在編碼器處確定了色調映射曲線時，如上文討論，MSE可以被用于測量失真，并 且針對GMM的期望值最大化可以被用于估算概率分布。在一種變換中，可以選擇絕對誤差和 (SAD)而不是均方誤差作為失真度量。在這種情況下，公式（1)-公式(3)中的立方根將由平 方根替換。
[0075]在另一變換中，可以計算直方圖的輕量版本，并利用少量參數來建模概率分布函 數。特別地，可以將范圍[Xmin，Xmax]分成少量的相同長度的間隔，而不是在每一整數值處計 算包含圖像的若干像素的完整直方圖。釷對毎一間隔K,可以計算落入該間隔的圖像的Nk個 像素。之后針對間隔K中的每一值χ，?
長估算概率。例如，可以采取100個 間隔，并且100個值NK(Ke[l，100])以及值Xmin和Xmax需要被傳輸至解碼器。針對圖3Α中所示 的示例性直方圖，圖3C示出了針對100個間隔所計算的概率分布函數。
[0076] 各種編碼器（例如，依照10^-2、10^-4^￥(：/!1.264和冊￥(：的編碼器)可以被用作 LDR編碼器。LDR編碼器還可以是位深度可擴展的視頻編碼器的基層編碼器。在以上示例中， 假定，用于對指示色調映射函數的參數進行編碼的比特率是可以忽略的，并且不包括在速 率失真最小化問題中。如果問題變得更顯著，則還可以將針對這些參數的比特率包括在所 構建的模型中。在上文中，將一個圖像用作輸入。當視頻序列被用作輸入時，也可以應用本 原理，并且可以逐圖像地改變參數。
[0077]例如，若干數值已在上文被用于為以下各項提供示例A1計算、直方圖間隔、以及 具有較小百分比的非常低和非常高的像素值。這些數值可以隨著輸入圖像和/或編碼設置 改變而改變。
[0078]當針對速率失真性能設計色調映射曲線時，本原理具有同時考慮經重構的HDR圖 像的失真和用于對HDR圖像進行編碼的速率的優點。根據本原理，色調映射曲線和逆色調映 射曲線不僅依賴于輸入HDR圖像特性，還考慮編碼設置的影響。在一個實施例中，在比特流 中指示出輸入圖像固有的參數集(即，9、 Xmin、Xmax)?；谠摴逃袇导途幋a參數(例如，量 化參數），可以生成適應于量化參數的、不同的色調映射曲線和逆色調映射曲線的集合，以 及比特率。對于HDR重構必要的逆色調映射曲線不需要被明確發送。而是，可以由解碼器根 據輸入圖像固有的參數集和編碼參數來計算該逆色調映射曲線。因此，根據本原理的方法 適應于編碼設置(例如，比特率），并且當對HDR圖像進行編碼時可以提高壓縮效率。
[0079]圖8根據本原理示出了用于對HDR圖像進行編碼的示例性方法800。方法800開始于 初始化步驟810，其可以確定輸入HDR圖像的格式以及所接受的LDR圖像的格式。在步驟820， 方法800例如使用針對GMM的期望值最大化或者使用直方圖的輕量版本來對HDR圖像的概率 分布函數進行建模。
[0080] 在步驟830,例如，拉格朗日乘數被估算為量化參數的函數。由于拉格朗日乘數可 能取決于編碼器設置(例如，所使用的視頻壓縮標準和LDR編碼器的格式的位深度），因此可 以將用以計算拉格朗日乘數的函數傳輸至解碼器，或者編碼器和解碼器都可以將拉格朗日 乘數存儲為預定的數字。
[0081] 例如根據公式(4)，基于步驟820處所建立的概率分布函數模型以及步驟830處所 估算的拉格朗日乘數，可以生成色調映射函數。為了執行數值操作，可以生成查找表。在步 驟8 50，使用色調映射函數來將HDR圖像轉換為LDR圖像。在步驟86 0，表示色調映射函數的 LDR圖像和參數(例如，表示概率分布函數的參數)被編碼于比特流中。
[0082] 方法800可以以與圖8中所示的順序不同的順序進行，例如，步驟830可以在步驟 820之前執行。由于拉格朗日乘數可以不取決于輸入圖像，因此其可以在對輸入HDR圖像進 行編碼之前被導出。因此，步驟830可以是可選的。
[0083]圖9根據本原理示出了用于對HDR圖像進行解碼的示例性方法900。方法900的輸入 可以是根據方法800生成的比特流。方法900開始于初始化步驟910,其可以確定經重構的 HDR圖像的格式。在步驟920,解碼出表示色調映射函數的參數和LDR圖像。例如根據公式 (4)，基于表示色調映射函數的參數，可以生成色調映射函數。隨后，在步驟930可以生成逆 色調映射函數。與方法800處所執行的相似，可以生成查找表和逆查找表以執行數值操作。 在步驟940,使用逆色調映射函數來將LDR圖像轉換成HDR圖像。
[0084]圖10描述了用于對HDR圖像進行編碼的示例性編碼器1000的框圖。編碼器1000的 輸入包括要被編碼的HDR圖像、編碼參數、和/或可以被用于估算拉格朗日乘數的其他圖像。 概率估算器1010估算輸入圖像的概率分布函數。色調曲線估算器1020,例如基于量化參數 來估算拉格朗日乘數，以及例如使用公式(4)基于概率分布函數參數和拉格朗日乘數來生 成色調映射曲線。LDR圖像生成器1030基于色調映射曲線來將輸入HDR圖像轉換成LDR圖像。 LDR編碼器1040對LDR圖像進行編碼，并且色調曲線參數編碼器1050對表示色調映射函數的 參數(例如，輸入圖像的最小和最大像素值以及概率分布函數參數)進行編碼。如果用于描 述拉格朗日乘數的參數被表示于比特流中，則這些參數還將由色調曲線參數編碼器1050進 行編碼。色調曲線參數編碼器1050可以是獨立模塊，或者其可以被包括在LDR編碼器1040 內。
[0085]圖11描述了用于對HDR圖像進行解碼的示例解碼器1100的框圖。解碼器1100的輸 入包括要被解碼的比特流。輸入比特流可以由編碼器1000生成。LDR解碼器1100對LDR圖像 進行解碼，并且色調曲線參數解碼器1120對表示色調映射函數的參數(例如，輸入圖像的最 小和最大像素值以及概率分布函數參數)進行解碼。色調曲線參數解碼器1120可以是獨立 模塊，或者其可以被包括在LDR解碼器1110內。
[0086]逆色調曲線估算器1130估算參數（例如，基于從比特流解碼的量化參數的拉格朗 日乘數），并且例如使用公式(4)來生成色調映射曲線。HDR圖像生成器1140基于逆色調映射 曲線來將經解碼的LDR圖像轉換成HDR圖像。
[0087]現在參考圖12,圖12示出了上述特征和原理可以被應用到其中的數據發送系統或 裝置1200。例如，數據發送系統或裝置1200可以是用于使用各種媒體中的任一種媒體（比 如，衛星、電纜、電話線或陸地廣播)來發送信號的前端或發送系統。例如，數據發送系統或 裝置1200還可以或者替換地可以用于提供用于存儲裝置的信號。發送可以通過互聯網或者 一些其他網絡提供。例如，數據發送系統或裝置1200能夠生成和遞送視頻內容和其他內容。 [0088]數據發送系統或裝置1200從處理器1201接收經處理的數據以及其他信息。在一種 實現方式中，處理器1201將HDR圖像轉換成LDR圖像。數據發送系統或裝置1200包括能夠發 送經編碼的信號的發送器1204和編碼器1202。編碼器1202從處理器1201接收數據信息。編 碼器1202生成（一個或多個）經編碼的信號。在一些實現方式中，編碼器1202包括處理器 1201，因此執行處理器1201的操作。
[0089] 發送器1204從編碼器1202接收(一個或多個)經編碼的信號，并且發送一個或多個 輸出信號中的（一個或多個)經編碼的信號。例如，發送器1204可以適應于發送具有表示經 編碼的圖片和/或與其有關的信息的一個或多個比特流的節目信號。典型的發送器執行諸 如以下各項中的一個或多個之類的功能:提供糾錯編碼、對信號中的數據進行交織、將信號 中的能量隨機化、以及使用調制器12012來將信號調制于一個或多個載波上。發送器1204可 以包括天線（未示出）或者與其交互。此外，發送器1204的實現方式可能受限于調制器 12012。
[0090]數據發送系統或裝置1200還以通信的方式被耦合至存儲單元1208。在一種實現方 式中，存儲單元1208被耦合至編碼器1202,并且存儲來自編碼器1202的經編碼的比特流。在 另一實現方式中，存儲單元1208被耦合至發送器1204,并且存儲來自發送器1204的比特流。 來自發送器1204的比特流可以包括例如，已進一步被發送器1204處理的一個或多個經編碼 的比特流。在不同的實現方式中，存儲單元1208為以下各項中的一個或多個:標準DVD、藍光 光盤、硬盤驅動或者一些其他存儲設備。
[0091] 現在參考圖13,圖13示出了上述特征和原理可以被應用到其中的數據接收系統或 裝置1300。數據接收系統或裝置1300可以被配置為通過各種媒體(例如，存儲設備、衛星、電 纜、電話線或陸地廣播)接收信號。信號可以通過互聯網或者一些其他網絡接收。
[0092] 數據接收系統或裝置1300可以是，例如手機、計算機、機頂盒、電視、或者接收經編 碼的視頻并提供例如經解碼的視頻信號以用于顯示（例如，顯示給用戶）、用于處理或用于 存儲的其他設備。因此，數據接收系統或裝置1300可以將其輸出提供給，例如電視屏、計算 機顯示器、計算機(用于存儲、處理或顯示）、或者一些其他存儲、處理或顯示設備。
[0093] 數據接收系統或裝置1300包括用于接收經編碼的信號（例如，本申請的實現方式 中所描述的信號）的接收器1302。例如，接收器1302可以從圖12的數據發送系統1200接收信 號。
[0094]例如，接收器1302可以適應于接收具有表示經編碼的圖片的多個比特流的節目信 號。典型的接收器執行諸如以下各項中的一個或多個之類的功能:接收經調制和經編碼的 數據信號、使用解調器1304對來自一個或多個載波的數據信號進行解調、將信號中的能量 去隨機化、將信號中的數據解交織、以及對信號進行糾錯解碼。接收器1302可以包括天線 (未示出）或者與其交互。接收器1302的實現方式可能受限于解調器1304。
[0095]數據接收系統或裝置1300包括解碼器1306。接收器1302向解碼器1306提供所接收 的信號。由接收器1302提供給解碼器1306的信號可以包括一個或多個經編碼的比特流。解 碼器1306輸出經解碼的信號（例如，包括視頻信息的經解碼的視頻信號）。例如，解碼器1306 可以是圖11中所描述的解碼器1100。
[0096]數據接收系統或裝置1300還以通信的方式被耦合至存儲單元1307。在一種實現方 式中，存儲單元1307被耦合至接收器1302,并且接收器1302從存儲單元1307訪問比特流。在 另一實現方式中，存儲單元1307被耦合至解碼器1306,并且解碼器1306從存儲單元1307訪 問比特流。在不同實現方式中，從存儲單元1307訪問的比特流包括一個或多個經編碼的比 特流。在不同實現方式中，存儲單元1307為以下各項中的一個或多個:標準DVD、藍光光盤、 硬盤驅動或者一些其他存儲設備。
[0097]在一種實現方式中，來自解碼器1306的輸出數據被提供給處理器1308。在一些實 現方式中，解碼器1306包括處理器1308,因此執行處理器1308的操作。在其他實現方式中， 處理器1308是下游設備的一部分(例如，機頂盒或電視）。
[0098]例如，可以在方法或進程、裝置、軟件程序、數據流或信號中實現本文所描述的實 現方式。盡管僅在單一形式的實現方式的上下文中進行了討論了（例如，僅作為方法進行討 論），但是還可以以其他的形式(例如，裝置或程序)實現所討論的特征的實現方式。例如，可 以在適當的硬件、軟件和固件中實現本文所包括的裝置和組件(例如，處理器、編碼器和解 碼器）。例如，可以在裝置(例如，處理器，該處理器一般地指代處理設備，比如包括計算機、 微處理器、集成電路或可編程邏輯設備）中實現方法。處理器還包括通信設備，例如計算機、 手機、便攜式/個人數字助手（"PDA"）以及協助終端用戶之間信息通信的其他設備。
[0099] 本原理中提及的"一個實施例"或"實施例"或者"一種實現方式"或"實現方式"以 及其其他變體指的是，結合實施例所描述的具體特征、結構、特性等被包括在本原理的至少 一個實施例中。因此，貫穿該說明書，在各種地方出現的短語"在一個實施例中"或"在實施 例中"或者"在一種實現方式中"或"在實現方式中"以及任意其他變體不必完全指代相同的 實施例。
[0100] 此外，本申請或其權利要求可提及"確定"各種信息。例如，確定信息可以包括以下 各項中的一個或多個:估計信息、計算信息、預測信息或者從存儲器獲取信息。
[0101]此外，本申請或其權利要求可能提及"訪問"各種信息。例如，訪問信息可以包括以 下各項中的一個或多個:接收信息、（例如，從存儲器)獲取信息、存儲信息、處理信息、發送 ig息、移動息、復制息、擦除息、計算息、確定息、預測息或者估計ig息。
[0102] 此外，本申請或其權利要求可能提及"接收"各種信息。與"訪問"一樣，接收意指廣 泛的術語。例如，接收信息可以包括以下各項中的一個或多個:訪問信息或者(例如，從存儲 器）獲取信息。此外，在諸如以下各項之類的操作期間通常以一種或另一種方式涉及"接 收"：存儲信息、處理信息、發送信息、移動信息、復制信息、擦除信息、計算信息、確定信息、 預測信息或者估計信息。
[0103] 如本領域的技術人員將顯而易見的，實現方式可以生成被格式化以載送信息（例 如，可以被存儲或發送的信息）的各種信號。例如，信息可以包括用于執行方法的指令或者 由所描述的實現方式中的一個所生成的數據。例如，信號可以被格式化以載送所描述的實 施例的比特流。例如，該信號可以被格式化為電磁波（比如，使用頻譜的無線電頻率部分)或 者基帶信號。例如，格式化可以包括編碼數據流以及調制具有經編碼的數據流的載波。例 如，信號載送的信息可以是模擬信息或數字信息。如公知的，可以通過各種不同的有線或無 線鏈路來發送信號。信號可以被存儲在處理器可讀介質上。
【主權項】
1. 一種用于對高動態范圍(HDR)圖像進行解碼的方法，包括： 訪問包括所述HDR圖像的比特流； 從所述比特流解碼(920)出低動態范圍（LDR)圖像； 從所述比特流訪問（920)信息，所訪問的信息包括用于對所述LDR圖像進行編碼的參 數；以及 響應于所訪問的參數來從所述LDR圖像生成(940)所述HDR圖像。2. 如權利要求1所述的方法，其中，所訪問的信息表示逆色調映射函數，所述方法還包 括： 響應于所訪問的信息來生成（930)所述逆色調映射函數，其中，所述生成所述HDR圖像 響應于所述逆色調映射函數。3. 如權利要求1所述的方法，其中，所訪問的參數為量化參數。4. 如權利要求1所述的方法，其中，所訪問的信息包括表示與要被解碼的所述HDR圖像 相對應的原HDR圖像的動態范圍的參數。5. 如權利要求1所述的方法，其中，所訪問的信息還包括表示與要被解碼的所述HDR圖 像相對應的原HDR圖像的概率分布函數的參數。6. -種用于對高動態范圍(HDR)圖像進行編碼的方法，包括： 響應于所述HDR圖像和至少一個編碼參數來確定(840)色調映射函數； 響應于所述色調映射函數來從所述HDR圖像確定(850)LDR圖像；以及 對所確定的LDR圖像和表示所確定的色調映射函數的信息進行編碼(860)，其中，所述 至少一個編碼參數被用于對所述LDR圖像進行編碼。7. 如權利要求6所述的方法，其中，所述至少一個編碼參數包括量化參數。8. 如權利要求7所述的方法，其中，所述確定色調映射函數包括響應于所述量化參數來 確定拉格朗日乘數。9. 如權利要求6所述的方法，其中，所述確定色調映射函數包括確定所述HDR圖像的所 述動態范圍和所述HDR圖像的概率分布函數中的至少一個。10. 如權利要求6所述的方法，其中，所述確定色調映射函數響應于速率失真函數。11. 一種用于對高動態范圍(HDR)圖像進行解碼的裝置（1100)，包括： 解碼器（1110)，所述解碼器被配置為從包括所述HDR圖像的比特流來解碼出低動態范 圍（LDR)圖像； 處理器（1110、1120)，所述處理器被配置為從所述比特流訪問信息，所訪問的信息包括 用于對所述LDR圖像進行編碼的參數；以及 HDR圖像生成器（1140)，所述HDR圖像生成器被配置為響應于所訪問的參數來從所述 LDR圖像生成HDR圖像。12. 如權利要求11所述的裝置，其中，所訪問的信息表示逆色調映射函數，所述裝置還 包括： 逆色調曲線估算器（1130)，所述逆色調曲線估算器被配置為響應于所訪問的信息來生 成所述逆色調映射函數，其中，所述HDR圖像生成器被配置為響應于所述逆色調映射函數來 生成所述HDR圖像。13. 如權利要求12所述的裝置，其中，所訪問的參數為量化參數。14. 如權利要求12所述的裝置，其中，所訪問的信息包括表示與要被解碼的HDR圖像相 對應的原HD R圖像的動態范圍的參數。15. 如權利要求12所述的裝置，其中，所訪問的信息還包括表示與要被解碼的HDR圖像 相對應的原HDR圖像的概率分布函數的參數。16. -種用于對高動態范圍(HDR)圖像進行編碼的裝置（1000 )，包括： 色調曲線估算器（1020)，所述色調曲線估算器被配置為響應于所述HDR圖像和至少一 個編碼參數來確定色調映射函數； LDR圖像生成器（1030)，所述LDR圖像生成器被配置為響應于所述色調映射函數來從所 述HDR圖像確定LDR圖像；以及 處理器（1040、1050)，所述處理器被配置為對所確定的〇)1?圖像和表示所確定的色調映 射函數的信息進行編碼，其中，所述至少一個編碼參數用于對所述LDR圖像進行編碼。17. 如權利要求16所述的裝置，其中，所述至少一個編碼參數包括量化參數。18. 如權利要求17所述的裝置，其中，所述色調曲線估算器響應于所述量化參數來確定 拉格朗日乘數。19. 如權利要求16所述的裝置，其中，所述色調曲線估算器確定所述HDR圖像的動態范 圍和所述HDR圖像的概率分布函數中的至少一個。20. 如權利要求16所述的裝置，其中，所述色調曲線估算器響應于速率失真函數來確定 所述色調映射函數。21. -種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質在其上存儲了用于根據權利 要求1-10對高動態范圍(HDR)圖像進行編碼或解碼的指令。22. -種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質在其上存儲了根據權利要求 6-10所生成的比特流。
【文檔編號】H04N19/30GK106062816SQ201580010295
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年2月23日
【發明人】米凱爾·樂·潘都, 羅南·博塔德, 多米尼奇·梭羅, 克里斯汀·吉列莫特
【申請人】湯姆遜許可公司