[发明专利]用于分层VDR编码的有效架构

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月16日提出的美国临时专利申请No.61/486,703的优先权，其通过引用全部合并于此。

技术领域

本发明一般涉及图像。更具体地，本发明的实施例涉及在高动态范围的分层编码中的有效颜色空间变换。

背景技术

如这里使用的，术语‘动态范围’（DR）可以涉及人类视觉系统（HVS）察觉图像中的强度（例如，发光度、亮度）范围的能力，例如，从最黑的黑暗到最亮的光亮。在这种意义上讲，DR涉及‘关于场景’的强度。DR也可以涉及显示设备充分地或近似地渲染特定宽度的强度范围的能力。在这种意义上讲，DR涉及‘关于显示器’的强度。除非在这里的说明书中的任一点特定意义被明确地指定具有特定的重要性，否则应该推断术语可以例如可互换地用于任一意义。

如这里使用的，术语高动态范围（HDR）涉及跨越人类视觉系统（HVS）的一些14-15个数量级的DR宽度。例如，具有实质上正常的（例如，在统计、生物测定或眼科意义中的一个或更多意义上）最佳适应的人类具有跨越大约15个数量级的强度范围。适应的人类可以察觉如仅仅少数光子一样少的暗光源。然而，这些相同的人类可以察觉在沙漠、海或雪中正午太阳的几乎痛苦地明亮的强度（乃至看一眼太阳，但是短暂地以防止损害）。此跨越可以用来‘适应’的人类，例如，那些其HVS具有复位和调整的时间周期的人。

相反，与HDR相比，人类可以在强度范围中同时察觉密集宽度的DR可以被稍微地截断。如这里使用的，术语‘视觉动态范围’或‘可变动态范围’（VDR）可以分别或可互换地涉及由HVS同时可察觉的DR。如这里使用的，VDR可以涉及跨越5-6个数量级的DR。因此虽然或许与涉及真实场景的HDR相比稍微窄，但是VDR表示宽的DR宽度。如这里使用的，术语‘同时动态范围'可以涉及VDR。

直到最近，显示器已经具有比HDR或VDR显著窄的DR。使用一般阴极射线管（CRT）、具有恒定萤光白背景光的液晶显示器（LCD）或等离子屏幕技术的电视机（TV）和计算机监控器装置可以被局限于它们的近似三个数量级的DR渲染能力。因此，与VDR和HDR相比，此类常规显示器代表低动态范围（LDR），也被称为是标准动态范围（SDR）。

但是它们的基础技术的发展使得更现代的显示器设计，对在不那么现代的显示器上渲染的相同内容，能够在各种质量特性方面具有重要改善地渲染图像和视频内容。例如，更现代的显示设备可以能渲染高清晰度（HD）内容和/或可以根据诸如图像缩放之类的各种显示能力缩放的内容。而且，一些更现代的显示器能够渲染具有比常规显示器的SDR高的DR的内容。

例如，一些现代的LCD显示器具有包括发光二极管（LED）阵列的背光单元（BLU）。可以与有源LCD元件的偏振态的调制分离地调制BLU阵列的LED。此双重调制方法是可扩展的（例如，扩展到N-调制层，其中N包括大于二的整数），诸如在BLU阵列和LCD屏幕元件之间具有可控的插入层。它们的基于LED阵列的BLU和双重（或N-）调制有效地增加具有此类特征的LCD监控器的关于显示器的DR。

此类常常被称为的“HDR显示器”（尽管实际上，它们的能力可以更接近地近似VDR的范围）和与传统SDR显示器相比它们能够实现的DR扩展代表在显示图像、视频内容及其他视觉信息的能力方面的重要进步。此类HDR显示器可以渲染的色域也可以显著地超出更多常规显示器的色域，甚至达到有能力渲染宽色域（WCG）的程度。诸如可以由“下一代”电影和TV摄像机生成的有关场景的HDR或VDR和WCG图像内容现在可以利用“HDR”显示器（以下简称‘HDR显示器’）被更如实并有效地显示。

如同可分级视频编码和HDTV技术一样，扩展图像DR一般包含分叉方法。例如，利用现代的有HDR能力的照相机捕获的有关场景的HDR内容可以用来生成可以内容的SDR版本，其可以被显示在传统的SDR显示器上。在一个方法中，从捕获的VDR版本生成SDR版本可以包含将色调映射算子（TMO）施加到HDR内容中的有关强度（例如，发光度、亮度）的像素值。在第二方法中，如由W.Gish等的美国临时申请61/376,907“Extending Image Dynamic Range”中描述的（其全部通过引用合并于此），生成SDR图像可以包含对VDR数据施加可逆算子（或预测算子）。为了保存带宽或为了其它考虑，实际捕获的VDR内容的传输可能不是最佳方法。