[发明专利]用于HDR图像编码和解码的基于视亮度区域的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及装置和方法以及得到的如数据存储产品那样的产品或编码信号，其用于对至少一个图像或视频进行改进的编码，特别是对相比于传统图像具有增加的动态范围的图像（称为高动态范围HDR图像，并且传统图像称为低动态范围LDR）进行编码，以及对用于或来自各种图像表示的、具有增加的明度信息（也称为高动态范围）量的图像信息进行编码。

背景技术

最近，关于对图像/视频（不论是捕获的场景还是计算机图形）进行编码的新发展已经出现，即期望的是，更好地捕获自然中出现的高达像例如25000尼特（nit）（例如日光照射的云）那样的大亮度值以及经常还有像0.01尼特那样的低值的客观亮度和颜色的整个范围，这被称为HDR（高动态范围）编码。迄今为止，经典的图像捕获系统（即在照相机处开始——以及甚至典型地相对均匀的适当的场景光照——其后针对例如图像存储或传输而编码，直到图像的显示的链）已经以严重失真的方式处置了高动态范围场景（即其中同时存在具有低亮度和其中显著的对象的重要暗区，以及具有高亮度的亮区，特别是如果还存在中间亮度（各种灰度）的各种重要区，特别是如果那些场景亮度中的若干个可能不易于由链中的组件映射成可使用的东西，诸如例如显示器上的基于线性映射的再现）。例如，如果动作发生在第一光水平（照度）的围封体积内部（诸如汽车或房间），诸如透过窗户看到的环境之类的较亮光照区可能已经被捕获，或者至少在信号中以非常低的质量（即柔和、褪色的或限幅的颜色）加以表示。相比于例如赛璐珞胶片的较为宽容的行为，这对于较便宜的基于CMOS的照相机而言尤为如此。特别地，几乎极少的有代表性的代码值可以已经与这些亮区中的对象相关联，这可能导致对象纹理的劣质表示，或者甚至对用于编码的颜色空间的最大值的生硬限幅。在所捕获的图像的亮度轴的这些区域中具有如此至少的数据的情况下，同样意味着处理功能（例如优化显示图像对比度）可能具有产生良好的最终像素数据方面的问题。在如今和在不久的将来具有可用的比以往更好的显示器（例如具有数千尼特的峰值视亮度）或者至少更加智能的图像处理技术的情况下，人们可能期望对该情形加以改进，以能够创建较高质量的再现图像。

出于种种原因，至少在将来许多年内，人们可能期望某些形式的向后兼容性，这意味着所谓的低动态范围（LDR）编码的数据必须可用或至少可从可用编码容易地确定，使得例如新颖的升级视频处理盒能够将LDR信号递送到较低动态范围显示器（例如移动显示器）。同样从存储的角度来看，以尽可能多功能的方式存储图像信号可能是非常有用的，即不仅仅具有关于场景的有用数据的最大的量，而且以该数据将服务许多潜在的将来应用的方式，尤其是如果以简单的方式。典型地，例如花费如此之多的心力拍摄电影，使得原始信号非常宝贵，并且人们以技术所允许的最佳的可能方式对其进行更好地编码。不要落入这样的圈套，即甚至对于节目的熟练编码是用于后代的更好质量的显示器系统而低于当数据被不同地编码时本可以达到的。这不仅避免了不得不到处做昂贵的特技，而且读者能想像到，像是王室夫妇的婚姻或者普通夫妇的婚礼视频那样的一些要记录的事件将不会重做。并且尝试重灌制这样的视频以用于新一代的显示技术，如果不是非常困难，也至少是棘手的。优选的是，正是通过其编码结构，编码允许在最开始就最佳地捕获场景，并且甚至容易地顾及稍后的改进。独立于其如何在特定显示器上再现和观看环境，以诸如JPEG之类的当前LDR编码呈现的信息（尤其取决于特定捕获场景和所使用的照相机系统）当前被视为（限于）大约11个线性位或停止。当然如果编码被直接用于再现（例如参考显示），一些信息位可能不是可见的。另一方面，编解码器可以包含来自最初的场景或者图形组合（参考场景）的信息，其例如当显示器正在借助于图像处理改变其人类可见的色域时能够变为相关的。因此重要的是使至少较为重要的图像对象良好地表示在所编码的图像中。