專(zhuān)利名稱(chēng)：用于加權(quán)編碼的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及數(shù)字圖像方法和系統(tǒng)，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及改善 已經(jīng)為了存儲(chǔ)或傳送而減少了位深度的圖像的精度。
背景技術(shù)：
當(dāng)存儲(chǔ)、壓縮或傳送圖片或視頻內(nèi)容時(shí)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包括受約束的位深 度?？梢岳萌N不同顏色信號(hào)(例如紅色、綠色和藍(lán)色)的組合來(lái)顯示 屏幕圖像的每個(gè)像素，然而也可以實(shí)現(xiàn)不同顏色乃至不同數(shù)目顏色的組
合。每個(gè)像素(區(qū)域)的表現(xiàn)受顏色組合的強(qiáng)度(intensity)控制。所存 儲(chǔ)的關(guān)于像素的信息量確定像素的顏色深度，其控制可以多精確地指定像 素的顏色。這通常也稱(chēng)作位深度，因?yàn)轭伾疃鹊木仁怯梦粊?lái)指定的。 每個(gè)像素所使用的位越多，圖像的顏色細(xì)節(jié)越精細(xì)。然而，增加的顏色深 度也需要多得多的存儲(chǔ)器來(lái)用于圖像的存儲(chǔ)或傳送，并且還生成更多要處 理的數(shù)據(jù)。
可以得到具有高位深度的圖片材料和視頻內(nèi)容，從而提供高顏色精度 和高動(dòng)態(tài)范圍，然而當(dāng)前的傳輸介質(zhì)和存儲(chǔ)格式限制了可以處理的數(shù)據(jù) 量。在許多實(shí)例中，壓縮或帶寬限制強(qiáng)迫減少位深度。
因此，需要一種優(yōu)化位深度約束以在為了存儲(chǔ)或傳送而減少位深度時(shí) 改善圖像精度并用于在使存儲(chǔ)和傳送與當(dāng)前傳送和存儲(chǔ)技術(shù)相兼容的同時(shí) 提供高質(zhì)量圖像的方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有利地提供了一種用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)以根據(jù)可用位深度 提供最大圖像精度的方法和系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中， 一種用于對(duì) 圖像數(shù)據(jù)的加權(quán)編碼的方法包括確定非線性變換函數(shù)，該非線性變換函數(shù)用于對(duì)接收到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)以使得利用用于表征圖像數(shù)據(jù)的更多位 對(duì)圖像數(shù)據(jù)中需要增多細(xì)節(jié)的選定區(qū)域進(jìn)行編碼。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用于對(duì)接收到的圖像數(shù)據(jù)的編碼進(jìn)行加權(quán) 的非線性變換函數(shù)的確定方法包括根據(jù)圖像數(shù)據(jù)的像素的位深度將像素 信息安排為多個(gè)組；確定多個(gè)組的相應(yīng)增益，其中相應(yīng)增益依賴(lài)于多個(gè)組 中的相應(yīng)像素?cái)?shù)目；以及基于相應(yīng)增益來(lái)確定變換函數(shù)。
在本發(fā)明的替代實(shí)施例中， 一種用于加權(quán)編碼的系統(tǒng)包括變換設(shè)備， 該變換設(shè)備配置為確定非線性變換函數(shù)，該非線性變換函數(shù)用于對(duì)圖像數(shù) 據(jù)進(jìn)行加權(quán)以使得利用可用于表征圖像數(shù)據(jù)的全部位中的不成比例的更多 位對(duì)圖像數(shù)據(jù)中希望增多細(xì)節(jié)的選定區(qū)域進(jìn)行編碼。本發(fā)明的系統(tǒng)可以進(jìn) 一步包括編碼設(shè)備，該編碼設(shè)備配置為對(duì)經(jīng)加權(quán)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。在 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，變換設(shè)備包括分析設(shè)備，該分析設(shè)備配置為根 據(jù)圖像數(shù)據(jù)的像素的位深度將像素信息安排為多個(gè)組；后期處理設(shè)備，該 后期處理設(shè)備配置為接收經(jīng)組織的像素信息并且確定多個(gè)組的相應(yīng)增益； 以及變換生成設(shè)備，該變換生成設(shè)備配置為基于相應(yīng)增益來(lái)確定變換函 數(shù)。


通過(guò)結(jié)合附圖來(lái)考慮以下詳細(xì)描述，可以容易地明白本發(fā)明的教導(dǎo)， 在附圖中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于在傳送圖像數(shù)據(jù)或向存儲(chǔ)裝置 讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)以從可用位深度提供最大效用的系統(tǒng)的高 級(jí)框圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)替代實(shí)施例的用于在傳送圖像數(shù)據(jù)或向存儲(chǔ) 裝置讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)以從可用位深度提供最大效用的系統(tǒng) 的高級(jí)框圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的適合用于圖2的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)/圖片分析設(shè) 備的高級(jí)框圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的適合用于圖3的數(shù)據(jù)/圖片分析設(shè)備的后期處理設(shè)備的高級(jí)框圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于處理的示例性圖像；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在創(chuàng)建用于生成變換的轉(zhuǎn)移曲線時(shí)使用
的三個(gè)直方圖7示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖示出存儲(chǔ)或傳輸系統(tǒng)中的變換函數(shù)和
逆變換函數(shù)的相應(yīng)曲線圖8示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的為確定直方圖而實(shí)現(xiàn)的滑動(dòng)窗口的示意 圖；并且圖9示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的在對(duì)接收到的圖像數(shù)據(jù)的編碼進(jìn)行 加權(quán)時(shí)使用的非線性變換函數(shù)的一種確定方法的流程圖。
應(yīng)當(dāng)明白，附圖是為了圖示本發(fā)明的概念并且不一定是用于說(shuō)明本發(fā) 明的唯一可能配置。為了便于理解，在可能的情況下，利用相同參考標(biāo)號(hào) 來(lái)指示附圖所共有的相同元素。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明有利地提供用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)以從可用位深度提供最大 圖像精度的方法和系統(tǒng)。雖然將主要在用于對(duì)高動(dòng)態(tài)范圍視頻信號(hào)進(jìn)行編 碼和解碼的圖像數(shù)據(jù)和視頻的存儲(chǔ)和傳輸系統(tǒng)的上下文中描述本發(fā)明，但 是本發(fā)明的具體實(shí)施例應(yīng)當(dāng)不被看作限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員 將認(rèn)識(shí)到并且通過(guò)本發(fā)明的教導(dǎo)將知道，本發(fā)明的概念可以有利地應(yīng)用于 能夠進(jìn)行存儲(chǔ)、壓縮和/或傳送的基本上任何數(shù)字多媒體系統(tǒng)中的基本上任 何輸入信號(hào)。此外，本發(fā)明的概念可應(yīng)用于任何傳送方法，包括由電話(huà)、 機(jī)頂盒、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星鏈路、多個(gè)計(jì)算機(jī)、在計(jì)算機(jī)之間、處理器和視頻 卡等之間傳送的數(shù)據(jù)。
本發(fā)明提供了用于從可用位深度提供最大圖像精度的方法和系統(tǒng)。一 個(gè)實(shí)施例通過(guò)實(shí)現(xiàn)如下非線性變換函數(shù)來(lái)更高效地利用可用碼范圍或位深 度，所述非線性變換函數(shù)把更多的碼值用于更可能存在量化假象 (quantization artifact)的區(qū)域，而不是用于不存在或預(yù)計(jì)幾乎不存在量化 假象的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明，可以通過(guò)犧牲不感興趣的層次上的精度來(lái)為感興趣的一 個(gè)或多個(gè)區(qū)域提供最大數(shù)目的可用層次。例如，在其中個(gè)人得到良好照明 并且站在相對(duì)暗的背景之前的圖像中，將注意力放在最有可能是膚色的圖 像前景色的可用層次上，并且如有必要?jiǎng)t將注意力放在暗背景色的可用層
圖中所示的各種元件和設(shè)備的功能可以通過(guò)使用專(zhuān)用硬件以及能夠執(zhí) 行與適當(dāng)軟件相關(guān)聯(lián)的軟件的硬件來(lái)提供。當(dāng)由處理器提供時(shí)，功能可以 由單個(gè)專(zhuān)用處理器、單個(gè)共享處理器或者多個(gè)單獨(dú)處理器(其中某些可以 是共享的)來(lái)提供。另外，術(shù)語(yǔ)"處理器"或"控制器"的明確使用應(yīng)當(dāng) 不被理解為專(zhuān)指能夠執(zhí)行軟件的硬件，并且可以隱含包括(而不限于)數(shù) 字信號(hào)處理器("DSP")硬件、用于存儲(chǔ)軟件的只讀存儲(chǔ)器
("ROM")、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器("RAM")和非易失性存儲(chǔ)器。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用于在傳送圖像數(shù)據(jù)或?qū)Υ鎯?chǔ)裝置 讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)以從可用位深度提供最大效用的系統(tǒng)的高 級(jí)框圖。圖1的系統(tǒng)IO示意性地包括變換設(shè)備12和逆變換設(shè)備16。更具 體地說(shuō)，在圖1的系統(tǒng)10中，根據(jù)本發(fā)明通過(guò)在源端14引入變換設(shè)備12 并在接收端(sink side) 18引入針對(duì)該變換的逆變換設(shè)備16來(lái)減少截?cái)鄵p 失(truncation loss)。在存儲(chǔ)器存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，在寫(xiě)入之前在 發(fā)送端提供編碼變換設(shè)備12并且在讀取之后在接收端提供解碼變換設(shè)備 16。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)10的變換設(shè)備12可以通過(guò)利用例如 一維查找表(l-DLUT) 20 (即，所有顏色信號(hào)共用同一查找表)向接收 到的信號(hào)應(yīng)用變換函數(shù)(F)。在本發(fā)明的替代實(shí)施例中，可以實(shí)現(xiàn)三個(gè) 或更多的1-DLUT20 (即，每種顏色信號(hào)有一個(gè)或者每種像素顏色分量 (紅色、綠色和藍(lán)色)有一個(gè))，以向接收到的信號(hào)應(yīng)用變換函數(shù) (F)。更具體地說(shuō)，在圖1的系統(tǒng)IO所示的本發(fā)明實(shí)施例中，高動(dòng)態(tài)范 圍視頻信號(hào)22被傳送到變換設(shè)備12，其中查找表20可以在截?cái)嘀氨粦?yīng) 用于視頻信號(hào)22以提供更小的動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)24。例如，如果高動(dòng)態(tài)范圍 視頻信號(hào)22包括IO位的紅色、綠色、藍(lán)色(RGB)信號(hào)并且LUT 20根據(jù)本發(fā)明而被應(yīng)用，則變換設(shè)備12的輸出可以包括8位RGB信號(hào)24。 LUT20通過(guò)使用更多層次(位深度)表征感興趣區(qū)域或范圍(即，幅度表 征)同時(shí)減少用于表征其他區(qū)域的層次(位深度)數(shù)目來(lái)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)流或圖 像中的像素的層次或位深度。
根據(jù)圖1的系統(tǒng)10中的本發(fā)明實(shí)施例，加權(quán)編碼是在源端14處執(zhí)行 的。感興趣的區(qū)域可以是預(yù)定或預(yù)先編程的、已經(jīng)根據(jù)圖像屏幕的特定區(qū) 域來(lái)設(shè)置的、基于圖像的直方圖分析來(lái)確定的，或是通過(guò)利用包括心理視 覺(jué)(psycho-visual)參數(shù)(例如更低亮度水平與更高亮度水平相比的不同 對(duì)比靈敏度)在內(nèi)的其他標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定的。雖然圖1的系統(tǒng)10的變換設(shè)備 12被示出為包括LUT，但是本發(fā)明的變換函數(shù)不需要實(shí)現(xiàn)LUT。相反， 在本發(fā)明的替代實(shí)施例中，可以利用其他方式來(lái)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的變換函 數(shù)，例如提供伽瑪偏移、增益偏移或者提供多項(xiàng)式系數(shù)來(lái)確定和生成變換 函數(shù)。
在圖1的系統(tǒng)10的接收側(cè)18，提供了逆變換(F1)。例如，在圖1 的系統(tǒng)10的接收側(cè)18，提供了逆LUT 26。就是說(shuō)，在逆變換設(shè)備18 中，可以通過(guò)交換如下變換曲線的橫坐標(biāo)(即，以最低位繪制LUT的輸入 視頻層次)和縱坐標(biāo)(以最低位繪制輸出視頻層次)來(lái)獲得逆LUT 26， 所述變換曲線表示變換設(shè)備12的LUT 20。受約束的較低動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)24 被傳送到逆變換設(shè)備18，其中逆LUT 26向該較低動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)24應(yīng)用如 上所述的逆函數(shù)。逆變換設(shè)備18輸出高動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)28，該高動(dòng)態(tài)范圍 信號(hào)28與如典型現(xiàn)有技術(shù)數(shù)字傳輸系統(tǒng)所提供的包括對(duì)較低動(dòng)態(tài)范圍信 號(hào)24的簡(jiǎn)單截?cái)嗟男盘?hào)相比具有更高的動(dòng)態(tài)范圍。利用本發(fā)明概念所提 供的較低動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)24可以通過(guò)任何已知傳輸手段(例如有線或無(wú)線 傳輸線路25)來(lái)傳送，或者在存儲(chǔ)器存取或存儲(chǔ)的情況下通過(guò)基本上任何 電連接裝置25來(lái)傳送。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明替代實(shí)施例的用于在傳送圖像數(shù)據(jù)或?qū)Υ鎯?chǔ)裝置 讀取/寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)以從可用位深度提供最大效用的系統(tǒng) 的高級(jí)框圖。圖2的系統(tǒng)包括變換設(shè)備112、 LUT反轉(zhuǎn)設(shè)備47、數(shù)據(jù)/圖片 分析設(shè)備46和逆變換設(shè)備116。圖2的系統(tǒng)被示意性地分為三個(gè)部分源部分40、傳輸介質(zhì)部分42和接收端部分44。數(shù)據(jù)/圖片分析設(shè)備46根據(jù) 優(yōu)選變換特性向接收到的高動(dòng)態(tài)范圍視頻信號(hào)22應(yīng)用變換函數(shù)LUT F 48。變換函數(shù)LUT F 48是為了對(duì)接收到的圖片或視頻內(nèi)容進(jìn)行加權(quán)編碼 以供傳輸或存儲(chǔ)而實(shí)現(xiàn)的。如先前所述，變換函數(shù)可以包括查找表 (LUT)、內(nèi)聯(lián)函數(shù)(inline function)或兩者的組合，以用于對(duì)接收到的 高動(dòng)態(tài)范圍視頻信號(hào)22應(yīng)用變換函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明，可以針對(duì)高動(dòng)態(tài)范 圍視頻信號(hào)22中的每種顏色(例如，紅色、綠色和藍(lán)色)來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的 查找表、內(nèi)聯(lián)函數(shù)或兩者的組合。
在圖2的系統(tǒng)中，變換設(shè)備112的變換函數(shù)LUT F 48在反轉(zhuǎn)設(shè)備47 中被反轉(zhuǎn)。在圖2的系統(tǒng)中，由反轉(zhuǎn)設(shè)備47確定的逆變換函數(shù)LUTF1 50 被傳送到系統(tǒng)100的接收端部分44。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，逆變換函 數(shù)LUT F" 50與經(jīng)變換的圖片內(nèi)容一起被傳送到系統(tǒng)100的接收端部分 44，以供逆變換設(shè)備116應(yīng)用于解碼接收到的圖片并輸出高動(dòng)態(tài)范圍信號(hào) 28。在本發(fā)明的替代實(shí)施例中，由反轉(zhuǎn)設(shè)備47確定的逆變換函數(shù)LUTF—1 50被直接傳送到逆變換設(shè)備116。逆變換函數(shù)LUT F-1 50又被逆變換設(shè)備 116應(yīng)用于對(duì)接收到的圖片進(jìn)行正確解碼。逆變換設(shè)備116的輸出然后可 被傳送到顯示或存儲(chǔ)設(shè)備。如果來(lái)自變換設(shè)備116的經(jīng)編碼圖片信息將在 解碼之前被存儲(chǔ)，則解碼逆變換函數(shù)LUT F'1 50與該數(shù)據(jù)一起被存儲(chǔ)以用 于以后的解碼。根據(jù)本發(fā)明，解碼逆變換函數(shù)LUT F—1 50和信息可以與作 為元數(shù)據(jù)的圖片信息一起存儲(chǔ)。
可以為了以多種方式應(yīng)用于接收到的高動(dòng)態(tài)范圍視頻信號(hào)而建立根據(jù) 本發(fā)明的變換函數(shù)和逆變換函數(shù)。例如，在本發(fā)明的一種實(shí)施例中，可以 逐像素地向接收到的視頻信號(hào)應(yīng)用函數(shù)，這可能不是最高效的技術(shù)，但是 在一些應(yīng)用中可以是優(yōu)選的。變換和逆變換函數(shù)的其他應(yīng)用方法可以包括 逐圖片塊(picture block-wise)的傳輸方法、 一次若干像素的總傳輸方 法、逐幀(其中每個(gè)圖片具有其自己的變換和逆變換函數(shù))、用于運(yùn)動(dòng)圖 片的逐場(chǎng)景(基于場(chǎng)景中的每個(gè)單獨(dú)幀的顏色很可能看起來(lái)相似這一事 實(shí))，等等。還可以針對(duì)每個(gè)影片定義常數(shù)函數(shù)一次或針對(duì)數(shù)據(jù)塊來(lái)定義 常數(shù)函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以利用直方圖得到變換函數(shù)。更具體地說(shuō)， 可以利用基于直方圖的方法來(lái)確定傳輸曲線中的哪些部分需要更多精度 (更高位深度)以及傳輸曲線中的哪些部分需要更少精度(相比更高位深 度的信號(hào)有更低位深度和更少碼值)。直方圖方法提供了一種方式來(lái)確定 圖像中的哪些地方很可能發(fā)生量化假象。量化假象可以具有若干表現(xiàn)。圖
像中最常見(jiàn)的一種可見(jiàn)假象包括替代淺坡度(shallow slope)的可見(jiàn)階越
(stepping)。圖片中的淺坡度可以在顏色幾乎均勻的"平坦"區(qū)域發(fā)生。 它們例如以背景中的墻或人臉的面頰的形式發(fā)生。
量化假象(也稱(chēng)為馬赫帶(Mach Banding))在感覺(jué)"平坦"的圖像 區(qū)域中最明顯。這可以是背景墻上的淺顏色過(guò)渡或者人臉上的軟顏色過(guò) 渡。檢測(cè)這些"平坦"區(qū)域的一種方式是利用直方圖分析。因?yàn)檫@些"平 坦"區(qū)域提供了大量類(lèi)似或接近到足以落入同一直方圖區(qū)間(bin)的像素 值，所以產(chǎn)生髙直方圖輸出值?？梢匀缦滤龅匦薷膫鬏敾蜣D(zhuǎn)移曲線。例 如，圖6示出在創(chuàng)建用于圖5所示的示例圖片202的變換的轉(zhuǎn)移曲線 310、 312和314時(shí)使用的三個(gè)直方圖302、 304和306。下面將更詳細(xì)地描 述有關(guān)直方圖和轉(zhuǎn)移曲線之間關(guān)系的細(xì)節(jié)。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的適合用于圖2的系統(tǒng)100的數(shù)據(jù)/圖片分 析設(shè)備46的高級(jí)框圖。圖3的數(shù)據(jù)/圖片分析設(shè)備46示意性地包括直方圖 分析設(shè)備84、后期處理設(shè)備88和變換生成設(shè)備92。在圖3的直方圖分析 設(shè)備84中，示意性地存在n個(gè)區(qū)間82，這些區(qū)間82具有標(biāo)記為 Count—Bin—1至Count—Bin—n的輸出計(jì)數(shù)。雖然圖3的數(shù)據(jù)/圖片分析設(shè)備 46被示出為包括直方圖分析設(shè)備84，但是應(yīng)當(dāng)明白，直方圖分析設(shè)備僅 是一種可能的分析設(shè)備并且根據(jù)本發(fā)明還可以使用其他對(duì)像素進(jìn)行分類(lèi)的 方法或裝置。
直方圖分析設(shè)備84為每個(gè)區(qū)間82創(chuàng)建像素信息的直方圖和具有滿(mǎn)足 標(biāo)準(zhǔn)的特性的像素的發(fā)生數(shù)目。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)像 素的像素值被用作將哪些像素置于哪些區(qū)間82中的標(biāo)準(zhǔn)。在這一示例 中，"n"個(gè)區(qū)間82用于將圖片層次(picture level)分類(lèi)為n個(gè)相應(yīng)區(qū)間。 另外，可以針對(duì)每種像素顏色(例如，紅色、綠色和藍(lán)色)來(lái)創(chuàng)建如上所述的直方圖。
參考圖6，圖6示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的在創(chuàng)建用于生成變換函數(shù)
308的轉(zhuǎn)移曲線310、 312和314時(shí)使用的三個(gè)直方圖302、 304和306。在 圖6中，每個(gè)直方圖302、 304和306對(duì)應(yīng)于不同的顏色，其中直方圖302 對(duì)應(yīng)于紅色、直方圖304對(duì)應(yīng)于綠色并且直方圖306對(duì)應(yīng)于藍(lán)色。在圖6 的示例中，每個(gè)直方圖302、 304和306包括八個(gè)區(qū)間(x軸)。這些區(qū)間 各自包括圖像或一部分圖像中具有對(duì)應(yīng)于相應(yīng)區(qū)間的像素值的多個(gè)像素 (y軸上的像素計(jì)數(shù))。在圖6的示例中，區(qū)間按照升序與像素的亮度級(jí) 別相關(guān)聯(lián)。圖6的變換曲線310、 312和314繪制與按照LSB的輸出視頻 層次(縱坐標(biāo))相對(duì)的按照LSB的變換函數(shù)(例如LUT)的輸入視頻層 次(橫坐標(biāo))。
再次參考圖3，視頻信號(hào)(圖片)被直方圖分析設(shè)備84接收。接收到 的圖片86的直方圖是通過(guò)直方圖區(qū)間化(binning)處理來(lái)得到的，該處 理可以使用本領(lǐng)域中的已知方法。輸出信號(hào)(例如Count一Bin一l至 Count—Bin—n，其是來(lái)自直方圖分析設(shè)備84的直方圖處理的n個(gè)區(qū)間的信 號(hào))然后被傳送到后期處理設(shè)備88。后期處理設(shè)備88確定增益值90 (Gain一l至Gain一n)，以供變換生成設(shè)備92用于確定變換函數(shù)(例如 LUT)。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的適合用于圖3的數(shù)據(jù)/圖片分析設(shè)備46 的后期處理設(shè)備的髙級(jí)框圖。圖4的后期處理設(shè)備88示意性地包括等量 的輸出信號(hào)90，其對(duì)應(yīng)于直方圖函數(shù)中由直方圖區(qū)間82的數(shù)目n確定的 n個(gè)片段的Gain一l至Gain一n。后期處理設(shè)備88示意性地包括用于使得可 以輸入常數(shù)或函數(shù)的四個(gè)輸入。這些常數(shù)/函數(shù)包括Ll、 L2、 Min一gain (最小增益)和Max一gain (最大增益)。Ll和L2分別確定對(duì)跨越如下靈 敏度范圍的樣本數(shù)目的最小和最大限制(例如，對(duì)每個(gè)區(qū)間82中的像素 數(shù)目的約束)，在所述靈敏度范圍中需要在限制Min一gain和Max一gain之 間調(diào)節(jié)增益。
Min—gain和Max—gain是對(duì)增益的限制，其分別對(duì)應(yīng)于最小值(Ll) 和最大值(L2)。在一示意性實(shí)施例中，Min一gain和Max_gain例如可以分別是0.5和2。 Ll和L2例如可以分別包括圖像或圖像窗口中的樣本數(shù)目 的l/20和1/8。 Min—gain應(yīng)用于Ll，并且Max一gain應(yīng)用于L2。在限制設(shè) 備87中作出限制決定，以將規(guī)格化設(shè)備89的輸入限制為L(zhǎng)l和L2之間的 值。對(duì)于小于Ll的區(qū)間計(jì)數(shù)值，Ll的輸出值被產(chǎn)生，并且對(duì)于大于L2 的區(qū)間計(jì)數(shù)值，L2的輸出值被產(chǎn)生。在規(guī)格化設(shè)備89中計(jì)算區(qū)間計(jì)數(shù)的 規(guī)格化值，以在范圍設(shè)備91中將范圍限定在Ll和L2之間。規(guī)格化設(shè)備 89的輸出對(duì)于小于或等于計(jì)數(shù)值Ll的區(qū)間計(jì)數(shù)而言等于0，并且對(duì)于大 于或等于計(jì)數(shù)值L2的區(qū)間計(jì)數(shù)而言等于1。針對(duì)與區(qū)間相對(duì)應(yīng)的每個(gè)片段 來(lái)計(jì)算增益(例如，Gain一l，等等)。這可以通過(guò)利用來(lái)自規(guī)格化設(shè)備89 的規(guī)格化區(qū)間計(jì)數(shù)并利用邏輯電路96計(jì)算成比例增益來(lái)執(zhí)行。
在一個(gè)示意性實(shí)施例中，后期處理塊88根據(jù)以下式(1)和式(2) 來(lái)計(jì)算增益
hist2 = (min(max(histl, Ll), L2)-L1)/(L2-L1) (1)
(其中histl是L2和Ll之間的區(qū)間計(jì)數(shù)[在圖4中標(biāo)記為"IN"])
gain = hist2 X (max_gain-min—gain)+min—gain. (2 )
再次參考圖3，變換生成設(shè)備92將輸入范圍分段為"個(gè)區(qū)域，其中" 等于直方圖的區(qū)間82的數(shù)目并且等于來(lái)自后期處理設(shè)備88的增益值90的 數(shù)目。每個(gè)區(qū)域如上所述具有其自己的增益。從0開(kāi)始，輸出變換LUT F 48的每個(gè)元素是通過(guò)前一變換值加上增益來(lái)確定的。這是經(jīng)微分值調(diào)節(jié)以 創(chuàng)建輸出值的輸入值。在一個(gè)示例中，可以利用n條直線或其它這種數(shù)學(xué) 處理來(lái)組成該變換。每條線m是由其起點(diǎn)(其為線m-l的終點(diǎn))和斜率 (增益)來(lái)限定的。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的、本發(fā)明的概念所可以應(yīng)用于的示例性 圖像202。就是說(shuō)，圖5的圖像被利用如上所述的直方圖分析來(lái)處理，以 確定在如圖6所示處理視頻和圖像數(shù)據(jù)時(shí)使用的轉(zhuǎn)移曲線(變換)。就是 說(shuō)，再次參考圖6，對(duì)應(yīng)于紅、綠和藍(lán)像素顏色的直方圖302、 304和306被用于生成轉(zhuǎn)移曲線310 (用于紅色)、312 (用于綠色)和314 (用于藍(lán) 色)。轉(zhuǎn)移曲線的值確定了用于支持對(duì)視頻信號(hào)的加權(quán)編碼以供存儲(chǔ)或傳 輸?shù)淖儞Q函數(shù)(例如LUT)。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖示出用于存儲(chǔ)或傳輸系統(tǒng)的變換函數(shù) 和逆變換函數(shù)的各曲線圖。在圖7中，圖6的轉(zhuǎn)移曲線310、 312和314在 變換設(shè)備12中用于對(duì)輸入的高動(dòng)態(tài)范圍視頻信號(hào)進(jìn)行編碼。曲線320、 322和324在逆變換設(shè)備16中用于對(duì)經(jīng)變換的低動(dòng)態(tài)范圍視頻信號(hào)進(jìn)行解 碼。就是說(shuō)，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)LUT以利用加權(quán)信息(增 益)對(duì)高動(dòng)態(tài)范圍視頻信號(hào)進(jìn)行編碼，從而重新分配像素?cái)?shù)據(jù)以創(chuàng)建在源 14和接收端18之間傳送的低動(dòng)態(tài)范圍視頻信號(hào)。然后在接收端利用逆 LUT對(duì)該低動(dòng)態(tài)范圍視頻信號(hào)進(jìn)行解碼。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例為了確定直方圖而實(shí)現(xiàn)的滑動(dòng)窗口的示意 圖。如圖8所示，在本發(fā)明的一種可選實(shí)施方式中，可以利用滑動(dòng)窗口 402創(chuàng)建直方圖來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳結(jié)果。更具體地說(shuō)，假定確定區(qū)間中的像素的 最大數(shù)目以調(diào)用Max—Gain的L2比圖片中的樣本總數(shù)小得多，那么通過(guò)對(duì) 圖片的各部分進(jìn)行獨(dú)立分析并組合結(jié)果而非如上所述進(jìn)行單個(gè)全局分析， 可以實(shí)現(xiàn)更好的結(jié)果。利用本發(fā)明的滑動(dòng)窗口 402保證了像素值實(shí)際是在 感興趣的特定圖片區(qū)域中找到的而不是遍布整個(gè)圖片。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí) 施例中，可以實(shí)現(xiàn)比主體(subject)直方圖分析的圖片大小(iXj) 404更 小的滑動(dòng)窗口 402。例如，如果滑動(dòng)窗口的步長(zhǎng)等于一個(gè)(1)像素(由數(shù) 字403示出)，并且在二維(由數(shù)字405和407示出)上是一 (1)行，那 么結(jié)果將為每個(gè)區(qū)間得到(i-a)X(j-b)的值。
在這種實(shí)施例中，執(zhí)行后期處理步驟以選擇每個(gè)區(qū)間的所有運(yùn)行的最 大值作為結(jié)果，從而確定已經(jīng)充分考慮到所有圖片區(qū)域和所有重要直方圖 區(qū)域，這是有益的?？梢匀缟纤鰣?zhí)行所有進(jìn)一步的處理，然而，必須基 于窗口大小402而非圖片大小404來(lái)選擇Ll和L2。
根據(jù)本發(fā)明， 一種用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)編碼的方法包括確定非線 性變換函數(shù)，該非線性變換函數(shù)用于對(duì)接收到的圖像數(shù)據(jù)的編碼進(jìn)行加權(quán) 以使得利用可用于表征圖像數(shù)據(jù)的全部位中的不成比例的更多位來(lái)編碼圖像數(shù)據(jù)中需要增多細(xì)節(jié)的所選區(qū)域。圖9示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的用 于對(duì)接收到的圖像數(shù)據(jù)的編碼進(jìn)行加權(quán)的非線性變換函數(shù)的確定方法的流
程圖。圖9的方法在步驟502處開(kāi)始，在步驟502中接收將被編碼以用于 傳輸或存儲(chǔ)的信號(hào)(例如，圖像數(shù)據(jù)、視頻內(nèi)容，等等)。方法然后進(jìn)行 到步驟504。
在步驟504處，基于圖像中的像素的位深度將接收到的信號(hào)的像素信 息(例如每個(gè)像素的顏色或顏色組合的強(qiáng)度)組織為直方圖的區(qū)間。方法 然后進(jìn)行到步驟506或可選地進(jìn)行到步驟505。
在步驟505處，滑動(dòng)窗口被應(yīng)用以創(chuàng)建子集直方圖。相對(duì)于圖像數(shù)據(jù) 移動(dòng)該滑動(dòng)窗口以提供用于創(chuàng)建直方圖的圖像數(shù)據(jù)的子集。方法然后進(jìn)行 到步驟506。
在步驟506處，基于區(qū)間中的像素量為在步驟504中創(chuàng)建的一個(gè)或多 個(gè)直方圖中的區(qū)間計(jì)算增益。方法然后進(jìn)行到步驟508。
在步驟508處，計(jì)算出的增益被用于得到變換函數(shù)和逆變換函數(shù)。變 換函數(shù)用于將第一動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)(高動(dòng)態(tài)范圍)變換為較低動(dòng)態(tài)范圍的第 二信號(hào)。變換函數(shù)是基于步驟506的增益來(lái)確定的。在步驟508中，變換 函數(shù)可被表示為一個(gè)或多個(gè)LUT。方法然后進(jìn)行到步驟510以描述所確定 的變換函數(shù)和逆變換函數(shù)的應(yīng)用。
在步驟510，增益被實(shí)現(xiàn)(即，變換函數(shù)被應(yīng)用于接收到的信號(hào))以 對(duì)接收到的信號(hào)的各部分進(jìn)行加權(quán)，從而在接收到的信號(hào)(圖像數(shù)據(jù))的 選定區(qū)域中提供更高的分辨率或清晰度。圖像中的選定區(qū)域?qū)ǜ呶?深度而其他部分可以包括更低位深度。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，利用 LUT來(lái)提供加權(quán)。利用由變換函數(shù)提供的加權(quán)，在像素的位深度方面執(zhí)行 調(diào)節(jié)，以?xún)?yōu)化整個(gè)圖像范圍內(nèi)的位深度。方法然后進(jìn)行到步驟512。
在步驟512處，較低動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)被傳送到接收器或存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置 中。在歩驟508中確定的逆變換函數(shù)可以與該較低動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)一起被傳 送，以用于對(duì)該較低動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)的逆變換或用于存儲(chǔ)。作為替代，在步 驟508中確定的逆變換函數(shù)可被直接提供給逆變換設(shè)備以用于以后的解 碼。方法然后進(jìn)行到步驟514。在步驟514處，逆變換函數(shù)被應(yīng)用以將接收到的信號(hào)解碼或恢復(fù)為原 始信號(hào)的高動(dòng)態(tài)范圍。方法然后退出。
已經(jīng)描述了用于在接收或存取圖像數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)經(jīng)編碼圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán) 以支持位深度的減少并支持位深度的恢復(fù)的方法和系統(tǒng)(意圖是示例性而 非限制性的)，注意到本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述教導(dǎo)可以作出修改和變 更。因此將會(huì)明白，在所公開(kāi)的本發(fā)明的特定實(shí)施例中可以作出改變，這 些改變屬于所附權(quán)利要求所概括的本發(fā)明的范圍和精神。雖然上述針對(duì)的 是本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明基本范圍的情況下可以想出 本發(fā)明的其他實(shí)施例。
權(quán)利要求
1. 一種用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)的加權(quán)編碼的方法，包括確定非線性變換函數(shù)的步驟，該非線性變換函數(shù)將被應(yīng)用于所述圖像數(shù)據(jù)以使得利用可用于表征所述圖像數(shù)據(jù)的全部位中的不成比例的更多位來(lái)編碼所述圖像數(shù)據(jù)中希望增大精度的選定區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述圖像數(shù)據(jù)中的所述選定區(qū) 域包括其中很可能發(fā)生量化假象的區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，利用增加的位深度對(duì)所述圖像 數(shù)據(jù)中的所述選定區(qū)域進(jìn)行編碼。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述確定非線性變換函數(shù)的步 驟包括根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)的像素的位深度將像素信息安排為多個(gè)組；確定所述多個(gè)組的相應(yīng)增益，其中所述相應(yīng)增益依賴(lài)于所述多個(gè)組中的相應(yīng)像素?cái)?shù)目；以及基于所述相應(yīng)增益來(lái)確定所述變換函數(shù)。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，還包括向所述圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用滑動(dòng)窗口，以確定用于創(chuàng)建所述多個(gè)組的所述像 素?cái)?shù)據(jù)的子集。
6. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述多個(gè)組包括直方圖的多個(gè) 區(qū)間。
7. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述增益被用于對(duì)所述圖像數(shù) 據(jù)中的所述選定區(qū)域進(jìn)行加權(quán)，以調(diào)節(jié)所述圖像數(shù)據(jù)的像素的位深度。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，利用查找表將所述變換函數(shù)應(yīng) 用于所述圖像數(shù)據(jù)。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述查找表包括用于所述圖像 數(shù)據(jù)的像素的不同顏色的相應(yīng)查找表。
10. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定用于對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行 解碼的逆變換函數(shù)。
11. 一種用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)的加權(quán)編碼的系統(tǒng)，包括變換設(shè)備，該變換設(shè)備配置為確定非線性變換函數(shù)，該非線性變換函 數(shù)將被應(yīng)用于所述圖像數(shù)據(jù)以使得可以利用用于表征所述圖像數(shù)據(jù)的更多 位對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)中希望增加細(xì)節(jié)的選定區(qū)域進(jìn)行編碼；以及編碼裝置，該編碼裝置配置為對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。
12. 如權(quán)利要求ll所述的系統(tǒng)，其中，所述變換設(shè)備包括 分析設(shè)備，該分析設(shè)備配置為根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)的像素的位深度將像素信息安排為多個(gè)組；后期處理設(shè)備，該后期處理設(shè)備配置為接收經(jīng)組織的像素信息并且確 定所述多個(gè)組的相應(yīng)增益，其中所述相應(yīng)增益依賴(lài)于所述多個(gè)組中的相應(yīng) 像素?cái)?shù)目；以及變換生成設(shè)備，該變換生成設(shè)備配置為基于所述相應(yīng)增益來(lái)確定所述 變換函數(shù)，所述變換函數(shù)基于所述相應(yīng)增益將所述圖像數(shù)據(jù)變換為較低位 深度的第二信號(hào)。
13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述分析設(shè)備基于所述像素 的相應(yīng)像素值將像素信息安排為直方圖的多個(gè)區(qū)間。
14. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述變換設(shè)備包括用于向所 述圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用所述變換函數(shù)的查找表。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述查找表包括用于所述圖 像數(shù)據(jù)的像素的不同顏色的相應(yīng)查找表。
16. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，還包括配置為向所述圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用 逆變換函數(shù)的逆變換設(shè)備。
17. 如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述逆變換設(shè)備包括用于向 所述經(jīng)編碼圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用所述逆變換函數(shù)的查找表。
18. 如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述査找表包括用于所述圖 像數(shù)據(jù)的像素的不同顏色的相應(yīng)查找表。
19. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述分析設(shè)備基于滑動(dòng)窗口 來(lái)安排所述像素信息，所述滑動(dòng)窗口確定用于創(chuàng)建所述多個(gè)組的所述像素 數(shù)據(jù)的子集。
20. 如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述變換設(shè)備向所述圖像數(shù) 據(jù)應(yīng)用所述變換函數(shù)，以對(duì)將被編碼的所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)。
21. —種用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)的加權(quán)編碼的方法，包括向所述圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用變換函數(shù)，使得利用用于表征所述圖像數(shù)據(jù)的更 多位對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)中希望增大精度的選定區(qū)域進(jìn)行編碼。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述圖像數(shù)據(jù)中的所述選定 區(qū)域包括其中很可能發(fā)生量化假象的區(qū)域。
23. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所有變換函數(shù)是由包括以下步驟的方法來(lái)確定的根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)的像素的位深度將像素信息安排為多個(gè)組； 確定所述多個(gè)組的相應(yīng)增益，其中所述相應(yīng)增益依賴(lài)于所述多個(gè)組中的相應(yīng)像素?cái)?shù)目；以及基于所述相應(yīng)增益來(lái)確定所述變換函數(shù)。
24. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述變換函數(shù)包括非線性變換函數(shù)。
全文摘要
一種用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)的加權(quán)編碼的方法和系統(tǒng)包括變換設(shè)備，該變換設(shè)備配置為確定非線性變換函數(shù)，該非線性變換函數(shù)用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)的編碼進(jìn)行加權(quán)使得利用可用于表征圖像數(shù)據(jù)的全部位中的不成比例的更多位對(duì)圖像數(shù)據(jù)中希望增多細(xì)節(jié)的選定區(qū)域進(jìn)行編碼。本發(fā)明的系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括編碼設(shè)備，該編碼設(shè)備配置為對(duì)經(jīng)加權(quán)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，變換設(shè)備包括分析設(shè)備，該分析設(shè)備配置為根據(jù)圖像數(shù)據(jù)的像素的位深度將像素信息安排為多個(gè)組；后期處理設(shè)備，該后期處理設(shè)備配置為接收經(jīng)組織的像素信息并且確定多個(gè)組的相應(yīng)增益；以及變換生成設(shè)備，該變換生成設(shè)備配置為基于相應(yīng)增益來(lái)確定變換函數(shù)。
文檔編號(hào)H04N7/26GK101449586SQ200680054691
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2006年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月25日
發(fā)明者伊茍·托拜厄斯·道瑟爾 申請(qǐng)人:湯姆遜許可證公司