识别多原色情况下YUV三原色组成成分的方法技术

本发明专利技术涉及宽色域，多原色，图像和视频显示，图像和视频编码，为实现通过盲识别的方法来判断YUV信号的来源，本发明专利技术识别多原色情况下YUV三原色组成成分的方法，步骤如下：1)、发送端传输RGB信号的情况：列出表示传输RGB信号时的YUV编码矩阵和接收端恢复RGB信号时的解码矩阵；2)、发送端传输EGB信号的情况：列出YUV与EGB的彩色空间变换关系；3)、接收端识别信号来源。通过分解由RGBE四原色构成的四边形为RGB和EGB两个三角形，信源端产生或由RGB或由EGB组成的YUV信号，接收端分别使用RGB和EGB解码矩阵从YUV信号中恢复出XGB信号。本发明专利技术主要应用于图像、视频处理。

Method of Recognizing YUV Tri-primary Color Components in Multi-primary Pornography

The present invention relates to wide gamut, multiple primary colors, image and video display, image and video coding. In order to judge the source of YUV signal by blind recognition, the method of identifying the components of YUV three primary colors in the case of multiple primary pornography is as follows: 1) The transmission of RGB signal by the sender: listing the YUV coding matrix representing the transmission of RGB signal and the recovery of RGB signal by the receiver. The decoding matrix of the number; 2) the transmission of EGB signal at the transmitter: listing the color space transformation relationship between YUV and EGB; 3) identifying the source of the signal at the receiver. By decomposing the quadrilateral composed of RGBE four primary colors into RGB and EGB triangles, the source generates YUV signals composed of RGB or EGB, and the receiver uses RGB and EGB decoding matrices to recover XGB signals from YUV signals, respectively. The invention is mainly applied to image and video processing.

【技术实现步骤摘要】
识别多原色情况下YUV三原色组成成分的方法
宽色域，多原色，图像和视频显示，图像和视频编码，图像和视频表达，图像和视频传播。
技术介绍
1931年，国际照明委员会CIE制定了CIE1931RGB系统，规定将700nm的红、546.1nm的绿和435.8nm的蓝作为三原色，后来CIE1931-xy色度图成为描述色彩范围最为常用的图表，色域就是在图1上所覆盖的范围。图像的色彩是衡量图像质量的一个重要指标。如果成像、传播或显示技术不能充分覆盖图像的色域，那么就会导致图像的色度失真、色饱和度下降，从而导致重现图像质量变差、真实感降低，大大降低观众的收视体验。随着人们生活、工作、娱乐和消费方式的改变，宽色域图像的应用范围越来越广、人们对其期望值也越来越高。不仅视频广播领域需要宽色域图像源和宽色域显示设备，在诸如电子商务等新兴行业中更加亟需色彩高保真图像。在彩色印刷领域，很多书画等印刷品的色彩都具有高饱和度的特点，但是根据CIE1931RGB混色实验结果，为了使用RGB三原色表达高饱和度色光，需要物理上无法实现的“负”值色光。因此采用目前通用的图像采集、传播和显示方式在表达高饱和度书画时会出现色彩失真。再比如某些放射性火焰，例如火山熔岩，一般亮度很高、饱和度也很高，这部分颜色也超出了标准色域范围。除了上述视频广播领域、电子商务、火焰分析应用外，医疗和博物馆也属于亟需高保真彩色图像的行业，同样需要宽色域技术。由于历史的原因，目前视频系统中的色域都较小，仅能覆盖自然界中可见色彩的33.25％[1]，大部分高饱和度的颜色都无法显示，为克服这个缺点，国际上于1998年和2006年先后制定了《未来电视和图像系统的国际统一色度和相关特性》建议书ITU-RBT.1361[2]和“面向视频应用的扩展色域”建议书IEC61966-2-4[3]，这在一定程度上实现了扩展色域。为了能够色彩高保真地重现色彩，除了提高显示设备的色域覆盖范围外，还需在信源端提供宽色域视频信号。开发多原色图像传感器已经引起了业界的关注。现在已有几种多原色图像传感器类型，例如青色、黄色、绿色、品红色(Cyan,Yellow,GreenandMagenta,CYGM)图像传感，特别是红、绿、蓝和宝石蓝四原色(Red,Green,BlueandEmerald,RGBE)图像传感器[4,5]。RGBE四原色图像传感器的彩色滤波阵列与当前流行的Bayer彩色滤波阵列相比，多了宝石蓝滤镜。宝石蓝滤镜的光谱波段位于“负”值红色波长部分，也就是红色的补色。基于此可知，在信源端除了提供RGB三原色以外，还应该提供红色的补色宝石蓝色，形成基于红(R)、绿(G)、蓝(B)和宝石蓝色(E)这四种颜色的视频信号。但是在增加了E颜色后，会因为额外传输E色度成分造成数据量大大增加。因此需要研究有效传输或存储四原色图像分量的方法。针对上述问题，一种比较可行的方法是通过分解由RGB三原色和E原色构成的RGBE四边形来降低由于增加E分量带来数据量大大增加的问题。在使用RGB三原色的情况下，混色可能性是唯一的[6]。因此，对于RGBE四原色情况我们可通过类似三原色的方法解决。图1为R、G、B和E四原色覆盖的色域范围示意图。对于位于四边形色域范围内的复合色光，我们可以采用四边形内的三角形表达，即通过分解将四边形分为两个三角形。这样既可以避免因为额外传输E色成分而造成数据量大大增加的问题，又可以满足混色唯一性的要求。分解四边形为三角形的准则是：尽可能和CIE1931标准三原色光表达方式相同。例如，图1中的C1要采用RGB三原色表示，而C2应当通过EGB三角形来表达。通过分解RGBE四边形为RGB和EGB两个三角形可以保障信源端输出唯一的Y(亮度信号)，U和V色差信号，而不传输E图像，即信源端输出的YUV或来自RGB或来自EGB三原色[7]。但是这种方法带来的问题是接收端必须能够正确识别接收到的YUV信号是来自于RGB信号还是EGB信号，否则接收端便无法准确显示相应色彩信号，因此如何通过盲识别的方法来判断YUV信号的来源是本专利技术重点解决的问题。参考文献：[1]李彦.宽色域HDTV系统兼容传输方案及其重现研究[D].天津大学，2009.[2]ITU-RBT.1361.WorldwideUnifiedColorimetryandRelatedCharacteristicsofFutureTelevisionandImageSystems[S].1998.[3]IEC61966-2-4,Multimediasystemsandequipment–Colormeasurementandmanage-ment,Part2-4:Colourmanagement–Extended-gamutYCCcolourspaceforvideoapplications–xvYCC[S].2006.[4]Dpreviewstaff.SonyannouncenewRGBECCD[EB/OL].www.dpreview.com/articles/1471104084/sonyrgbeccd,2003-07-15.[5]Sonystaff.RealizationofnaturalcolorreproductioninDigitalStillCameras,closertothenaturalsightperceptionofthehumaneye[EB/OL].https://www.sony.net/SonyInfo/News/Press_Archive/200307/03-029E/,2003-07-16.[6]俞斯乐，李文元，侯正信，等.电视原理[M].北京：国防工业出版社，2015.[7]雷志春，段绿茵，李昌禄.兼容传输多原色扩展色域的方法：中国专利号ZL201610668093.4[P].2016-08-11。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在明确如何在没有参考信息的情况下，识别YUV信号(Y为亮度信号，U、V为色差信号)来自RGB还是来自EGB三原色，也就是通过盲识别的方法来判断YUV信号的来源。为此，本专利技术给出识别多原色情况下YUV三原色组成成分的方法，步骤如下：1)、发送端传输RGB信号的情况在RGB图像中，ITU-RBT.601-A标准规定，3个分量信号都采用8位四舍五入的均匀量化方式，并在量化前将三个分量信号归一化到相同的动态范围，因此，HDTV色度系统红、蓝色差信号的压缩系数kR、kB为：kR＝0.5/0.7874＝0.635(1)kB＝0.5/0.9278＝0.539(2)传输的YUV信号为：在100-0-100-0彩条信号下，Y的变化范围为[0,1]；U和V经压缩后的变化范围均为[-0.5,0.5]，动态范围一致；则YUV和RGB的彩色空间变换关系为：上述公式(4)和(5)分别表示传输RGB信号时的YUV编码矩阵和接收端恢复RGB信号时的解码矩阵；2)、发送端传输EGB信号的情况在EGB情况下，亮度信号的确定与RGB情况一致，即：Y＝0.2126R+0.7152G+0.0722B(6)位于RGB三角形B和G直线上的色彩已经不含有R成分，处于EGB三角形内的任何色彩都不含有R分量，在无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种识别多原色情况下YUV三原色组成成分的方法，其特征是，步骤如下：1)、发送端传输RGB信号的情况在RGB图像中，ITU‑R BT.601‑A标准规定，3个分量信号都采用8位四舍五入的均匀量化方式，并在量化前将三个分量信号归一化到相同的动态范围，因此，HDTV色度系统红、蓝色差信号的压缩系数kR、kB为：kR＝0.5/0.7874＝0.635                             (1)kB＝0.5/0.9278＝0.539                             (2)传输的YUV信号为：

【技术特征摘要】
1.一种识别多原色情况下YUV三原色组成成分的方法，其特征是，步骤如下：1)、发送端传输RGB信号的情况在RGB图像中，ITU-RBT.601-A标准规定，3个分量信号都采用8位四舍五入的均匀量化方式，并在量化前将三个分量信号归一化到相同的动态范围，因此，HDTV色度系统红、蓝色差信号的压缩系数kR、kB为：kR＝0.5/0.7874＝0.635(1)kB＝0.5/0.9278＝0.539(2)传输的YUV信号为：在100-0-100-0彩条信号下，Y的变化范围为[0,1]；U和V经压缩后的变化范围均为[-0.5,0.5]，动态范围一致；则YUV和RGB的彩色空间变换关系为：上述公式(4)和(5)分别表示传输RGB信号时的YUV编码矩阵和接收端恢复RGB信号时的解码矩阵；2)、发送端传输EGB信号的情况在EGB情况下，亮度信号的确定与RGB情况一致，即：Y＝0.2126R+0.7152G+0.0722B(6)位于RGB三角形B和G直线上的色彩已经不含有R成分，处于EGB三角形内的任何色彩都不含有R分量，在无噪声情况下，图像传感器对于EGB三原色表达的物体R单元输出零信号，所以Y＝0.7152G+0.0722B(7)(7)式只包含G和B分量，为了使U和V两个色差信号的动态范围依然为[-0.5,0.5]，Y信号动态范围依然为[0,1]，Y信号需要乘以系数kY＝1/(0.7152+0.0722)＝1/0.7874＝1.27，即：Y＝kY(0.7152G+0.0722B)＝0.9083G+0.0917B(8)为了使得U信号变化范围为[-0.5,0.5]，令压缩系数kB＝0.5/0.9083＝0.550，则：U＝kB(B-Y)＝0.550(B-Y)＝0.5000G-0.5000B(9)为了使得V信号变化范围为[-0.5,0.5]，令压缩系数kE＝0.5/1＝0.5，则：V＝kE(E-Y)＝0.5(E-Y)＝0.5000E-0.4542G-0.0458B(10)此时，U、V信号变化范围均为[-0.5,0.5]。所以此时YUV与EGB的彩色空间变换关系为：将上述公式量化到8bit后，U、V信号变化范围为[0,255]；3)、接收端识别信号来源通过分解由RGBE四原色构成的四边形为RGB和EGB两个三角形，信源端产生或由RGB或由EGB组成的YUV信号，接收端分别使用RGB和EGB解码矩阵从YUV信号中恢复出XGB信号，具体地，采用数据库查找法识别YUV信号：先建立RGB和EGB两种数据库，在RGB数据库中，应当包含R值从0变化到255、G值从0变化到255以及B值从0变化到255的每一种情况下的Y、U、V值和其对应的R、G、B值；在EGB数据库中，应当包含E值从0变化到255、G值从0变化到255以及B值从0变化到255的每一种情况下的Y、U、V值和其对应的E、G、B，当接收端接收到一个YUV信号时，将Y、U、V三者的值逐一与数据库中的YUV值进行对比，在误差允许范围内，这三者都相等时的情况即为该种情况下的正确数据，输出此时的数据库名称RGB或者EGB和相应的R(E)、G、B值。2.如权利要求1所述的识别多原色情况下YUV三原色组成成分的方法，其特征是，接收端识别信号来源采用Y’＝2V关系法识别YUV信号来源，具体地，对于EGB信号，由公式(8)和(10)知：Y＝0.9083G+0.0917BV＝0.5000E-0.4542G-0.0458B通过观察上述两式得到：0.9083/2＝0.45420.0917/2＝0.0458由此构造：Y’＝E-0.9083G-0.0917B＝E-Y(13)这样对于所有的EGB信号来说，其编码形成的Y’信号和V信号一定满足关系式Y’＝2V，而U信号还按照公式(9)的编码方式进行编码，但是此时接收端收到的Y’信号不是真正的亮度信号，要想恢复真正的亮度信号，需要在解码端解出E信号，求出E与Y’信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红茹，宇欣，雷志春，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12