用于执行高动态范围视频的色调映射的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于执行高动态范围(HDR)视频的色调映射的视频控制器以及方法。所述视频控制器包括：色彩空间转换器，配置为接收输入高动态范围视频信号以及在所述HDR视频信号上执行YUV到RGB转换来获得具有第一伽马曲线的第一RGB视频信号；去伽马单元，配置为在所述第一RGB视频信号上应用第二伽马曲线来补偿所述第一伽马曲线来获得线性RGB视频信号；第一直方图计算器，配置为计算所述线性RGB视频信号的当前帧的第一直方图；以及色调映射单元，配置为根据所述线性RGB视频信号的先前帧的直方图在所述线性RGB视频信号的当前帧上应用色调映射曲线来生成输出线性RGB视频信号。

Method and device for tone mapping of high dynamic range video

A video controller and method for performing tone mapping of high dynamic range (HDR) video are provided. The video controller includes: a color space converter configured to receive an input high dynamic range video signal and perform YUV to RGB conversion on the HDR video signal to obtain a first RGB video signal with a first gamma curve; a de gamma unit configured to apply a second gamma curve on the first RGB video signal to compensate the first gamma curve to obtain a linear R GB video signal; a first histogram calculator configured to calculate the first straight square of the current frame of the linear RGB video signal; and a tone mapping unit configured to generate an output linear RGB video signal by applying a tone mapping curve on the current frame of the linear RGB video signal according to the histogram of the previous frame of the linear RGB video signal.

【技术实现步骤摘要】
用于执行高动态范围视频的色调映射的方法及装置
本专利技术涉及视频处理，更具体地，涉及用于执行高动态范围(high-dynamic-range，HDR)视频的色调映射(tone-mapping)的视频控制器以及方法。
技术介绍
高动态范围(HDR)是由许多标准组织(例如，蓝光协会、ISO/IECHEVC、ITU-R、SMPTE、CEA以及HDMI)以及私人企业(例如，杜比、飞利浦)所引入的一种新技术。如超高清(ultra-high-definition，UHD)蓝光播放器以及UHDTV的装置预期在不久的将来支持HDR技术。播放HDR视频的需求包括两个主要的用例场景，如：1)在HDR显示监视器或TV上重放HDR视频；以及2)在传统标准动态范围(SDR)显示监视器或TV上播放HDP视频。第二种用例需要将HDR视频转换成SDR视频。然而，传统的HDR到SDR转换技术可能使用静态色调映射，例如使用ST2086标准中定义的静态元数据。虽然静态色调映射在图像中的黑暗区域可以具有更好的对比度(contrast)，其也使得图像中明亮区域饱和。当在HDR视频中静态元数据可用时，传统的HDR到SDR转换技术不能适应性逐帧改变色调映射曲线(即，视频流中每一帧有不同的色调映射曲线)，从而导致差的视频质量。因此，需要一种执行高动态视频(HDR)的色调映射的视频控制器以及方法来解决上述提到的问题。
技术实现思路
在参考附图的后续实施例中给出了本专利技术的细节描述。在一示例性实施例中，提供了一种视频控制器。所述视频控制器包括：色彩空间转换器，配置为接收输入高动态范围视频信号以及在所述输入HDR视频信号上执行YUV到RGB转换来获得具有第一伽马曲线的第一RGB视频信号；去伽马单元，配置为在所述第一RGB视频信号上应用第二伽马曲线来补偿所述第一伽马曲线来获得线性RGB视频信号；第一直方图计算器，配置为计算所述线性RGB视频信号的当前帧的第一直方图；以及色调映射单元，配置为根据所述线性RGB视频信号的先前帧的直方图，在所述线性RGB视频信号的当前帧上应用色调映射曲线来生成输出线性RGB视频信号。在另一个示例性实施例中，提供了一种用于执行高动态范围(HDR)视频的色调映射的方法。所述方法包括后续步骤：接收输入高动态范围视频信号；在所述输入HDR视频信号上执行YUV到RGB转换来获得具有第一伽马曲线的第一RGB视频信号；在所述第一RGB视频信号上应用第二伽马曲线来补偿所述第一伽马曲线来获得第二RGB视频信号；计算所述第二RGB视频信号的当前帧的第一直方图；以及根据所述第二RGB视频信号的先前帧的直方图，在所述第二RGB视频信号的当前帧上应用色调映射曲线来生成输出RGB视频信号。本专利技术通过适应性逐帧改变色调映射曲线，能够获得较好的视频质量。附图说明通过阅读后续的细节描述以及示例并参考附图，可以更充分地理解本专利技术，其中：图1是根据本专利技术实施例的视频控制器的框图。图2A以及2B是根据本专利技术实施例的动态色调映射的示例。图3A以及3B是根据本专利技术实施例的适应性色调映射的曲线的图示。图3C是静态色调映射的曲线；以及图4是用于执行高动态范围视频的色调映射的方法的流程图。具体实施方式后续的描述是实施本专利技术的最佳实施方式。所作之描述是为了说明本专利技术的一般原理以及不应对此作限制性理解。本专利技术的范围由参考所附权利要求最佳确定。图1是根据本专利技术实施例的视频控制器的框图。如图1所示，视频控制器100包括色彩空间转换器110、去伽马(de-gamma)单元111、色域映射单元112、色调映射单元113、伽马单元114、色彩空间转换器115、直方图计算器116、局部对比度增强单元117以及直方图计算器118。视频控制器110经由如高清多媒体接口(HDMI)2.0A版或以上版本的多媒体传输接口可以电性地连接到显示面板120，以及显示面板120可以显示来自视频控制器100的输出线性RGB视频信号或者从输出线性RGB视频信号生成的输出SDR视频信号。色彩空间转换器110配置为在输入HDR视频信号(或视频信号)1001上执行色彩空间转换(如，YUV到RGB转换)来获得第一RGB视频信号1101。输入HDR视频信号1001可以是为线性RGB视频信号的HDRYUV信号。输入HDR视频信号1001可以来自于具有或不具有显示面板的电子装置。例如，输入HDR视频信号1001可以来自于配备有显示面板的TV、智能手机或平板PC。或者，输入HDR视频信号1001可以来自于网络视频流或者不具有显示面板的如蓝光播放器、机顶盒或视频游戏控制器的电子装置。具体地，在YUV到RGB转换后，第一伽马曲线将应用在输入HDR视频信号1001上，并且因此获得RGB格式的非线性RGB视频信号(即，第一RGB视频信号)。在一些实施例中，输入HDR视频信号1001可以来自遵守SMPTE(SocietyofMotionPicture&TelevisionEngineers，电源电视工程师协会)ST2084或ST2086标准的视频信号。去伽马单元111配置为去伽马第一RGB视频信号1101来获得线性RGB视频信号1111。更具体地，去伽马单元111应用第二伽马曲线来补偿包含在第一RGB视频信号1101中的第一伽马曲线。因此，经伽马补偿的第一RGB视频信号(例如，线性RGB视频信号1111)可以具有线性属性。色域映射单元112配置为将线性RGB视频信号1111的第一伽马映射到第二伽马。例如，用于超高清电视(UHDTV)的第一色域(例如，色彩空间)可以由ITU-RBT2020标准定义，以及用于HDTV的第二色域可以由ITU-RBT709标准定义，以及用于UHDTV的第一色域比用于HDTV的第二色域更宽。如果UHDTV视频信号将在HDTV显示面板上播放，用于UHDTV的视频信号的较宽的色域(如，第一色域)应当被映射成用于HDTV的较小色域(如，第二色域)。在一些实施例中，可以省略色域映射单元112。应当注意的是，来自于去伽马单元111或色域映射单元112的线性RGB信号1111是可以以坎德拉(candela)/平方米(cd/m2或“尼特(nit)”)为单元表示的绝对亮度信号。伽马计算器116可以从去伽马单元111或色域映射单元112接收线性RGB视频信号1111，以及每一帧地计算线性RGB视频信号的直方图。特别地，已计算的直方图1161记录先前帧(如，t＝n-1)中每一像素的绝对亮度值，并且被提供给色调映射单元113。对于UHDTV视频信号，其需要大量的操作来计算具有4K分辨率的视频信号的直方图。因此，直方图计算器116可以由专用逻辑电路而不是数字信号处理器(DSP)实施。在一些实施例中，直方图计算器116可以被认为是绝对亮度直方图计算器。色调映射单元113配置为根据先前帧(即，t＝n-1)的已计算的直方图1161，在具有第一动态范围(即，高动态范围)的线性RGB视频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种视频控制器，用于执行高动态范围视频的色调映射，其特征在于，包括：/n色彩空间转换器，配置为接收输入高动态范围视频信号以及对所述输入高动态范围视频信号执行YUV到RGB转换来获得具有第一伽马曲线的第一RGB视频信号；/n去伽马单元，配置为对所述第一RGB视频信号应用第二伽马曲线来补偿所述第一伽马曲线来获得线性RGB视频信号；/n第一直方图计算器，配置为计算所述线性RGB视频信号的当前帧的第一直方图；以及/n色调映射单元，配置为根据所述线性RGB视频信号的先前帧的所述第一直方图，在所述线性RGB视频信号的当前帧上应用色调映射曲线来生成输出线性RGB视频信号。/n

【技术特征摘要】
20180529 US 15/991,7111.一种视频控制器，用于执行高动态范围视频的色调映射，其特征在于，包括：
色彩空间转换器，配置为接收输入高动态范围视频信号以及对所述输入高动态范围视频信号执行YUV到RGB转换来获得具有第一伽马曲线的第一RGB视频信号；
去伽马单元，配置为对所述第一RGB视频信号应用第二伽马曲线来补偿所述第一伽马曲线来获得线性RGB视频信号；
第一直方图计算器，配置为计算所述线性RGB视频信号的当前帧的第一直方图；以及
色调映射单元，配置为根据所述线性RGB视频信号的先前帧的所述第一直方图，在所述线性RGB视频信号的当前帧上应用色调映射曲线来生成输出线性RGB视频信号。


2.如权利要求1所述的视频控制器，其特征在于，进一步包括：
色域映射单元，配置为将所述线性RGB视频信号的第一色域映射成第二色域，其中所述第一色域比所述第二色域更宽。


3.如权利要求1所述的视频控制器，其特征在于，所述视频控制器电性连接到具有最大面板亮度的显示面板，以及所述色调映射单元进一步确定用于显示所述线性RGB视频信号的当前帧的100％内容的第一亮度阈值，以及用于显示所述线性RGB视频信号的当前帧的预定百分比内容的第二亮度阈值。


4.如权利要求3所述的视频控制器，其特征在于，当所述最大面板亮度小于所述第二亮度阈值时，所述色调映射单元确定在所述第二亮度阈值以及所述最大面板亮度之间的目标亮度阈值，其中当所述线性RGB视频信号的当前帧的亮度值小于所述目标亮度阈值时，所述色调映射曲线是斜率不为0的线性曲线。


5.如权利要求3所述的视频控制器，其特征在于，当所述最大面板亮度大于所述第一亮度阈值时，所述色调映射单元确定在所述第一亮度阈值与所述第二亮度阈值之间的目标亮度阈值，其中当所述线性RGB视频信号的当前帧的亮度值小于所述目标亮度阈值时，所述色度映射曲线是斜率不为0的线性曲线。


6.如权利要求3所述的视频控制器，其特征在于，当所述线性RGB视频信号的当前帧的亮度值大于或等于所述第一亮度阈值时，所述输出视频信号的输出亮度值被削减到所述最大面板亮度。


7.如权利要求1所述的视频控制器，其特征在于，所述色调映射单元通过使用所述线性RGB视频信号的先前帧的色调映射曲线与当前帧的色调映射曲线来计算加权色调映射曲线，以及所述色调映射单元将所述加权色调映射曲线用作所述线性RGB视频信号的下一帧的色调映射曲线。


8.如权利要求1所述的视频控制器，其特征在于，所述色度映射单元进一步检测所述线性RGB视频信号内的场景变化，以及一旦在所述线性RGB视频信号的先前帧与当前帧之间检测到所述场景变化，确定用于所述线性RGB视频信号的当前帧的特定色调映射曲线。


9.如权利要求1所述的视频控制器，其特征在于，进一步包括：
伽马单元，配置为将第三伽马曲线应用于所述输出线性RGB视频信号来生成第二RGB视频信号；
第二色彩空间转换器，配置为在所述第二RGB视频信号上执行RGB到YUV转换来获得标准动态范围视频信号；
第二直方图计算器，配置为计算所述标准动态范围视频信号的当前帧中多个区域的第二直方图；以及
局部对比度增强单元，配置为基于所述标准动态范围视频信号的先前帧的多个区域的第二直方图，增强所述标准动态范围视频信号的每一帧中多个区域的对比度值来生成输出标准动态范围视频信号。


10.如权利要求9所述的视频控制器，其特征在于，所述局部对比度增强单元在所述标准动态范围视频信号的当前帧的黑暗区域应用较强的对比度增强，以及在所述标准动态范围视频信号的当前帧的明亮区域应用较弱的对比度增强。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈滢如，李文甫，张德浩，黄泰翔，
申请(专利权)人：联发科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;TW