CN100525468C - 信号处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种信号处理器件和方法以及程序，其能够提供可以表示在比规定标准更宽的色域中的颜色、并且可以被符合规定标准的器件处理的信号。基色转换单元(62)将在比BT.709基色点的更宽的色域中的基色点的第一彩色信号转换为基于BT.709基色的第二彩色信号，而光电变换单元(63)按照光电变换器特性将第二彩色信号转换为第三彩色信号，其中光电变换器特性是在比按照BT.709(标准)的亮度信号和色差信号对应的彩色信号(所处的数字区间)0-1.0更宽的数字区间中定义的。彩色信号转换单元(64)将所述第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号，并且其中并入的校正单元(64A)将色差信号校正为包括BT.709的-0.5到0.5的-0.57到0.56的色差信号，其色差信号在含有符合BT.709的16-240的1-254的区间里被分配一个整数值。本发明可以被应用到例如摄像机。

Description

信号处理装置和方法

技术领域

本发明涉及信号处理装置、信号处理方法和程序，具体涉及这样的信号处理装置、信号处理方法和程序，用于在图像信号的处理中以比传统的色域宽的色域来表达颜色。

背景技术

近些年来，图像处理技术的进步已经在用于捕获和记录图像的摄像机和用于显示所捕获的图像的电视接收机中获得了较高的图像质量，并且已经使得现今的摄像机和电视接收机有可能再现比传统的摄像机和电视接收机更清晰的图像。

附图1示出了包括摄像机和电视接收机的AV(视听)***。在图1中，由摄像机1捕获的图像通过记录介质11或网络12被提供到电视接收机2，电视接收机2显示由摄像机1捕获的图像。

下面参照附图的图2和3来说明摄像机1和电视接收机2的细节。

图2以方框图形式而示出了在图1中图解的摄像机1的细节。摄像机1按照规定标准(例如，ITU-R(国际电信联盟无线电通信部门)BT(广播业务(电视)).601(以下称为BT.601)或ITU-R BT.709(以下称为BT.709))而执行其处理操作。在此假定摄像机1按照BT.709来执行其处理操作。

在图2中，摄像机1包括操作单元21、图像捕获单元22、模数转换器23、基色转换器24、彩色信号校正器25、光电变换器26、彩色信号转换器27、编码器28、控制器29、记录器30和通信单元31。

当用户向摄像机1输入各种命令时，操作操作单元21。操作单元21向执行相应的处理序列的块提供表示由操作单元21的用户的操作指示的处理序列的执行的信号。例如，操作单元21向图像捕获单元22提供表示图像的捕获的信号，并且也向控制器29提供表示用以指示图像捕获单元22捕获的信号的目的地的信号(以下称为图像信号)。

图像捕获单元22按照来自操作单元21的指令而开始或停止图像捕获处理。图像捕获单元22向模数转换器23提供用于指示由图像捕获单元22捕获的图像的图像信号，图像捕获单元22包括CMOS(互补金属氧化物半导体)成像器或CCD(电荷耦合器件)等，并且将彩色信号R、G、B(红色、绿色、蓝色)输出为图像信号。

模数转换器23将从图像捕获单元22提供的模拟彩色信号转换为数字彩色信号，并且向基色转换器24提供所述数字彩色信号。从模数转换器23向基色转换器24提供的彩色信号R、G、B被称为彩色信号R_org、G_org、B_org。

基色转换器24将从模数转换器23提供的彩色信号R_org、G_org、B_org转换为基于在BT.709下的基色的彩色信号R₇₀₉、G₇₀₉、B₇₀₉，并且向彩色信号校正器25提供所述彩色信号R₇₀₉、G₇₀₉、B₇₀₉。具体上，基色转换器24按照下面的等式(1)而将从模数转换器23提供的彩色信号R_org、G_org、B_org转换为基于在BT.709下的基色的R₇₀₉、G₇₀₉、B₇₀₉：

$\left(\begin{array}{c}{R}_{709}\\ G_{709}\\ B_{709}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}1.5968& -0.6351& 0.0383\\ -0.1464& 1.2259& -0.0795\\ -0.0141& -0.1086& 1.1227\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{org}}\\ G_{\mathrm{org}}\\ B_{\mathrm{org}}\end{array}\right)---\left(1\right)$

等式(1)的矩阵根据图像捕获单元22的基色点而不同。

彩色信号校正器25将从基色转换器24提供的彩色信号R₇₀₉、G₇₀₉、B₇₀₉校正为按照BT.709定义的数值范围0-1.0的R₇₀₉、G₇₀₉、B₇₀₉。具体上，彩色信号校正器25将小于0的彩色信号R₇₀₉、G₇₀₉、B₇₀₉校正为0，即，对彩色信号R₇₀₉、G₇₀₉、B₇₀₉限幅，并且将大于1.0的彩色信号R₇₀₉、G₇₀₉、B₇₀₉校正为1.0，并且向光电变换器26提供所校正的彩色信号R₇₀₉、G₇₀₉、B₇₀₉。假定数值范围0-1.0的数值0、1.0分别是按照BT.709的彩色信号R₇₀₉、G₇₀₉、B₇₀₉的最小值和最大值。

光电变换器26根据按照BT.709的光电变换器特性来将从彩色信号校正器25提供的彩色信号R₇₀₉、G₇₀₉、B₇₀₉转换为使用B.709的显示机制的γ(发光亮度相对于图像信号的非线性)而校正的彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉，并且向彩色信号转换器27提供所转换的彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉。

具体上，光电变换器26按照下面的等式(2)而将彩色信号R₇₀₉、G₇₀₉、B₇₀₉转换为彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉，并且向彩色信号转换器27提供所转换的彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉：

R’₇₀₉＝1.099×(R₇₀₉)^0.45-0.099    0.018≤R₇₀₉≤1.0

R’₇₀₉＝4.5×R₇₀₉      0≤R₇₀₉<0.018

                                           (2)

在按照BT.709的彩色信号R₇₀₉的最小值到最大值的范围，即，范围0-1.0中，定义在彩色信号R₇₀₉和彩色信号R’₇₀₉之间的的光电变换器特性。也类似地定义在彩色信号G₇₀₉和彩色信号G’₇₀₉之间的的光电变换器特性和在彩色信号B₇₀₉和彩色信号B’₇₀₉之间的的光电变换器特性。

彩色信号转换器27按照下面示出的等式(3)而将从光电变换器26提供的彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉转换为在BT.709下的亮度信号Y’₇₀₉和色差信号Cb’₇₀₉、Cr’₇₀₉，并且向编码器28提供亮度信号Y’₇₀₉和色差信号Cb’₇₀₉、Cr’₇₀₉，其中每个以8比特表达。

$\left(\begin{array}{c}{Y\&prime;}_{709}\\ {\mathrm{Cb}\&prime;}_{709}\\ {\mathrm{Cr}\&prime;}_{709}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}0.2126& 0.7152& 0.0722\\ -0.1146& -0.3854& 0.5000\\ 0.5000& -0.4542& -0.0458\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{R\&prime;}_{709}\\ {G\&prime;}_{709}\\ {B\&prime;}_{709}\end{array}\right)---\left(2\right)$

等式(3)的矩阵是对于在BT.709下的1125/60/2:1信号格式规定的矩阵。

按照BT.709，由彩色信号转换器27按照等式(3)而产生的亮度信号Y’₇₀₉具有在数值范围0到1.0的值。由彩色信号转换器27按照等式(3)而产生的色差信号Cb’₇₀₉、Cr’₇₀₉的每个具有在数值范围-0.5到0.5中的值。

而且，彩色信号转换器27向在整数范围16到235——它小于可以以8比特表达的整数范围0-255——中的整数值分配由彩色信号转换器27按照等式(3)产生的在数值范围0到1.0中的亮度信号Y’₇₀₉，并且向编码器28提供可以被分配到所述整数值的亮度信号Y’₇₀₉来作为按照BT.709的亮度信号。彩色信号转换器27向在整数范围16到240——它小于可以以8比特表达的整数范围0-255——中的整数值分配由彩色信号转换器27按照等式(3)产生的在数值范围-0.5到0.5中的每个色差信号Cb’₇₀₉、Cr’₇₀₉，并且向编码器28提供被分配到所述整数值的亮度信号Y’₇₀₉来作为按照BT.709的色差信号。

编码器28按照诸如MPEG(运动图像专家组)之类的预定格式来编码从彩色信号转换器27提供的亮度信号Y’₇₀₉和色差信号Cb’₇₀₉、Cr’₇₀₉——其中每个被以8比特表达，并且向控制器29提供产生的编码数据。

控制器29按照来自操作单元21的指令而向记录器30或通信单元31提供从编码器28提供的编码数据。

记录器30在图1中所示的记录介质11中记录从控制器29提供的编码数据，通信单元31通过图1中所示的网络12来发送从控制器29提供的编码数据。

图3以方框图形式示出了在图1中所示的电视接收机2。电视接收机2按照规定标准(例如BT.601或BT.709)而执行其处理操作。在此假定电视接收机2按照BT.709来执行其处理操作。

如图3中所示，电视接收机2包括图像信号输入单元41、亮度和色差信号转换器42、固有γ特性校正器43、数模转换器44和显示机构45。

图像信号输入单元41接收从记录介质11再现的或从网络12传送的编码数据。图像信号输入单元41也按照诸如MPEG之类的预定格式来解码被编码的数据，并且向亮度和色差信号转换器42提供从解码数据产生的按照BT.709的亮度信号Y’₇₀₉和色差信号Cb’₇₀₉、Cr’₇₀₉，其中每个被以8比特表达。

亮度和色差信号转换器42按照下面的等式(4)来将从图像信号输入单元41提供的亮度信号Y’₇₀₉和色差信号Cb’₇₀₉、Cr’₇₀₉转换为在BT.709下的彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉，并且向固有γ特性校正器43提供所述彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉。

$\left(\begin{array}{c}{R\&prime;}_{709}\\ {G\&prime;}_{709}\\ {B\&prime;}_{709}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}1.0000& 0.0000& 1.5747\\ 1.0000& -0.1873& -0.4682\\ 1.0000& 1.8556& 0.0000\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{Y\&prime;}_{709}\\ {\mathrm{Gb}\&prime;}_{709}\\ {\mathrm{Gr}\&prime;}_{709}\end{array}\right)---\left(4\right)$

从图像信号输入单元41向亮度和色差信号转换器42提供的按照BT.709的亮度信号Y’₇₀₉具有在可以以8比特表达的整数范围16-235内的整数值，如上所述。从图像信号输入单元41向亮度和色差信号转换器42提供的按照BT.709的色差信号Cb’₇₀₉、Cr’₇₀₉的每个具有在可以以8比特表达的整数范围16-240中的整数值，如上所述。

亮度和色差信号转换器42将被提供到亮度和色差信号转换器42的、在整数范围16-235的整数值的亮度信号Y’₇₀₉设置为在数值范围0到1.0中的值，并且也将在整数范围16-240内的整数值的色差信号Cb’₇₀₉、Cr’₇₀₉的每个设置为在数值范围-0.5到0.5中的值。亮度和色差信号转换器42也按照等式(4)将在数值范围0到1.0中表达的亮度信号Y’₇₀₉和在数值范围-0.5到0.5中表达的色差信号Cb’₇₀₉、Cr’₇₀₉表达为彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉。

如果电视接收机2的显示机构45的γ特性与由BT.709的等式(2)表示的光电变换器特性(γ特性)不同，则固有γ特性校正器43将从亮度和色差信号转换器42提供的彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉转换为按照电视接收机2的显示机构45(CRT(阴极射线管)等)的固有γ特性的彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉，并且向数模转换器44提供所述彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉。

如果电视接收机2的显示机构45的γ特性与BT.709的光电变换器特性相同，则不需要固有γ特性校正器43。

数模转换器44将从固有γ特性校正器43提供的数字彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉转换为模拟彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉，并且向显示机构45提供所述模拟彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉。

显示机构45包括CRT等，并且根据从数模转换器44提供的彩色信号R’₇₀₉、G’₇₀₉、B’₇₀₉而显示图像。

在建议ITU-R BT.709-4中规定了在摄像机1和电视接收机2中处理的按照BT.709的彩色信号、亮度信号和色差信号。

附图4示出了在CIE(国际照明委员会)比色***中的基色和基准白色的色度坐标位置。

发明内容

因为如上所述在摄像机1和电视接收机2中按照BT.709的标准来处理彩色信号，因此摄像机1和电视接收机2不能表达不在BT.709下的颜色。

如果与BT.709无关地专门定义彩色信号、亮度信号和色差信号，则可以表达宽色域中的颜色。但是，难于处理在按照BT.709的电视接收机中专门定义的彩色信号、亮度信号和色差信号。

因此，本发明的目的是提供下述信号：所述信号允许在比诸如BT.709的规定标准更宽的色域中的颜色，并且所述信号可以被按照这样的规定标准的装置处理。

按照本发明，提供了一种第一信号处理装置，它包括：基色转换单元，用于将第一彩色信号转换为基于按照规定标准的基色的第二彩色信号，所述第一彩色信号具有比按照所述规定标准的基色点更宽的色域中的基色点，通过所述规定标准，具有第一数值范围的色差信号被分配到在第一整数范围中的整数值，所述第一整数范围小于可以由多个比特表达的整数范围；特性转换单元，用于按照在一数值范围中定义的光电变换器特性而将所述第二彩色信号转换为第三彩色信号，所述数值范围大于对应于按照所述规定标准的亮度信号和色差信号的彩色信号的数值范围；彩色信号转换单元，用于将所述第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号；以及，校正单元，用于将由所述彩色信号转换单元产生的亮度信号校正为按照所述规定标准的亮度信号，并且将由所述彩色信号转换单元产生的色差信号校正为在包含所述第一数值范围的第二数值范围中的色差信号，所述色差信号被分配到在可以由所述多个比特表达的整数范围中的整数值。

在第一信号处理装置中，光电变换器特性相对于原点而点对称。

在第一信号处理装置中，所有的基色转换单元、特性转换单元和彩色信号转换单元包括单个查找表。

按照本发明，提供了一种第一信号处理方法，它包括步骤：将第一彩色信号转换为基于按照规定标准的基色的第二彩色信号，所述第一彩色信号具有在比按照所述规定标准的基色点更宽的色域中的基色点，通过所述规定标准，具有第一数值范围的色差信号被分配到在第一整数范围中的整数值，所述第一整数范围小于可以由多个比特表达的整数范围；按照在一数值范围中定义的光电变换器特性而将所述第二彩色信号转换为第三彩色信号，所述数值范围大于对应于按照所述规定标准的亮度信号和色差信号的彩色信号的数值范围；将所述第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号；以及，将由转换所述第三彩色信号的所述步骤产生的亮度信号校正为按照所述规定标准的亮度信号，并且将由转换所述第三彩色信号的所述步骤产生的色差信号校正为包含第一数值范围的第二数值范围中的色差信号，所述色差信号被分配到可以由所述多个比特表达的整数范围中的整数值。

按照本发明，提供了第一程序，它使得计算机能够执行信号处理过程，所述信号处理过程包括步骤：将第一彩色信号转换为基于按照规定标准的基色的第二彩色信号，所述第一彩色信号具有在比按照所述规定标准的基色点更宽的色域中的基色点，通过所述规定标准，具有第一数值范围的色差信号被分配到在第一整数范围中的整数值，所述第一整数范围小于可以由多个比特表达的整数范围；按照一数值范围中定义的光电变换器特性而将所述第二彩色信号转换为第三彩色信号，所述数值范围大于对应于按照所述规定标准的亮度信号和色差信号的彩色信号的数值范围；将所述第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号；以及，将由转换所述第三彩色信号的所述步骤产生的亮度信号校正为按照所述规定标准的亮度信号，并且将由转换所述第三彩色信号的所述步骤产生的色差信号校正为包含第一数值范围的第二数值范围中的色差信号，所述色差信号被分配到可以由所述多个比特表达的整数范围中的整数值。

按照本发明，提供了一种第二信号处理装置，其中，亮度信号和色差信号包括通过下述处理而获得的亮度信号和色差信号：将第一彩色信号转换为基于按照规定标准的基色的第二彩色信号，所述第一彩色信号具有在比按照所述规定标准的基色点更宽的色域中的基色点，通过所述规定标准，具有第一数值范围的色差信号被分配到第一整数范围中的整数值，所述第一整数范围小于可以由多个比特表达的整数范围；按照在一数值范围中定义的光电变换器特性而将所述第二彩色信号转换为第三彩色信号，所述数值范围大于对应于按照所述规定标准的亮度信号和色差信号的彩色信号的数值范围；以及，将所述第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号；其中，所述亮度信号包括按照所述规定标准的亮度信号，并且所述色差信号包括在包含所述第一数值范围的第二数值范围中的色差信号，所述色差信号被分配到可以由所述多个比特表达的整数范围中的整数值；其中，所述信号处理装置包括：亮度和色差信号转换单元，用于将按照所述规定标准的所述亮度信号和在所述第二数值范围内的所述色差信号转换为所述第三彩色信号；特性转换单元，用于按照所述光电变换器特性而将所述第三彩色信号转换为所述第二彩色信号；基色转换单元，用于将所述第二彩色信号转换为所述第一彩色信号；以及校正单元，用于将所述第一彩色信号转换为可以被显示图像的显示机构显示的数值范围内的信号。

在第二信号处理装置中，光电变换器特性相对于原点而点对称。

在第二信号处理装置中，所有的亮度和色差信号转换单元、特性转换单元和基色转换单元包括单个查找表。

按照本发明，提供了一种第二信号处理方法，其中，亮度信号和色差信号包括通过下述处理而获得的亮度信号和色差信号：将第一彩色信号转换为基于按照规定标准的基色的第二彩色信号，所述第一彩色信号具有在比按照所述规定标准的基色点更宽的色域中的基色点，通过所述规定标准，具有第一数值范围的色差信号被分配到在第一整数范围中的整数值，所述第一整数范围小于可以由多个比特表达的整数范围；按照在一个数值范围中定义的光电变换器特性而将所述第二彩色信号转换为第三彩色信号，所述数值范围大于对应于按照所述规定标准的亮度信号和色差信号的彩色信号的数值范围；将所述第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号；其中，所述亮度信号包括按照所述规定标准的亮度信号，而所述色差信号包括在第二数值范围中的色差信号，所述第二数值范围包括所述第一数值范围，所述色差信号被分配到可以由所述多个比特表达的整数范围内的整数值；其中，所述信号处理方法包括步骤：将按照所述规定标准的所述亮度信号和在所述第二数值范围内的所述色差信号转换为所述第三彩色信号；按照所述光电变换器特性而将所述第三彩色信号转换为所述第二彩色信号；将所述第二彩色信号转换为所述第一彩色信号；并且，将所述第一信号校正为可以由显示图像的显示机构显示的数值范围内的信号。

按照本发明，提供了一种第二程序，用于使得计算机能够执行信号处理过程，其中，亮度信号和色差信号包括通过下述处理而获得的亮度信号和色差信号：将第一彩色信号转换为基于按照规定标准的基色的第二彩色信号，所述第一彩色信号具有在比按照所述规定标准的基色点更宽的色域中的基色点，通过所述规定标准，具有第一数值范围的色差信号被分配到在第一整数范围中的整数值，所述第一整数范围小于可以由多个比特表达的整数范围；按照在一数值范围中定义的光电变换器特性而将所述第二彩色信号转换为第三彩色信号，所述数值范围大于对应于按照所述规定标准的亮度信号和色差信号的彩色信号的数值范围；将所述第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号；其中，所述亮度信号包括按照所述规定标准的亮度信号，而所述色差信号包括在第二数值范围中的色差信号，所述第二数值范围包括所述第一数值范围，所述色差信号被分配到可以由所述多个比特表达的整数范围内的整数值；其中，所述信号处理过程包括步骤：将按照所述规定标准的所述亮度信号和在所述第二数值范围内的所述色差信号转换为所述第三彩色信号；按照所述光电变换器特性而将所述第三彩色信号转换为所述第二彩色信号；将所述第二彩色信号转换为所述第一彩色信号；并且，将所述第一彩色信号校正为可以由显示图像的显示机构显示的数值范围内的信号。

对于按照本发明的第一信号处理装置、第一信号处理方法和第一程序，将第一彩色信号转换为基于按照规定标准的基色的第二彩色信号，所述第一彩色信号具有在比按照所述规定标准的基色点更宽的色域中的基色点，通过所述规定标准，具有第一数值范围的色差信号被分配到在第一整数范围中的整数值，所述第一整数范围小于由多个比特表达的整数范围；按照在一数值范围中定义的光电变换器特性而将第二彩色信号转换为第三彩色信号，所述数值范围大于对应于按照所述规定标准的亮度信号和色差信号的彩色信号的数值范围。将第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号；以及，将亮度信号校正为按照所述规定标准的亮度信号，并且将色差信号校正为包含第一数值范围的第二数值范围中的色差信号，所述色差信号被分配到可以由多个比特表达的整数范围中的整数值。

对于按照本发明的第二信号处理装置、第二信号处理方法和第二程序，亮度信号和色差信号包括通过下述处理而获得的亮度信号和色差信号，即，通过将第一彩色信号转换为基于按照规定标准的基色的第二彩色信号，所述第一彩色信号具有在比按照所述规定标准的基色点更宽的色域中的基色点，通过所述规定标准，具有第一数值范围的色差信号被分配到在第一整数范围中的整数值，所述第一整数范围小于可以由多个比特表达的整数范围；按照在一数值范围中定义的光电变换器特性而将第二彩色信号转换为第三彩色信号，所述数值范围大于对应于按照所述规定标准的亮度信号和色差信号的彩色信号的数值范围；将第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号，其中，亮度信号包括按照规定标准的亮度信号，色差信号包括在第二数值范围中的色差信号，所述第二数值范围包括第一数值范围，所述色差信号被分配到在可以由多个比特表达的整数范围内的整数值。将按照规定标准的亮度信号和在第二数值范围内的色差信号转换为第三彩色信号，按照光电变换器特性而将第三彩色信号转换为第二彩色信号。将第二彩色信号转换为第一彩色信号；并且，将第一信号校正为可以由用于显示图像的显示机构显示的数值范围内的信号。

按照本发明，可以通过可以按照诸如BT.709的规定标准而处理的信号来表达宽色域中的颜色。

附图说明

图1是传统的AV***的方框图。

图2是在图1中的传统AV***的摄像机的方框图。

图3是在图1中所示的传统AV***的电视接收机的方框图。

图4是示出按照ITU-R B.709的基色和基准白色的图。

图5是示出按照各种标准的信号的信号电平和表示所述信号电平的整数值之间的关系的图。

图6是示出由本发明使用的光电变换器特性的图。

图7是示出由ITU-R B.709涵盖的彩色空间和基于Munsell彩色级联(cascade)的768个色彩和sRGB标准的彩色空间之间的关系的图。

图8是示出在基于按照本发明的亮度信号和色差信号、基于Munsell彩色级联的768个色彩、在BT.709下的彩色信号的彩色空间和基于按照BT.709的亮度信号和色差信号的彩色空间之间的关系的图。

图9是示出在Cb’的方向上投影的图8的关系的图。

图10是示出在由BT.709涵盖的彩色空间和本发明的覆盖范围的图。

图11是按照本发明的AV***的方框图。

图12是在图11中所示的AV***的摄像机的方框图。

图13是由图12中所示的摄像机执行的图像捕获和记录处理的流程图。

图14是在图11中所示的AV***的电视接收机的方框图。

图15是由图14所示的电视接收机执行的图像显示处理的流程图。

图16是示出由图12中所示的摄像机和在图14中所示的电视接收机执行的处理中的信号的流程的图。

图17是个人计算机的方框图。

具体实施方式

在说明本发明的一个实施例之前，下面与按照国际标准的现有彩色空间相比较而说明由本发明的实施例使用的彩色空间。

图5示出了在按照国际标准的信号的信号电平和表示那些信号电平的整数值之间的关系。

按照由IEC(国际电工委员会)规定的彩色空间的sRGB标准，使用8比特来表达彩色信号R、G、B，并且范围在0到1.0的彩色信号R、G、B的信号电平被分配到可以由8个比特表达的范围在0到255的值。通过256(＝255-0+1)个等级来表示彩色信号R、G、B的每个。

按照静止图像的亮度信号Y和色差信号的sYCC标准，如同sRGB标准那样使用8个比特来表达亮度信号，并且向可以由8个比特表达的范围0-255的值分配范围0到1.0的亮度信号Y的信号电平。通过256(＝255-0+1)个等级来表示亮度信号Y。

使用8个比特来表达色差信号Cb、Cr，并且向可以由8个比特表达的范围0-255的值分配范围-0.5到0.5的色差信号Cb、Cr的信号电平。通过256(＝255-0+1)个等级来表示色差信号Cb、Cr。

下面说明按照用于SDTV(标准清晰度电视)的BT.601标准和用于HDTV(高清晰度电视)的BT.709标准的彩色信号、亮度信号和色差信号。

按照BT.709，使用8个比特来表达彩色信号R、G、B，并且向在小于可以由8个比特表达的范围0-255的整数范围16-235中的整数值分配范围0到1.0的彩色信号R、G、B的信号电平。通过220(＝235-16+1)个等级来表示彩色信号R、G、B的每个。

按照BT.709，使用8个比特来表达亮度信号Y，并且向在小于可以由8个比特表达的范围0-255的整数范围16-235中的整数值分配范围0到1.0的亮度信号Y的信号电平。亮度信号Y由220(＝235-16+1)个等级来表示。

按照BT.709，使用8个比特来表达色差信号Cb、Cr，并且向在小于可以由8个比特表达的范围0-255的整数范围16-240中的整数值分配范围-0.5到0.5的色差信号Cb、Cr的信号电平。通过225(＝240-16+1)个等级来表示彩色信号Cb、Cr的每个。

如同BT.709那样而规定按照BT.601的彩色信号、亮度信号和色差信号。按照BT.709和BT.601，不使用由用于表示信号的8个比特表达的范围0-255的值的0和255。

下面说明按照本发明的彩色空间。

按照本发明，彩色空间基于给定标准的扩展版本，其中，具有相应的信号电平的信号被分配到小于可以由多个比特表达的整数范围的整数范围中的整数值，例如，BT.709，其中，向小于可以由8个比特表达的范围0-255的整数范围16-240中的整数值分配范围-0.5到0.5的色差信号Cb、Cr。

具体上，按照本发明，如同BT.709那样定义亮度信号Y。即，使用8个比特来表达亮度信号Y，并且向在小于可以由8个比特表达的范围0-255的整数范围16-235中的整数值分配范围0到1.0的亮度信号Y的信号电平。因此，如同BT.709那样通过220(＝235-16+1)个等级来表示具有范围0-1.0的信号电平的亮度信号Y。

按照本发明，使用8个比特来表达色差信号Cb、Cr，并且如同BT.709那样，向比可以由8个比特表达的范围0-255小的整数范围16-240中的整数值分配范围-0.5到0.5的色差信号Cb、Cr的信号电平。

但是，色差信号Cb、Cr的信号电平被分配到的整数范围被扩展到1到254的整数范围，它包含信号电平按照BT.709而分配到的整数范围16-240。具体上，按照本发明，如同BT.709那样，向从16到240的225(＝240-16+1)个等级的整数范围分配范围-0.5到0.5的色差信号Cb、Cr的每个，并且也向整数范围1-15和整数范围241-254分配整数范围16-240的信号电平。

结果，向整数范围1-254分配范围-0.57到0.56的信号电平。因此，按照本发明，通过254(＝254-1+1)个等级来表示其信号电平在范围-0.57到0.56的色差信号Cb、Cr。

如上所述，按照本发明，可以实现其信号电平在范围-0.57到0.56——其包括范围-0.5到0.5的BT.709的色差信号Cb、Cr——的色差信号Cb、Cr。

因此，按照本发明，有可能表达比可以按照BT.709表达的颜色更宽的色域中的颜色。

相对于被分配到16-240的整数范围的范围-0.5到0.5的信号电平，按照本发明的亮度信号Y与按照BT.709的亮度信号Y相同，并且按照本发明的色差信号Cb、Cr与按照BT.709的色差信号Cb、Cr相同。因此，按照本发明的亮度信号Y和色差信号Cb、Cr可以被按照BT.709的装置处理，并且可以用于显示在可以由例如BT.709表达的色域中的图像。

按照本发明，因为色差信号Cb、Cr可以具有在比范围-0.5到0.5宽的范围-0.57到0.56中的信号电平，因此，当按照本发明的亮度信号Y和色差信号Cb、Cr被转换为彩色信号R、G、B时，彩色信号R、G、B的信号电平可以具有在范围0到1.0的之外的值，即，可以具有小于0的值(负值)或大于1的值。值0表示按照BT.709的彩色信号R、G、B的最小值，值1表示按照BT.709的彩色信号R、G、B的最大值。

如上所述，按照本发明，可以处理具有负值或超过1的值的彩色信号R、G、B，并且在这样的彩色信号R、G、B和范围0-1.0的亮度信号Y以及范围-0.57到0.56的色差信号Cb、Cr之间执行相互转换。

当捕获图像并且所述图像的彩色信号R、G、B要被转换为按照本发明的亮度信号Y和色差信号Cb、Cr时，如果按照本发明的亮度信号Y和色差信号Cb、Cr要被按照BT.709的装置处理，则必须将要转换为按照本发明的亮度信号Y和色差信号Cb、Cr的彩色信号R、G、B转换为按照BT.709的显示机制的光电变换器特性的彩色信号R、G、B(γ校正)。

按照BT.709，相对于彩色信号R、G、B可以具有的范围0-1.0来定义光电变换器特性，但是不相对于负值或超过1.0的值来定义光电变换器特性。

因为要转换为按照本发明的亮度信号Y和色差信号Cb、Cr的彩色信号R、G、B可以具有负值和超过1.0的值，因此必须确定光电变换器特性，根据该光电变换器特性来转换可以具有负值和超过1.0的值的彩色信号R、G、B。

按照本发明，在BT.709下规定的光电变换器特性被应用到在超过1.0的范围中的输入值。对于在负值的范围中的输入值，相对于原点而点对称地扩展在BT.709下规定的光电变换器特性，并且向那些负输入值应用所扩展的光电变换器特性。

图6示出了按照本发明使用的光电变换器特性。

图6所示的按照本发明的光电变换器特性与按照BT.709的光电变换器特性相同，只要输入信号(彩色信号R、G、B)在范围0-1.0。

具体上，如在BT.709下所定义的那样，按照等式(2)来表达其中输入信号在范围0-1.0的、图6中所示的光电变换器特性的部分。

其中输入信号在超过1.0的范围的、图6中所示的光电变换器特性的部分是按照等式(2)的范围从0.018到1.0的扩展。其中输入信号在负值的范围中的、图6所示的光电变换器特性的部分是相对于原点而点对称的、按照BT.709的光电变换器特性的扩展。

因此，通过下面的等式(5)来表达按照本发明的光电变换器特性：

R’_ex709＝1.099×(R_ex709)^0.45-0.099   0.018≤R_ex709

R’_ex709＝4.5×R_ex709                    -0.018≤R_ex709<0.018

R’_ex709＝-(1.099×(R_ex709)^0.45-0.099) R_ex709<-0.018

                                         (5)

在等式(5)中，R表示在按照光电变换器特性转换之前的彩色信号R，R’表示按照光电变换器特性而转换后的彩色信号R。按照本发明，也根据等式(5)来转换彩色信号G、B。

下面说明可以按照本发明来表达的颜色。

图7示出了在由BT.709涵盖的彩色空间和基于被称为Munsell彩色级联的高彩色饱和色度的768个色彩和sRGB标准的彩色空间之间的关系。

按照光电变换器特性和被转换为亮度信号Y和色差信号Cb、Cr的所转换彩色信号R、G、B来转换彩色信号R、G、B。在图7(而且在图8和9)中，通过表示如此产生的亮度信号Y和色差信号Cb、Cr的三个轴来表达彩色空间。在图7中，将亮度信号Y和色差信号Cb、Cr分别指示为亮度信号Y’和色差信号Cb’、Cr’，以便示出亮度信号Y和色差信号Cb、Cr对应于按照光电变换器特性而转换的彩色信号R、G、B。

在图7中，标记·表示Munsell彩色级联的768个色彩，并且以网格模式的平行六面体的范围表示由按照BT.709的颜色表达的颜色。在图7中的长方体的范围表示由按照BT.709的亮度信号和色差信号涵盖的范围。

按照BT.709的亮度和色差信号涵盖按照sRGB标准的彩色空间，但是不能完全地覆盖Munsell彩色级联的768个色彩。

图8示出了在基于按照本发明的亮度信号和色差信号、基于Munsell彩色级联的768个色彩的彩色信号和在BT.709下的彩色信号的彩色空间与基于按照BT.709的亮度信号和色差信号的彩色空间之间的关系。

在图8中，标记·表示Munsell彩色级联的768个色彩，以网格模式的平行六面体的范围表示由按照BT.709的彩色信号表达的颜色。在图8中的两个长方体的内部的那个表示由按照BT.709的亮度和色差信号涵盖的范围，外部的那个长方体表示由按照本发明的亮度和色差信号涵盖的范围。

图9示出了在Cb’方向上投影的图8的关系。

在图9中，标记·表示Munsell彩色级联的768个色彩，并且以网格模式的平行六面体的范围表示由按照BT.709的彩色信号表达的颜色。在图9中的两个长方体的内部的那个表示由按照BT.709的亮度和色差信号涵盖的范围，外部长方体表示由按照本发明的亮度和色差信号涵盖的范围。

如图8和9中所示，本发明完全地涵盖了Munsell彩色级联的768个色彩和在BT.709下的彩色信号的彩色空间。

图10示出了在由BT.709和本发明涵盖的彩色空间中的涵盖范围。

Munsell彩色级联的768个色彩的表面区域的涵盖范围是在BT.709下的彩色信号的彩色空间中的55％，并且是在按照本发明的亮度和色差信号的彩色空间中的100％。

均匀的彩色空间的体积的涵盖范围(L^*a^*b)是在BT.709下的彩色信号的彩色空间中的61％，并且是在按照本发明的亮度和色差信号的彩色空间中的100％。

因此，按照本发明，可以涵盖较宽的彩色空间，并且可以表达在较宽的色域中的颜色。

图11以方框图形式示出了按照本发明的AV***。

如图11中所示，AV***包括摄像机60和电视接收机70。在图11中，由摄像机60捕获的图像的信号通过记录介质11或网络12而被提供到电视接收机70，电视接收机70显示由摄像机60捕获的图像。

图12以方框图形式示出了在图11中图解的摄像机60的细节。通过相同的附图标号来表示与图1中所示的摄像机1的那些相同的、在图12中所示的摄像机60的那些部分，下面不详细说明那些部分。

在图12中，摄像机60包括操作单元21、图像捕获单元61、模数转换器23、基色转换器62、光电变换器63、彩色信号转换器64、校正器64A、编码器28、控制器29、记录器30和通信单元31。

图像捕获单元61按照来自操作单元21的指令而启动或停止图像捕获处理。图像捕获单元61向模数转换器23提供用于指示所捕获的图像的图像信号，图像捕获单元61包括CMOS(互补金属氧化物半导体)成像器或CCD(电荷耦合器件)等，并且将彩色信号R、G、B(红色、绿色、蓝色)输出为图像信号。

作为图像捕获单元61的CMOS成像器或CCD的基色点应该位于比按照BT.709的基色点宽的色域中，以便传送较宽色域的色彩。

模数转换器23将从图像捕获单元61提供的模拟彩色信号转换为数字彩色信号R、G、B，并且向基色转换器62提供所述数字彩色信号R、G、B。从模数转换器23向基色转换器62提供的彩色信号R、G、B被称为彩色信号R_ex、G_ex、B_ex。

基色转换器62将从模数转换器23提供的彩色信号R_ex、G_ex、B_ex转换为基于在BT.709下的基色的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709，并且向光电变换器63提供所述彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709。具体上，基色转换器62按照下面所示的等式(6)而将从模数转换器23提供的彩色信号R_ex、G_ex、B_ex转换为基于在BT.709下的基色的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709。在图4中表示了在BT.709下的基色。

$\left(\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{ex}709}\\ G_{\mathrm{ex}709}\\ B_{\mathrm{ex}709}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}1.5968& -0.6351& 0.0383\\ -0.1464& 1.2259& -0.0795\\ -0.0141& -0.1086& 1.1227\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{ex}}\\ G_{\mathrm{ex}}\\ B_{\mathrm{ex}}\end{array}\right)---\left(6\right)$

如果图像捕获单元61的基色点与BT.709的基色点不同，则通过基色转换器62执行的基色转换而获得的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709可以具有负值或超过1的值。

光电变换器63按照本发明的光电变换器特性而将从基色转换器62提供的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709转换为彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709，并且向彩色信号转换器64提供所转换的彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709。

也就是，光电变换器63按照等式(5)而将从基色转换器62提供的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709转换为彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709，并且向彩色信号转换器64提供所转换的彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709。

等式(5)是用于将彩色信号R_ex709转换为彩色信号R’_ex709的等式。也如同彩色信号R_ex709那样，按照等式(5)来将彩色信号G_ex709、B_ex709分别转换为彩色信号G’_ex709、B’_ex709。

由光电变换器63根据按照本发明的光电变换器特性而从彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709转换的彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709的范围0到1.0与BT.709相同。

彩色信号转换器64按照下面示出的等式(7)来将从光电变换器63提供的彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709转换为亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709。彩色信号转换器64具有其中并入的校正器64A。校正器64A将亮度信号Y’_ex709转换为在按照本发明而定义的范围0到1.0的数值范围中的亮度信号，并且将色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709校正为在按照本发明而定义的数值范围-0.57到0.56中的色差信号，并且向编码器28提供所校正的亮度信号和所校正的色差信号。

$\left(\begin{array}{c}{Y\&prime;}_{\mathrm{ex}709}\\ {\mathrm{Cb}\&prime;}_{\mathrm{ex}709}\\ {\mathrm{Cr}\&prime;}_{\mathrm{ex}709}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}0.2126& 0.7152& 0.0722\\ -0.1146& -0.3854& 0.5000\\ 0.5000& -0.4542& -0.0458\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{R\&prime;}_{\mathrm{ex}709}\\ {G\&prime;}_{\mathrm{ex}709}\\ {B\&prime;}_{\mathrm{ex}709}\end{array}\right)---\left(7\right)$

具体上，例如，彩色信号转换器64的校正器64A将小于0的亮度信号Y’_ex709校正为0，并且将大于1.0的亮度信号Y’_ex709校正为1.0。校正器64A也将小于-0.57的色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709校正为-0.57，并且将大于0.56的色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709校正为0.56。校正器64A向在小于可以以8比特表达的整数范围0-255的整数范围16-235中的整数值分配所校正的亮度信号Y’_ex709，并且向编码器28提供被作为按照本发明的亮度信号而分配到所述整数值的亮度信号Y’_ex709。校正器64A向在小于可以以8比特表达的整数范围0-255的整数范围1-254中的整数值分配所校正的色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709，并且向编码器28提供被作为根据本发明的色差信号而分配到所述整数值的色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709。

下面参照图13来说明由图12中所示的摄像机60执行的图像捕获和记录处理。

操作单元21指令图像捕获单元61开始捕获图像，并且同时指令控制器29开始记录所捕获的图像，即，控制记录器30记录所捕获的图像。以这种方式，开始图像捕获和记录处理。

在图13所示的步骤S1中，图像捕获单元61捕获物体的图像以获得图像信号，并且向模数转换器23提供作为所述图像信号的彩色信号R、G、B。然后控制进行到步骤S2。

在步骤S2，模数转换器23将从图像捕获单元61提供的模拟彩色信号R、G、B转换为数字彩色信号R、G、B，并且向基色转换器62提供所述数字彩色信号R_ex、G_ex、B_ex。然后控制进行到步骤S3。

在步骤S3中，基色转换器62根据BT.709下的基色而将从模数转换器23提供的彩色信号R_ex、G_ex、B_ex转换为彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709，并且向光电变换器63提供所转换的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709。然后，控制进行到步骤S4。

在步骤S4中，光电变换器63根据按照本发明的光电变换器特性而将从基色转换器62提供的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709转换为彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709，并且向彩色信号转换器64提供所转换的彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709。然后，控制进行到步骤S5。

在步骤S5中，按照本发明，彩色信号转换器64将从光电变换器63提供的彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709转换为亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709。然后，控制进行到步骤S6。

在步骤S6，彩色信号转换器64的校正器64A校正在步骤S5中产生的亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709的无效值。

具体上，校正器64A将亮度信号Y’_ex709校正为在按照本发明而定义的数值范围0-1.0中的亮度信号Y’_ex709，并且将色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709校正为按照本发明而定义的数值范围-0.57到0.56中的色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709。例如，校正器64A将小于0的亮度信号Y’_ex709校正为0，并且将大于1.0的亮度信号Y’_ex709校正为1.0。校正器64A也将小于-0.57的色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709校正为-0.57，并且将大于0.56的色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709校正为0.56。校正器64A使用参照图5所述的8个比特来表达按照本发明的所校正的亮度信号Y’_ex709和所校正的色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709，并且向编码器28提供亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709。然后，控制进行到步骤S7。

在步骤S7中，编码器28按照诸如MPEG的预定格式来编码从彩色信号转换器64提供的亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709，并且向控制器29提供产生的编码数据。然后，控制进行到步骤S8。

在步骤S8，控制器29向记录器30提供从编码器28提供的编码数据。记录器30在图1中所示的记录介质11中记录从控制器29提供的编码数据。控制然后进行到步骤S9。

在步骤S9中，操作单元21确定是否有停止图像捕获和记录处理的请求。

如果在步骤S9中判断没有停止图像捕获和记录处理的请求，则控制回到步骤S1，以重复图像捕获和记录处理。如果在步骤S9中判断有停止图像捕获和记录处理的请求，则操作单元21指令图像捕获单元61停止捕获图像，并且也指令控制器29停止记录所捕获的图像。以这种方式，停止图像捕获和记录处理。

图14以方框图形式示出了在图11中所示的AV***的电视接收机70。通过相同的附图标号来表示与在图3中所示的电视接收机2的那些相同的、在图14中所示的电视接收机70的那些部分，并且下面不详细说明那些部分。

在图14中，电视接收机70包括图像信号输入单元41、亮度和色差信号转换器71、逆光电变换器72、基色转换器73、彩色信号校正器74、固有γ特性校正器75、数模转换器44和显示机构76。

亮度和色差信号转换器71按照下面的等式(8)、根据光电变换器特性将从图像信号输入单元41提供的亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709转换为彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709，并且向逆光电变换器72提供彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B_ex709：

$\left(\begin{array}{c}{R\&prime;}_{\mathrm{ex}709}\\ {G\&prime;}_{\mathrm{ex}709}\\ {B\&prime;}_{\mathrm{ex}709}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}1.0000& 0.0000& 1.5747\\ 1.0000& -0.1873& -0.4682\\ 1.0000& 1.8556& 0.0000\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{Y\&prime;}_{\mathrm{ex}709}\\ {\mathrm{Gb}\&prime;}_{\mathrm{ex}709}\\ {\mathrm{Gr}\&prime;}_{\mathrm{ex}709}\end{array}\right)---\left(8\right)$

具体上，亮度和色差信号转换器71将可以以8比特表达的整数范围16-235中的整数值的亮度信号Y’_ex709设置为在数值范围0-1.0中的值，并且也将在可以由8比特表达的整数范围1-254中的整数值的色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709的每个设置为在数值范围-0.57到0.56中的值。亮度和色差信号转换器71也按照等式(8)而将在数值范围0-1.0中表达的亮度信号Y’_ex709和在数值范围-0.57到0.56中表达的色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709转换为彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709。

逆光电变换器72按照本发明的光电变换器特性而转换从亮度和色差信号转换器71提供的彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709。具体上，逆光电变换器72按照下面的等式(9)而将从亮度和色差信号转换器71提供的彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709转换为彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709，并且向基色转换器73提供彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709。

R_ex709＝((R’_ex709+0.099)^1/0.45/1.099)     0.081≤R’_ex709

R_ex709＝R’_ex709/4.5              -0.081≤R’_ex709<0.081

R_ex709＝-((R’_ex709+0.099)^1/0.45/1.099)     R’_ex709<-0.081

                                           (9)

具体上，逆光电变换器72对于从亮度和色差信号转换器71提供的彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709执行作为由摄像机60的光电变换器63执行的处理(见图12)的逆的处理，由此将从亮度和色差信号转换器71提供的彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709转换回在被摄像机60的光电变换器63转换之前的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709。

等式(9)是用于将彩色信号R’_ex709转换为彩色信号R_ex709的等式。如同彩色信号R’_ex709那样，也按照等式(9)来将彩色信号G’_ex709、B’_ex709分别转换为彩色信号G_ex709、B_ex709。

彩色转换器73将从逆光电变换器72提供的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709转换为基于显示机构76的基色的彩色信号Rtv、Btv、Gtv，并且向彩色信号校正器74提供彩色信号Rtv、Btv、Gtv。具体上，基色转换器73按照下面的等式(10)而将从逆光电变换器72提供的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709转换为基于显示机构76的基色的彩色信号Rtv、Btv、Gtv：

$\left(\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{tv}}\\ G_{\mathrm{tv}}\\ B_{\mathrm{tv}}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}0.6575& 0.3408& 0.0017\\ 0.0795& 0.8621& 0.0583\\ 0.0159& 0.0877& 0.8964\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{R}_{\mathrm{ex}709}\\ G_{\mathrm{ex}709}\\ B_{\mathrm{ex}709}\end{array}\right)---\left(10\right)$

彩色信号校正器74校正不能被显示机构76显示的、从基色转换器73提供的彩色信号Rtv、Btv、Gtv的那些，并且向固有γ特性校正器75提供所校正的彩色信号。具体上，如果从基色转换器73提供的彩色信号Rtv、Btv、Gtv的信号电平不被包含在不能被显示机构76显示的彩色信号的信号电平的范围中，则彩色信号校正器74将彩色信号Rtv、Btv、Gtv校正为具有可以被显示机构76显示的信号电平的彩色信号。

例如，如果被提供到彩色信号校正器74的彩色信号Rtv、Btv、Gtv具有负值，则彩色信号校正器74将彩色信号Rtv、Btv、Gtv校正为值0。

如果从基色转换器73提供的彩色信号Rtv、Btv、Gtv的信号电平是不能被显示机构76显示的彩色信号，则彩色信号校正器74可以将彩色信号Rtv、Btv、Gtv校正为可以由显示机构76显示的色域中的、与彩色信号Rtv、Btv、Gtv具有最小色差的彩色信号。或者，彩色信号校正器74可以将彩色信号Rtv、Btv、Gtv校正为保持亮度但是具有较低的饱和度的彩色信号。

固有γ特性校正器75将从彩色信号校正器74提供的彩色信号Rtv、Btv、Gtv转换为用于显示机构76的彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv，以便固有地校正在电视接收机70的显示机构76中的γ特性，并且向数模转换器44提供彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv。

数模转换器44将从固有γ特性校正器75提供的数字彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv转换为模拟彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv，并且向显示机构76提供模拟彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv。

显示机构76包括CRT等，并且基于从数模转换器44提供的彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv显示图像。按照本发明的显示机构76被布置来表达、即显示在比图3中所示的显示机构45更宽的色域中的颜色。

下面参照图15来说明由图14中所示的电视接收机70执行的图像显示处理。

在图15中所示的步骤S21中，图像信号输入单元41获得图像信号。图像信号输入单元41也按照例如MPEG而解码所提供的编码数据，并且向亮度和色差信号转换器71提供从解码数据产生的亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709。然后，控制进行到步骤S22。

在步骤S22，亮度和色差信号转换器71按照等式(8)将从图像信号输入单元41提供的亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709转换为彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709，并且向逆光电变换器72提供所述彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709。

在步骤S23中，逆光电变换器72按照等式(9)将从亮度和色差信号转换器71提供的彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709转换为彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709，并且向基色转换器73提供彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709。然后，控制进行到步骤S24。

在步骤S24中，基色转换器73将从逆光电变换器72提供的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709转换为基于显示机构76的基色的彩色信号Rtv、Btv、Gtv，并且向彩色信号校正器74提供的彩色信号Rtv、Btv、Gtv。然后，控制进行到步骤S25。

在步骤S25。彩色信号校正器74将不能被显示机构76显示的、从基色转换器73提供的彩色信号Rtv、Btv、Gtv的那些校正为可显示的彩色信号，并且向固有γ特性校正器75提供所述可显示的彩色信号。然后，控制进行到步骤S26。

在步骤S26，固有γ特性校正器75按照在电视接收机70中固有的γ特性将从彩色信号校正器74提供的彩色信号R_tv、G_tv、B_tv转换为彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv，并且向数模转换器44提供彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv。然后，控制进行到步骤S27。

在步骤S27，数模转换器44将从固有γ特性校正器75提供的数字彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv转换为模拟彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv，并且向显示机构76提供所述模拟彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv。然后，控制进行到步骤S28。

在步骤S28，显示机构76根据从数模转换器44提供的彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv来显示图像。其后，控制返回步骤S21，以重复图像显示处理。

下面参照图16来简述直到由摄像机1捕获的图像被显示机构70显示的信号的流程。在图16中的箭头表示诸如对于信号的转换处理的处理。

摄像机1执行处理81-83，并且电视接收机70执行处理91-94。

由摄像机60的图像捕获单元61捕获的图像被模数转换器23转换，并且作为基于图像捕获单元61(见图12)的基色的彩色信号R_ex、G_ex、B_ex被提供到基色转换器62，基色转换器62将所述彩色信号R_ex、G_ex、B_ex转换为基于在BT.709下的基色的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709(处理81)。

其后，光电变换器63按照本发明的光电变换器特性而将彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709转换为彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709(处理82)。彩色信号转换器64将彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709转换为按照本发明的亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709(处理83)。编码器28将亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709编码为编码数据，所述编码数据被记录器30记录或通过网络12被传送。

在电视接收机70中，从摄像机60提供的编码数据被解码为按照本发明的亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709。所述亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709被亮度和色差信号转换器71根据按照本发明的光电变换器特性而转换为彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709(处理91)。具体上，所述亮度信号Y’_ex709和色差信号Cb’_ex709、Cr’_ex709被转换回由摄像60的光电变换器63产生的彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709。

其后，逆光电变换器72将彩色信号R’_ex709、G’_ex709、B’_ex709转换为由摄像机60的光电变换器63产生的、基于BT.709的基色的彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709。

所述彩色信号R_ex709、G_ex709、B_ex709然后被基色转换器73转换为基于显示机构76的基色的彩色信号Rtv、Btv、Gtv(见图14)(处理93)。

固有γ特性校正器75按照在电视接收机70中固有的γ特性将所述彩色信号Rtv、Btv、Gtv转换为彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv(处理94)。显示机构76根据彩色信号R’_tv、G’_tv、B’_tv来显示图像。

如上所述，摄像机60和电视接收机70可以根据从按照BT.709的那些值扩展的色差信号Cb、Cr的有效数值(信号范围)来再现不能按照BT.709来表达的宽色域中的颜色。

相对于从-0.5到0.5的范围，由摄像机60捕获的图像的亮度信号Y符合BT.709，并且色差信号Cb、Cr也符合BT.709。因此，当亮度信号Y和色差信号Cb、Cr被按照BT.709的电视机处理时，则可以通过按照BT.709的色域的电视接收机显示图像。

在摄像机60中，可以通过计算3×3矩阵的电路来实现基色转换器62和彩色信号转换器64的每个，并且可以通过一维LUT(查找表)来实现光电变换器63。也可以通过三维LUT来实现所有的基色转换器62、光电变换器63和彩色信号转换器64。

在电视接收机70中，可以通过计算3×3矩阵的电路来实现亮度和色差信号转换器71和基色转换器73的每个，并且可以通过一维LUT来实现逆光电变换器72和固有γ特性校正器75的每个。也可以通过三维LUT来实现所有的亮度和色差信号转换器71、逆光电变换器72、基色转换器73和固有γ特性校正器75的每个。

在本实施例中，提供按照本发明的光电变换器特性的负值的范围作为相对于原点而点对称的按照BT.709的光电变换器特性的扩展。但是，按照本发明的光电变换器特性的负值的范围不能被提供作为相对于原点而点对称的按照BT.709的光电变换器特性的扩展。而是，按照本发明的光电变换器特性的负值的范围可以是例如按照ITU-R BT.1361的光电变换器特性的负值范围的扩展。

在本实施例中，本发明被应用到BT.709的扩展。但是，本发明也可应用到诸如BT.601的其他标准的扩展。但是，按照BT.601的扩展，在信号转换处理中使用的矩阵与按照本发明的实施例的矩阵不同。例如，由图12所示的彩色信号转换器64执行的信号转换处理使用下面的等式(11)来取代等式(7)：

$\left(\begin{array}{c}{Y\&prime;}_{\mathrm{ex}601}\\ {\mathrm{Cb}\&prime;}_{\mathrm{ex}601}\\ {\mathrm{Cr}\&prime;}_{\mathrm{ex}601}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}0.2990& 0.5870& 0.1140\\ -0.1687& -0.3313& 0.5000\\ 0.5000& -0.4187& -0.0813\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{R\&prime;}_{\mathrm{ex}601}\\ {G\&prime;}_{\mathrm{ex}601}\\ {B\&prime;}_{\mathrm{ex}601}\end{array}\right)$

类似的扩展可以被应用到其他的标准，其中，将在特定数值范围中的色差信号分配到小于可以由多个比特表达的整数范围的整数范围中的整数值。

上述的处理序列可以被硬件或软件执行。

如果通过软件来执行所述处理序列，则软件程序被从记录介质下载到专用硬件的计算机或图17所示的通用个人计算机100，通用个人计算机100根据其中安装的程序而能够执行各种功能。

如图17中所示，所述记录介质包括：封装介质，诸如磁盘111(包括软盘)、光盘112(包括CD-ROM(致密盘-只读存储器、DVD(数字通用盘)、磁光盘113(包括MD(微型盘)(商标))或半导体存储器114，它被分布来与个人计算机100分离地向用户提供程序；或存储程序的ROM102；或在记录器109中并入的硬盘，它被并入在个人计算机100中而提供到用户。

个人计算机100具有CPU 101，用于控制个人计算机100的整体操作。当从用户经由总线104和输入/输出接口105通过具有键盘和鼠标的输入单元106来向CPU 101提供指令时，CPU 101执行在ROM(只读存储器)102中存储的程序。或者，CPU 101将从磁盘111、光盘112、磁光盘113或连接到驱动器110并且被安装在记录器109中的半导体存储器114读取的程序安装到RAM(随机存取存储器)103中，并且执行所安装的程序。CPU 101向具有显示器和扬声器的输出单元107输出通过执行所述程序而获得的数据。CPU 101从也具有调谐器、照像机和麦克风的输入单元106获取数据。CPU 101也控制通信单元108以便与外部电路通信，并且与外部电路交换数据。

通信单元108可以执行无线或有线通信或无线和有线通信两者。通信单元108不限于任何通信处理。例如，通信单元108可以按照用于无线通信的诸如IEEE(电气和电子工程师协会)802.11a或802.1b或蓝牙之类的各种处理的任何一种来基于无线局域网(局域网)工作。通信单元108也可以按照有线通信的诸如以太网(注册商标)、USB或IEEE1394之类的各种处理的任何一种来操作。

如果必要的话，用于执行上述处理序列的程序可以经由诸如路由器、调制解调器等的接口通过诸如局域网、因特网、数字卫星广播介质之类的有线或无线通信介质而被安装到计算机中。

在本说明书中，用于描述在记录介质中存储的程序的步骤不仅包括以步骤的顺序按照时间而执行的处理细节，而且包括并行或独立地——而不是按照时间顺序——执行的处理细节。

Claims (8)

1.一种信号处理装置，用于处理彩色信号并且输出亮度信号和色差信号，包括：

基色转换单元，用于将第一彩色信号转换为基于按照规定标准的基色的第二彩色信号，所述第一彩色信号具有比按照所述规定标准的基色点更宽的色域中的基色点，通过该规定标准，具有第一数值范围的色差信号被分配到在第一整数范围中的整数值，所述第一整数范围小于由多个比特表达的整数范围；

特性转换单元，用于按照在一大于对应于按照所述规定标准的亮度信号和色差信号的彩色信号的数值范围的数值范围中定义的光电变换器特性，而将所述第二彩色信号转换为第三彩色信号；

彩色信号转换单元，用于将所述第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号；以及，

校正单元，用于将由所述彩色信号转换单元产生的亮度信号校正为按照所述规定标准的亮度信号，并且将由所述彩色信号转换单元产生的色差信号校正为在包含所述第一数值范围的第二数值范围中的色差信号，所述色差信号被分配到在由所述多个比特表达的整数范围中的整数值。

2.按照权利要求1所述的信号处理装置，其中，所述光电变换器特性相对于原点而点对称。

3.按照权利要求1所述的信号处理装置，其中，所有的所述基色转换单元、所述特性转换单元和所述彩色信号转换单元包括同一查找表。

4.一种信号处理方法，所述方法由用于处理彩色信号并且输出亮度信号和色差信号的信号处理装置执行，所述方法包括步骤：

将第一彩色信号转换为基于按照规定标准的基色的第二彩色信号，所述第一彩色信号具有在比按照所述规定标准的基色点更宽的色域中的基色点，通过该规定标准，具有第一数值范围的色差信号被分配到在第一整数范围中的整数值，所述第一整数范围小于由多个比特表达的整数范围；

按照在一大于对应于按照所述规定标准的亮度信号和色差信号的彩色信号的数值范围的数值范围中定义的光电变换器特性，而将所述第二彩色信号转换为第三彩色信号；

将所述第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号；以及，

将由转换所述第三彩色信号的所述步骤产生的亮度信号校正为按照所述规定标准的亮度信号，并且将由转换所述第三彩色信号的所述步骤产生的色差信号校正为包含第一数值范围的第二数值范围中的色差信号，所述色差信号被分配到由所述多个比特表达的整数范围中的整数值。

5.一种信号处理装置，用于处理亮度信号和色差信号并输出彩色信号，其中，所述亮度信号和所述色差信号包括通过下述处理而获得的亮度信号和色差信号：

将第一彩色信号转换为基于按照规定标准的基色的第二彩色信号，所述第一彩色信号具有在比按照所述规定标准的基色点更宽的色域中的基色点，通过该规定标准，具有第一数值范围的色差信号被分配到第一整数范围中的整数值，所述第一整数范围小于由多个比特表达的整数范围；

按照在一大于对应于按照所述规定标准的亮度信号和色差信号的彩色信号的数值范围的数值范围中定义的光电变换器特性，而将所述第二彩色信号转换为第三彩色信号；以及，

将所述第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号；

其中，所述亮度信号包括按照所述规定标准的亮度信号，并且所述色差信号包括在包含所述第一数值范围的第二数值范围中的色差信号，所述色差信号被分配到由所述多个比特表达的整数值中的整数值；

其中，所述信号处理装置包括：

亮度和色差信号转换单元，用于将按照所述规定标准的所述亮度信号和在所述第二数值范围内的所述色差信号转换为所述第三彩色信号；

特性转换单元，用于按照所述光电变换器特性而将所述第三彩色信号转换为所述第二彩色信号；

基色转换单元，用于将所述第二彩色信号转换为所述第一彩色信号；以及

校正单元，用于将所述第一彩色信号转换为被显示图像的显示机构显示的数值范围内的信号。

6.按照权利要求5所述的信号处理装置，其中，所述光电变换器特性相对于原点而点对称。

7.按照权利要求5所述的信号处理装置，其中，所有的所述亮度和色差信号转换单元、所述特性转换单元和所述基色转换单元包括同一查找表。

8.一种信号处理方法，所述方法由用于处理亮度信号和色差信号且输出彩色信号的信号处理装置执行，其中，所述亮度信号和所述色差信号包括通过下述处理而获得的亮度信号和色差信号：

将第一彩色信号转换为基于按照规定标准的基色的第二彩色信号，所述第一彩色信号具有在比按照所述规定标准的基色点更宽的色域中的基色点，通过该规定标准，具有第一数值范围的色差信号被分配到在第一整数范围中的整数值，所述第一整数范围小于由多个比特表达的整数范围；

按照在一个大于对应于按照所述规定标准的亮度信号和色差信号的彩色信号的数值范围的数值范围中定义的光电变换器特性，而将所述第二彩色信号转换为第三彩色信号；

将所述第三彩色信号转换为亮度信号和色差信号；

其中，所述亮度信号包括按照所述规定标准的亮度信号，而所述色差信号包括在第二数值范围中的色差信号，所述第二数值范围包括所述第一数值范围，所述色差信号被分配到由所述多个比特表达的整数范围内的整数值；

其中，所述信号处理方法包括步骤：

将按照所述规定标准的所述亮度信号和在所述第二数值范围内的所述色差信号转换为所述第三彩色信号；

按照所述光电变换器特性而将所述第三彩色信号转换为所述第二彩色信号；

将所述第二彩色信号转换为所述第一彩色信号；并且，

将所述第一彩色信号校正为由显示图像的显示机构显示的数值范围内的信号。

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