CN105744157A - 一种图像像素采样值转换、采样值处理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种图像像素采样值转换、采样值处理方法及装置，用于将高比特深度像素采样值转换为低比特深度采样值，包括：将高比特深度像素采样值的取值范围划分成一个或多个分段，确定分段端点的元数据，其中，所述元数据包含所述分段端点的高比特深度像素采样值和与之对应的低比特深度采样值；根据所述元数据，确定图像中高比特深度像素采样值所在分段；根据所述分段端点的元数据，计算所述高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值。通过将高比特深度像素采样值转换为低比特深度采样值的处理方式，降低HDR与标准动态范围视频相互转换中的图像颜色失真和细节损失。

Description

一种图像像素采样值转换、采样值处理方法及装置
技术领域
本发明属于视频处理领域，特别涉及一种图像像素采样值转换、采样值处理方法及装置。
背景技术
传统的低动态范围图像和视频只能反映有限的亮度范围，高动态范围(HighDynamicRange，HDR)图像和视频则能够反映更大的亮度范围，大幅度拓展对比度和色彩，能够更逼真的显示真实场景。
在对HDR图像和视频的处理中，HDR图像和视频需要与标准动态范围或低动态范围视频进行转换，以适应不同条件不同场合下的应用。
在实现本发明的过程中，发明人发现在HDR与标准动态范围视频相互转换中，若采用传统的线性转换方法对图像进行动态范围转换，存在图像颜色失真和细节损失等问题。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明提出了一种图像采样值转换方法，用于将高比特深度像素采样值转换为低比特深度采样值，包括：将高比特深度像素采样值的取值范围划分成一个或多个分段，确定分段端点的元数据，其中，所述元数据包含所述分段端点的高比特深度像素采样值和与之对应的低比特深度采样值；根据所述元数据，确定图像中高比特深度像素采样值所在分段；根据所述分段端点的元数据，计算所述高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值；其中，所述比特深度是表示所述像素采样值使用的二进制符号位数。
较优地，将高比特深度像素采样值的取值范围划分成多个分段，确定分段端点的元数据，包括：对图像进行分析，确定所述图像的统计直方图信息；根据所述统计直方图信息，确定自适应量化函数的参数；根据自适应量化函数，计算所述分段端点的高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值。
较优地，根据所述统计直方图信息，计算所述高比特深度像素采样值对应的归一化累积直方图分布函数值，将其作为所述自适应量化函数的参数。
较优地，所述自适应量化函数的参数还包括可调整的数值参数。
较优地，所述根据所述分段端点的元数据，计算所述高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值，包括：将所述低比特深度采样值设置为所述分段端点的元数据的插值。
可选地，将所述低比特深度采样值设置为所述分段端点的元数据的插值，包括：根据所述分段端点的元数据，计算所述分段的斜率值；计算所述高比特深度采样值相对所述分段端点元数据中高比特深度采样值的变化值；将变化率值设置为所述变化值与所述斜率值的乘积；将所述高比特深度采样值对应的低比特深度采样值设置为所述变化率值与所述分段端点元数据中低比特深度采样值的和值或差值。
可选地，在确定所述数据元之后，还包括：对所述元数据进行编码，将所述编码比特写入以下码流中的数据单元至少之一：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
与所述图像采样值转换方法相对应地，本发明还提供了一种图像采样值处理方法，用于将低比特深度像素采样值转换为高比特深度采样值，包括：根据元数据，确定分段端点，将低比特深度像素采样值的取值范围划分成一个或多个分段，其中，所述元数据包含所述分段端点的低比特深度像素采样值和与之对应的高比特深度采样值；根据所述元数据，确定图像中低比特深度像素采样值所在分段；根据所述分段端点的元数据，计算所述低比特深度像素采样值对应的高比特深度采样值；其中，所述比特深度是表示所述像素采样值使用的二进制符号位数。
可选地，在所述根据元数据确定分段端点之前，还包括：解析码流，从所述码流的以下数据单元的至少之一获得所述元数据，包括：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
较优地，所述根据所述分段端点的元数据，计算所述低比特深度像素采样值对应的高比特深度采样值，包括：将所述高比特深度采样值设置为所述分段端点的元数据的插值。
可选地，将所述高比特深度采样值设置为所述分段端点的元数据的插值，包括：根据所述分段端点的元数据，计算所述分段的斜率值；计算所述低比特深度采样值相对所述分段端点元数据中低比特深度采样值的变化值；将变化率值设置为所述变化值与所述斜率值的乘积；将所述低比特深度采样值对应的高比特深度采样值设置为所述变化率值与所述分段端点元数据中高比特深度采样值的和值或差值。
本发明还提供了一种图像像素采样值转换装置，用于将高比特深度像素采样值转换为低比特深度采样值，包括：第一确定单元，将高比特深度像素采样值的取值范围划分成一个或多个分段，确定分段端点的元数据，其中，所述元数据包含所述分段端点的高比特深度像素采样值和与之对应的低比特深度采样值；第二确定单元，根据所述元数据，确定图像中高比特深度像素采样值所在分段；第一计算单元，根据所述分段端点的元数据，计算所述高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值；其中，所述比特深度是表示所述像素采样值使用的二进制符号位数。
可选地，所述转换装置还包括：写入单元，对所述元数据进行编码，将所述编码比特写入以下码流中的数据单元至少之一：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
本发明还提供了一种图像像素采样值处理装置，用于将低比特深度像素采样值转换为高比特深度采样值，包括：第三确定单元，根据元数据，确定分段端点，将低比特深度像素采样值的取值范围划分成一个或多个分段，其中，所述元数据包含所述分段端点的低比特深度像素采样值和与之对应的高比特深度采样值；第四确定单元，根据所述元数据，确定图像中低比特深度像素采样值所在分段；第二计算单元，根据所述分段端点的元数据，计算所述低比特深度像素采样值对应的高比特深度采样值；其中，所述比特深度是表示所述像素采样值使用的二进制符号位数。
可选地，所述第三确定单元中还包括：解析单元，解析码流，从所述码流的以下数据单元的至少之一获得所述元数据，包括：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过将高比特深度像素采样值转换为低比特深度采样值的处理方式，降低HDR与标准动态范围视频相互转换中的图像颜色失真和细节损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种图像像素采样值转换方法的流程示意图；
图2是本发明提供的一种图像采样值处理方法的流程示意图；
图3是本发明提供的一种图像像素采样值转换装置的结构示意图；
图4是本发明提供的一种图像像素采样值处理装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
本发明提供了一种图像像素采样值转换方法，用于将高比特深度像素采样值转换为低比特深度采样值，如图1所示，其中所述比特深度是表示所述像素采样值使用的二进制符号位数，主要步骤包括：
步骤11、将高比特深度像素采样值的取值范围划分成多个分段，确定分段端点的元数据，其中，所述元数据包含所述分段端点的高比特深度像素采样值和与之对应的低比特深度采样值。
确定分段端点元数据的一种方法是：对图像进行分析，确定所述图像的统计直方图信息；根据所述统计直方图信息，确定自适应量化函数的参数；根据自适应量化函数，计算所述分段端点的高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值。其中，根据所述统计直方图信息，计算所述高比特深度像素采样值对应的归一化累积直方图分布函数值，将其作为所述自适应量化函数的参数。
步骤12、根据所述元数据，确定图像中高比特深度像素采样值所在分段。
步骤13、根据所述分段端点的元数据，计算所述高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值。
一种方法是根据所述高比特深度像素采样值计算所述分段端点的元数据的插值，将所述低比特深度采样值设置为所述插值。计算差值的一种方法是：根据所述分段端点的元数据，计算所述分段的斜率值；计算所述高比特深度采样值相对所述分段端点元数据中高比特深度采样值的变化值；将变化率值设置为所述变化值与所述斜率值的乘积；将所述高比特深度采样值对应的低比特深度采样值设置为所述变化率值与所述分段端点元数据中低比特深度采样值的和值或差值。
根据实际应用，例如视频编码应用，当需要将元数据信息传输给接收端时，对元数据进行编码，将编码比特写入码流中以下数据单元的至少之一：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
本实施例使用本发明的方法实现16bitHDR视频图像转换为10bit标准动态范围视频图像。
在实施中，对16bitHDR视频图像的Y`、Cb、Cr三个通道独立进行处理，分别按照本发明的方法转换为10bit视频图像。每个通道均按如下具体方法进行处理：
1)对16bit的HDR视频图像像素采样值的取值范围(即0～65535)进行分段，这里将其均匀分为64段，每段宽度为1024，记录65个分段端点，即0，1024，2048，…，65535。
2)统计图像直方图信息。
统计当前通道图像像素采样值分布信息，获得归一化累积直方图分布函数CDF(x)。具体计算方法如下：
C D F ( x ) = Σ k = 0 x P D F ( k )
P D F ( l ) = N l N
其中，x是当前图像的16bit像素采样值，PDF(l)为直方图概率分布函数，Nl表示当前图像中像素采样值为l的像素点数目，N是当前图像中像素点的总数。
3)将2)中所得到的CDF(x)作为参数，并设置数值参数a和b，确定自适应转换函数，具体函数形式为：
y = R m a x 2 × ( x R m a x 1 ) a ( b - C D F ( x ) )
其中，Rmax1表示高比特深度动态范围的最大值，本实施例中为65535，Rmax2表示低比特深度动态范围的最大值，本实施例中为1023，x是当前16bit图像像素采样值，y是x对应的10bit图像像素采样值。
4)根据3)得到的自适应转换函数，计算各分段端点的16bit像素采样值对应的10bit图像像素采样值。并将65个端点以及各自对应的10bit图像像素采样值保存为元数据，可用于从10bit图像重建16bit图像。
5)根据4)得到的元数据，确定16bit图像像素采样值所在分段的分段端点。
6)根据所述分段端点的元数据，采用插值方法计算16bit像素采样值对应的10bit像素采样值，实现16bit图像转换为10bit图像。计算插值的一种方法是：
y = y 1 + y 2 - y 1 x 2 - x 1 × ( x - x 1 )
其中，x1、x2为所述分段端点元数据中的16bit像素采样值，y1、y2为元数据中x1、x2各自所对应的10bit像素采样值，x是处于x1和x2之间的16bit像素采样值，y是所求的x对应的10bit像素采样值。即为所在分段的斜率值，即为变化率值。
在本实施例中，还可以对所述元数据进行编码，将所述编码比特写入以下码流中的数据单元至少之一：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
实施例二
与所述图像采样值转换方法相对应地，本发明还提供了一种图像采样值处理方法，用于将低比特深度像素采样值转换为高比特深度采样值，如图2所示，其中，所述比特深度是表示所述像素采样值使用的二进制符号位数，主要步骤包括：
步骤21、根据元数据，确定分段端点，将低比特深度像素采样值的取值范围划分成多个分段，其中，所述元数据包含所述分段端点的低比特深度像素采样值和与之对应的高比特深度采样值。
步骤22、根据所述元数据，确定图像中低比特深度像素采样值所在分段；
步骤23、根据所述分段端点的元数据，计算所述低比特深度像素采样值对应的高比特深度采样值；
一种方法是根据所述低比特深度像素采样值计算所述分段端点的元数据的插值，将所述高比特深度采样值设置为所述插值。计算差值的一种方法是：根据所述分段端点的元数据，计算所述分段的斜率值；计算所述低比特深度采样值相对所述分段端点元数据中低比特深度采样值的变化值；将变化率值设置为所述变化值与所述斜率值的乘积；将所述低比特深度采样值对应的高比特深度采样值设置为所述变化率值与所述分段端点元数据中高比特深度采样值的和值或差值。
根据实际应用，例如视频解码应用，当需要从码流中获得元数据时，解析所述码流，从所述码流的以下数据单元的至少之一获得所述元数据，包括：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
本实施例使用本发明方法实现10bit标准动态范围视频图像转换16bitHDR视频图像
处理中对10bit视频图像的三个通道独立进行处理，分别按照本发明的方法转换为16bit视频图像。每个通道均按如下方法进行处理：
1)根据元数据，确定各分段端点。本实例采用64分段。
2)根据所述元数据，确定10bit图像像素采样值所在分段的分段端点。
3)根据所述分段端点的元数据，采用插值方法计算10bit像素采样值对应的16bit像素采样值，实现10bit图像转换为16bit图像。计算差值的一种方法是：
x = x 1 + x 2 - x 1 y 2 - y 1 × ( y - y 1 )
其中，x1、x2为所述分段端点元数据中的16bit像素采样值，y1、y2为元数据中x1、x2各自所对应的10bit像素采样值，x是处于x1和x2之间的16bit像素采样值，y是所求的x对应的10bit像素采样值。即为所在分段的斜率值，即为变化率值。
在本实施例中，在确定分段端点之前，可以通过解析码流的方法获得元数据，包括：解析所述码流，从所述码流的以下数据单元的至少之一获得所述元数据，包括：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
实施例三
本发明还提供了一种图像像素采样值转换装置3，用于将高比特深度像素采样值转换为低比特深度采样值，如图3所示，其中，所述比特深度是表示所述像素采样值使用的二进制符号位数。所述装置包含以下模块：
第一确定单元31，输入为高比特图像数据，将输入的高比特深度图像像素采样值的取值范围划分成多个分段，确定分段端点的元数据，其中，所述元数据包含所述分段端点的高比特深度像素采样值和与之对应的低比特深度采样值；将各分段端点的元数据输出给第二确定单元32的输入端。
第二确定单元32，输入端连接第一确定单元31的输出端，根据输入的元数据，确定图像中高比特深度像素采样值所在分段，将所述分段两个端点的元数据输出给第一计算单元33的输入端。
第一计算单元33，输入端连接第二确定单元32的输出端，根据输入的分段端点的元数据，计算所述高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值，将得到的低比特深度采样值输出。
可选地，所述转换装置还包括：
写入单元34，对所述元数据进行编码，将所述编码比特写入以下码流中的数据单元至少之一：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
实施例四
本发明还提供了一种图像像素采样值处理装置4，用于将低比特深度像素采样值转换为高比特深度采样值，如图4所示，其中，所述比特深度是表示所述像素采样值使用的二进制符号位数，所述装置包含以下模块：
第三确定单元41，根据输入数据得到元数据，根据元数据，确定分段端点，将低比特深度像素采样值的取值范围划分成多个分段，其中，所述元数据包含所述分段端点的低比特深度像素采样值和与之对应的高比特深度采样值；将分段端点元数据输出给第四确定单元42的输入端。
第四确定单元42，输入端连接第三确定单元41的输出端，根据输入的分段端点元数据，确定图像中低比特深度像素采样值所在分段，将所述分段两个端点的元数据输出给第二计算单元43的输入端。
第二计算单元43，输入端连接第四确定单元42的输出端，根据输入的分段两个端点的元数据，计算所述低比特深度像素采样值对应的高比特深度采样值，将得到的高比特深度采样值输出。
可选地，所述第三确定单元41中还包括：
解析单元44，解析码流，从所述码流的以下数据单元的至少之一获得所述元数据，包括：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
本发明提供了一种图像像素采样值转换、采样值处理方法及装置，用于将高比特深度像素采样值转换为低比特深度采样值，包括：将高比特深度像素采样值的取值范围划分成一个或多个分段，确定分段端点的元数据，其中，所述元数据包含所述分段端点的高比特深度像素采样值和与之对应的低比特深度采样值；根据所述元数据，确定图像中高比特深度像素采样值所在分段；根据所述分段端点的元数据，计算所述高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值。通过将高比特深度像素采样值转换为低比特深度采样值的处理方式，降低HDR与标准动态范围视频相互转换中的图像颜色失真和细节损失。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本申请不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上所述，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种图像像素采样值转换方法，用于将高比特深度像素采样值转换为低比特深度采样值，其特征在于，包括：
将高比特深度像素采样值的取值范围划分成一个或多个分段，确定分段端点的元数据，其中，所述元数据包含所述分段端点的高比特深度像素采样值和与之对应的低比特深度采样值；
根据所述元数据，确定图像中高比特深度像素采样值所在分段；
根据所述分段端点的元数据，计算所述高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值；
其中，所述比特深度是表示所述像素采样值使用的二进制符号位数。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，将高比特深度像素采样值的取值范围划分成多个分段，确定分段端点的元数据，包括：
对图像进行分析，确定所述图像的统计直方图信息；
根据所述统计直方图信息，确定自适应量化函数的参数；
根据自适应量化函数，计算所述分段端点的高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，还包括：
根据所述统计直方图信息，计算所述高比特深度像素采样值对应的归一化累积直方图分布函数值，将其作为所述自适应量化函数的参数。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，还包括：
所述自适应量化函数的参数还包括可调整的数值参数。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述根据所述分段端点的元数据，计算所述高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值，包括：
将所述低比特深度采样值设置为所述分段端点的元数据的插值。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，包括：
根据所述分段端点的元数据，计算所述分段的斜率值；
计算所述高比特深度采样值相对所述分段端点元数据中高比特深度采样值的变化值；
将变化率值设置为所述变化值与所述斜率值的乘积；
将所述高比特深度采样值对应的低比特深度采样值设置为所述变化率值与所述分段端点元数据中低比特深度采样值的和值或差值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
对所述元数据进行编码，将所述编码比特写入以下码流中的数据单元至少之一：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
8.一种图像采样值处理方法，用于将低比特深度像素采样值转换为高比特深度采样值，其特征在于，包括：
根据元数据，确定分段端点，将低比特深度像素采样值的取值范围划分成一个或多个分段，其中，所述元数据包含所述分段端点的低比特深度像素采样值和与之对应的高比特深度采样值；
根据所述元数据，确定图像中低比特深度像素采样值所在分段；
根据所述分段端点的元数据，计算所述低比特深度像素采样值对应的高比特深度采样值；
其中，所述比特深度是表示所述像素采样值使用的二进制符号位数。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，在所述根据元数据确定分段端点之前，还包括：
解析码流，从所述码流的以下数据单元的至少之一获得所述元数据，包括：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
10.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述根据所述分段端点的元数据，计算所述低比特深度像素采样值对应的高比特深度采样值，包括：
将所述高比特深度采样值设置为所述分段端点的元数据的插值。
11.根据权利要求10所述方法，其特征在于，包括：
根据所述分段端点的元数据，计算所述分段的斜率值；
计算所述低比特深度采样值相对所述分段端点元数据中低比特深度采样值的变化值；
将变化率值设置为所述变化值与所述斜率值的乘积；
将所述低比特深度采样值对应的高比特深度采样值设置为所述变化率值与所述分段端点元数据中高比特深度采样值的和值或差值。
12.一种图像像素采样值转换装置，用于将高比特深度像素采样值转换为低比特深度采样值，其特征在于，包括：
第一确定单元，将高比特深度像素采样值的取值范围划分成一个或多个分段，确定分段端点的元数据，其中，所述元数据包含所述分段端点的高比特深度像素采样值和与之对应的低比特深度采样值；
第二确定单元，根据所述元数据，确定图像中高比特深度像素采样值所在分段；
第一计算单元，根据所述分段端点的元数据，计算所述高比特深度像素采样值对应的低比特深度采样值；
其中，所述比特深度是表示所述像素采样值使用的二进制符号位数。
13.根据权利要求12所述装置，其特征在于，还包括：
写入单元，对所述元数据进行编码，将所述编码比特写入以下码流中的数据单元至少之一：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
14.一种图像像素采样值处理装置，用于将低比特深度像素采样值转换为高比特深度采样值，其特征在于，包括：
第三确定单元，根据元数据，确定分段端点，将低比特深度像素采样值的取值范围划分成一个或多个分段，其中，所述元数据包含所述分段端点的低比特深度像素采样值和与之对应的高比特深度采样值；
第四确定单元，根据所述元数据，确定图像中低比特深度像素采样值所在分段；
第二计算单元，根据所述分段端点的元数据，计算所述低比特深度像素采样值对应的高比特深度采样值；
其中，所述比特深度是表示所述像素采样值使用的二进制符号位数。
15.根据权利要求14所述方法，其特征在于，所述第三确定单元，还包括：
解析单元，解析码流，从所述码流的以下数据单元的至少之一获得所述元数据，包括：参数集，分片头信息，辅助信息单元，用户自定义数据单元，描述子信息单元。
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