CN115761015A - 色调映射方法、装置及相关设备 - Google Patents

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CN115761015A CN202211433422.9A CN202211433422A CN115761015A CN 115761015 A CN115761015 A CN 115761015A CN 202211433422 A CN202211433422 A CN 202211433422A CN 115761015 A CN115761015 A CN 115761015A
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李勇鹏
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Abstract

本发明涉及一种色调映射方法、装置及相关设备，属于色调映射技术领域。该方法、装置及相关设备，获取每个目标帧的颜色编码信号、亮度特征参数和显示终端的特征参数后，考虑目标帧的亮度特征参数和显示终端的显示特征参数，计算得到色调映射曲线；基于色调映射曲线映射前后的颜色编码信号，计算得到当前目标帧的细节损失量化值，从而根据细节损失量化值和亮度特征参数对目标帧的色调映射曲线进行修正。采用本发明提供的技术方案，修正后的色调映射曲线能够减小不同亮度特征参数下，映射前后的细节损失，从而解决现有技术中暗部细节在一定程度上被抹平的技术问题，提升画面信息质量和视觉效果，提升最终映射图像与显示终端的亮度峰值的适配性。

Description

色调映射方法、装置及相关设备
技术领域
本发明涉及色调映射技术领域，具体涉及一种色调映射方法、装置及相关设备。
背景技术
科技的进步推动了信息显示材料技术的发展，以终端产品为例，LCD(LiquidCrystal Display，液晶显示屏)和OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光半导体)已被广泛使用。目前，主流LCD和OLED设备的峰值亮度一般可达到500nit，与一些行业标准存在着较为显著的差异。例如，由SDR(Standard Dynamic Range，标准动态范围)标准发展而出的HDR(High-Dynamic Range，高动态范围)标准，其标准规定的最大亮度为10000nit，HDR素材的最大亮度普遍在1000nit以上，明显远大于主流LCD和OLED设备的峰值亮度。
为了将HDR效果在显示终端进行完美呈现，解决高动态与低动态之间的匹配问题，相关技术中发展了色调映射技术。色调映射技术，是在有限动态范围媒介上近似显示高动态范围图像的一项计算机图形学技术，包括静态色调映射与动态色调映射(Dynamic Tone-Mapping)。静态色调映射是指对某一视频序列来说映射曲线的形态是固定的，而动态色调映射则会根据视频场景以及终端显示性能动态生成映射曲线。因此，一般来说动态色调映射的效果会显著优于静态色调映射。
目前，国际主流的动态色调映射标准有ST2094-20、ST2094-40、T/UWA005.1-2022等。但是，但是这些标准对应的映射曲线在大规模应用中仍然存在问题。例如，在一些整体明暗差别较大，且暗部细节较为丰富时，经过这些色调映射曲线的处理，暗部细节在一定程度上会被抹平，从而导致画面信息的损失，使得视觉效果欠佳。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种色调映射方法、装置及相关设备，以克服目前动态色调映射技术，存在将暗部细节抹平的风险，使得画面信息发生损失的问题。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，一种色调映射方法，应用于显示终端，所述方法包括：
获取目标帧的颜色编码信号、亮度特征参数；以及，获取所述显示终端的显示特征参数；
根据所述亮度特征参数和所述显示特征参数，计算当前目标帧的色调映射曲线；
根据所述色调映射曲线对所述目标帧的颜色编码信号进行映射，得到映射后的颜色编码信号；
基于映射前后的颜色编码信号，计算所述当前目标帧的细节损失量化值；
基于所述细节损失量化值和所述亮度特征参数，修正所述色调映射曲线；
根据所述修正后的预设色调映射曲线对所述当前目标帧进行色调映射。
又一方面，一种色调映射装置，应用于显示终端，所述装置包括：
获取模块，用于获取目标帧的颜色编码信号、亮度特征参数；以及，获取所述显示终端的显示特征参数；
第一计算模块，用于根据所述亮度特征参数和所述显示特征参数，计算当前目标帧的色调映射曲线；
第一映射模块，用于根据所述色调映射曲线对所述目标帧的颜色编码信号进行映射，得到映射后的颜色编码信号；
第二计算模块，用于基于映射前后的颜色编码信号，计算所述当前目标帧的细节损失量化值；
修正模块，用于基于所述细节损失量化值和所述亮度特征参数，修正所述色调映射曲线；
第二映射模块，用于根据所述修正后的预设色调映射曲线对所述当前目标帧进行色调映射。
又一方面，一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述中任一项所述的色调映射方法。
又一方面，一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述中任一项所述的色调映射方法。
又一方面，一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据上述任一项所述的色调映射方法。
本发明提供的技术方案，至少具备如下有益效果：
获取每个目标帧的颜色编码信号、亮度特征参数和显示终端的特征参数后，考虑目标帧的亮度特征参数和显示终端的显示特征参数，计算得到色调映射曲线；基于色调映射曲线映射前后的颜色编码信号，计算得到当前目标帧的细节损失量化值，从而根据细节损失量化值和亮度特征参数对目标帧的色调映射曲线进行修正。采用本发明提供的技术方案，由于在进行细节损失量化值计算时，考虑了映射前后的目标帧的颜色编码信号的区别，根据亮度特征参数和细节损失量化值同步修正色调映射曲线，因此，修正后的色调映射曲线能够减小不同亮度特征参数下，映射前后的细节损失，从而解决现有技术中暗部细节在一定程度上被抹平的技术问题，提升画面信息质量和视觉效果，提升最终映射图像与显示终端的亮度峰值的适配性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明一实施例提供的一种色调映射方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种标准S型映射曲线示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种色调映射曲线示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种色调映射装置的结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
目前，主流LCD和OLED设备的峰值亮度一般可达到500nit，与一些行业标准存在着较为显著的差异。例如，SDR(Standard Dynamic Range，标准动态范围)标准规定的最大亮度为100nit,明显小于主流LCD和OLED设备的峰值亮度；而HDR(High-Dynamic Range，高动态范围)标准规定的最大亮度为10000nit，HDR素材的最大亮度普遍在1000nit以上，明显远大于主流LCD和OLED设备的峰值亮度。
为了提升终端设备的显示效果，解决高动态与低动态之间的匹配问题，通常采用色调映射技术，来完成高动态与低动态之间的匹配。色调映射技术，是在有限动态范围媒介上近似显示高动态范围图像的一项计算机图形学技术，包括静态色调映射与动态色调映射。静态色调映射是指对某一视频序列来说映射曲线的形态是固定的，而动态色调映射则会根据视频场景以及终端显示性能动态生成映射曲线。因此，一般来说动态色调映射的效果会显著优于静态色调映射。
但是，相关技术中，动态色调映射技术通常是对视频暗部进行线性压缩处理，难以判断暗部压缩的强度，存在将暗部细节抹平的风险，使得画面信息发生损失。
本发明实施例中，对色调映射曲线进行说明：目前国际主流的动态色调映射标准有ST2094-20、ST2094-40、T/UWA 005.1-2022等。在三种标准中，均包括由线性直线和曲线组成的色调映射曲线。
但是，在一些整体明暗差别较大，且暗部细节较为丰富时，经过这些色调映射曲线的处理，暗部细节在一定程度上会被抹平，从而导致画面信息的损失，使得视觉效果欠佳。
基于此，本发明实施例提供了一种色调映射方法、装置及相关设备。
图1为本发明一实施例提供的一种色调映射方法的流程示意图，该色调映射方法可以应用于各类显示终端，例如，可以包括但不限于：笔记本电脑、手机、电视、平板电脑、计算器及电话手表等。
可以理解的是，目前，SDR/HDR视频的播放技术离不开色调映射曲线，本实施例提供的技术方案，可自适应修正色调映射曲线，避免映射过程中细节信息的损失，从而保证SDR/HDR视频的播放效果。
参阅图1，本发明提供的技术方案，可以包括以下步骤：
步骤S1、获取目标帧的颜色编码信号、亮度特征参数；以及，获取显示终端的显示特征参数。
步骤S2、根据亮度特征参数和显示特征参数，计算当前目标帧的色调映射曲线。
步骤S3、根据色调映射曲线对目标帧的颜色编码信号进行映射，得到映射后的颜色编码信号。
步骤S4、基于映射前后的颜色编码信号，计算当前目标帧的细节损失量化值。
步骤S5、基于细节损失量化值和亮度特征参数，修正色调映射曲线。
步骤S6、根据修正后的预设色调映射曲线对当前目标帧进行色调映射。
在一个具体的色调映射过程中，按照视频流中的帧图像的排列顺序，依次确定每个帧图像为目标帧，从而对每帧图像进行色调映射，最终实现对视频流的色调映射；每个目标帧由多个像素点组成。其中，视频流可以为HDR视频，也可以为SDR视频。
对于步骤S1，在本发明的一个实施例中，步骤S1中“获取目标帧的颜色编码信号”的具体处理过程，可以包括以下步骤：
步骤S11、接收视频流，并对视频流进行解码，得到目标帧的YUV电信号；
步骤S12、基于色域转换标准，将YUV电信号转换为RGB电信号；
步骤S13、以YUV电信号和RGB电信号作为颜色编码信号。
确定接收到的视频流，对视频流进行解码，解码可直接得到目标帧的YUV电信号。其中，YUV，是一种颜色编码方法，“Y”表示明亮度(Luminance或Luma)，可以用于标识亮度；“U”和“V”表示的则是色度(Chrominance或Chroma)，作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。解码后得到目标帧YUV电信号，即目标帧中每个像素点的Y、U、V信息，根据色域转换标准将YUV电信号转换为RGB电信号，本发明中，将YUV电信号和RGB电信号作为颜色编码信号。
值得说明的是，色域转换标准可以为行业色域标准BT709或BT2020。具体的，可以根据公式(1)将YUV电信号转换为RGB电信号：
Figure BDA0003945962730000071
在公式(1)中，a、b、c、d、e均为系数,在确定每个像素点的Y、U、V后，将每个点的Y、U、V输入到公式(1)中，得到每个像素点的RGB电信号。在不同的标准下，a、b、c、d、e为不同的数值。例如，在BT709标准下，则a＝0.2126，b＝0.7152，c＝0.0722，d＝1.8556，e＝1.5748；在BT2020标准下，则a＝0.2627，b＝0.6780，c＝0.0593，d＝1.8814，e＝1.4746。
可以理解的是，本发明实施例提供的目标帧的像素信息的确定方法，通过将目标帧YUV电信号转换为RGB电信号，实现了对信息的快速处理，方便、快捷，以便于后续对细节损失量化值的计算。
其中，亮度特征可以包括亮度强度StrengthL、平均亮度Midluma、亮度中值MeanLuma、亮部区域和暗部区域的分段点RegionD、最大亮度、最小亮度等。显示特征可以包括：最大屏幕亮度MaxDisplay、最小屏幕亮度MinDisplay及屏幕分辨率RES等。
值得说明的是，亮度特征可以通过计算得到，步骤S1中的“获取亮度特征参数”的具体处理过程，可以包括以下步骤：
步骤一、计算目标帧的亮度强度，具体包括：
统计YUV电信号中明亮度分量Y的像素分布，确定YUV明亮度分量Y的直方图分布HistY，并确定直方图分布HistY的中灰值MildGray，包括：
将直方图分布HistY的中灰值取为固定值，例如，取MildGray＝118；
将直方图分布HistY中亮度最大值和亮度最小值两者乘积的平方根确定为直方图分布HistY的中灰值，例如，取
Figure BDA0003945962730000072
其中，maxY为直方图分布HistY中亮度最大值(即横轴上的坐标最大值)，minY为直方图分布HistY中亮度最小值(即横轴上的坐标最小值)。
计算直方图分布HistY中，亮度值i大于中灰值MildGray的像素点的期望，记为亮度强度StrengthL，具体为：
Strength L＝∑i＞MildGrayHisyY[I]*I∑i＞MildGrayHistY[i]。
步骤二、计算目标帧的平均亮度，具体包括：
根据预设的电光转换函数，将目标帧的电信号转换为光信号；
Luma[i]＝EOTF709(i/255)；i/255表示归一化后的电信号的像素值，Luma[i]表示转换为光信号后的像素值；函数EOTF709()表示REC.709标准规定的电光转换函数，具体为：
Figure BDA0003945962730000081
L代表输入变量，L＝i/255。
遍历光信号的所有亮度值，计算各亮度值Luma[i]与其对应在直方图分布HistY中的像素数量HistY[i]的乘积之和；
将乘积之和与终端设备的屏幕分辨率RES的比值，确定为平均亮度Midluma，具体为：
Midluma＝∑HistY[i]*Luma[i]/RES。
步骤三：计算目标帧的亮度中值，具体包括：
目标帧的MeanLuma为按照亮度值从小到大排列目标帧中每个像素点的亮度值，取中间亮度值为亮度中值。例如，可以为直方分布图HistY的亮度中值(即横纵中间值)。
步骤四：计算目标帧亮部区域和暗部区域的分段点，具体包括：
计算直方图分布HistY中，亮度值i介于零和中灰值之间[0～MildGray]的像素点的期望，记为平均暗度MeanDark；
MeanDark＝∑i∈[0,MildGray]HistY[i]*i/∑i∈[0,MildGray]HistY[i]；
计算平均暗度与中灰值的平均值，并将平均值确定为分段点RegionD，具体为：
Figure BDA0003945962730000091
对于步骤S2，在本发明的一个实施例中，可以具体区分亮部区域和暗部区域，根据显示特征参数和亮度特征参数，确定当前目标帧的亮度区域的S型映射曲线，以及，当前目标帧的暗部区域的线性映射直线；组合S型映射曲线和线性映射直线，得到当前目标帧的色调映射曲线。
具体的，可以在预设标准(如ST2094-20、ST2094-40、T/UWA 005.1-2022)中，选择确定一条标准S型映射曲线。在确定到标准S型映射曲线后，将本发明中获得的亮度特征参数和显示特征参数，输入至标准规定的参数计算公式中，从而计算得到S型映射曲线的参数，将参数代入到标准S型映射曲线中，得到当前目标帧的亮度区域的S型映射曲线；同理，计算得到当前目标帧的暗部区域的线性映射直线，将当前目标帧的暗部区域的线性映射直线和当前目标帧的亮度区域的S型映射曲线的函数关系式进行组合，得到分段函数，即为本发明的当前目标帧的色调映射曲线。
例如，以图2所示的标准S型映射曲线的示意图为例，进行说明。
参阅图2，横坐标和纵坐标均代表归一化后的像素值，其中，“1”表示像素值255，“0.1”表示像素值0.1*255，“0.2”表示像素值0.2*255，以此类推。
假定标准S型映射曲线的函数表达式为F(L)＝((mp*L)/((mp-1)*L+1))3.2+deltaM(2)。其中，L表示原始RGB电信号归一化后的像素值，L＝i/255，F(L)表示映射修正后的RGB电信号归一化后的像素值；根据如下公式(3)求解参数mp的上限值：
Figure BDA0003945962730000101
(3)，其中，MaxDisplay表示最大屏幕亮度的默认值；根据如下公式(4)求解参数mp的具体值：
Figure BDA0003945962730000102
其中，strengthL’表示归一化后的亮度强度，mpMax表示mp的上限值；根据如下公式(5)更新参数mp的具体值：
Figure BDA0003945962730000103
MidLuma’表示归一化后的平均亮度。
根据如下公式(6)求解参数deltaM：
Figure BDA0003945962730000104
MinDisplay表示最小屏幕亮度的默认值，RegionD’表示归一化后的亮部区域和暗部区域的分段点，EOTF709()表示REC.709标准规定的电光转换函数。
同理，可根据亮度特征参数和显示特征参数，计算得到暗部区域的线性直线的函数表达式。
例如，计算最大屏幕亮度MaxDisplay的默认值的倒数，与，预设固定常数(例如100)的乘积；求乘积的预设次幂，例如，C0次幂，并将所得结果确定为线性映射直线的斜率的极限值SlopeLimit，预设次幂C0与最小屏幕亮度的默认值相关，具体为：
Figure BDA0003945962730000105
(7)，其中，C0的值与最小屏幕亮度MinDisplay的默认值相关：
Figure BDA0003945962730000111
确定亮部S型映射曲线上，归一化后的分段点所对应的纵坐标，具体为：
将RegionD’代入上述公式(3)，得到数值F(RegionD’)。
将纵坐标与归一化后的分段点的比值F(RegionD’)/(RegionD’)确定为参考斜率。
比较斜率的极限值与参考斜率的大小，将两者的最小值确定为暗部线性映射直线的斜率Slope，具体为：
Figure BDA0003945962730000112
根据斜率，及，归一化后的分段点，确定当前帧视频图像的暗部区域的线性映射直线的函数表达式，具体为：
TM(L)＝Slope*L，L≤RegionD′ (10)。
图3为本发明一实施例提供的一种色调映射曲线示意图，参阅图3，横坐标和纵坐标均代表归一化后的像素值，其中，“1”表示像素值255，“0.1”表示像素值0.1*255，“0.2”表示像素值0.2*255，以此类推。在横坐标在[0，0.2]时，对应暗部区域的线性映射直线；在横坐标(0.2，1]时，对应亮部区域的S型映射曲线，组合上述计算得到的线性映射直线及S型映射曲线的函数表达式，得到当前目标帧的色调映射曲线TM(L)：
Figure BDA0003945962730000113
(11)，其中，L表示原始RGB电信号归一化后的像素值，L＝i/255。
具体的，在步骤S3中，依据计算得到的色调映射曲线，对目标帧的YUV电信号和RGB电信号进行映射，从而得到映射后的YUV电信号和RGB电信号。
在本发明的一个实施例中，步骤S3根据色调映射曲线对目标帧的颜色编码信号进行映射，得到映射后的颜色编码信号，具体处理过程，可以包括以下步骤：
步骤S31、根据计算得到的色调映射曲线，将当前目标帧的YUV电信号中的明亮度分量Y映射为明亮度分量Y’；以及，根据色调映射曲线，将当前目标帧的RGB电信号中的红色分量R映射为红色分量R’，将当前目标帧的RGB电信号中的绿色分量G映射为绿色分量G’，将当前目标帧的RGB电信号中的蓝色分量B映射为蓝色分量B’；
步骤S32、将明亮度分量Y’、红色分量R’、绿色分量G’和蓝色分量B’，作为映射后的颜色编码信号。
具体的，在步骤S4中，在根据色调映射曲线对YUV电信号和RGB电信号进行映射后，根据映射前后的YUV电信号和RGB电信号，计算得到当前目标帧的细节损失量化值。
在本发明的一个实施例中，步骤S4的具体处理过程，可以包括以下步骤：
步骤S41、根据目标帧的映射前后的YUV电信号，计算明亮度的信息熵损失量化值；
步骤S42、根据目标帧映射前后的RGB电信号，计算色度的信息熵损失量化值；
步骤S43、基于预设损失系数，根据明亮度的信息熵损失量化值和色度的信息熵损失量化值，计算当前目标帧的细节损失量化值。
在一些实施例中，步骤S41具体可以包括以下步骤：
步骤S411、统计YUV电信号中明亮度分量Y的像素分布，确定YUV明亮度分量Y的直方图分布HistY；及，统计映射后YUV电信号中明亮度分量Y’的像素分布，确定映射后明亮度分量Y’的直方图分布HistYtm；
步骤S412、分别计算直方图分布HistY的信息熵，及，直方分布图HistYtm的信息熵；
步骤S413、确定HistY的信息熵与HistYtm的信息熵的差值的绝对值，作为明亮度的信息熵损失量化值。
在一些实施例中，步骤S42具体可以包括以下步骤：
步骤S421、分别统计RGB电信号中红色分量R和映射后红色分量R’的像素分布，确定红色分量在映射前后的直方图分布HistR和HistRtm；以及，分别统计RGB电信号中绿色分量G和映射后红色分量G’的像素分布，确定绿色分量在映射前后的直方图分布HistG和HistGtm；以及，分别统计RGB电信号中蓝色分量B和映射后蓝色分量B’的像素分布，确定蓝色分量在映射前后的直方图分布HistB和HistBtm；
步骤S422、分别计算直方图分布HistR、直方图分布HistRtm的信息熵，确定HistR的信息熵与HistRtm的信息熵差值的绝对值为红色分量R的信息熵损失量化值；以及，分别计算直方图分布HistG、直方图分布HistGtm的信息熵，确定HistG的信息熵与HistGtm的信息熵差值的绝对值为绿色分量G的信息熵损失量化值；以及，直方图分布HistB、直方图分布HistBtm的信息熵，确定HistB的信息熵与HistBtm的信息熵差值的绝对值为蓝色分量B的信息熵损失量化值；
步骤S423、将红色分量R的信息熵损失量化值、绿色分量G的信息熵损失量化值和蓝色分量B的信息熵损失量化值的和作为色度的信息熵损失量化值。
在一些实施例中，步骤S43具体可以包括以下步骤：
计算当前目标帧的明亮度的信息熵损失量化值与色度的信息熵损失量化值的和，基于预设损失系数对和进行系数修订，得到当前目标帧的细节损失量化值。
其中，预设损失系数可以根据多次实验数据得到最优取值，也可以根据经验进行设置，本发明中，可以设定预设损失系数为0.1。
具体的，可以通过公式来表示细节损失量化值：
Figure BDA0003945962730000141
Figure BDA0003945962730000142
在公式(12)、公式(13)中，delatInfo为细节损失量化值，Res为目标帧的像素点总数，En(HistX)表示X的信息熵，abs()表示求绝对值，Res表示目标帧像素点总数，N表示目标帧的像素最大值，对于HDR视频，N＝1023；对于SDR视频，N＝255。L表示归一化后的像素值，对于SDR视频，L＝i/255；对于HDR视频，L＝i/1023，i表示像素值。
在一些实施例中，亮度特征参数，包括亮度中值和平均亮度值；步骤S5，可以包括以下步骤：
若目标帧的亮度中值小于平均亮度值，则基于细节损失量化值增大色调映射曲线中暗部区域的线性映射直线的斜率；
根据增大后的斜率，更新当前目标帧的亮部区域的S型映射曲线和暗部区域的线性映射直线的分段点，将更新后的当前目标帧的色调映射曲线作为当前目标帧的修正后色调映射曲线。
例如，当MeanLuma<MidLuma时，明目标帧画面的整体亮度偏低，此时仅对预设色调映射曲线的暗部区域的线性映射直线的斜率进行修正。例如，以标准ST2094-20中提供的一种色调映射曲线为例，暗部区域的线性映射直线的斜率为SlopeO，则增大暗部区域的斜率，修正之后的暗部区域的映射直线的斜率SlopeN为：
SlopeN＝SlopeO+deltaInfo；
相应的，在调整暗部区域的映射直线的斜率后，同步更新当前目标帧的亮部区域的S型映射曲线和暗部区域的线性映射直线的分段点，分段点P可以满足：
SlopeN＝TM(P)/P；
在分段点P点，斜率与修正之后的暗部区域的映射直线的斜率相同。
可以理解的是，本发明实施例提供的技术方案中，通过细节损失量化值增大预设色调映射曲线的暗部斜率，提升画面质量。在一些场景下，当修正后斜率接近1时，几乎不对暗部做任何压缩处理，使得画面损失量降到最低。
在一些实施例中，亮度特征参数，包括亮度中值和平均亮度值；步骤S5，可以包括以下步骤：
若目标帧的亮度中值大于等于平均亮度值，则基于细节损失量化值减小色调映射曲线中亮部区域的S型映射曲线的曲率；
根据减小后的曲率，更新当前目标帧的亮部区域的S型映射曲线和暗部区域的线性映射直线的分段点，将更新后的当前目标帧的色调映射曲线作为当前目标帧的修正后色调映射曲线。
例如，当MeanLuma≥MidLuma时，说明画面的整体亮度较高，此时可以对S型曲线部分进行修正，减小S型曲线的曲率。由于在构建色调映射曲线时，采用了标准S型曲线，因此不同色调映射曲线一般都有不同的S型曲线。
例如，以ST2094-40标准提供的一种色调映射曲线为例，在S型曲线部分，修正P0以实现减小S型曲线曲率的目的。ST2094-40标准的色调映射曲线的标准S型曲线的形式如下：
F(L)＝P0*L2*(1-L)2+P1*L3*(1-L)+P2*L4；
修正P0可以实现减小曲率的目的，修正后的预设色调映射曲线的曲率P0N可用表示为：
P0N＝P0-beta*deltaInfo。
其中，beta为ST2094-40标准的色调映射曲线的S型曲线的影响参数，可根据标准介绍进行计算设定。
再例如，T/UWA 005.1-2022标准的一种色调映射曲线为例，T/UWA005.1-2022标准的色调映射曲线的S型曲线的形式如下：
F(L)＝((mp*Lmn)/((k1*mp-k2)*Lmn+k3))mm；
修正mp可以实现减小曲率的目的，因此，修正后的预设色调映射曲线的曲率mpN可表示为：
mpN＝mp-alpha*deltaInfo。
其中，alpha为T/UWA 005.1-2022标准的色调映射曲线的影响参数，可根据标准介绍进行计算和设定。
可以理解的是，本发明实施例提供的技术方案中，在目标帧画的亮度偏亮时，通过对预设色调映射曲线的亮部S型曲线部分进行修正，即，通过细节损失量化值减小预设色调映射曲线的曲率，从而减小映射过程中的亮部的数据映射，提升画面质量。
可以理解的是，本发明实施例同的色调映射方法，获取每个目标帧的颜色编码信号、亮度特征参数和显示终端的特征参数后，考虑目标帧的亮度特征参数和显示终端的显示特征参数，计算得到色调映射曲线；基于色调映射曲线映射前后的颜色编码信号，计算得到当前目标帧的细节损失量化值，从而根据细节损失量化值和亮度特征参数对目标帧的色调映射曲线进行修正。采用本发明提供的技术方案，由于在进行细节损失量化值计算时，考虑了映射前后的目标帧的颜色编码信号的区别，根据亮度特征参数和细节损失量化值同步修正色调映射曲线，因此，修正后的色调映射曲线能够减小不同亮度特征参数下，映射前后的细节损失，从而解决现有技术中暗部细节在一定程度上被抹平的技术问题，提升画面信息质量和视觉效果，提升最终映射图像与显示终端的亮度峰值的适配性。
基于一个总的发明构思，本发明一实施例还提供一种色调映射装置，用于实现上述方法实施例。
图4为本发明一实施例提供的一种色调映射装置的结构示意图，参阅图4，本发明实施例提供的装置可以包括以下结构：
获取模块41，用于获取目标帧的颜色编码信号、亮度特征参数；以及，获取显示终端的显示特征参数；
第一计算模块42，用于根据亮度特征参数和显示特征参数，计算当前目标帧的色调映射曲线；
第一映射模块43，用于根据色调映射曲线对目标帧的颜色编码信号进行映射，得到映射后的颜色编码信号；
第二计算模块44，用于基于映射前后的颜色编码信号，计算当前目标帧的细节损失量化值；
修正模块45，用于基于细节损失量化值和亮度特征参数，修正色调映射曲线；
第二映射模块46，用于根据修正后的预设色调映射曲线对当前目标帧进行色调映射。
可选的，获取模块具体用于确定视频流，并对视频流进行解码，得到目标帧的YUV电信号；
基于色域转换标准，将YUV电信号转换为RGB电信号；
以YUV电信号和RGB电信号作为颜色编码信号。
可选的，第一映射模块，具体用于根据色调映射曲线，将当前目标帧的YUV电信号中的明亮度分量Y映射为明亮度分量Y’；以及，
根据色调映射曲线，将当前目标帧的RGB电信号中的红色分量R映射为红色分量R’，将当前目标帧的RGB电信号中的绿色分量G映射为绿色分量G’，将当前目标帧的RGB电信号中的蓝色分量B映射为蓝色分量B’；
将明亮度分量Y’、红色分量R’、绿色分量G’和蓝色分量B’，作为映射后的颜色编码信号。
可选的，第二计算模块，具体用于根据目标帧的映射前后的YUV电信号，计算明亮度的信息熵损失量化值；
根据目标帧映射前后的RGB电信号，计算色度的信息熵损失量化值；
基于预设损失系数，根据明亮度的信息熵损失量化值和色度的信息熵损失量化值，计算当前目标帧的细节损失量化值。
可选的，第二计算模块，具体用于统计YUV电信号中明亮度分量Y的像素分布，确定YUV明亮度分量Y的直方图分布HistY；及，统计映射后YUV电信号中明亮度分量Y’的像素分布，确定映射后明亮度分量Y’的直方图分布HistYtm；
分别计算直方图分布HistY的信息熵，及，直方分布图HistYtm的信息熵；
确定HistY的信息熵与HistYtm的信息熵的差值的绝对值，作为明亮度的信息熵损失量化值。
可选的，第二计算模块具体用于分别统计RGB电信号中红色分量R和映射后红色分量R’的像素分布，确定红色分量在映射前后的直方图分布HistR和HistRtm；以及，分别统计RGB电信号中绿色分量G和映射后红色分量G’的像素分布，确定绿色分量在映射前后的直方图分布HistG和HistGtm；以及，分别统计RGB电信号中蓝色分量B和映射后蓝色分量B’的像素分布，确定蓝色分量在映射前后的直方图分布HistB和HistBtm；
分别计算直方图分布HistR、直方图分布HistRtm的信息熵，确定HistR的信息熵与HistRtm的信息熵差值的绝对值为红色分量R的信息熵损失量化值；以及，分别计算直方图分布HistG、直方图分布HistGtm的信息熵，确定HistG的信息熵与HistGtm的信息熵差值的绝对值为绿色分量G的信息熵损失量化值；以及，直方图分布HistB、直方图分布HistBtm的信息熵，确定HistB的信息熵与HistBtm的信息熵差值的绝对值为蓝色分量B的信息熵损失量化值；
将红色分量R的信息熵损失量化值、绿色分量G的信息熵损失量化值和蓝色分量B的信息熵损失量化值的和作为色度的信息熵损失量化值。
可选的，第二计算模块具体用于计算当前目标帧的明亮度的信息熵损失量化值与色度的信息熵损失量化值的和，基于预设损失系数对和进行系数修订，得到当前目标帧的细节损失量化值。
可选的，第一计算模块，具体用于根据显示特征参数和亮度特征参数，确定当前目标帧的亮度区域的S型映射曲线，以及，当前目标帧的暗部区域的线性映射直线；
组合S型映射曲线和线性映射直线，得到当前目标帧的色调映射曲线。
可选的，修正模块，具体用于若目标帧的亮度中值小于平均亮度值，则基于细节损失量化值增大色调映射曲线中暗部区域的线性映射直线的斜率；
根据增大后的斜率，更新当前目标帧的亮部区域的S型映射曲线和暗部区域的线性映射直线的分段点，将更新后的当前目标帧的色调映射曲线作为当前目标帧的修正后色调映射曲线。
可选的，修正模块，具体用于若目标帧的亮度中值大于等于平均亮度值，则基于细节损失量化值减小色调映射曲线中亮部区域的S型映射曲线的曲率；
根据减小后的曲率，更新当前目标帧的亮部区域的S型映射曲线和暗部区域的线性映射直线的分段点，将更新后的当前目标帧的色调映射曲线作为当前目标帧的修正后色调映射曲线。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
可以理解的是，本发明实施例同的色调映射装置，获取每个目标帧的颜色编码信号、亮度特征参数和显示终端的特征参数后，考虑目标帧的亮度特征参数和显示终端的显示特征参数，计算得到色调映射曲线；基于色调映射曲线映射前后的颜色编码信号，计算得到当前目标帧的细节损失量化值，从而根据细节损失量化值和亮度特征参数对目标帧的色调映射曲线进行修正。采用本发明提供的技术方案，由于在进行细节损失量化值计算时，考虑了映射前后的目标帧的颜色编码信号的区别，根据亮度特征参数和细节损失量化值同步修正色调映射曲线，因此，修正后的色调映射曲线能够减小不同亮度特征参数下，映射前后的细节损失，从而解决现有技术中暗部细节在一定程度上被抹平的技术问题，提升画面信息质量和视觉效果，提升最终映射图像与显示终端的亮度峰值的适配性。
基于一个总的发明构思，本发明一实施例还提供一种电子设备。
图5为本发明一实施例提供的一种电子设备的结构示意图，参阅图5，本发明提供的电子设备，包括：至少一个处理器51；以及与至少一个处理器通信连接的存储器52；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述任一项实施例记载的色调映射方法。
可选的，电子设备可以为显示终端，用于显示根据修正后的预设色调映射曲线进行色调映射后的目标帧。
基于一个总的发明构思，本发明一实施例还提供一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质。
本发明实施例提供的存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，计算机指令用于使计算机执行上述任一实施例记载的色调映射方法。
基于一个总的发明构思，本发明一实施例还提供一种计算机程序产品。
本发明实施例提供的计算机程序产品，包括计算机程序，计算机程序在被处理器执行时实现根据上述任一实施例记载的的色调映射方法。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既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。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (15)

1.一种色调映射方法，其特征在于，应用于显示终端，所述方法包括：
获取目标帧的颜色编码信号、亮度特征参数；以及，获取所述显示终端的显示特征参数；
根据所述亮度特征参数和所述显示特征参数，计算当前目标帧的色调映射曲线；
根据所述色调映射曲线对所述目标帧的颜色编码信号进行映射，得到映射后的颜色编码信号；
基于映射前后的颜色编码信号，计算所述当前目标帧的细节损失量化值；
基于所述细节损失量化值和所述亮度特征参数，修正所述色调映射曲线；
根据所述修正后的预设色调映射曲线对所述当前目标帧进行色调映射。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标帧的颜色编码信号，包括：
确定视频流，并对所述视频流进行解码，得到目标帧的YUV电信号；
基于色域转换标准，将所述YUV电信号转换为RGB电信号；
以所述YUV电信号和所述RGB电信号作为所述颜色编码信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述色调映射曲线对所述目标帧的颜色编码信号进行映射，得到映射后的颜色编码信号，包括：
根据所述色调映射曲线，将所述当前目标帧的YUV电信号中的明亮度分量Y映射为明亮度分量Y’；以及，
根据所述色调映射曲线，将所述当前目标帧的RGB电信号中的红色分量R映射为红色分量R’，将所述当前目标帧的RGB电信号中的绿色分量G映射为绿色分量G’，将所述当前目标帧的RGB电信号中的蓝色分量B映射为蓝色分量B’；
将所述明亮度分量Y’、红色分量R’、绿色分量G’和蓝色分量B’，作为映射后的颜色编码信号。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于映射前后的颜色编码信号，计算所述当前目标帧的细节损失量化值，包括：
根据所述目标帧的映射前后的YUV电信号，计算明亮度的信息熵损失量化值；
根据所述目标帧映射前后的RGB电信号，计算色度的信息熵损失量化值；
基于预设损失系数，根据所述明亮度的信息熵损失量化值和所述色度的信息熵损失量化值，计算所述当前目标帧的细节损失量化值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标帧的映射前后的YUV电信号，计算明亮度的信息熵损失量化值，包括：
统计所述YUV电信号中明亮度分量Y的像素分布，确定所述YUV明亮度分量Y的直方图分布HistY；及，统计映射后所述YUV电信号中明亮度分量Y’的像素分布，确定映射后所述明亮度分量Y’的直方图分布HistYtm；
分别计算所述直方图分布HistY的信息熵，及，所述直方分布图HistYtm的信息熵；
确定所述HistY的信息熵与HistYtm的信息熵的差值的绝对值，作为所述明亮度的信息熵损失量化值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标帧映射前后的RGB电信号，计算色度的信息熵损失量化值，包括：
分别统计所述RGB电信号中红色分量R和映射后红色分量R’的像素分布，确定所述红色分量在映射前后的直方图分布HistR和HistRtm；以及，分别统计所述RGB电信号中绿色分量G和映射后红色分量G’的像素分布，确定所述绿色分量在映射前后的直方图分布HistG和HistGtm；以及，分别统计所述RGB电信号中蓝色分量B和映射后蓝色分量B’的像素分布，确定所述蓝色分量在映射前后的直方图分布HistB和HistBtm；
分别计算所述直方图分布HistR、直方图分布HistRtm的信息熵，确定HistR的信息熵与HistRtm的信息熵差值的绝对值为红色分量R的信息熵损失量化值；以及，分别计算所述直方图分布HistG、直方图分布HistGtm的信息熵，确定HistG的信息熵与HistGtm的信息熵差值的绝对值为绿色分量G的信息熵损失量化值；以及，所述直方图分布HistB、直方图分布HistBtm的信息熵，确定HistB的信息熵与HistBtm的信息熵差值的绝对值为蓝色分量B的信息熵损失量化值；
将所述红色分量R的信息熵损失量化值、绿色分量G的信息熵损失量化值和蓝色分量B的信息熵损失量化值的和作为所述色度的信息熵损失量化值。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于预设损失系数，根据所述明亮度的信息熵损失量化值和所述色度的信息熵损失量化值，计算所述当前目标帧的细节损失量化值，包括：
计算所述当前目标帧的明亮度的信息熵损失量化值与色度的信息熵损失量化值的和，基于所述预设损失系数对所述和进行系数修订，得到所述当前目标帧的细节损失量化值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述亮度特征参数和所述显示特征参数，计算当前目标帧的色调映射曲线，包括：
根据所述显示特征参数和亮度特征参数，确定所述当前目标帧的亮度区域的S型映射曲线，以及，所述当前目标帧的暗部区域的线性映射直线；
组合所述S型映射曲线和所述线性映射直线，得到所述当前目标帧的色调映射曲线。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述亮度特征参数，包括亮度中值和平均亮度值；所述基于所述细节损失量化值和所述亮度特征参数，修正所述色调映射曲线，包括：
若所述目标帧的亮度中值小于平均亮度值，则基于所述细节损失量化值增大所述色调映射曲线中暗部区域的线性映射直线的斜率；
根据增大后的斜率，更新所述当前目标帧的亮部区域的S型映射曲线和暗部区域的线性映射直线的分段点，将更新后的当前目标帧的色调映射曲线作为当前目标帧的修正后色调映射曲线。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述亮度特征参数，包括亮度值；所述基于所述细节损失量化值和所述亮度特征参数，修正所述色调映射曲线，包括：
若所述目标帧的亮度中值大于等于平均亮度值，则基于所述细节损失量化值减小所述色调映射曲线中亮部区域的S型映射曲线的曲率；
根据减小后的曲率，更新所述当前目标帧的亮部区域的S型映射曲线和暗部区域的线性映射直线的分段点，将更新后的当前目标帧的色调映射曲线作为当前目标帧的修正后色调映射曲线。
11.一种色调映射装置，其特征在于，应用于显示终端，所述装置包括：
获取模块，用于获取目标帧的颜色编码信号、亮度特征参数；以及，获取所述显示终端的显示特征参数；
第一计算模块，用于根据所述亮度特征参数和所述显示特征参数，计算当前目标帧的色调映射曲线；
第一映射模块，用于根据所述色调映射曲线对所述目标帧的颜色编码信号进行映射，得到映射后的颜色编码信号；
第二计算模块，用于基于映射前后的颜色编码信号，计算所述当前目标帧的细节损失量化值；
修正模块，用于基于所述细节损失量化值和所述亮度特征参数，修正所述色调映射曲线；
第二映射模块，用于根据所述修正后的预设色调映射曲线对所述当前目标帧进行色调映射。
12.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-9中任一项所述的色调映射方法。
13.根据权利要求12所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为显示终端。
14.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-10中任一项所述的色调映射方法。
15.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现根据权利要求1-10中任一项所述的色调映射方法。
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