TWI788983B - 視訊訊號處理裝置與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提出一種視訊訊號處理裝置與方法。視訊訊號處理裝置包括儲存器及處理器。儲存器儲存複數亮度映射關係。若亮度映射關係所對應的設定亮度不匹配於一目標亮度，處理器從亮度映射關係中選出接近於目標亮度的設定亮度的一第一映射關係和一第二映射關係。依據第一映射關係、第二映射關係及其所對應的設定亮度，利用一內插法獲得對應於目標亮度的一目標映射關係。依據目標映射關係，處理器將一第一視訊訊號的非線性亮度資訊轉換為一第二視訊訊號的線性亮度資訊。

Description

視訊訊號處理裝置與方法
本發明是有關於一種訊號處理技術，特別是指一種視訊訊號處理裝置與方法。
在HDR10標準中，其採用之感知量化（Perceptual Quantization，PQ）電光轉換函數（Electro-Optical Transfer Function，EOTF）決定了影像訊號與顯示亮度的對應轉換關係。然而，顯示面板的顯示亮度是受到影像訊號及背光強度兩者之影響，當顯示面板背光亮度調整而沒有對應調整PQ EOTF，則顯示面板的顯示亮度將無法呈現正確的亮度效果。例如，若PQ EOTF是根據最大亮度為324尼特所建立，當背光亮度調整為250尼特，則顯示亮度會下降為250/324倍。
有鑑於此，本發明一實施例提出一種視訊訊號處理方法，包括：讀取複數亮度映射關係，亮度映射關係代表一非線性亮度訊號與一線性亮度訊號之間的映射關係，每一亮度映射關係對應於不同的設定亮度；若亮度映射關係所對應的設定亮度不匹配於一目標亮度，從亮度映射關係中選出接近於目標亮度的設定亮度的一第一映射關係和一第二映射關係，其中目標亮度介於一第一亮度與一第二亮度之間，且第一映射關係對應於第一亮度，第二映射關係對應於第二亮度；依據第一映射關係、第一亮度、第二映射關係及第二亮度，利用一內插法獲得對應於目標亮度的一目標映射關係；及依據目標映射關係，將一第一視訊訊號的非線性亮度資訊轉換為一第二視訊訊號的線性亮度資訊。
本發明一實施例另提出一種視訊訊號處理裝置，包括儲存器及處理器。儲存器儲存複數亮度映射關係，亮度映射關係代表一非線性亮度訊號與一線性亮度訊號之間的映射關係，每一亮度映射關係對應於不同的一設定亮度。處理器耦接儲存器。若亮度映射關係所對應的設定亮度不匹配於一目標亮度，處理器從亮度映射關係中選出接近於目標亮度的設定亮度的一第一映射關係和一第二映射關係。其中，目標亮度介於一第一亮度與一第二亮度之間，且第一映射關係對應於第一亮度，第二映射關係對應於第二亮度。處理器還依據第一映射關係、第一亮度、第二映射關係及第二亮度，利用一內插法獲得對應於目標亮度的一目標映射關係，並依據目標映射關係將一第一視訊訊號的非線性亮度資訊轉換為一第二視訊訊號的線性亮度資訊。
依據本發明所提出之實施例，可以正確依照設定亮度顯示出目標顯示亮度，而無需耗費大量儲存空間來儲存對應於各種不同設定亮度的亮度映射關係，並可因應在亮度調控範圍內的任意設定亮度顯示出正確的亮度，讓使用者體驗到無段細微調整亮度（亮度漸進變化）的感受。
在本文中，使用了「耦接」一詞，其表示二個或多個元件彼此直接地物理接觸或電性接觸，或者還可能意味者二個或多個元件彼此間接地電性接觸。
參照圖1，係為本發明一實施例之視訊訊號處理裝置1之架構示意圖。視訊訊號處理裝置1包括有儲存器2及處理器3。視訊訊號處理裝置1的處理器3耦接顯示面板4，以對視訊訊號進行處理後送給顯示面板4顯示。
參照圖2，係為本發明一實施例之視訊訊號處理方法之流程圖。所述視訊訊號處理方法由處理器3執行。首先，從儲存器2讀取複數亮度映射關係（步驟S21）。此些亮度映射關係是預先儲存在儲存器2中。亮度映射關係代表非線性亮度資訊與線性亮度資訊之間的映射關係。每一亮度映射關係對應於不同的設定亮度。設定亮度是指顯示面板4在亮度調控範圍（如背光亮度調控範圍）內的特定亮度。而亮度調控範圍之最大值即為最大發光強度，亦即峰值亮度（Peak Luminance）。例如，在亮度調控範圍為峰值亮度的40%～100％，分段亮度可以是峰值亮度的40%、55%、70%、85%、100%。
對於液晶顯示器來說，峰值亮度即指最大背光強度的顯示亮度。對於有機發光二極體顯示器來說，峰值亮度是指不同平均圖像位階（Average Picture Level，APL）下的最大顯示亮度。
以HDR10標準為例，其採用之PQ EOTF即為前述亮度映射關係，詳如式1所示，而能將非線性亮度資訊（於此為目標色域非線性編碼N）轉換為線性亮度資訊（於此為目標色域線性編碼L）。目標色域線性編碼L的數值介於0與1之間。目標色域非線性編碼N的數值為介於0~1之正規化數值。例如：若編碼長度為10 bit，則N介 於 [0~1023] / 1023。m1~m2和c1~c3為常數。例如：m1為（2610/4096）×（1/4），m2為2523/4096×128，c1為3424/4096，c2為2413/4096×32，c3為2392/4096×32。進一步地，還能透過式2，將目標色域線性編碼L轉換為輸出亮度C，單位為尼特（Nit）。
式1
Figure 02_image001
式2
Figure 02_image003
在一些實施例中，各個亮度映射關係是以一維查找表形式儲存。亦即，以目標色域非線性編碼N為索引，儲存各個索引對應的目標色域線性編碼L於一維查找表中。
如圖2所示，在步驟S22中，判斷是否有亮度映射關係所對應的設定亮度匹配於一目標亮度。於此，目標亮度即指顯示面板4的欲調整成的亮度設定，位於顯示面板4的亮度調控範圍之內。延續前述分段亮度為峰值亮度的40%、55%、70%、85%、100%之例，目標亮度例如為峰值亮度的80%，則此些設定亮度不與目標亮度匹配，而進入步驟S23。在一例中，若目標亮度為峰值亮度的70%，則有其中一個設定亮度與目標亮度匹配，而進入步驟S25。經由步驟S23或步驟S25，可以獲得目標映射關係。最後，於步驟S24中，依據此目標映射關係，便可將第一視訊訊號的非線性亮度資訊轉換為一第二視訊訊號的線性亮度資訊，讓顯示面板4可據以顯示影像。
在步驟S25中，直接將匹配於目標亮度的亮度映射關係作為目標映射關係。
在步驟S23中，先從此些亮度映射關係中選出接近於目標亮度的二個設定亮度所對應的亮度映射關係。承前述之例，與峰值亮度的80%相近的兩個設定亮度（於後分別稱為第一亮度與第二亮度）為峰值亮度的70%、85%。在此，目標亮度介於第一亮度與第二亮度之間。於後，將對應於第一亮度的亮度映射關係稱為第一映射關係，並將對應於第二亮度的亮度映射關係稱為第二映射關係。接著，依據第一映射關係、第一亮度、第二映射關係及第二亮度，利用內插法獲得對應於目標亮度的亮度映射關係（後稱為目標映射關係）。具體地，可表示如式3及式4。BR為內插混合比例（Blend Ratio）。L T為目標亮度，L 1為第一亮度，L 2為第二亮度。在此，以Lv T(n)表示目標顯示亮度，以EOTF T(n)表示目標映射關係，以EOTF 1(n)表示第一映射關係，以EOTF 2(n)表示第二映射關係。n為索引項（Entry Index）。
式3
Figure 02_image005
式4
Figure 02_image007
以下舉一實例說明如何利用內插法獲得對應於目標亮度的目標映射關係。合併參照圖3至圖6。圖3為本發明一實施例之數個亮度映射關係之示意圖。圖4為圖3之局部放大圖。圖5為本發明一實施例之數個顯示亮度之示意圖。圖6為圖5之局部放大圖。在此例中，峰值亮度為300尼特，每一個一維查找表均具有1024個索引項，其精度為16位元，最大值為65472。如圖3所示，呈現有分別對應於峰值亮度的40%、55%、70%、85%、100%之亮度映射關係EOTF 40%、EOTF 55%、EOTF 70%、EOTF 85%、EOTF 100%。承前述目標亮度L T為峰值亮度的80%之例，第一亮度L 1與第二亮度L 2分別為峰值亮度的70%、85%，因此第一映射關係與第二映射關係分別為EOTF 70%與EOTF 85%。如圖4所示，以索引項n為600為例，EOTF 70%(600)=58570（點A），EOTF 85%(600)=53440（點C）。依據式3計算BR為
Figure 02_image009
。如圖6所示，對應於第一亮度L 1的實際顯示亮度Lv 70%= EOTF 70%×L 1=
Figure 02_image011
尼特（點F）。對應於第二亮度L 2的實際顯示亮度Lv 85%= EOTF 85%×L 2=
Figure 02_image013
尼特（點D）。依據式4，目標顯示亮度LV T(600)=33%×187.86+67%×208.14≈201.45尼特（點E）。將目標顯示亮度LV T(600)除以目標亮度L T，得到EOTF 80%(600)=
Figure 02_image015
（點B）。
從圖6可以看到，透過上述方法，可以正確依照設定亮度顯示出目標顯示亮度，而無需耗費大量儲存空間來儲存對應於各種不同設定亮度的亮度映射關係，並可因應在亮度調控範圍內的任意設定亮度顯示出正確的亮度，讓使用者體驗到無段細微調整亮度（亮度漸進變化）的感受。
在一些實施例中，亮度映射關係所對應的設定亮度是平均分布於亮度調控範圍內。藉此，可以使各個設定亮度間的區段中所進行的內插計算之值均衡準確。
在一些實施例中，背光亮度是透過脈波寬度調光（PWM dimming）來進行控制。因此，處理器3可依據脈衝寬度調變（Pulse-width modulation，PWM）資訊來推估目標亮度。
在一些實施例中，處理器3還可進一步對第二視訊訊號執行其他處理，例如：色調映射（Tone mapping）、色域編碼轉換（Color transfer）、伽馬（Gamma）校正等。由於PQ EOTF的最大對應亮度為10000尼特，而多數顯示面板4亮度能力約在1000尼特以內，色調映射可將亮度對應至顯示面板4的顯示能力範圍。色域編碼轉換是將目標色域線性編碼L轉換為顯示面板4色域對應的線性編碼，使得編碼轉換後呈現相同顏色。伽馬校正可以將顯示面板4特性線性化。
在一些實施例中，第一視訊訊號是處理器3向其他器件取得，例如其他處理器件、視訊訊號介面、其他儲存器件等。
前述處理器3可例如是微處理器、系統晶片（SOC）等。儲存器2為非揮發式儲存媒體，如非揮發式記憶體，例如快閃記憶體（Flash memory）、電子式可抹除程式化唯讀記憶體（EEPROM）等。在一些實施例中，處理器3可以由複數處理器件一同實現。在一些實施例中，處理器3與儲存器2可整合為單一器件來實現，例如為一縮放控制器（Scaler IC）。在一些實施例中，處理器3與儲存器2是分離的獨立器件。
綜上所述，依據本發明的一些實施例，可以正確依照設定亮度顯示出目標顯示亮度，而無需耗費大量儲存空間來儲存對應於各種不同設定亮度的亮度映射關係，並可因應在亮度調控範圍內的任意設定亮度顯示出正確的亮度，讓使用者體驗到無段細微調整亮度（亮度漸進變化）的感受。
1:視訊訊號處理裝置 2:儲存器 3:處理器 4:顯示面板 S21~S25:步驟
[圖1]為本發明一實施例之視訊訊號處理裝置之架構示意圖。 [圖2]為本發明一實施例之視訊訊號處理方法之流程圖。 [圖3] 為本發明一實施例之數個亮度映射關係之示意圖。 [圖4]為圖3之局部放大圖。 [圖5]為本發明一實施例之數個顯示亮度之示意圖。 [圖6]為圖5之局部放大圖。
S21~S25:步驟

Claims (10)

  1. 一種視訊訊號處理方法，包括：讀取複數亮度映射關係，該些亮度映射關係代表一非線性亮度訊號與一線性亮度訊號之間的映射關係，每一該亮度映射關係對應於不同的一設定亮度；若該些亮度映射關係所對應的該些設定亮度不匹配於一目標亮度，從該些亮度映射關係中選出接近於該目標亮度的該設定亮度的一第一映射關係和一第二映射關係，其中該目標亮度介於一第一亮度與一第二亮度之間，且該第一映射關係對應於該第一亮度，該第二映射關係對應於該第二亮度；依據該第一映射關係、該第一亮度、該第二映射關係及該第二亮度，利用以下公式計算一內插法獲得對應於該目標亮度的一目標映射關係；LV T (n)=EOTF T (n)×L T =(1-BR)×EOTF 1(n)×L 1+BR×EOTF 2(n)×L 2 其中，
    Figure 110132160-A0305-02-0011-1
    ，LvT(n)為目標顯示亮度，LT為該目標亮度，L1為該第一亮度，L2為該第二亮度，EOTFT(n)為該目標映射關係，EOTF1(n)為該第一映射關係，以EOTF2(n)為該第二映射關係，n為索引項；及依據該目標映射關係，將一第一視訊訊號的非線性亮度資訊轉換為一第二視訊訊號的線性亮度資訊。
  2. 如請求項1所述之視訊訊號處理方法，其中該些亮度映射關係所對應的該些設定亮度位於一顯示面板的亮度調控範圍內。
  3. 如請求項2所述之視訊訊號處理方法，其中該些亮度映射關係所對應的該些設定亮度平均分布於該亮度調控範圍內。
  4. 如請求項1所述之視訊訊號處理方法，其中每一該亮度映射關係以一維查找表形式儲存。
  5. 如請求項1所述之視訊訊號處理方法，更包括：若該些亮度映射關係所對應的該些設定亮度的其中之一匹配於該目標亮度，將匹配於該目標亮度的該亮度映射關係作為該目標映射關係。
  6. 一種視訊訊號處理裝置，包括：一儲存器，儲存複數亮度映射關係，該些亮度映射關係代表一非線性亮度訊號與一線性亮度訊號之間的映射關係，每一該亮度映射關係對應於不同的一設定亮度；及一處理器，耦接該儲存器，若該些亮度映射關係所對應的該些設定亮度不匹配於一目標亮度，從該些亮度映射關係中選出接近於該目標亮度的該設定亮度的一第一映射關係和一第二映射關係，其中該目標亮度介於一第一亮度與一第二亮度之間，且該第一映射關係對應於該第一亮度，該第二映射關係對應於該第二亮度，該處理器依據該第一映射關係、該第一亮度、該第二映射關係及該第二亮度，利用以下公式計算一內插法獲得對應於該目標亮度的一目標映射關係，並依據該目標映射關係將一第一視訊訊號的非線性亮度資訊轉換為一第二視訊訊號的線性亮度資訊； LV T (n)=EOTF T (n)×L T =(1-BR)×EOTF 1(n)×L 1+BR×EOTF 2(n)×L 2 其中，
    Figure 110132160-A0305-02-0013-2
    ，LvT(n)為目標顯示亮度，LT為該目標亮度，L1為該第一亮度，L2為該第二亮度，EOTFT(n)為該目標映射關係，EOTF1(n)為該第一映射關係，以EOTF2(n)為該第二映射關係，n為索引項。
  7. 如請求項6所述之視訊訊號處理裝置，其中該些亮度映射關係所對應的該些設定亮度位於一顯示面板的亮度調控範圍內。
  8. 如請求項7所述之視訊訊號處理裝置，其中該些亮度映射關係所對應的該些設定亮度平均分布於該亮度調控範圍內。
  9. 如請求項6所述之視訊訊號處理裝置，其中每一該亮度映射關係以一維查找表形式儲存。
  10. 如請求項6所述之視訊訊號處理裝置，其中若該些亮度映射關係所對應的該些設定亮度的其中之一匹配於該目標亮度，該處理器將匹配於該目標亮度的該亮度映射關係作為該目標映射關係。
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