高动态范围信号的处理方法及处理系统与流程

本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种高动态范围信号的处理方法及处理系统。

背景技术：
高动态范围(High-DynamicRange，简称HDR)图像，相比普通的图像，可以提供更多的动态范围和图像细节，根据不同的曝光时间的标准动态范围(Standard-DynamicRange，简称SDR)图像，利用每个曝光时间相对应最佳细节的SDR图像来合成最终HDR图像，能够更好的反映人真实环境中的视觉效果。由于HDR和SDR(标准动态范围)信号所采用的Gamma(伽玛)标准不同，HDR信号的Gamma要求按照SMPTE2084、HLG(HybridLogGamma对数伽马分布，简称HLG)等标准进行后期制作，而SDR信号则要求按照Gamma2.2，Gamma2.4等进行后期制作，因此我们在进行还原时，也会按照相应的Gamma来进行还原；当前大部分的液晶屏幕都是SDR的屏幕，即屏幕Gamma标准为Gamma2.2。对HDR信号而言，现行的后期制作过程中存在多种标准，以SMPTE2084标准进行后期制作为例，其最大亮度可能存在很多种，以600nit、1000nit、4000nit为例，如果直接调用SMPTE2084，SMPTE2084曲线输出的亮度区间为0-10000nit，HDR信号经过SMPTE2084曲线转化后输出信号的最大亮度值为600nit、1000nit、4000nit，仅为屏幕所能显示的最大亮度值的百分之六、十分之一、十分之四。显示亮度的大幅度减小，无法达到需要达到的亮度，没有充分发挥HDR信号的优势，导致效果显示上无法兼顾亮度和暗场细节。在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：
本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种高动态范围信号的处理方法及处理系统，用以解决HDR信号无法达到需要达到的亮度的问题。为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：根据本发明的一个方面，提供了一种高动态范围信号的处理方法，获取所述高动态范围信号的电光转换曲线类型；获取所述高动态范围信号元数据中的最大亮度信息，所述最大亮度信息在所述电光转换曲线中对应的输出值为信号最大亮度值；在高动态范围信号的电光转换曲线中截取原始曲线段，所述原始曲线段的输出值为从零到所述信号最大亮度值；设需要达到的亮度值为映射亮度值，所述映射亮度值与所述信号最大亮度值的比值为映射系数；在所述电光转换曲线的坐标系中，在横坐标不变的情况下，使所述原始曲线段的纵坐标输出值按照所述映射系数进行等比例映射形成映射电光转换曲线段。根据本发明的另一方面，提供了一种高动态范围信号的处理系统，包括：伽玛调用模块，用于对输入电信号进行判断是标准动态范围信号还是高动态范围信号，并根据所述高动态范围信号的类型标准，确定采用与所述类型标准相对应的电光转换曲线；动态映射模块，用于将输入的所述高动态范围信号经过映射电光转换曲线段、校正伽玛曲线转换形成映射信号；伽玛校正模块，用于通过控制增大或减小输入常规屏幕的所述映射信号，达到使所述常规屏幕的屏幕伽玛曲线的输出量与标准屏幕的屏幕伽玛曲线的输出量相同。由上述技术方案可知，本发明提供一种高动态范围信号的处理方法及处理系统，将高动态范围信号的元数据的最大亮度信息在光电转换曲线中对应的输出值映射到需要达到的亮度值，将高动态范围信号的最大亮度信息与需要达到的亮度值对应起来，而且将高动态范围信号的其余亮度值也根据映射系数进行映射，使高动态范围信号与屏幕的亮度值更好的配合起来，从而使高动态范围信号的经过屏幕显示后的亮度值得到大幅度的提高，真实地在屏幕上展现出HDR信号的显示效果；避免了在高动态范围信号的亮度为4000nit，3000nit，1000nit，800nit，300nit等的情况下，无法达到需要达到的亮度的问题。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1是本发明高动态范围信号的处理方法的流程示意图；图2是本发明高动态范围信号的处理方法一实施方式中SMPTE2084电光转换曲线的示意图；图3是从图2中截取的原始曲线段的示意图；图4是将图3中原始曲线段进行映射后形成的映射电光转换曲线段的示意图；图5是本发明的高动态范围信号的处理系统的结构示意图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。Gamma的产生源自于人眼可识别的亮度与实际亮度不成线性关系，我们做Gamma处理的原理是想要将摄像机采集后的光学信息经过处理后完整的体现到屏幕上，使屏幕光和信号本身的光学信息匹配；信号内容经过摄像机录制完成后，会进行一系列后期制作，对HDR的后期制作来说，采用SMPTEST2084/HLG等标准作为光电转换(OETF)曲线。本发明的高动态范围信号的处理方法，主要是将高动态范围信号的元数据的最大亮度映射到需要达到的亮度。实施例一：图1是本发明高动态范围信号的处理方法的流程示意图。获取高动态范围信号的电光转换曲线类型；获取高动态范围信号元数据中的最大亮度信息，最大亮度信息在电光转换曲线中对应的输出值为信号最大亮度值；高动态范围信号为一系列的电信号，作为电光转换曲线的输入信号，不同的输入值对应不同的输出值，输入值越大输出值亦越大，所以高动态范围信号元数据中的最大亮度信息为最大的电信号值，最大的电信号值输入电光转换曲线后对应的输出值也最大，该输出值为信号最大亮度值。如图2所示的SMPTE2084电光转换曲线的示意图，其横坐标是代表输入的高动态范围信号的信息，范围采用0-1标示，为电信号对应的非线性彩色值，不同芯片的位宽有差异，如10bit(0-1023)，12bit(0-4095)；纵坐标为屏幕的光学信息，范围为0-1标示，其最大值1的值根据不同的电光转换曲线标准对应的值是不同的，以SMPTE2084电光转换曲线为例，其输出的最大亮度值为10000nit。但是，由于高动态范围信号的前期制作过程中存在多种标准，制作完成的高动态范围信号作为电光转换曲线的输入信号，最大的输入值对应的信号最大亮度值可能为4000nit，3000nit，1000nit，800nit，300nit等；本实施例以4000nit为例。如图3所示，在高动态范围信号的电光转换曲线中截取原始曲线段，原始曲线段的输出值为从零到信号最大亮度值。本实施例的电光转换曲线以为SMPTE2084为例，在SMPTE2084电光转换曲线中截取原始曲线段，输出值为0-400nit，从图中可以得到输出值对应的输入值为0-0.9。如图4所示，设SMPTE2084电光转换曲线输出的最大亮度值为映射亮度值，映射亮度值与信号最大亮度值的比值为映射系数，SMPTE2084电光转换曲线的最大亮度值为10000nit，信号最大亮度值为4000nit，所以，本实施例中的映射系数为10000/4000＝2.5；在横坐标保持不变的情况下，使原始曲线段的纵坐标输出值按照映射系数2.5进行等比例映射形成映射电光转换曲线段，下面列举几个数值进一步说明映射关系：即0.9的输入值不变，输出值从4000映射到10000；0.75的输入值不变，输出值从1000映射到2500、当然输入值为0时输出值依然为0。一般情况下，需要达到的亮度值可以是电光转换曲线输出的最大亮度值，但是不限于最大亮度值。对于以HLG为标准的光电转换曲线也可以用本发明的映射方法进行映射。需要达到的亮度值即为映射亮度值，映射亮度值小于或等于电光转换曲线中输出的最大亮度值；一般情况下，映射亮度值为电光转换曲线中的最大亮度值。但是不限于最大亮度值，映射亮度值也可以根据需要选择小于电光转换曲线中的最大亮度值的数值。将高动态范围信号的元数据的最大亮度信息在光电转换曲线中对应的输出值映射到屏幕需要达到的亮度值，将高动态范围信号的最大亮度信息与与需要达到的亮度值对应起来，而且将高动态范围信号的其余亮度值也根据映射系数进行映射，达到需要的显示效果；避免了在高动态范围信号的亮度为4000nit，3000nit，1000nit，800nit，300nit等的情况下，无法映射到屏幕最大亮度的问题；高动态范围信号的所有输入值对应的输出值得到相应倍数的扩大，使不同输入值之间的间隔也同样扩大，所以效果显示能够兼顾亮度和暗场细节。在其他情况都与上述相同的情况下，映射亮度值可以根据需要选择为9000nit、9500nit等用户需要达到的亮度值，从而确定映射系数为9000/4000＝2.25、9500/4000＝2.375等，然后在电光转换曲线的坐标系中，使原始曲线段的纵坐标输出值按照映射系数2.25或2.375等进行等比例映射形成映射电光转换曲线段。将高动态范围信号经过上述映射电光转换曲线段转换为预叠加数据信号，预叠加数据信号经过Gamma1/2.2曲线之后转换为映射信号，将映射信号作为SDR屏幕的屏幕伽玛曲线的输入值。此处的校正伽玛曲线为Gamma1/2.2曲线，但不限定为Gamma1/2.2曲线，也可为Gamma1/2.0等曲线。校正伽玛曲线需要与屏幕伽玛曲线相对应，因为校正伽玛曲线需要与屏幕伽玛曲线叠加后最终形成一个Gamma1.0的曲线，但是在实际调试过程中，有些个别点出现偏差，导致整条曲线不是标准的Gamma1.0，所以此处校正伽玛曲线的目的主要是与屏幕伽玛曲线叠加后，使映射电光转换曲线段不受屏幕伽玛曲线的影响。预叠加数据信号经过Gamma1/2.2曲线转换之后输入SDR屏幕的屏幕伽玛曲线，相当于对预叠加数据信号进行了一次后期制作，使其符合SDR屏幕的还原准则，从而解决了高动态范围信号在普通SDR屏幕上进行显示的问题。由于不同屏幕的伽玛值差异较大，并不是按照标准的Gamma2.2来设定的，因此需要对屏幕Gamma2.2进行校正。设检测到的SDR屏幕的伽玛值为检测伽玛值，将标准Gamma2.2曲线作为标准SDR屏幕的标准伽玛值；比较检测伽玛值与标准伽玛值的大小，通过控制增大或减小输入SDR屏幕的映射信号，达到使SDR屏幕的Gamma2.2曲线的输出量与标准SDR屏幕的Gamma2.2曲线的输出量相同。由于SDR屏幕的伽玛值是固定不变的，所以只有通过改变输入值的大小来改变输出值的大小，即通过改变映射信号的大小来达到使SDR屏幕的Gamma2.2曲线的输出量与标准SDR屏幕的Gamma2.2曲线的输出量相同。此处的常规屏幕选择为SDR屏幕，标准屏幕为标准SDR屏幕；常规屏幕为生产、生活中所使用的真实存在的产品，而标准屏幕是不存在的，是常规屏幕生产标准，是常规屏幕需要达到的标准。将SDR屏幕的Gamma2.2曲线与标准SDR屏幕的Gamma2.2曲线的相同的输出量，使其与Gamma1/2.2叠加后成Gamma1.0曲线；从而能够保证HDR的映射电光转换曲线经过Gamma1.0后呈等比例过渡，不会对HDR的EOTF造成影响，能够避免亮度点的过渡出现问题，不会导致亮度偏低，或亮度偏高而引起一些场景饱和。此处采用SDR屏幕作为常规屏幕，但常规屏幕不限定于SDR屏幕，可以是任何可以用于显示的屏幕。SDR屏幕的屏幕伽玛曲线为屏幕Gamma2.2曲线，所以要选择与屏幕Gamma2.2曲线相对应的Gamma1/2.2曲线作为校正伽玛曲线。实施例二：获取高动态范围信号的电光转换曲线类型；获取高动态范围信号元数据中的最大亮度信息，最大亮度信息在电光转换曲线中对应的输出值为信号最大亮度值；确定高动态范围信号的元数据的最大亮度信息为信号最大亮度值，高动态范围信号为一系列的电信号，作为电光转换曲线的输入信号，不同的输入值对应不同的输出值，输入值越大输出值亦越大，所以高动态范围信号元数据中的最大亮度信息为最大的电信号值，最大的电信号值输入电光转换曲线后对应的输出值也最大，该输出值为信号最大亮度值。如图2所示的SMPTE2084电光转换曲线的示意图，其横坐标是代表输入的高动态范围信号的信息，范围采用0-1标示，为电信号对应的非线性彩色值，不同芯片的位宽有差异，如10bit(0-1023)，12bit(0-4095)；纵坐标为屏幕的光学信息，范围为0-1标示，其最大值1的值根据不同的电光转换曲线标准对应的值是不同的，以SMPTE2084电光转换曲线为例，其输出的最大亮度值为10000nit。例如：但是，由于高动态范围信号的前期制作过程中存在多种标准，制作完成的高动态范围信号作为电光转换曲线的输入信号，最大的输入值对应的信号最大亮度值可能为4000nit，3000nit，1000nit，800nit，300nit等；本实施例以4000nit为例。如图3所示，在高动态范围信号的电光转换曲线中截取原始曲线段，原始曲线段的输出值为从零到信号最大亮度值。本实施例的电光转换曲线为SMPTE2084为例，在SMPTE2084电光转换曲线中截取原始曲线段，输出值为0-400nit，从图中可以得到输出值对应的输入值为0-0.9。如图4所示，设SMPTE2084电光转换曲线输出的最大亮度值为映射亮度值，映射亮度值与信号最大亮度值的比值为映射系数，SMPTE2084电光转换曲线的最大亮度值为10000nit，信号最大亮度值为4000nit，所以，本实施例中的映射系数为10000/4000＝2.5；在横坐标保持不变的情况下，使原始曲线段的纵坐标输出值按照映射系数2.5进行等比例映射形成映射电光转换曲线段，下面列举几个数值进一步说明映射关系：即0.9的输入值不变，输出值从4000映射到10000；0.75的输入值不变，输出值从1000映射到2500、当然输入值为0时输出值依然为0。一般情况下，需要达到的亮度值可以是电光转换曲线输出的最大亮度值，但是不限于最大亮度值。对于以HLG为标准的光电转换曲线也可以用本发明的映射方法进行映射。需要达到的亮度值即为映射亮度值，映射亮度值小于或等于电光转换曲线中的最大亮度值；一般情况下，映射亮度值为电光转换曲线中的最大亮度值。但是不限于最大亮度值，映射亮度值也可以根据需要选择小于电光转换曲线中的最大亮度值的数值。将高动态范围信号的元数据的最大亮度信息在光电转换曲线中对应的输出值映射到屏幕需要达到的亮度值，将高动态范围信号的最大亮度信息与与需要达到的亮度值对应起来，而且将高动态范围信号的其余亮度值也根据映射系数进行映射，达到需要的显示效果；避免了在高动态范围信号的亮度为4000nit，3000nit，1000nit，800nit，300nit等的情况下，无法映射到屏幕最大亮度的问题；高动态范围信号的所有输入值对应的输出值得到相应倍数的扩大，使不同输入值之间的间隔也同样扩大，所以效果显示能够兼顾亮度和暗场细节。在其他情况都与上述相同的情况下，映射亮度值可以根据需要选择为9000nit、9500nit等用户需要达到的亮度值，从而确定映射系数为9000/4000＝2.25、9500/4000＝2.375等，然后在电光转换曲线的坐标系中，使原始曲线段的纵坐标输出值按照映射系数2.25、2.375等进行等比例映射形成映射电光转换曲线段。将高动态范围信号经过Gamma1/2.2曲线转换为预叠加数据信号，预叠加数据信号经过上述映射电光转换曲线段之后转换为映射信号，将映射信号作为SDR屏幕的屏幕伽玛曲线的输入值。此处的校正伽玛曲线为Gamma1/2.2曲线，但不限定为Gamma1/2.2曲线，也可为Gamma1/2.0等曲线。校正伽玛曲线需要与屏幕伽玛曲线相对应，因为校正伽玛曲线需要与屏幕伽玛曲线叠加后最终形成一个Gamma1.0的曲线，但是在实际调试过程中，有些个别点出现偏差，导致整条曲线不是标准的Gamma1.0，所以此处校正伽玛曲线的目的主要是与屏幕伽玛曲线叠加后，使映射电光转换曲线段不受屏幕伽玛曲线的影响。将高动态范围信号经过Gamma1/2.2曲线转换，相当于对预叠加数据信号进行了一次后期制作，使其符合SDR屏幕的还原准则，从而解决了高动态范围信号在普通SDR屏幕上进行显示的问题。由于不同屏幕的伽玛值差异较大，并不是按照标准的Gamma2.2来设定的，因此需要对屏幕Gamma2.2进行校正。设检测到的SDR屏幕的伽玛值为检测伽玛值，将标准Gamma2.2曲线作为标准SDR屏幕的标准伽玛值；比较检测伽玛值与标准伽玛值的大小，通过控制增大或减小输入SDR屏幕的映射信号，达到使SDR屏幕的Gamma2.2曲线的输出量与标准SDR屏幕的Gamma2.2曲线的输出量相同。由于SDR屏幕的伽玛值是固定不变的，所以只有通过改变输入值的大小来改变输出值的大小，即通过改变映射信号的大小来达到使SDR屏幕的Gamma2.2曲线的输出量与标准SDR屏幕的Gamma2.2曲线的输出量相同。此处的常规屏幕选择为SDR屏幕，标准屏幕为标准SDR屏幕；常规屏幕为生产、生活中所使用的真实存在的产品，而标准屏幕是不存在的，是常规屏幕生产标准，是常规屏幕需要达到的标准。将SDR屏幕的Gamma2.2曲线的输出量与标准SDR屏幕的Gamma2.2曲线的输出量相同，使其与Gamma1/2.2叠加后成Gamma1.0曲线；从而能够保证HDR的映射电光转换曲线经过Gamma1.0后呈等比例过渡，不会对HDR的EOTF造成影响，能够避免亮度点的过渡出现问题，不会导致亮度偏低，或亮度偏高而引起一些场景饱和。此处采用SDR屏幕作为常规屏幕，但常规屏幕不限定于SDR屏幕，可以是任何可以用于显示的屏幕。SDR屏幕的屏幕伽玛曲线为屏幕Gamma2.2曲线，所以要选择与屏幕Gamma2.2曲线相对应的Gamma1/2.2曲线作为校正伽玛曲线。在上述实施例一和实施例二中，均需要对输入的电信号进行判断是标准动态范围信号还是高动态范围信号。在本发明中是截取原始曲线段前通过伽玛调用模块对输入电信号进行判断的。因为如果是标准动态范围信号可以直接在SDR屏幕上显示。在上述实施例一和实施例二中，在确定输入的电信号为高动态范围信号后，均需要根据高动态范围信号的类型标准，确定采用与类型标准相对应的电光转换曲线。对高动态范围信号来说，可有SMPTEST2084或HLG等类型标准，电光转换(OETF)曲线的类型需要与SMPTEST2084或HLG等类型标准相对应的SMPTEST2084电光转换曲线或HLG电光转换曲线等。实施例三：如图5所示，本发明实施例提供了一种与上述一种高动态范围信号的处理方法相对应的处理系统包括：伽玛调用模块、动态映射模块、伽玛校正模块。伽玛调用模块，用于对输入电信号进行判断是标准动态范围信号还是高动态范围信号，并根据所述高动态范围信号的类型标准，确定采用与所述类型标准相对应的电光转换曲线。动态映射模块，用于将输入的高动态范围信号经过映射电光转换曲线段、Gamma1/2.2曲线转换形成映射信号。伽玛校正模块，用于通过控制增大或减小输入SDR屏幕的映射信号，达到使SDR屏幕的Gamma2.2曲线的输出量与标准SDR屏幕的Gamma2.2曲线的输出量相同。上述映射电光转换曲线段的形成过程如下：获取所述高动态范围信号的电光转换曲线类型；获取所述高动态范围信号元数据中的最大亮度信息，所述最大亮度信息在所述电光转换曲线中对应的输出值为信号最大亮度值；在高动态范围信号的电光转换曲线中截取原始曲线段，原始曲线段的输出值为从零到所述信号最大亮度值。设需要达到的亮度值为映射亮度值，映射亮度值与信号最大亮度值的比值为映射系数。在电光转换曲线的坐标系中，在横坐标不变的情况下，使原始曲线段的纵坐标输出值按照映射系数进行等比例映射形成映射电光转换曲线段。应可理解的是，本发明不将其应用限制到本说明书提出的方法的详细步骤和流程方式。本发明能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本发明的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本发明延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本发明的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本发明的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本发明。