视频信号处理设备、视频信号处理方法和视频信号处理系统与流程

本技术涉及能够处理hdr视频信号和sdr视频信号的视频信号处理设备、视频信号处理方法和视频信号处理系统。

背景技术：

在hdr(高动态范围)成像中，可以表现具有宽动态范围的视频，和表现难以利用sdr(标准动态范围)的视频信号表现的高亮度以及高亮度颜色。sdr的视频信号具有标准动态范围，并且可以在通常的显示器上显示。

在hdr成像的工作流中，ootf(opto-opticaltransferfunction，光-光传递函数)受到关注。ootf是真实场景和显示器的光之间的传递函数，并且用于其中确定两者的视觉印象的“图像创作”的目的。

在sdr中，通过itu-rbt.709中的oetf(光-电传递函数)和itu-rbt.1886中的eotf(电-光传递函数)，将在成像设备中获得的线性像素信号作为具有非线性ootf特性的sdr视频在显示器上输出。

另一方面，在hdr中，在itu-rbt.2100中规定的oetf和eotf具有完全对称的特性，从而规定有意地加入ootf特性。目前在itu-rbt.2100中定义的ootf包括两种类型，即，hlg(混合对数型伽马)ootf和pq(感知量化)ootf。

专利文献1公开了一种一起编码hdr视频和sdr视频的方法。

引文列表

专利文献

专利文献1：日本未经审查的专利申请公开no.2015-506623

技术实现要素：

技术问题

近年来，针对hdr视频的工作流已发起，不过，其中主要使用针对sdr视频的工作流的环境保持不变。因此，需要一种其中hdr视频与sdr视频相互兼容的工作流。

本技术的目的是提供一种有助于实现其中hdr视频与sdr视频相互兼容的工作流的视频信号处理设备、视频信号处理方法和视频信号处理系统。

问题的解决方案

为了解决上述问题，按照本技术的实施例的视频信号处理设备包括hdr视频生成单元，所述hdr视频生成单元包括第一变换器单元，所述第一变换器单元通过利用乘幂函数以便计算在sdr视频的输入信号电平的表现范围为100％的情况下，范围从0％的点到在100％至500％的范围内任意确定的变化点的hdr视频的输入信号电平在以100％为1的情况下的1.2的乘幂，并通过利用线性函数以便将范围高于所述变化点的hdr视频的输入信号电平乘以预定系数，以维持在通过利用所述乘幂函数计算的所述变化点的部分中的计算结果的变化率，来对hdr视频进行ootf变换。

所述视频信号处理设备还可包括sdr视频生成单元，所述sdr视频生成单元包括第二变换器单元，所述第二变换器单元对输入视频信号进行itu-rbt.709的oetf变换，以生成sdr视频。

所述视频信号处理设备可被配置成从所述输入视频信号同时生成hdr视频和sdr视频。

按照本技术的另一个实施例的视频信号处理方法包括通过利用乘幂函数以便计算在sdr视频的输入信号电平的表现范围为100％的情况下，范围从0％的点到在100％至500％的范围内任意确定的变化点的hdr视频的输入信号电平在以100％为1的情况下的1.2的乘幂，并通过利用线性函数以便将范围高于所述变化点的hdr视频的输入信号电平乘以预定系数，以维持在通过利用所述乘幂函数计算的所述变化点的部分中的计算结果的变化率，来对hdr视频进行ootf变换。

按照本技术的另一个实施例的视频信号处理系统包括：视频信号生成设备，所述视频信号生成设备生成hdr视频和sdr视频；hdr监视器，所述hdr监视器进行用于把由所述视频信号生成设备生成的hdr视频显示在第一监视器上的信号处理；和sdr监视器，所述sdr监视器进行用于把由所述视频信号生成设备生成的sdr视频显示在第二监视器上的信号处理。

所述视频信号生成设备包括hdr视频生成单元，所述hdr视频生成单元包括第一变换器单元，所述第一变换器单元通过利用乘幂函数以便计算在sdr视频的输入信号电平的表现范围为100％的情况下，范围从0％的点到在100％至500％的范围内任意确定的变化点的hdr视频的输入信号电平在以100％为1的情况下的1.2的乘幂，并通过利用线性函数以便将范围高于所述变化点的hdr视频的输入信号电平乘以预定系数，以维持在通过利用所述乘幂函数计算的所述变化点的部分中的计算结果的变化率，来对hdr视频进行ootf变换，和sdr视频生成单元，所述sdr视频生成单元包括第二变换器单元，所述第二变换器单元对输入视频信号进行itu-rbt.709的oetf变换，以生成sdr视频。

所述sdr监视器包括sdr视频信号处理单元，所述sdr视频信号处理单元对由所述视频信号生成设备生成的sdr视频进行利用itu-rbt.1886的eotf的伽马处理。

发明的有益效果

如上所述，按照本技术，可以提供一种有助于实现其中hdr视频与sdr视频相互兼容的工作流的视频信号处理设备、视频信号处理方法和视频信号处理系统。

附图说明

图1是表示按照本技术的第一实施例的视频信号处理系统的整体配置的方框图。

图2是表示图1中所示的视频信号生成设备中的hdr视频生成单元和sdr视频生成单元的功能配置的方框图。

图3是比较sdr视频的ootf特性和hlg的ootf特性及pq的ootf特性的图。

图4是通过把图3的图放大到1000％的范围而获得的图。

图5是说明图1中所示的视频信号处理系统中的对于sdr视频的oetf变换和eotf变换的方框图。

图6是表示比较当变化点被指定给100％、300％和500％的各个位置时获得的ootf特性与用于sdr视频的ootf特性的图。

图7是表示按照本技术的变形例的方框图。

具体实施方式

下面，将说明按照本技术的实施例。

<第一实施例>

[视频信号处理系统的配置]

图1是表示按照本技术的第一实施例的视频信号处理系统1的整体配置的方框图。

视频信号处理系统1包括能够接收从成像设备2传送的像素信号并且同时生成hdr视频信号和sdr视频信号的视频信号生成设备10，显示从视频信号生成设备10传送的hdr视频信号的hdr监视器20，和显示从视频信号生成设备10传送的sdr视频信号的sdr监视器30。

成像设备2包括诸如cmos(互补金属氧化物半导体)器件或ccd(电荷耦合器件)之类的图像传感器。图像传感器把通过光学系统接收的光变换成与光强度对应的电像素信号。在成像设备中，从图像传感器输出的像素信号经历诸如包括缺陷校正、透镜像差校正等的信号校正处理之类的处理，并通过相机线缆3被传送给视频信号生成设备10。

视频信号生成设备10包括hdr视频生成单元110和sdr视频生成单元120。通过相机线缆3从成像设备2传送给视频信号生成设备10的像素信号被提供给hdr视频生成单元110和sdr视频生成单元120。

hdr视频生成单元110在基于用于调整hdr的参数信息对从成像设备2供给的像素信号进行各种调整的同时，进行生成hdr视频信号的处理。由hdr视频生成单元110生成的hdr视频信号通过hdr传送路径4被传送给hdr监视器20。

sdr视频生成单元120在基于用于调整sdr的参数信息，对从成像设备2供给的像素信号进行各种调整的同时，进行生成sdr视频信号的处理。由sdr视频生成单元120生成的sdr视频信号通过sdr传送路径5被传送给sdr监视器30。

hdr视频生成单元110和sdr视频生成单元120都由一个或多个集成电路等配置。

[hdr视频生成单元110和sdr视频生成单元120的配置]

图2是表示hdr视频生成单元110和sdr视频生成单元120的功能配置的方框图。

hdr视频生成单元110包括hdr增益调整单元111、矩阵处理单元112、黑电平校正单元113、细节处理单元114、ootf单元115、oetf单元116和格式化器117。

除主增益的控制之外，hdr增益调整单元111还进行用于调整白平衡的对rgb增益的控制。

矩阵处理单元112基于作为用于调整hdr的参数信息的一部分的色域信息(hdr-colorgamut，hdr-色域)，对通过hdr增益调整单元111的像素信号进行debayer处理、线性矩阵处理等，以获得彩色图像数据。

黑电平校正单元113基于作为用于调整hdr的参数信息的一部分的用于黑电平校正的信息(hdr-black，hdr-黑)，校正彩色图像数据的黑电平。

细节处理单元114进行针对彩色图像数据的细节的处理。

ootf单元115(第一变换器单元)对彩色图像数据进行利用作为用于调整hdr的参数信息的一部分的ootf(光-光传递函数)的变换处理，使得hdr监视器20的显示器上hdr视频的可见性更接近于现实场景。

oetf单元116基于作为用于调整hdr的参数信息的一部分的oetf信息，对彩色图像数据进行利用oetf(光-电传递函数)的伽马信号处理。

格式化器117把通过oetf单元116的彩色图像数据变换成具有hdr视频的传送格式。

同时，sdr视频生成单元120包括分辨率变换器单元121、sdr增益调整单元122、矩阵处理单元123、黑电平校正单元124、拐点/细节处理单元125、伽马处理单元126和格式化器127。

分辨率变换器单元121把由成像设备2传送的像素信号的分辨率(例如，4k分辨率)变换成hd分辨率。

sdr增益调整单元122基于作为用于调整sdr的参数信息的一部分的相对增益，进行对主增益的控制，并且还进行用于调整白平衡的对rgb增益的控制。

相对增益是指示hdr处理中的相对于像素信号的增益与sdr处理中的相对于像素信号的增益之比的参数，以便使得hdr视频和sdr视频之间的对比率可被调整。例如，相对范围定义把hdr视频的动态范围设定为相对于sdr视频的动态范围的多少倍。利用该相对范围，sdr处理侧的主增益与hdr处理侧的主增益之比可被设定为例如可选比率，比如1或1/2之类。按照这种方式，如果设定hdr处理侧的主增益与sdr处理侧的主增益之比，那么获得与sdr视频的动态范围具有相关性的hdr视频的动态范围。

更具体地，sdr视频的动态范围的基准上限由创作者选择的基准白(diffuse-white，漫射白)给出。在本实施例中，当选择sdr视频的基准白(diffuse-white)时，根据基于相对范围的相关性，还确定hdr视频的动态范围的基准上限(hdr视频的基准白(diffuse-white))。

应注意的是，hdr视频的亮度动态范围比sdr视频的亮度动态范围宽。例如，假定sdr视频的亮度动态范围为0至100％，那么hdr视频的亮度动态范围例如为100％至1000％，或者100％至10000％。成像设备2的输出的亮度范围为0至600％等。

矩阵处理单元123基于作为关于sdr视频的颜色的信息的色域信息(sdr-colorgamut，sdr-色域)，对通过sdr增益调整单元122的像素信号进行debayer处理、线性矩阵处理等，以获得彩色图像数据。

黑电平校正单元124基于用于黑电平校正的信息(sdr-black，sdr-黑)，校正彩色图像数据的黑电平。

拐点/细节处理单元125基于关于拐点校正的信息(knee，拐点)，对彩色图像数据进行拐点校正，并且还进行针对细节的处理。

伽马处理单元126(第二变换器单元)基于关于动态范围的压缩的信息(sdr-d-range-gamma，sdr-动态范围-伽马)，对为sdr增益调整单元122设定的动态范围进行伽马信号处理，并同时进行用于itu-rbt.709的显示的伽马信号处理。

格式化器127把彩色图像数据变换成具有sdr视频的传送格式。

在上述hdr视频生成单元110和sdr视频生成单元120中使用的各项参数信息，由操作通过诸如lan(局域网)之类的通信路径连接到视频信号生成设备10的cpu(未图示)的操作设备的创作者(比如ve(视频工程师))设定。

[关于ootf]

ootf(光-光传递函数)是真实场景和监视器的光之间的传递函数，并且用于其中确定真实场景和监视器上的视频的视觉印象的“图像创作”的目的。作为用于hdr视频的典型oetf，已知hlg(混合对数型伽马)oetf和pq(感知量化)oetf。然而，它们的典型ootf特性不同于sdr视频的ootf特性。

图3是当如图5中所示，由sdr视频生成单元120的伽马处理单元126进行利用itu-rbt.709的oetf的伽马处理，和由sdr监视器30的sdr视频信号处理单元31进行作为用于平板显示器的推荐伽马的利用itu-rbt.1886的eotf的伽马处理时，比较sdr视频的ootf特性和hlg的ootf特性及pq的ootf特性的图。该图表示在sdr视频的表现范围为100％的情况下，在100％的范围内的hlg的ootf特性及pq的ootf特性。此外，图4是通过把图3的图放大到1000％的范围而获得的图。

如从这些图中可以看出，由于hlg的ootf特性及pq的ootf特性与sdr视频的ootf特性存在偏差，因此监视器上的hdr视频的可见性和sdr视频的可见性彼此不同。

为了解决这样的问题，在本实施例的视频信号处理系统1中，用于hdr视频的ootf由以下的乘幂函数和线性函数构成。

在该乘幂函数中，计算在sdr视频的输入信号电平的表现范围为100％的情况下，范围从0％的点，到在100％～500％的范围内任意确定的变化点的hdr视频的输入信号电平在以100％为1的情况下的1.2的乘幂。

在线性函数中，将范围高于变化点的hdr视频的输入信号电平乘以预定系数，以维持在通过利用所述乘幂函数计算的变化点的部分中的计算结果的变化率。

作为线性函数的例子，在变化点为300％的点，e是hdr视频的输入信号电平(当100％为1时归一化的值)，并且e'是作为计算结果的显示亮度值的情况下，获得以下表达式。

e'＝-0.2*3^1.2+1.2*3^0.2*e

此外，在变化点为500％的点，e是hdr视频的输入信号电平(当100％为1时归一化的值)，e'是作为计算结果的显示亮度值的情况下，获得以下表达式。

e'＝-0.2*5^1.2+1.2*5^0.2*e

下面，将检查上面说明的变化点。

图6是表示比较当变化点被指定给100％、300％和500％的各个位置时获得的ootf特性和用于sdr视频的ootf特性的图。

如图所示，通过上面说明的乘幂函数，用于在从0％的输入信号电平到100％的输入信号电平的范围中的hdr视频的ootf特性非常类似于用于sdr视频的ootf特性。因此，消除了在从0％的输入信号电平到100％的输入信号电平的范围中，在监视器上的hdr视频的可见性与sdr视频的可见性之间的差异。

此外，在输入信号电平高于变化点的范围中，通过上面说明的线性函数给予线性特性。因而，获得以下优点：通过只利用乘幂函数计算整个范围中的输入信号电平的1.2的乘幂而获得的特性在输入信号电平在更高的范围内时，具有显示亮度值的增大的上升率，并且输入信号电平的限幅区域被扩大较大程度；当输入信号电平高于变化点的范围具备上述线性特性时，在输入信号电平较高的范围中，可以使显示亮度值的上升率恒定，并且可以减小输入信号电平的限幅区域。

<变形例1>

在上述实施例中，对于hdr视频的ootf变换由视频信号生成设备10进行。不过，如图7中所示，该ootf变换也可由hdr监视器20的hdr视频信号处理单元21进行。这种情况下，在hdr监视器20的hdr视频信号处理单元21中，对已经历eotf变换的hdr视频信号进行ootf变换。

应注意的是，本技术也可具有以下配置。

(1)一种视频信号处理设备，包括

hdr视频生成单元，所述hdr视频生成单元包括

第一变换器单元，所述第一变换器单元通过利用乘幂函数以便计算在sdr视频的输入信号电平的表现范围为100％的情况下，范围从0％的点到在100％至500％的范围内任意确定的变化点的hdr视频的输入信号电平在以100％为1的情况下的1.2的乘幂，并通过利用线性函数以便将范围高于所述变化点的hdr视频的输入信号电平乘以预定系数，以维持在通过利用所述乘幂函数计算的所述变化点的部分中的计算结果的变化率，来对hdr视频进行ootf变换。

(2)按照(1)所述的视频信号处理设备，还包括

sdr视频生成单元，所述sdr视频生成单元包括

第二变换器单元，所述第二变换器单元对输入视频信号进行itu-rbt.709的oetf变换，以生成sdr视频。

(3)按照(1)或(2)所述的视频信号处理设备，其中

所述视频信号处理设备被配置成从所述输入视频信号同时生成hdr视频和sdr视频。

(4)一种视频信号处理方法，包括

通过利用乘幂函数以便计算在sdr视频的输入信号电平的表现范围为100％的情况下，范围从0％的点到在100％至500％的范围内任意确定的变化点的hdr视频的输入信号电平在以100％为1的情况下的1.2的乘幂，并通过利用线性函数以便将范围高于所述变化点的hdr视频的输入信号电平乘以预定系数，以维持在通过利用所述乘幂函数计算的所述变化点的部分中的计算结果的变化率，来对hdr视频进行ootf变换。

(5)按照(4)所述的视频信号处理方法，其中

对输入视频信号进行itu-rbt.709的oetf变换，以生成sdr视频。

(6)按照(4)或(5)所述的视频信号处理方法，其中

从所述输入视频信号同时生成hdr视频和sdr视频。

(7)一种视频信号处理系统，包括：

视频信号生成设备，所述视频信号生成设备生成hdr视频和sdr视频；

hdr监视器，所述hdr监视器进行用于把由所述视频信号生成设备生成的hdr视频显示在第一监视器上的信号处理；和

sdr监视器，所述sdr监视器进行用于把由所述视频信号生成设备生成的sdr视频显示在第二监视器上的信号处理，

所述视频信号生成设备包括

hdr视频生成单元，所述hdr视频生成单元包括

第一变换器单元，所述第一变换器单元通过利用乘幂函数以便计算在sdr视频的输入信号电平的表现范围为100％的情况下，范围从0％的点到在100％至500％的范围内任意确定的变化点的hdr视频的输入信号电平在以100％为1的情况下的1.2的乘幂，并通过利用线性函数以便将范围高于所述变化点的hdr视频的输入信号电平乘以预定系数，以维持在通过利用所述乘幂函数计算的所述变化点的部分中的计算结果的变化率，来对hdr视频进行ootf变换，和

sdr视频生成单元，所述sdr视频生成单元包括

第二变换器单元，所述第二变换器单元对输入视频信号进行itu-rbt.709的oetf变换，以生成sdr视频，

所述sdr监视器包括

sdr视频信号处理单元，所述sdr视频信号处理单元对由所述视频信号生成设备生成的sdr视频进行利用itu-rbt.1886的eotf的伽马处理。

(8)按照(7)所述的视频信号处理系统，还包括

sdr视频生成单元，所述sdr视频生成单元包括

第二变换器单元，所述第二变换器单元对输入视频信号进行itu-rbt.709的oetf变换，以生成sdr视频。

(9)按照(7)或(8)所述的视频信号处理系统，其中

所述视频信号处理系统被配置成从所述输入视频信号同时生成hdr视频和sdr视频。

附图标记列表

1视频信号处理系统

10视频信号生成设备

20hdr监视器

21hdr视频信号处理单元

30sdr监视器

31sdr视频信号处理单元

110hdr视频生成单元

115ootf单元

116oetf单元

120sdr视频生成单元

126伽马处理单元

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种视频信号处理设备，包括

第一变换器单元，所述第一变换器单元通过利用预定函数对范围从预定基准点到任意确定的变化点的hdr视频的输入信号电平进行ootf变换，所述ootf变换与用于sdr视频的ootf变换近似相似。

2.按照权利要求1所述的视频信号处理设备，其中，

第一变换器单元对范围高于所述变化点的所述hdr视频的所述输入信号电平进行线性特性的ootf变换。

3.按照权利要求2所述的视频信号处理设备，其中，

所述线性特性的ootf变换是利用线性函数以便乘以预定系数以维持在通过利用所述预定函数计算的所述变化点的部分中的计算结果的变化率的变换。

4.按照权利要求1所述的视频信号处理设备，其中，所述基准点是在所述sdr视频的输入信号电平的表现范围被表现为100％的情况下，所述hdr视频的所述输入信号电平中0％的点。

5.按照权利要求1所述的视频信号处理设备，其中，

所述预定函数是用于在所述sdr视频的输入信号电平的表现范围被表现为100％的情况下，在所述hdr视频的输入信号电平中计算在以100％为1的情况下的1.2的乘幂的乘幂函数。

6.按照权利要求1所述的视频信号处理设备，其中，

所述变化点是在所述sdr视频的输入信号电平的表现范围被表现为100％的情况下，所述hdr视频的所述输入信号电平中从0％的点到在100％至500％的范围内任意确定的点。

7.按照权利要求1所述视频信号处理设备，还包括

第二变换器单元，所述第二变换器单元对输入视频信号进行oetf变换，以生成sdr视频。

8.按照权利要求7所述的视频信号处理设备，其中

所述视频信号处理设备被配置成从所述输入视频信号同时生成所述hdr视频和所述sdr视频。

9.一种视频信号处理方法，包括

通过利用预定函数对范围从预定基准点到任意确定的变化点的hdr视频的输入信号电平进行ootf变换，所述ootf变换与用于sdr视频的ootf变换近似相似。

10.一种视频信号处理系统，包括：

视频信号生成设备，所述视频信号生成设备生成hdr视频和sdr视频；

hdr监视器，所述hdr监视器进行用于把由所述视频信号生成设备生成的hdr视频显示在第一监视器上的信号处理；和

sdr监视器，所述sdr监视器进行用于把由所述视频信号生成设备生成的sdr视频显示在第二监视器上的信号处理，

所述视频信号生成设备包括

hdr视频生成单元，所述hdr视频生成单元包括

第一变换器单元，所述第一变换器单元通过利用预定函数对范围从预定基准点到任意确定的变化点的hdr视频的输入信号电平进行ootf变换，所述ootf变换与用于sdr视频的ootf变换近似相似，和

sdr视频生成单元，所述sdr视频生成单元包括

第二变换器单元，所述第二变换器单元对输入视频信号进行oetf变换，以生成sdr视频，

所述sdr监视器包括

sdr视频信号处理单元，所述sdr视频信号处理单元对由所述视频信号生成设备生成的sdr视频进行利用eotf的伽马处理。