容的編碼的系統(tǒng)的 示例實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例。編碼器包括基本層（BL)編碼器（130)和增強(qiáng)層（EL)編碼器（160)。 在實(shí)施例中，BL編碼器130是老式編碼器，諸如MPEG-2或H. 264編碼器，EL編碼器160是 新式標(biāo)準(zhǔn)編碼器，諸如ffiVC編碼器。為了支持老式BL解碼器，BL編碼器130通常是8位 編碼器；然而，EL編碼器160可以支持具有如H. 264和HEVC標(biāo)準(zhǔn)所指定的更高位深（諸如 10位）的輸入流。然而，該系統(tǒng)可應(yīng)用于已知的或未來(lái)的編碼器的任何組合，而不管它們是 基于標(biāo)準(zhǔn)的還是專有的。
[0032] 如圖1中所描繪的，輸入信號(hào)，諸如電影或電視廣播，可以用如下兩個(gè)信號(hào)表示： UHD EDR輸入（102)和UHD SDR輸入（104)。例如，UHD EDR信號(hào)（102)可以是HDR照相機(jī) 捕捉的并且針對(duì)EDR顯示器進(jìn)行顏色分級(jí)的4K(例如，3840X2160)分辨率信號(hào)。相同的信 號(hào)還可以在4K SDR顯示器上進(jìn)行顏色分級(jí)以產(chǎn)生相應(yīng)的4K SDR信號(hào)104?？商娲?，可以 通過(guò)將本領(lǐng)域中已知的色調(diào)映射或顯示管理技術(shù)中的任何一個(gè)應(yīng)用于EDR信號(hào)來(lái)產(chǎn)生SDR 信號(hào)104。不失一般性，這兩個(gè)輸入信號(hào)通常都可以在RGB顏色空間中使用16位或等同（例 如，浮點(diǎn)）位深表示來(lái)表示。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)N位信號(hào)表示具有一個(gè)或多個(gè)顏色分 量（例如，RGB或YCbCr)的圖像或視頻信號(hào)，其中，這些顏色分量中的任何一個(gè)（例如，Y) 中的每個(gè)像素用N位像素值表示。給定N位表示，每個(gè)這樣的像素可以取0和2 N-1之間的 值。例如，在8位表示中，對(duì)于每個(gè)顏色分量，每個(gè)像素可以取0和255之間的值。
[0033] 在實(shí)施例中，可以將UHD SDR信號(hào)104下采樣為HD SDR信號(hào)（例如，1080p)，然后 將該HD SDR信號(hào)顏色轉(zhuǎn)換為適合于使用老式8位編碼器編碼的顏色格式（例如，8位YCbCr 4:2:0顏色格式）。這樣的轉(zhuǎn)換可以包括顏色變換（諸如RGB到Y(jié)CbCr轉(zhuǎn)換115-C)和色度 二次采樣（例如，4:4:4到4:2:0轉(zhuǎn)換120-C)。因此，HD SDR信號(hào)128表示原始UHD EDR信 號(hào)102的向后兼容的信號(hào)表示。信號(hào)128可以用BL編碼器130編碼以產(chǎn)生向后兼容的編碼 的位流132。BL編碼器130可以使用已知的或未來(lái)的視頻壓縮算法（諸如MPEG-2、MPEG-4 第2部分、H. 264、HEVC、VP8等）中的任何一個(gè)來(lái)對(duì)HDSDR信號(hào)128進(jìn)行壓縮或編碼。
[0034] 給定UHD EDR信號(hào)102,下采樣（110-A)和顏色轉(zhuǎn)換處理（115-B和120-B)可以將 UHD EDR信號(hào)102轉(zhuǎn)換為參考預(yù)測(cè)HD EDR信號(hào)124。在優(yōu)選實(shí)施例中，這個(gè)階段中的下采 樣和顏色轉(zhuǎn)換處理（110-A、115-B和120-B)(例如，選定的濾波器和顏色空間）應(yīng)與用于在 基本層中產(chǎn)生HD SDR信號(hào)128的下采樣和顏色轉(zhuǎn)換處理（110-B、115-C和120-C)相同或 者盡可能地接近。
[0035] 在UHD EDR變換為HD EDR之后，將HD EDR信號(hào)124的輸出分離為亮度（Y 124-Y) 和色度（CbCr 124-C)分量，這些分量被應(yīng)用于確定用于亮度預(yù)測(cè)器145和色度預(yù)測(cè)器140 的預(yù)測(cè)系數(shù)。
[0036] 給定HD SDR信號(hào)128, BL編碼器130不僅產(chǎn)生編碼的BL位流132,而且還產(chǎn)生表 示HD SDR信號(hào)128的BL信號(hào)126,因?yàn)樗鼘⒈幌鄳?yīng)的BL解碼器解碼。在一些實(shí)施例中， 信號(hào)126可以由BL編碼器130后面的單獨(dú)的BL解碼器（未示出）產(chǎn)生。在一些其它的 實(shí)施例中，信號(hào)126可以從用于在BL編碼器130中執(zhí)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆答伝芈樊a(chǎn)生。如圖1 中所描繪的，還可以將HD EDR信號(hào)126的輸出分離為其亮度（Y 126-Y)和色度分量（CbCr 126-C)，這些分量被應(yīng)用于亮度預(yù)測(cè)器145和色度預(yù)測(cè)器140來(lái)預(yù)測(cè)HD EDR信號(hào)147。
[0037] 在實(shí)施例中，亮度預(yù)測(cè)器145可以包括基于基本層HD SDR信號(hào)126-Y的亮度像素 值預(yù)測(cè)HD EDR信號(hào)147的亮度分量的多項(xiàng)式預(yù)測(cè)器。在這樣的預(yù)測(cè)器中，亮度像素分量 可以在不考慮信號(hào)的其它任一顏色分量中的任何像素值的情況下被預(yù)測(cè)。例如，設(shè) gi表示 BL HDSDR信號(hào)的亮度像素值（126-Y)，于是，在不失一般性的情況下，三次多項(xiàng)式預(yù)測(cè)器可 以被表達(dá)為：
[0038]
[0039] 其中，ak、bk和ck是預(yù)測(cè)器系數(shù)。在實(shí)施例中，可以用本領(lǐng)域中任何已知的最小誤 差技術(shù)（諸如最小化預(yù)測(cè)值（之）和參考HD EDR信號(hào)中的亮度像素值（124-Y) (Si)之間的 均方差（例如，||士 -之|f ))來(lái)確定預(yù)測(cè)器系數(shù)。
[0040] 在實(shí)施例中，色度預(yù)測(cè)器140也可以是類似于前述多項(xiàng)式預(yù)測(cè)器的多項(xiàng)式預(yù)測(cè) 器；然而，在優(yōu)選實(shí)施例中，色度預(yù)測(cè)器140包括多色通道、多元回歸（MMR)預(yù)測(cè)器，如G-M Su等人在2012年4月13日提交的、序號(hào)為PCT/US2012/033605的PCT申請(qǐng)（發(fā)表為 W02012/142471) "Multiple color channel multiple regression predictor" 中所描述 的預(yù)測(cè)器那樣，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文。MMR預(yù)測(cè)器使用來(lái)自HD EDR參考信 號(hào)124和基本層HD SDR信號(hào)126中的亮度和色度像素值兩者的信息來(lái)預(yù)測(cè)HD EDR信號(hào)的 色度分量。還可以使用均方差最小化技術(shù)通過(guò)最小化預(yù)測(cè)色度值與參考HD EDR信號(hào)124 的亮度和色度像素值之間的MSE來(lái)確定MMR模型中的預(yù)測(cè)系數(shù)。
[0041] 因?yàn)镠D SDR信號(hào)126和參考HD HDR信號(hào)124都為YCbCr4:2:0格式（其中，亮度 分量的空間分辨率是每個(gè)色度分量的空間分辨率的兩倍），所以在將這兩個(gè)信號(hào)的亮度分 量應(yīng)用于色度預(yù)測(cè)器140之前，對(duì)這兩個(gè)信號(hào)的亮度分量進(jìn)行下采樣（135-A和135-B)。在 優(yōu)選實(shí)施例中，亮度下采樣135-A和135-B中所使用的濾波器與4:4:4到4:2:0處理（120) 中所使用的色度下采樣濾波器相同。可以以各種感興趣的時(shí)間間隔更新亮度和色度預(yù)測(cè)系 數(shù)，諸如每一場(chǎng)景、每一圖片組或每一幀。可以用各種方法將預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)傳送給解碼 器，諸如將它們的值作為輔助數(shù)據(jù)或元數(shù)據(jù)嵌入在位流中。
[0042] 給定預(yù)測(cè)的HD EDR信號(hào)147,上采樣器150產(chǎn)生UHD EDR信號(hào)152,該信號(hào)用于產(chǎn) 生殘差信號(hào)167。因?yàn)閁HD EDR信號(hào)為優(yōu)選的編碼格式（例如，YCbCr 4:2:0)，所以可能需 要附加的顏色變換（115-A)和色度下采樣（120A)步驟來(lái)將原始格式（例如，RGB)的原始 UHD EDR信號(hào)102轉(zhuǎn)換為優(yōu)選編碼格式的UHD EDR信號(hào)122。信號(hào)122和152相減以創(chuàng)建 EL殘差信號(hào)167。
[0043] 在實(shí)施例中，顏色變換（115-A)和色度二次采樣處理（120-A)與用于產(chǎn)生BL編碼 的信號(hào)128和預(yù)測(cè)信號(hào)124的顏色變換（115-B和115-C)以及色度二次采樣處理（120B和 120-C)相同或者盡可能地接近。
[0044] 在實(shí)施例中，在EL編碼器160對(duì)EL信號(hào)167進(jìn)行編碼之前，可以用非線性量化器 (NL? 155對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理。合適的非線性量化器的例子可以在2012年4月24日提交的 序號(hào)為 PCT/US2012/034747 (公布為 W0/2012/148883)的 PCT 專利申請(qǐng) "Non-linear VDR Residual Quantizer"中找到，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入本文?？梢允褂肊L編碼器 160對(duì)NLQ 155的輸出進(jìn)行壓縮以產(chǎn)生可以發(fā)送到合適的解碼器的編碼的EL位流162。此 外，在一些實(shí)施例中，殘差（167)也可以用下采樣模塊（未示出）被空間下采樣。這樣的下 采樣（例如，在兩個(gè)維度上，下采樣因子為2或4)提高了編碼效率，在非常低的位率下尤其 如此。下采樣可以在非線性量化器（155)之前或之后執(zhí)行。
[0045] EL編碼器160可以是任何合適的編碼器，諸如MPEG-2、MPEG-4、H. 264、HEVC規(guī)范 等所描述的那些編碼器。在實(shí)施例中，可以將BL編碼的位流132、EL編碼的位流162和與 編碼處理相關(guān)的元數(shù)據(jù)（例如，預(yù)測(cè)器參數(shù)或查找表）復(fù)用為單個(gè)位流（未示出）。
[0046] 如圖1中所描繪的，在優(yōu)選實(shí)施例中，下采樣（110-A或110-B)優(yōu)選地在顏色格式 變換（115-B和120-B或115-C和120-C)之前應(yīng)用；然而，在一些實(shí)施例中，下采樣可以在 顏色變換之后執(zhí)行。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，110-A的輸入可以直接從UHD EDR YCbCr信號(hào) 122接收，因此消除了進(jìn)行顏色變換處理115-B和120-B以產(chǎn)生HD EDR參考信號(hào)124的需 要。類似地，下采樣110-B可以在顏色轉(zhuǎn)換步驟120-C之后執(zhí)行。
[0047] 在一些實(shí)施例中，基線HD SDR信號(hào)128可能已經(jīng)為可供編碼器100使用的正確的 分辨率和顏色格式。在這樣的情況下，可以繞過(guò)下采樣（110-B)和顏色變換步驟（115-C和 120-C)〇
[0048] 在一些實(shí)施例中，UHD EDR信號(hào)120可以以低于或高于16位的精度使用；然而，其 精度預(yù)期高于8位（例如，10位或12位）。類似地，UHD SDR信號(hào)104可能已經(jīng)可以以低 于16位的精度使用（例如，8位或10位）。
[0049] 用于超高清EDR信號(hào)的解碼器
[0050] 圖2描繪了支持具有增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍（EDR)的UHD信號(hào)的向后兼容的解碼的系統(tǒng)的 示例實(shí)現(xiàn)的實(shí)施例。響應(yīng)于編碼器（例如，100)發(fā)送的編碼的信號(hào)，解碼器200接收并解復(fù) 用包括至少兩個(gè)編碼的子流的編碼的位流：編碼的BL流132和編碼的EL流162。
[0051] 編碼的BL流132包括可以使用BL解碼器215解碼的HD SDR信號(hào)（217)。在實(shí)施 例中，BL解碼器215與BL編碼器130匹配。例如，為了與現(xiàn)有的廣播和藍(lán)光標(biāo)準(zhǔn)向后兼容， BL解碼器215可以遵循MPEG-2或H. 264編碼規(guī)范中的一個(gè)或多個(gè)。在BL解碼215之后， HD SDR解碼器可以將附加的顏色變換（270)應(yīng)用于解碼的HDSDR信號(hào)217以將傳入的信號(hào) 從適合于壓縮的顏色格式（例如，YCbCr4:2:0)轉(zhuǎn)化為適合于顯示的顏色格式（例如，RGB 4:4:4)。具有增強(qiáng)分辨率和/或EDR顯示能力的接收器可以組合來(lái)自BL和EL位流（132 和162)兩者的信息以產(chǎn)生如圖2中所描繪的具有增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍的UHD信號(hào)（例如，232)。
[0052] 在BL解碼215之后，將解碼的信號(hào)217劃分為其亮度（217-Y)和色度（217-C)分 量。亮度分量（217-Y)被亮度預(yù)測(cè)器240處理以產(chǎn)生關(guān)于HD EDR信號(hào)255的亮度估計(jì)值。