針對色度下采樣的圖像格式的抖動的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求2013年4月29日提交的美國臨時專利申請No. 61/817,222以及2013 年6月4日提交的美國臨時專利申請No. 61/830, 806的優(yōu)先權(quán)，二者通過引用被整體結(jié)合 于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明一般地涉及圖像。更具體地，本發(fā)明的一實施例涉及由色度下采樣 (subsample)的格式表示的圖像的抖動（dithering)。
【背景技術(shù)】
[0004] 本文所使用的術(shù)語"抖動"表示有意地添加噪聲以隨機化由于向靜態(tài)或運動圖像 或圖片應(yīng)用比特深度（bit-d印th)變換而造成的量化誤差的處理。應(yīng)用抖動以使得當(dāng)減小 信號的比特深度時，量化輸出信號的平均局部值具有與輸入相同的比特深度。
[0005] 對于成像應(yīng)用，當(dāng)N比特圖像被轉(zhuǎn)換到P比特圖像（其中P小于N)時，視覺系統(tǒng) 起到平均處理的作用。例如，當(dāng)從多比特深度信號（例如，N= 8)變到二進制信號（例如， P= 2)時，可以使用抖動。該情況也稱作半色調(diào)化。在顯示技術(shù)中，抖動可以被應(yīng)用于降 低輸入的比特深度（例如，10個比特）以匹配目標(biāo)顯示器的較低的比特深度（例如，8個比 特）。
[0006] 本文所使用的術(shù)語"動態(tài)范圍"（DR)可以與人類視覺系統(tǒng)（HVS)感知圖像中的強 度（例如，亮度（liminance，Iuma))的范圍的能力相關(guān)，例如從最深的深色到最亮的亮色。 從這個意義上講，DR與"所涉及場景"強度相關(guān)。DR還可以與顯示器設(shè)備充分或近似呈現(xiàn) 特定寬度的強度范圍的能力相關(guān)。從這個意義上講，DR與"所涉及顯示器"強度相關(guān)。除非 在本說明書中的任何點處明確指定特定意義具有特別的重要性，否則應(yīng)當(dāng)推斷該術(shù)語可以 (例如可交換地）用在任一意義中。
[0007] 本文所使用的術(shù)語高動態(tài)范圍"HDR"與跨HVS的某14-15個數(shù)量級的DR寬度相 關(guān)。例如，具有基本正常視力（例如，統(tǒng)計、生物或眼科意義中的一個或更多個）的很好適應(yīng) 了的人具有跨大約15個數(shù)量級的強度范圍。已經(jīng)適應(yīng)了的人可以感知幾個光子的昏暗光 源。然而，這些相同的人可以感知沙漠、海洋或雪地中正午太陽的近乎刺眼的明亮強度（或 者甚至瞥一瞥太陽，但是短暫地以防止受傷）。然而這種跨度適用于"適應(yīng)了"的人（例如， 其HVS具有重置和調(diào)整的時間段的人）。
[0008] 相反，相對于HDR，在強度范圍中人類可以同時感知廣泛寬度的DR可能有些縮短。 本文所使用的術(shù)語"視覺動態(tài)范圍" (VDR)或"增強的動態(tài)范圍" (EDR)可以與能夠被HVS同 時感知的DR相關(guān)。如本文所使用的，VDR可以與跨5-6個數(shù)量級的DR相關(guān)，但是，其不意 在被限制到動態(tài)范圍的任何跨度，并且VDR(或EDR)可以窄于或等于HDR。
[0009] 直到最近為止，顯示器具有比HDR或VDR明顯更窄的DR。使用常規(guī)陰極射線管 (CRT)、具有恒定熒光的白色背光的液晶顯示器（LCD)或者等離子屏幕技術(shù)的電視（TV)和 計算機監(jiān)視器裝置的DR呈現(xiàn)能力可能被限制到大約3個數(shù)量級。相對于VDR和HDR，這樣 的傳統(tǒng)顯示器因此代表了低動態(tài)范圍（LDR)或標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)范圍（SDR)。數(shù)字影院系統(tǒng)展現(xiàn)了 與其他顯示器設(shè)備相同的一些限制。在本發(fā)明中，"視覺動態(tài)范圍（VDR) "意在指示任何擴 展的動態(tài)范圍，其寬于LDR或SDR，而可以窄于或等于HDR。
[0010] 在實踐中，圖像包括一個或更多個顏色分量（例如，亮度Y和色度Cb和Cr或R、G 和B)，其中每種顏色分量用每像素N比特（例如，N= 8)的精度來表示。盡管亮度動態(tài)范 圍和比特深度不是等同的實體，但是它們通常相關(guān)。其中N彡8(例如，彩色24比特JPEG 圖像）的圖像被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)動態(tài)范圍的圖像，而N> 8的圖像可以被認(rèn)為是具有高動態(tài)范 圍性能的圖像。VDR和HDR圖像也可以使用諸如由IndustrialLightandMagic開發(fā)的 OpenEXP文件格式之類的高精度（例如，16比特）浮點格式來存儲和分發(fā)。
[0011] 盡管在顯示處理中有最新進展，但是硬件限制可能仍然制約VDR圖像和視頻的處 理管線的比特深度精度。如發(fā)明人在這里所認(rèn)識到的，希望開發(fā)用于使圖像抖動的改進的 技術(shù)。
[0012] 該部分中描述的方法是可以被探求的方法，但不一定是之前已經(jīng)想到或探求過的 方法。從而，除非以其他方式指示，否則不應(yīng)當(dāng)假設(shè)該部分中所描述的方法中的任何一個因 其包含在此部分中而適格作為現(xiàn)有技術(shù)。類似地，除非以其他方式指示，否則對于一個或更 多個方法識別出的問題不應(yīng)當(dāng)基于該部分而被假設(shè)為在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)被認(rèn)識到。
【附圖說明】
[0013] 在附圖的各圖中本發(fā)明的實施例以示例而不是通過限制的方式示出，其中類似的 附圖標(biāo)記指代類似的元件，并且其中：
[0014] 圖IA示出人類視覺系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)（OTF)的示例；
[0015] 圖IB示出人類視覺系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)的倒數(shù)的示例；以及
[0016] 圖2A和2B示出根據(jù)本發(fā)明實施例的用于使色度下采樣圖像抖動的示例處理。
【具體實施方式】
[0017] 本文描述了用于圖像的抖動技術(shù)。人類視覺系統(tǒng)（HVS)的光學(xué)傳遞函數(shù)（OTF)的 模型被用來整形（shape)添加到色度下采樣的視頻信號的顏色分量的噪聲。在以下描述 中，出于說明的目的，列出了大量具體細(xì)節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解。但是，清楚的是，本 發(fā)明可以在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下被實踐。在其他實例中，沒有詳盡描述熟知的結(jié)構(gòu) 和設(shè)備，以避免不必要的模糊本發(fā)明。
[0018] 概述
[0019] 本文描述的示例實施例涉及圖像的抖動。第一比特深度的輸入圖像被分成亮度分 量和一個或更多個色度分量。人類視覺系統(tǒng)（HVS)的光學(xué)傳遞函數(shù)（OTF)的模型被用來生 成添加到輸入圖像的色度分量的抖動噪聲以生成噪聲修改后的色度分量。抖動噪聲是通過 使用基于OTF的倒數(shù)的濾波器來濾波偽隨機白噪聲而生成的，其中OTF模型響應(yīng)于基于下 采樣色度分量的空間分辨率確定的觀看距離而被調(diào)整。
[0020] 在一個實施例中，抖動輸出圖像是通過將輸入亮度分量和噪聲修改后的色度分量 量化到低于第一比特深度的第二比特深度而生成的。
[0021] 在另一實施例中，輸入亮度分量和噪聲修改后的色度分量在被量化到第二比特深 度以生成抖動輸出圖像之前被轉(zhuǎn)換到第二顏色格式的第二圖像。
[0022] 在一些實施例中，輸入圖像信號在被抖動之前被轉(zhuǎn)換到線性化顏色空間。
[0023] 在一些實施例中，OTF模型基于用于固定瞳孔尺寸的DeeleyOTF模型。
[0024] 在一些實施例中，經(jīng)濾波的白噪聲在被添加到色度分量之前根據(jù)輸入圖像的局部 區(qū)域分析被進一步調(diào)整。
[0025] 基于OTF的抖動噪聲生成的示例
[0026] 假定要向下量化到P比特圖像的N比特輸入圖像（例如，N= 8個比特）的序列， 其中P<N個比特，那么在數(shù)字抖動期間，噪聲在較低比特被丟棄或量化之前被添加到這些 圖像?；镜墓こ陶壑允翘砑颖M量多的噪聲以通過比特深度降低處理使能對盡可能多的有 效感知比特的保留，但是使噪聲本身不可見。不可見性主要依賴于顯示和觀看距離參數(shù)。在 一實施例中，用在圖像抖動中的噪聲源的噪聲特性基于人類視覺系統(tǒng)（HVS)的光學(xué)傳遞函 數(shù)（OTF)的模型來確定。
[0027] 從現(xiàn)在開始將被簡單地表示為OTF的HVS的OTF是嚴(yán)格的低通函數(shù)，從而與H