专利名称：转换视频和图像信号比特深度的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及转斜贴页禾晒像信号比特深度。
背景技术：
I见代显示设备(计算机监视器、电视、移动设备屏幕等)具有一直增加的能 力来显示具有相对较高的动态范围的图像。 一般来说，与具有相对较低的动态范 围的图像相比，具有相对较高的动态范围的图像的每个像素值具有更多的比特， 其被称为"比特深度"。
视频信号会具有比给定显示设备的最大比特深度能力低的相关联的比特深 度。因此为了驱动显示设备，可以处理戶腐视频信号来产生另一具有较高比特 f罙度的视频i言号。 一种传统的用于转换比特深度的方^M舌色调日，。一l^说， 色调,包括线性縮放、分段插值和查找表技术，以指定在低比特深度视频信号
和高比特深度视频信号之间的逐像素wt。
产生卩腿低比特深度视频信号的视频编码器一般产生额外的用于描述所述色 调自的色调, (诸如查,緣 )，并且在显^备端，视步鹏码皿收 该额外的色调鹏数据以及戶脱低比特深度视频信号。戶腿视频解码器一般根据 所附的色调,数据而根据戶欣低比特深度信号构建所述高比特深度信号。与上 述色调,方法相关联的特定挑战是为了存储禾口 /或传输戶腿色调日鄉 可能 消耗传输带宽和/或存储带宽。
图1是t離本发明实施例的视频系统的方框图2是根据本发明实施例的内容自舰比特深度增强器的方框图；禾口 图3说明了根据本发明实施例的局部像素邻域。
具体实施方式
参照图l，根据本发明的视频系统的实施例10包括视频显硫备42，其具有 相关联的比特深度M (敏象素值10比特，作为非限制性实例)。因而，视频显示 设备42育嫩显示由齡具有M比特的像素€^定义的图像。换句话说，视MM示 设备42饊多显祐样的视频图像，其中戶诚图像的齡像素的颜色空间由M比特 的像素值定义(每颜色空间分量一个M比特的像素值)。
虽然视MM示设备42能够显示对应于M比特的视频信号的视频，系统10的 视频解码器36产生具有小于比特深度M的比特深度N(每像素值8比特，作为非 限制性实例)的视频信号39，该视频解码器36产生用于视MM示设备42的视频 比特流。为了将该N比特的视频信号39转换自于显示设备42的M比特的视频 信号41，视频系统10包括内容自,比特深度增强器50。 一般来说，该比特深 度增强器50仅基于M^腿N比特视频信号39收集的信息进行戶腿比特深度转换， 而不用1繊于描述戶脱比特深度转换日鄉的额,信息(例如色调鹏寸翻)。结果， 与由执行比特深度转换的传统视频系统所消耗的带宽相比，视频系统10节省了传 输和/或存储带宽。
一棘说，视频系统10包括视频捕获设备20，其捕获图像 的连续帧来 形成M比特视频信号21 。视频预处理器24将M比特视频信号21转换成N比特 视频信号25 ( S卩，具有比特深度N的信号)。视频编码器28压縮该N比特视频信 号25来形成编码的视频流，该编码的视频流可保存在存储设备中和/或经由传输 网乡M销俞，如附图t斜己32所指示。作为实例，传输网络可以是无线网络、局域网 (LAN)、广域网(WAN)、互联网、蜂窝式网络、电视广播网络等。所述编码的 视频流的存储可以包括在磁盘、 驱动器、CD-ROM、存储区域网络(SAN)、
web月艮务器、月艮务器群等上存储戶;MM码的视频流。无论该特定的传输网络或存储
设备如何，可以从戶/fE传输网络/存^t^备32最,收/获1^M编码的视频流， 并且将其劇共给与视频显^备42相关联并包括视频解码器36的终端设备。视 频解码器36解压縮戶脱编码的视频流(具有比特深度N)来产生N比特视频信号 39。
如下戶M， M31考虑像素的局部邻域，比特深度增强器50将齡N比特像
素值(来自N比特视频信号39)转换淑目对应的M比特像素值(用于M比特视 频信号41)。在这点上，如下面将进一步描述的，对于每个N比特像素值，比特 深度增强器50确定縮放和偏移4魏应用于戶脱N比特像素值以得至湘对应的M比特像素值；并Jilii^查对于相对应的像素邻域的像素值，比特深度增强器50 为^N比特像素值确定这些縮放和偏移值。
像素邻域属于N比特视频信号39，并且作为实例，像素邻域由最接近于目标 像素的像素形成，该目标像素的像素值正被转换成较高的比特深度。像素邻域可 替代地是先前时间的图像中目标像素的共址邻域(co-location)或者^*来时间的 图像中目标像素的共±止邻域。根据本发明的一些实施例，所述像素邻域的边界可 以是用户定义的。参照图3，作为具体的非限制性实例，戶;M像素邻域可以是3X 3像素的邻域100 (这里将其称为"3X3邻域")，其包括位于中心处的目标像素 110 (其tlIE被转换^高的比f寺深度的像素)和8 4^近像素120 (下面描述的 具体的邻近像素120a-h)。对于该实例，目标像素110是3X3邻域100的中心，4 ^KP近像素120a、 120c、 120f和120h位于目标像素110的对角位置，2竹卩近像 素位于目标像素110的左边(像素120d)和右边(像素120e)， 2^K卩近像素位于 目标像素110的上边(像素120b)和下边(像素120g)。如上戶腿，邻域100可 以是当前图像中所述目标像素的邻域(即，该图像当前由N比特视频信号39表示) 或者可以是先前时间的图像中或未来时间的图像中目标像素的共址邻域。因而， 比特深度增强器50为了进行比特深度转换而处理当前的、先前时间的和/或未来 时间的图像。
参照图3并结合图1，为了确定縮放和偏移值以应用于目标像素110的像素 值，比特深度增强器50分析来自邻域100的像素值(gp，来自邻域100的目标像 素110和邻近像素120的像素值)。注意，目标像素值以鹏常所有邻域像素《彭寸 应于给定颜色空间的相同颜色分量。因而，比特深度增强器50可以转fet应于相 同像素的多个像素i直的比特深度，尽管^像素值可以对应于不同的颜色分量。
根据本发明的特定实施例，从邻域像素值中提取的并且用于比特深度转换目 的的内容的特定类型可以更改。作为一具体实例，下面阐述几个因素，其可形成 比特深度转换的基础。然而需要理解，根据本发明的其它实施例，内容的其它类 型可以从邻域像素值中提取并朋于比特深度转换目的。
根据本发明的一些实施例，为了检测邻域中垂直、7K平舰角边缘的存在， 比特深度增强器50可以应用ii^检测度量。所检测到的邻域中職的存在可以用 作基础以认为对于基于局部邻域像素值的比特深度预测来说该邻域是不充分均匀 的，如下面戶腿一步描述的。相反，邻域中纖的未检测至何以被用来认为对于基于局部邻域像素值的比特深度预测来说该邻域是充分均匀的。
作为更特定的实例，对于^^3X3邻域的情况来说，可《CT—种将Sobel边
缘算子OT于戶腿3X3令i 2、 3和4中定义如下 <formula>formula see original document page 8</formula>
缘检测技术。Sobei驗算子可在下面的等式i、
等式l
￡ v =
-l 0 1 -2 0 2 一l 0 1
￡尸45 =
五W45 =
一2 _1 0 -l0 1
0 1 2_
—0 -l -2-
1 0 -l
2 1 0
，以及
等式2
等式3
等式4
等式1是涉及检测水平边缘的:i^彖算子分量；等式2是涉及检测垂直逝彖的i^彖 算子分量等式3是涉及检测+45度逝彖的i^彖算子分量；以及等式4是涉及检 观卜45度ii^的i^彖算子分量。
给定上面定义的边乡 子，可以将被称为"EM(x)"的边缘度量公式化为下述 的3X3邻域中等式1、 2、 3和4中力口权的巻积(下面将其称作"NH9(x)"): ￡M0) = iiW9(;i-) * ￡ _ / | + |Mf 90) * ￡ 一 v| + |M/9(jc) * ￡ _ iM5| + |M/9(x) * ￡ _ iV45| 。等式5
在等式5中，将N比特信号中的目标像素值表示成"X"。
为了确定是否已在邻域中检测到逝彖，比特深度增强器50将i^彖度量EM(x) 和预定义的阈值进行比较。因而，如果ii^度量EM(x难该预定义的阈值之上，则 该比特深度增强器50确定己检测到i^彖。否则，该比特深度增强器50假设尚未 检测到纖。
要注意，根据本发明的其它实施例，可l糊除了 Sobel i^彖算子之外的其它边 缘算子。另外，根据本发明的其它实施例，l顿水平(等式l)和垂直(等式2) i^彖算子分量足以进纟fi^彖检测，而不必使用对角(等式3和等式4),分量。 因而，可以设计^^附权利要求书的范围内的许多变体。戶腐邻域包含k个像素，并且k的值取决于该邻域的特定定义。例如，对于
图3的3X3邻域100的实例来说，k等于9。作为另一实例，对于5X5邻鄉说 k ^K喊像素的数目可以是25。作为再一实例，对于考虑目标像素的上边及下边 这两个像素和目标像素的左舰右腿两个像素的邻域的情况，k ^^域像素的数 目可以是5。因而，可以设计縱所附权利要求书的范围内的许多变体。
根据本发明的一些实施例，比特深度增强器50可以收歸于針目标像素值 的下歹U局部邻域统计k^H贓像素值的平均值，将其称作"avg—k";以及k^口 域像素值的方差，将其称作"var—k"。比特深度增强器50根据这些统计{1*确定 偏差度，将其称作"dev—x"，其描述如下
fifev _ X = (x - avg — A:) /(var— A: + C)， 等式6
其中"c"表示用户预定义的常量值。
参照图1， 一 说，比特深度增强器50根据下列^^、将来自N比樹言号 39的N比特目标像素值x转换成M比f射言号41的M比特目标像素值y:
y = tf * JC挑， 等式7
其中"a"表満放因子值，"b"表示偏移值，以及"0 "表示符号算子。如下所 述，縮放因子值a和偏离值b是在相对应的邻域中像素值的函数。一 说，由 于如果没有检领倒纖(即，如果纖度量EM(x)小于预定义的阈值)比特深度增 强器50会體縮放因子值a等于M减N (作为非限定性的实例)并且如果检观倒 纖则比特深度增强器50修改该縮放因子值a，因lt蹄放因子值a邈盾非线性函数。
作为"^寺定的实例，M可以等于IO (对应于敏象素值10比特)并且N可以 等于8 (对应于敏象素值8比特)。因此，M具有范围1024 (2ie)，其为N的范围 256 (28)的4倍大。当检测到i^彖时，比特深度增强器50可以忽略局部像素邻域 (由于邻域的异构性)并且将縮放因子值a设置为4 (由于范围的相对比率)并且 将偏离值b设置为O。然而，当没有检测到職时，M31将縮放因子a设置为M-N (或另1省值)并且将偏离值b设置为由局部邻域像素内糊定的值，比特深度 增强器50调鶴于鍋部邻域的比特深度转换，如下面将进一步描述的。
根据本发明的一些实施例，当没有检测到ii^彖时(即，当逝彖度量EM(x)在 预定义的阈值之下时)，比特深度增强器50将偏离值b设置为被称作"dev一x"的 偏差度的函数，如下戶腿6"*Av —x， 等式8 其中"d"表示预定义的常量值。
等式7中的符号算子0可进行如下描述
0 = /O-—g —A: + m))， 等式9 其中表示用户指定的阈值。函数"f，表示符号函数，根据本发明的一些实 施例，该符号函数可由来自视频编码器28的信号进行控制。可替代地，函数f可 以在解码器侧获取或者可以根据用户定义指定，正如本发明许多不同实施例中的 几个实例。
根据本发明的一些实施例，比特深度增强器50可以是视频后处理器38的一 部分，其可以用于额外的视频质量增强。根据应用的各种需要，该增强可以包括 应用常规的高斯滄波器来平滑视频质量、应用对比度增强搶波器来增加对比度、 应用图像增强滄波器来增加清晰度和/或应用颜色增强过滤器来增加色域。根据 本发明的一些实施例，视频J^量增强级可以在较高的M比特i^度下进行操作并且 可以涉及用于视频显示设备42的具体需要的增强。
可以设计,所附权利要求书的范围内的许多变体。例如，尽管上面描述了 视频信号的比特深度转换，根据本发明的其它实施例，该比特深度转换技术可同 样地应用于传送静态图像的信号。
比特深度增强器50的优点可以包括下面的一种或多种。il31禾佣局部内容的 特性，比特深度增强器50增强了较低比特深度的视频/图像的图像质量。比特深 度增强器50 >人较低比特深度的信号获得的特征，根据i繊低比特深度的信号 来预测较高比特深度的信号，并且由于不需要在比特流中传递额外的开销，因此 比特深度增强器50 i^了自身构建的期MM生。比特深度增强器50舰邻域统 计和局部内容而根据劍氏比特深度的信号来预测较高比特深度的信号。比特深度 增强器50禾,低比特深度信号的局部纖检测*^高比特深度信号的构建。比 特深度增强器50利朋氐比特深度信号的局部内容统计5l6i^高比特深度信号的构 建。
图2描绘了根据本发明一些实施例的比特深度增强器50的方框图。比特深度 增强器50包括局部邻域内容分析器52，其收集关于針目标像素值的局部邻域的 信息。在这一点，分析器52可以包括内容分析器54，其执衍者如逝彖检测的分析， 并且该分析器52还可以包括局部邻域统计分析器58，其收集诸如平均像素值、偏差和方差之类的各种局部邻繊充计。基于分析器52所获取的信息，比特深度增强 器50的局部内容自适应比f舒页测器64以上述方继用等式7来执行比特深度转 换。
尽管已经参照有限数量的实施例描述了本发明，但劍于本领域的普通技术 人员，通过本公开内容的优势，将根据其内容做出多种修改和变体。所附权利要 求书意欲覆盖落A^发明的真实衞特B范围内的所有这种修改和变体。
权利要求
1、一种方法，包括至少部分地基于像素的邻域，将用于所述像素的与较低比特深度相关联的第一值转换成用于所述像素的与较高比特深度相关联的第二值。
2、 根据权利要求i戶脱的方法，其中，戶腿邻域包括与先前时间的图像相关 联的共址邻域、与未来时间的图像相关联的共址邻域以及与当前图像相关联的邻 域中的一个。
3、 根据权利要求i戶腿的方法，其中，戶;M邻鹏有与戶;M较低比特深度相 关联的比特深度域。
4、 根据权利要求i所述的方法，其中，所述转换的动作包括至少部分地基于 位于戶瓶第一像素Pf贩的额外像素的特性而将戶;M第一值转换^^M第二值。
5、 根据权利要求i戶;M的方法，进一步包括 检须油所述邻:)i!m示的图像中的边缘，其中所述转换的动作至少部分地基于戶;M检测的结果。
6、 根据权利要求i戶;M的方法，进一步包括确定所述邻域中的像素值，其中所述转换的动作至少部分地基于所确定的像 素值。
7、 根据权利要求6戶腿的方法，进一步包括确定所确定的像素值的平均值，其中所述转换的动作至少部分地基于所述平 均值。
8、 根据权利要求6臓的方法，进一步包括确定所确定的像素值的方差，其中戶;M转换的动作至少部分地基于戶做方差。
9、 一种物品，其包掛"mm可存取的存储介质来存储在M:基于处理器的系统执行时使该基于处理器的系纟皿行如下操作的指令至少部分地基于像素的邻域，将用于所述像素的与劍氐比特深度相关联的第 一值转换自于戶;M像素的与较高比特深度相关联的第二值。
10、 根据权利要求9戶诚的物品，其中，戶腿邻域包括与先前时间的图像相关联的共址邻域、与未来时间的图像相关联的共址邻域以及与当前图像相关联的 邻域中的一个。
11、 根据权禾腰求9戶脱的物品，其中，戶腿邻i竊有与戶诚较低比特深度相关联的比特深度域。
12、 根据权利要求9戶皿的物品，戶;M存储介质存储指令，当执行戶皿指令 时，〗妙诚基于处理器的系统确定戶;M邻域中的像素值。
13、 根据权利要求12戶脱的物品，戶腿存储介质存储指令，当执行戶腿指令时，^f妙;M基于处理器的系统确定所确定的像素值的平均值。
14、 根据权利要求12戶脱的物品，戶腿存储介质存储指令，当执行戶诚指令时，4妙腿基于处理器的系统确定所确定的像素值的方差。
15、 一种體，包括分析器，其响应于表示用于像素的较低比特深度值的第一信号，确定关于像素邻域的信息；以及预测器，其基于所确定的信息，将所述较低比特深度值转换成用于所述像素 的较高比特深度值以产錢二信号。
16、 根据权利要求15戶腿的驢，其中戶腿分析器检测由戶腿邻職示的图 像中的,。
17、 根据权利要求15戶服的體，其中，戶舰分析翻劍于^^域的平均像素值。
18、 根据权利要求15戶腿的體，其中，戶腿分析翻就于^^域的像 素值的方差。
19、 根据权利要求15所述的装置，其中#^^域与戶皿像素之一的位置相关 联，并且其中戶腿邻域包括与先前时间的图像相关联的共址邻域、与未来时间的 图像相关眹的共址邻域和/或与当前图像相关联的邻域。
20、 根据权禾腰求15戶诚的體，其中戶鹏邻域与戶腿较低比特深度相关联。
全文摘要
本发明公开一种技术，其包括至少部分地基于像素的邻域，将用于所述像素的与较低比特深度相关联的第一值转换成用于所述像素的与较高比特深度相关联的第二值。
文档编号H04N5/14GK101448075SQ20081013599
公开日2009年6月3日 申请日期2008年10月15日 优先权日2007年10月15日
发明者Y-J·秋 申请人:英特尔公司