利用像素值的缩减范围对视频进行编码的制作方法

本公开涉及视频编码，并且更具体地，涉及利用像素值的缩减范围的对视频的视频编码。

背景技术：

1、hdtv系统中常用的诸如bt.709的视频标准定义了视频应如何被编码和显示。bt.709标准定义了使用像素值的缩减范围（通常，对于亮度是从16至235并且对于色度是从16至240），而不是完整的0至255的范围。这一缩减范围为信号处理预留了净空，并且有助于避免传输和显示期间的削波。

2、当缩减范围的视频被显示在完整范围的显示器上时，显示器通常拉伸像素值以填满完整的0-255的范围（通常还执行从ycbcr空间到rgb空间的转换）。这一拉伸可能导致可见的伪影，尤其是在具有逐渐的颜色变化或亮度变化的区域中。例如，平滑的渐变可能看起来不均匀，一些亮度的步长看起来比其他步长大。这一效应在图像的较暗区域中最明显，在该较暗区域中，眼睛对小的差异更加敏感。

3、因此，存在针对这点进行改进的需要。

技术实现思路

1、鉴于上述情况，如所附独立专利权利要求中所阐述的，解决或至少减轻以上所讨论的缺点中的一个或多个将是有益的。

2、根据本公开的第一方面，提供用于利用像素值的缩减范围对视频进行编码的方法，其中，缩减范围是由用于像素值的信息单元所能表示的完整范围的子集，该方法包括：限定视频的像素的在缩减范围内的第一像素值范围，对于该视频的像素，从像素值的缩减范围到完整范围的转换产生该视频的像素的在完整范围内的第二像素值范围，其中，第二像素范围的跨度大于第一像素范围的跨度，使得当被转换到第二像素值范围时，第一像素值范围内的像素值之间的差被扩大；识别视频的图像帧的在缩减范围内的第一组一个或多个块，在第一组一个或多个块中，超过预定阈值部分的像素具有在第一像素值范围内的像素值；确定图像帧的每个块的基本压缩值；针对图像帧中的第一组一个或多个块中的每个块确定降低后的压缩值，每个降低后的压缩值比相应的基本压缩值低预定压缩偏移量；以及使用第一组一个或多个块的相应的降低后的压缩值和所有其他块的相应的基本压缩值对图像帧进行编码。

3、例如，如果缩减范围是16-235并且完整范围是0-255（因此，缩减范围是完整范围的子集），则缩减范围内的诸如31至32的某些像素值区间在被转换到完整范围时可能被不均匀地拉伸。在这种情况下，31和32可能在完整范围中分别映射到17和19，从而导致缩减范围中的单步长差在转换之后表现为两步长差。换句话说，缩减范围的某些部分内的像素值的小的差在被拉伸到完整范围时变得在视觉上被扩大。这种失真倾向于以规则的间隔发生，在以上的示例中，在缩减范围内是大约每7个步长。

4、如本文中使用的，术语“当被转换到第二像素值范围时，第一像素值范围内的像素值之间的差被扩大”指当通过线性拉伸将在缩减范围（例如，16-235）中编码的像素值转换到完整范围（例如，0-255）中时出现的效果。由于两个范围之间的缩放因子，第一像素值范围中的两个相邻的像素值之间的单步长差可能产生转换后的第二像素值范围中的多步长差。

5、发明人已经认识到，通过识别至少预定阈值部分的像素值落在已知当被拉伸到完整范围时引起差扩大的第一像素值范围内的图像区域并且对这些块应用较低的压缩，保持细微变化并降低块之间的突然转变的可见性是可能的。这一选择性压缩方法平滑了外色调梯度，并且提高了编码后的视频的整体视觉质量。

6、使用阈值（预定阈值部分）实现了对平坦图像区域的识别，其中，可以假定或确定至少阈值部分（例如，75％、80％、90％等）的像素位于第一像素值范围内。这些区域可能更容易出现诸如条带（即，在应当显示为平滑渐变的区域中的不需要的可见阶梯或条纹）的可见的伪影。通过将较低的压缩应用于这样的区域，该方法有助于保持平滑的渐变并且降低第一组中的块与剩余块之间的边界扩大的风险，从而在稍后对缩减范围内的视频进行解码时提高视觉质量。

7、在一些示例中，识别第一组一个或多个块中的块包括：确定该块的像素值的平均值在第一像素值范围的预定距离内；以及确定该块的像素值的统计分布低于预定分布。

8、结合评估统计分布（例如，方差）是否低于预定阈值来使用平均像素值来检查块是否落在第一像素值范围内或者是否在距第一像素范围的预定距离（例如，0-2个像素值）内，可以提供若干优点。由于平均值和方差通常是在编码期间进行计算的，因此本示例在计算上可以是高效的且避免了对第一像素值范围显式检查每个像素的开销并且取而代之地使用已经可用的值，即平均像素值和方差。它还可以可靠地识别有问题的值范围内的平坦区域（低方差），在该平坦区域中，在范围拉伸之后更有可能出现视觉伪影。

9、在一些示例中，识别第一组一个或多个块中的块包括：将每个像素的像素值与该像素最接近的邻居的像素值进行比较，识别从第一像素值范围的一个像素值到第一像素值范围的另一个像素值的转变；以及如果块中所识别的转变的数量高于预定数量，则确定该块在第一组一个或多个块当中。

10、该方法实现了对当被拉伸到完整范围时可能特别易受扩大的影响的第一像素值范围的值内具有频繁转变的块的识别。

11、在一些示例中，像素值是亮度值，像素值的缩减范围是亮度值的缩减范围，并且第一像素值范围限定亮度像素值。在这些示例中，第一像素值范围中的每个像素值低于亮度值的缩减范围的预定暗度阈值。

12、通过关注低于预定暗度阈值的亮度值，本示例以视觉上的暗区域为目标，在该暗区域中人眼对色调不一致特别敏感。由于低对比度和/或有限的光变化，在这些区域中诸如条带的伪影可能更明显。

13、在一些示例中，像素值是色度值，像素值的缩减范围是色度值的缩减范围，并且第一像素值范围限定色度像素值。

14、通过以色度值为目标，本示例可以解决可能发生在具有细微颜色转变的区域（诸如天空、肤色或失焦背景）中的颜色条带伪影。这些区域可能在视觉上看起来平滑，但是当缩减范围中的色度值被拉伸到完整范围时，仍然会遭受扩大的颜色步长。

15、在一些示例中，基本压缩值和降低后的压缩值是量化参数（qp）值。qp值可以由许多视频编码器支持。qp值控制在编码期间所应用的量化程度，其中，较高的qp意味着较高的压缩程度，而较低的qp意味着较低的压缩程度。

16、在一些示例中，该方法进一步包括：确定图像帧的每个块的基本降噪值；针对第一组一个或多个块的每个块确定降低后的降噪值，每个降低后的降噪值比相应的基本降噪值低预定降噪偏移量；以及使用第一组一个或多个块的相应的降低后的降噪值和所有其他块的相应的基本降噪值，将降噪应用于图像帧。

17、在对第一组的块进行压缩之前应用降低的降噪有助于保持原本可能被平滑掉的细微的像素变化，从而降低范围拉伸之后的块之间的条带或转变扩大的风险。

18、在一些示例中，在对图像帧进行编码之前，将抖动添加到第一组一个或多个块。

19、在对第一组的块进行编码之前（并且通常在应用任何降噪之后）添加抖动，可通过引入受控噪声来有助于消除可见条带，从而使像素值之间的转变看起来更平缓。

20、根据本公开的第二方面，上述目的由用于利用像素值的缩减范围对视频进行编码的装置实现，其中，缩减范围是由用于像素值的信息单元所能表示的完整范围的子集，该装置包括电路，该电路被配置为执行：限定功能，被配置为限定视频的像素的在缩减范围内的第一像素值范围，对于该视频的像素，从像素值的缩减范围到完整范围的转换产生视频的像素的在完整范围内的第二像素值范围，其中，第二像素范围的跨度大于第一像素范围的跨度，使得当被转换到第二像素值范围时，第一像素值范围内的像素值之间的差被扩大；识别功能，被配置为识别视频的图像帧的在缩减范围内的第一组一个或多个块，在该第一组一个或多个块中，超过预定阈值部分的像素具有在第一像素值范围内的像素值；基本压缩确定功能，被配置为确定图像帧的每个块的基本压缩值；降低后的压缩确定功能，被配置为针对图像帧中的第一组一个或多个块的每个块确定降低后的压缩值，每个降低后的压缩值比相应的基本压缩值低预定压缩偏移量；以及编码功能，被配置为使用第一组一个或多个块的相应的降低后的压缩值和所有其他块的相应的基本压缩值对图像帧进行编码。

21、在一些示例中，如果满足以下条件，则识别功能被进一步配置为识别第一组一个或多个像素块中的块：块的像素值的平均值在第一像素值范围的预定距离内；并且该块的像素值的统计分布低于预定分布。

22、在一些示例中，该装置是相机，并且相机进一步包括被配置为捕获视频的图像帧的图像传感器。

23、在一些示例中，该装置进一步包括配置为执行发送功能的电路，该发送功能被配置为发送作为编码后的视频的编码后的图像帧。

24、根据本公开的第二方面，上述目的由用于利用像素值的缩减范围对视频进行编码的装置实现，其中，缩减范围是由用于像素值的信息单元所能表示的完整范围的子集，该装置包括电路，该电路被配置为执行：限定功能，被配置为限定视频的像素的在缩减范围内的第一像素值范围，对于该视频的像素，从像素值的缩减范围到完整范围的转换产生视频的像素的在完整范围内的第二像素值范围，其中，第二像素范围的跨度大于第一像素范围的跨度，使得当被转换到第二像素值范围时，第一像素值范围内的像素值之间的差被扩大；识别功能，被配置为识别视频的图像帧的在缩减范围内的第一组一个或多个块，在该第一组一个或多个块中，超过预定阈值部分的像素具有在第一像素值范围内的像素值；基本压缩确定功能，被配置为确定图像帧的每个块的基本压缩值；降低后的压缩确定功能，被配置为针对图像帧中的第一组一个或多个块的每个块确定降低后的压缩值，每个降低后的压缩值比相应的基本压缩值低预定压缩偏移量；以及编码功能，被配置为使用第一组一个或多个块的相应的降低后的压缩值和所有其他块的相应的基本压缩值对图像帧进行编码。

25、在一些示例中，如果满足以下条件，则识别功能被进一步配置为识别第一组一个或多个像素块中的块：块的像素值的平均值落在第一像素值范围内；并且该块的像素值的统计分布低于预定分布。

26、在一些示例中，该装置是相机，并且相机进一步包括被配置为捕获视频的图像帧的图像传感器。

27、在一些示例中，该装置进一步包括配置为执行发送功能的电路，该发送功能被配置为发送作为编码后的视频的编码后的图像帧。

28、根据本发明的第三方面，上述目的由用于利用像素值的缩减范围处理视频的系统实现，其中，缩减范围是由用于像素值的信息单元所能表示的完整范围的子集，该系统包括：发送装置，该发送装置包括根据第二方面的装置，被配置为通过网络发送编码后的视频；接收装置，包括被配置为通过网络接收编码后的视频并且将编码后的视频解码为解码后的视频的电路；显示装置，包括被配置为显示解码后的视频的电路。

29、在一些示例中，接收装置的电路被进一步配置为执行范围转换功能，该范围转换功能被配置为将解码后的视频的像素值从像素值的缩减范围转换为完整范围。

30、第二方面和第三方面通常可以具有与第一方面相同的特征和优点。进一步注意，除非另有明确陈述，否则本公开涉及特征的所有可能的组合。