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兼容傳輸多原色擴展色域的方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201610668093.4

申請日:

2016.08.11

公開號:

CN106303485A

公開日:

2017.01.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H04N 9/64申請日:20160811|||公開
IPC分類號: H04N9/64; G09G3/20 主分類號: H04N9/64
申請人: 天津大學
發明人: 雷志春; 段綠茵; 李昌祿
地址: 300072 天津市南開區衛津路92號
優先權:
專利代理機構: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201 代理人: 劉國威
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201610668093.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.02.09|||2017.02.01|||2017.01.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及視頻顯示技術領域,為著力解決CIE?1931標準三原色光無法表達自然界大部分高飽和度可見色光的問題;探索自然界復色光的多原色表示方法;并討論與CIE?1931標準三原色光兼容的傳輸和存儲方法。本發明采用的技術方案是,兼容傳輸多原色擴展色域的方法,步驟是,(1)采用由多原色分量信號組成的多邊形進行分析;(2)對于不能用CIE?1931標準表達的復合色彩信號,則采用由其它原色組成的三角形進行表達;(3)對于不能用CIE?1931標準表達的復合色彩信號,繼續分析色度分量與亮度信號的差值,選擇其中絕對值最小的兩個差值形成U和V兩個色差信號。本發明主要應用于視頻顯示場合。

權利要求書

1.一種兼容傳輸多原色擴展色域的方法,其特征是,步驟如下:
(1)采用由多原色分量信號組成的多邊形進行分析,對于能用CIE 1931標準表達的復
合色彩信號,沒有變化;
(2)對于不能用CIE 1931標準表達的復合色彩信號,則采用由其它原色組成的三角形
進行表達,以便達到擴展色域范圍的目的;
(3)對于不能用CIE 1931標準表達的復合色彩信號,繼續分析色度分量與亮度信號的
差值,選擇其中絕對值最小的兩個差值形成U和V兩個色差信號。
2.如權利要求1所述的兼容傳輸多原色擴展色域的方法,其特征是,用由其它原色組成
的三角形進行表達具體是,采用紅、綠、藍和寶石藍四原色中的三色組成的三角形進行表
達。
3.如權利要求2所述的兼容傳輸多原色擴展色域的方法,其特征是,通過GBE三角形或
RGE三角形均可以表示的情況下,避免RGE三角形。
4.如權利要求2所述的兼容傳輸多原色擴展色域的方法,其特征是,在傳輸和存儲過程
中,對于與現行視頻傳輸和存儲制式不能兼容的情況,用額外數位標示出,以便使WCG接收
機知道,兩個色差信號U和V是來自(B-Y)、(G-Y),還是來自(E-Y),Y為亮度值,G、B和E分別代
表綠、藍、寶石藍電壓值,(B-Y):藍原色電壓值與亮度值差值,(G-Y):綠原色電壓值與亮度
值差值,(E-Y):寶石藍原色電壓值與亮度值差值。
5.如權利要求1所述的兼容傳輸多原色擴展色域的方法,其特征是,對于不能用CIE
1931標準表達的復合色彩信號,則用由G,B和E組成的三角形進行表達;然后,根據色度信號
與亮度信號的差值(B-Y)、(G-Y)和(E-Y)的幅度絕對值計算兩個色差信號U和V,U和V由其中
幅度較小的兩個信號決定,Y為亮度值,G、B和E分別代表綠、藍、寶石藍電壓值,(B-Y):藍原
色電壓值與亮度值差值,(G-Y):綠原色電壓值與亮度值差值,(E-Y):寶石藍原色電壓值與
亮度值差值。

說明書

兼容傳輸多原色擴展色域的方法

技術領域

本發明涉及視頻顯示技術領域,具體講,涉及一種兼容傳輸多原色擴展色域的方
法。

背景技術

1931年,國際照明委員會CIE制定了CIE 1931 RGB系統,規定將700nm的紅、
546.1nm的綠和435.8nm的藍作為三原色,后來CIE 1931-xy色度圖成為描述色彩范圍最為
常用的圖表,色域就是在這圖上所覆蓋的范圍。

由于歷史的原因,目前視頻系統中的色域都較小,僅能覆蓋自然界中可見色彩的
33.25%,大部分高飽和度的顏色都無法顯示,為克服這個缺點,國際上于1998年和2006年
先后制定了《未來電視和圖像系統的國際統一色度和相關特性》建議書ITU-R BT.1361和
“面向視頻應用的擴展色域”建議書IEC61966-2-4。這兩個標準采用兼容傳輸“負”值信號的
方式盡可能多地傳輸常規色域外的顏色。在接收端,寬色域(WCG:Wide Color Gamut)顯示
器會采用一定的技術手段重現寬色域的顏色,而常規色域的顯示器則不處理這些“負”值信
號,仍然顯示常規色域。我國的相關部門也采用這兩個標準。采用這兩個標準后,顯示器所
顯示的色域,分別比常規色域提高1.4倍和1.8倍。

如果發送端傳輸“負”值色光信號,所需的“負”值色光信號可以通過線性矩陣計算
出來。但是線性計算不能提高信息量,并且通過計算只能估計“負”值色光信號。且利用現有
系統在傳輸“負”值信號時有其局限性:在其傳輸過程中,由于壓縮較大,接收端恢復困難,
數據的準確性也受到影響。特別是,對于廣泛研究的多原色(MPD:Multi-Primary Color
Display)顯示設備,計算的“負”值色光信號不易實現與MPD多原色光的匹配。

寬色域相較于普通色域顯示的圖像更為真實,色彩更為豐富和飽和。目前,有多家
公司和研究所都在進行寬色域顯示器的研究和開發工作。但是如果視頻信號源不含有相應
的彩色信息,只通過顯示器的研發工作帶來的色域改進是很有限的。索尼公司的紅、綠、藍
和寶石藍(RGBE)四色CCD圖像傳感器已經進入了實際應用,該寶石藍顏色與黃綠色類似。色
度信息豐富的視頻信號源必將進一步推動寬色域顯示器的研究和開發。

為了盡可能多地覆蓋1980年Pointer先生提出的“真實的表面色域”,國內外學者
在顯示端進行了許多擴展色域的工作。這些工作可以分為基于三原色和基于多原色
(Multi-Primary Color)擴展色域兩種。

(1)基于三原色擴展色域

在超高清晰度電視(UHD-TV:Ultra High Definition Television Video)的標準
中國際電信聯盟(ITU:International Telecommunication Union)對韓國的建議(625nm,
531nm和467nm)和日本的建議(635nm,532nm和467nm)做了折中,在Rec.2020中使用了
630nm,532nm和467nm波長的紅、綠、藍三原色光擴展色域,覆蓋了99.9%的Pointer色域。

為了顯示更逼真的色彩,除了分別擴展視頻源端和顯示端的色域之外,還要使得
兩個色域相匹配。為了使HDTV傳輸色域與各種顯示器色域相匹配,色域映射算法受到了廣
泛關注。

量子點(Quantum Dot)技術也被用來改進顯示器的色彩重現,使色彩更加純凈鮮
艷。但是,只靠改進顯示端的三原色光束,顯示范圍卻仍然局限在三角形范圍內,無法顯示
自然界真實、豐富的色彩。多原色是擴展色域的發展趨勢,同時能夠提高顯示器的亮度。

(2)基于多原色擴展色域

除了使用三原色光擴展色域外,國內外都在研究使用多原色來擴展色域,以便盡
可能多地覆蓋所有可見顏色。例如,使用380,487,505,520,548和700nm波長的6個單色光能
夠將Pointer色域100%覆蓋,也覆蓋了95.5%的CIE 1931 xy顏色空間。

發明內容

為克服現有技術的不足,本發明旨在著力解決CIE 1931標準三原色光無法表達自
然界大部分高飽和度可見色光的問題;探索自然界復色光的多原色表示方法;并討論與CIE
1931標準三原色光兼容的傳輸和存儲方法。本發明采用的技術方案是,兼容傳輸多原色擴
展色域的方法,步驟是,

(1)采用由多原色分量信號組成的多邊形進行分析,對于能用CIE 1931標準表達
的復合色彩信號,沒有變化;

(2)對于不能用CIE 1931標準表達的復合色彩信號,則采用由其它原色組成的三
角形進行表達,以便達到擴展色域范圍的目的;

(3)對于不能用CIE 1931標準表達的復合色彩信號,繼續分析色度分量與亮度信
號的差值,選擇其中絕對值最小的兩個差值形成U和V兩個色差信號。

用由其它原色組成的三角形進行表達具體是,采用紅R、綠G、藍B和寶石藍E四原色
中的三色組成的三角形進行表達;

通過GBE三角形或RGE三角形均可以表示的情況下,避免RGE三角形。

在傳輸和存儲過程中,對于與現行視頻傳輸和存儲制式不能兼容的情況,用額外
數位標示出,以便使WCG接收機知道,兩個色差信號U和V是來自(B-Y)、(G-Y),還是來自(E-
Y),Y為亮度值,G、B和E分別代表綠、藍、寶石藍電壓值,(B-Y):藍原色電壓值與亮度值差值,
(G-Y):綠原色電壓值與亮度值差值,(E-Y):寶石藍原色電壓值與亮度值差值。

對于不能用CIE 1931標準表達的復合色彩信號,則用由G,B和E組成的三角形進行
表達;然后,根據色度信號與亮度信號的差值(B-Y)、(G-Y)和(E-Y)的幅度絕對值計算兩個
色差信號U和V,U和V由其中幅度較小的兩個信號決定,Y為亮度值,G、B和E分別代表綠、藍、
寶石藍電壓值,(B-Y):藍原色電壓值與亮度值差值,(G-Y):綠原色電壓值與亮度值差值,
(E-Y):寶石藍原色電壓值與亮度值差值。

本發明的特點及有益效果是:

擴展了視頻的色域范圍,同時還能夠保持和現行視頻傳輸和存儲制式的兼容性。

擴展了視頻的色域范圍,并且避免了《未來電視和圖像系統的國際統一色度和相
關特性》建議書ITU-R BT.1361和“面向視頻應用的擴展色域”建議書IEC61966-2-4在傳輸
過程中,由于壓縮較大,接收端恢復困難,數據的準確性受到影響等缺點。

附圖說明:

圖1復合光表達方式示意圖。

圖2本發明的實現方案方框圖。

具體實施方式

(1)復合光在多原色情況下的表示方法

由于CIE 1931標準三原色光無法表達自然界大部分高飽和度可見色光,而四原色
CCD圖像傳感器已經進入實用階段,本發明擬以四原色為例研究自然界可見光的表達方式。
索尼公司的照相機(Cyber-Shot DSC-F828)采用RGBE四原色圖像傳感器,本發明申請將討
論紅(Rot)、綠(Green)、藍(Blue)和寶石藍(Emerald)四原色的情況。

圖1為R、G、B和E四原色覆蓋的色域范圍示意圖。四邊形色域范圍內每一復合光都
存在多種表達的可能性,考慮到與現有顯示設備的兼容性,本項目擬采用四邊形內的三角
形表達自然界的復合光。例如,圖中的復合色光C1可以通過CIE 1931的RGB三角形,或RGE三
角形表示,而復合色光C2可以通過GBE三角形或RGE三角形表示。由于人眼對紅色光的亮度
不敏感,在表達類似C2復合色光時,要避免紅光(R),也就是避免RGE三角形,而應該采用GBE
三角形。

(2)多原色與三原色的兼容傳輸方法

選擇四邊形內一個三角形表達方式的準則是盡可能和CIE 1931標準三原色光表
達方式相同。例如圖1的C1要采用RGB三原色,而非采用RGE三原色表達,從而保障現有顯示
設備可以正常顯示。為了保持兼容性,類似該圖中C1色光的色差信號則繼續由(B-Y)和(R-
Y)決定。

對于類似圖1中的C2色光則不可能和CIE 1931標準的表達方式相同。從而現有顯
示設備不能正常顯示類似C2的色光。但這并不意味顯示色域范圍的降低,因為C2色光原本就
不在現有顯示設備所能覆蓋的色域范圍。

在三原色情況下人們傳輸色差信號。類似地,在四原色情況下,也需傳輸色差信
號。當年學者們在選定三原色情況下的色差信號時,考慮了有效傳輸模擬視頻信號的問題。
U、V兩個色差信號由(B-Y)和(R-Y)決定,而不是來自(G-Y),其原因是(G-Y)信號的幅度很
小,而(B-Y)和(R-Y)信號的幅度較大。在模擬信號傳輸時代,小幅值信號容易被噪聲埋沒。
因此,當年學者們選用幅度較大的(B-Y)和(R-Y)產生兩個色差信號U和V。U:壓縮后的色差
信號1。V:壓縮后的色差信號2。

在數字信號傳輸時代,傳輸小幅值信號不僅不是缺點,而是優點,因為傳輸小幅值
信號意味著低碼率。

在三原色情況下,兩個色差信號由下述公式確定:

<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>U</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>(</mo> <mi>B</mi> <mo>-</mo> <mi>Y</mi> <mo>)</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mi>V</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>k</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>(</mo> <mi>R</mi> <mo>-</mo> <mi>Y</mi> <mo>)</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

其中k1、k2為壓縮系數。

類似地,在四原色情況下,也需傳輸色差信號。

R、G、B、E稱為紅、綠、藍、寶石藍電壓值。

Y:為亮度信號。

U:壓縮后的色差信號1。

V:壓縮后的色差信號2。

(B-Y):藍原色電壓值與亮度值差值。

(G-Y):綠原色電壓值與亮度值差值。

(E-Y):寶石藍原色電壓值與亮度值差值。

(R-Y):紅原色信號電壓值與亮度值差值。

所以(B-Y)、(G-Y)、(E-Y)均為色差信號。

四原色情況下,U、V由(B-Y)、(G-Y)和(E-Y)幅度絕對值較小的兩個色差信號確定。

上述因素將被用來確定四原色情況下表達類似圖1中的C2色光的色差信號時充分
利用。在傳輸和存儲過程中,對于與現行視頻傳輸和存儲制式不能兼容的情況,可以用額外
bit標示出,以便使WCG接收機知道,兩個色差信號U和V是來自(B-Y)、(G-Y),還是來自(E-
Y)。

雖然本申請在上面只討論了四原色情況下表達復合光的方法,以便達到和現行視
頻傳輸和存儲制式相兼容的目的,但是該申請不限于四原色情況。

下面結合附圖和具體實施方式進一步詳細說明本發明。

圖2以四原色為例,表達該兼容傳輸多原色信號的方法。

由四原色攝像機獲得的四分量信號,紅(Rot)、綠(Green)、藍(Blue)和寶石藍
(Emerald)色度分量信號,經過類似圖1的多邊形分析后,產生兩種表達方式。

(1)對于能用CIE 1931標準表達的復合色彩信號,繼續用由R,G和B三原色組成的
三角形進行表達。由R,G和B三原色形成節省頻帶的亮度Y以及U和V兩個色差信號形式。

(2)對于不能用CIE 1931標準表達的復合色彩信號,則用由G,B和E組成的三角形
的三角形進行表達。然后,根據色度信號與亮度信號的差值(B-Y)、(G-Y)和(E-Y)的幅度絕
對值計算兩個色差信號U和V。為了降低碼率,U和V由其中幅度較小的兩個信號決定。

在本發明的一個具體實例中:

(1)一種和現行視頻傳輸和存儲制式相兼容的多原色視頻信號傳輸和存儲方法。

(2)這種方法采用由多原色分量信號組成的多邊形進行分析,對于能用CIE 1931
標準表達的復合色彩信號,沒有變化。

(3)對于不能用CIE 1931標準表達的復合色彩信號,則采用由其它原色組成的三
角形進行表達,以便達到擴展色域范圍的目的。

(4)對于不能用CIE 1931標準表達的復合色彩信號,繼續分析色度分量與亮度信
號的差值。選擇其中絕對值最小的兩個差值形成U和V兩個色差信號。

(5)該方案也同樣能用于兼容傳輸“負”值色光信號,因為“負”值色光信號可以用
其補色表達。在接收端由補色又可以計算出所需“負”值色光信號。

本發明并不局限于四原色情況,四原色情況下復合光的表達方法,同樣適用于多
原色,例如五原色、六原色。五原色、六原色的實例不再贅述。

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兼容 傳輸 原色 擴展 方法
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