觀看虛擬顯示器輸出的方法與流程

本公開內(nèi)容針對視頻系統(tǒng)，以及更特別針對在目標設備上準確地顯示圖像的系統(tǒng)和方法。

背景技術：
當在附連的顯示器上不能準確地觀看到模擬輸出時，對設備上的視頻進行評估或者甚至對被構建成用來評估視頻的機器上的視頻進行評估有時是困難的。例如，視頻工程師可能希望看見特定視頻將如何注意到(lookto)看消費者LCD(液晶顯示器)電視的觀看者、觀看工作室CRT(陰極射線管)的制作者、廣播中心的工程師或者產(chǎn)品開發(fā)實驗室的工程師。目前諸如來自俄勒岡州(Oregon)比弗頓(Beaverton)的泰克(Tektronix)的圖像質量分析儀PQA500之類的一些質量分析儀結合了顯示器模型，模擬光和人類視覺系統(tǒng)以便對這些類型的應用的差異進行量化。然而，對于這樣的質量分析儀的用戶而言沒有辦法來直接體驗被模擬的感知刺激。相反，視頻呈現(xiàn)在與質量分析儀結合使用的顯示器上。此外，在產(chǎn)品制成之前，顯示器制造者能夠自動評估虛擬設計的需要不能被滿足。然而，在不能夠直接看見顯示器設計選項之中的差異的情況下，對于顯示器工程師而言很多有用信息被隱藏。盡管存在把視頻從一種顏色空間轉換為另一種的算術解決方案，諸如YCbCr至RGB至CIE1931XYZ線性光表示，這樣的解決方案不考慮來自標準RGB的各種顯示器變體。例如，由數(shù)字視頻表示的最純的紅、綠或藍的XYZ坐標可能不匹配端顯示器上的對應XYZ坐標。此外，這些關系不說明在伽馬值(即，用來表示輸入信號和輸出光強度之間的非線性傳遞函數(shù)的參數(shù))方面不匹配，這是因為顯示器的等價伽馬或許不匹配任何對應標準下的伽馬。即使在原色(primaries)和伽馬確實匹配標準(諸如用于標準清晰度的SMPTE-C，或者用于高清晰度視頻的ITU709)的情況下，常常把白點校準故意設定為非缺省值。例如，典型地設置在9500°缺省顏色溫度的計算機監(jiān)視器而是可以使其白點設置至6500°以匹配電視缺省顏色溫度。此白點校準允許具有一組原色的顯示器接近于看起來像具有另一組原色的顯示器。然而，這樣的轉換不包括在上面提及的顏色轉換公式中，并且通過采用在色域上丟失許多顏色的方式來對顏色進行位移做到了如此。其它潛在解決方案要求昂貴且專門的設備在物理上測量來自第一顯示器的輸出，以創(chuàng)建從第一至第二顯示器的轉換過程，這是昂貴的、復雜的并且在計算上太密集以至于不能提供統(tǒng)一的解決方案。另外，它要求要測量的實際的顯示器，而不是模型化的顯示器。此外，包括直接測量系統(tǒng)在內(nèi)，沒有系統(tǒng)包括用來補償視頻幀的結尾和下一個的開始之間的LCD的響應時間的方式。這導致不可接受，并且有時導致非?？筛兄降娘@示偽影，諸如運動模糊。本發(fā)明的實施例解決了現(xiàn)有技術的此局限性以及其它局限性。

技術實現(xiàn)要素：
使用目標顯示器類型的反向建模的系統(tǒng)把模擬光輸出轉換為這樣的信號：當在目標顯示器上呈現(xiàn)時產(chǎn)生等價于或者幾乎等價于原始模擬光的感知響應的感知響應。此外，提供了這樣的方法，該方法能夠適配于給定可用顯示器以使得當在可用顯示器上呈現(xiàn)時，感知圖像密切表示模擬光的感知圖像或虛擬圖像。本發(fā)明的特定實施例針對用于在第二顯示器上觀看針對所選擇顯示器類型生成的模擬光輸出。該方法包括首先基于所述第一顯示器類型的質量生成模擬光輸出。接下來，針對所述第二顯示器的觀看環(huán)境實時補償所述模擬光輸出。在補償完成之后，針對第二顯示器輸出已經(jīng)補償?shù)哪M光輸出。附圖說明圖1是依據(jù)本發(fā)明的實施例的用于生成補償視頻輸出的系統(tǒng)的功能框圖。圖2是用于計算在本發(fā)明實施例中使用的白平衡計算的權重的系列方程。圖3是依據(jù)本發(fā)明的實施例的用于觀看虛擬顯示器輸出的系統(tǒng)的功能框圖。具體實施方式圖1是依據(jù)本發(fā)明的實施例的用于生成補償視頻輸出的系統(tǒng)10的功能框圖。諸如視頻、虛擬現(xiàn)實圖像或其它圖像之類的圖像源被提供給顯示器模型，該顯示器模型包括特定于所選擇的顯示器類型的建模信息。顯示器模型選擇器70可以選擇例如LCD顯示器模型30、CRT顯示器模型40、DMD(數(shù)字微鏡器件)顯示器模型50或者其它顯示器模型60。而且，顯示器模型選擇器70可以通過選擇旁路模式20來完全使顯示器模型選擇旁路。顯示器模型30-60包括關于特定顯示器類型的各種數(shù)據(jù)，諸如顏色數(shù)據(jù)、白平衡、伽馬信息，等等。顯示器模型可以包括通過特定于一種特定顯示器模型類型的特定參數(shù)，從該特定顏色空間至另一種的轉變。對于視頻應用而言，數(shù)字視頻流和文件通常使用按照用于標準清晰度視頻的ITU-RBT.601和用于高清晰度視頻的ITU-RBT.709的YCbCr三色表示或者在一些情況下RGB。對于數(shù)字影院，按照通常被稱為“DCI規(guī)范”的DCI(DigitalCinemaIntitiatives，數(shù)字影院促進會)“數(shù)字影院系統(tǒng)規(guī)范”，已經(jīng)直接支持直接XYZ表示。顯示器模型顏色轉換YCbCr至RGB(以及至XYZ)的轉換對于SD和HD視頻而言，YCbCr至XYZ的轉變可以如下完成：1)顏色模型的初始化：a)白點計算：使用RGB和由以下給出的白CIE1931xyY坐標：i)諸如依據(jù)601，709，SMPTE-C，EBU的標準，或者無論什么最佳表示要模擬的適當顯示器)；或者ii)定制用戶定義的xr，yr，Yrxg，yg，Yg，xb，yb，Yb，xw，yw，Yw。b)計算施加到R、G和B的所需權重{wr，wg，wb}以便達到對于R＝G＝B而言的給定白點(xw，yw，Yw)。c)計算用于RGB至XYZ轉換的光轉換矩陣，如下面所描述的d)LUT(查找表)初始化：i)第一，使用由相應比色法標準(601、709等)定義的矩陣，使用YCbCr至預伽馬RGB{ER，EG，EB}的相應標準轉變；ii)使用對比度、伽馬和輝度(brightness)參數(shù)把{ER，EG，EB}轉換為光{R，G，B}；iii)把權重{wr，wg，wb}施加到{R，G，B}；(對于LCD，這里是端LUT計算)。iv)使用矩陣把加權RBG光轉換為XYZ2a)對于CRT&DMD，依賴于實現(xiàn)方式，使用LUT或直接計算把YCbCr直接轉換為XYZ。2b)對于LCD，依賴于實現(xiàn)方式，使用LUT或直接計算把YCbCr轉換為{wr*R，wg*G，wb*B}，然后使用RGB至XYZ轉換矩陣以便完成轉換。對于亮度(luminance)僅處理，即沒有顏色，每個顯示器模型技術具有用于如創(chuàng)建查找表、設定過濾參數(shù)(用于LCD)等的這樣的事情的唯一初始化函數(shù)。它在發(fā)生下列顏色模型初始化的這些函數(shù)之內(nèi)。顏色模型初始化包括白點校準權重{wr，wg，wb}連同任何需要的查找表的初始化。針對顏色轉換使用LUT的顯示器模型把顏色數(shù)據(jù)從YCbCr至XYZ的轉換可以直接使用通常計算電路或等價函數(shù)來執(zhí)行。例如，首先，依據(jù)標準YCbCr至ER，EG，EB的轉換將使用9個乘法和6個加法。把伽馬因子施加到該結果于是使用3個指數(shù)。施加權重以創(chuàng)建白點可以采取另外的3個乘法。最后，對于總共18個乘法、12個加法和3個指數(shù)，RGB光至XYZ的轉換(RGB向量*矩陣)采取另一9個乘法和5個加法。然而，使用查找表(LUT)來執(zhí)行等價顏色補償將僅使用2個移位器、2個加法器和1表訪問，以及因此是使用更少的資源的吸引人的選項。當然，顯示器模型將需要包括存儲器來存儲LUT，但是這典型地是十分合理的折中。本發(fā)明的實施例當然可以使用用于顏色轉換的任何方法，并且對要使用哪個方法的選擇典型地是實現(xiàn)方式選擇。對于CRT和DMD，直接YCbCr至XYZ轉換可以通過使用LUT來執(zhí)行，LUT的大小取決于位深。例如，對于8位視頻深，用于LUT的存儲位置的數(shù)目將是大約6.7x107位，其是今天存儲成本給出的實踐實現(xiàn)方式。10位視頻深和12位視頻深將要求大約4.3x109位和2.7x1011位的LUT大小，其對于典型實現(xiàn)方式而言目前是不實際的。對于LCD，從YCbCr至RGB(光)進行顏色轉換，這是因為用于LCD的時間處理發(fā)生在RGB光空間中，如下所述。用于LCD處理的LUT的大小與在相同位深上的用于CRT和DMD相同。針對顏色轉換使用三線性插值的顯示器模型可能的是也執(zhí)行用于顏色轉換的三線性插值，但是假定諸如直接計算之類的其它轉換可能是更高效的事實，它可能是不實際的考慮。YCbCr至ER，EG，EB的轉換依據(jù)對應比色法標準(601，709等等)把YCbCr轉換為ER，EG，EB。ER，EG，EB至RGB(光)的轉換使用伽馬、對比度和輝度控制，把歸一化(至1)ER，EG和EB值的值轉換為歸一化(至1)RGB光值，通過把已經(jīng)存在于質量分析儀中的亮度模型施加到每個原色通道有效地再使用它。后續(xù)的RGB至XYZ光轉換考慮每一個的實際亮度水平。顯示器模型白點校準把白色表示為R，G和B的相等的“電信號”振幅。然而，當(由標準或者選擇非標準顏色溫度或其它顏色坐標的用戶)選擇的白點與從該顯示器輸出的R，G和B光輸出的組合不一致時，一般執(zhí)行白點校準。實際上，白點校準對R，G和/或B光輸出進行加權以使得對振幅進行改變以便獲得白點。這些權重{wr，wg，wb}在顯示器模型初始化期間被計算。使用RGB和用于R，G，B以及W的白CIE1931xyY坐標(xr，yr，Yrxg，yg，Yg，xb，yb，Yb，xw，yw，Yw)，可以計算所需權重{wr，wg，wb}并將其施加到用于R，G和B的光輸出以便對于電信號R＝G＝B而言獲得給定白點(xw，yw，Yw)。給定上述以及最大和最小R，G和B的極限(這里歸一化至1)，找出RGB的相對比率以使得獲得該給定白點。可以如圖2中所圖示的來執(zhí)行權重{wr，wg，wb}的計算。接下來，可以通過使用RGB和由下列給出的白CIE1931xyY坐標來對白點進行校準：-諸如依據(jù)601，709，SMPTE-C，EBU的標準，或者無論什么最佳表示要模擬的適當顯示器)或者-定制用戶定義的xr，yr，Yrxg，yg，Yg，xb，yb，Yb，xw，yw，Yw對白點校準的驗證可以通過使用諸如全白視頻(在所有通道的情況下的等于最大白(235)的RGB或Y＝235，Cb＝Cr＝128情況下的YCbCr)之類的缺色(無色)視頻來執(zhí)行。顯示器模式的XYZ輸出應當分別等于XwTarget，YwTarget和ZwTarget。原色和白色的顯示器模式色度坐標注意針對R，G，B和W(Yr，Yg，Yb，Yw)的Y值取決于1)伽馬的選擇，2)最大亮度值和3)光R，G，B至Y轉換。前兩個參數(shù)已經(jīng)包括在質量分析儀中的已存亮度僅顯示器模式中。分別針對R，G和B的第三組3個權重通常將根據(jù)原色和白點的坐標連同前兩個參數(shù)來計算。然而，RGB至Y轉換還經(jīng)由把RGB轉換為XYZ的矩陣被限定在許多標準(即，ITU.B-709HD)之內(nèi)。由于直接計算針對Y給出相同的值，所以包括來自諸如ITU.B-709HD、SMPTE-C、EBU、NTSC和SMPTE-240M之類的每種標準的明確值會是冗余的，如下所述。針對LCD的顯示器模型時間濾波LCD技術的最通常的顯示器模型包括時間濾波以表示恒定或高占空比背光的“零階保持”方面，或者幀轉變之間的時間期間的反射光。為了對此進行建模，把時間濾波器施加到針對僅亮度模型的模擬光輸出(施加到Y)。對于全色模型，在轉換至XYZ之前，相反把此濾波器施加到RGB(光原色)輸出。高級LCD配置包括使用經(jīng)調(diào)制的背光?，F(xiàn)代LCD顯示器包括背光調(diào)制以減輕與甚至理論0響應時間技術相關聯(lián)的運動模糊問題。將因此對時間濾波進行修改：為了對穩(wěn)定的背光或反射光進行建模，時間濾波器是零階保持濾波器(＝在每個幀轉變時亮度方面的0響應時間階躍函數(shù))和表示響應時間的簡單低通濾波器的級聯(lián)。為了對背光調(diào)制進行建模，接收諸如背光開至關和關至開轉變的占空比和相位之類的參數(shù)以作為顯示器規(guī)范。因此更新時間濾波器，其中模擬結果追蹤大大減輕的運動模糊的真實結果。對于低占空比(背或反射)光，尤其是模仿CRT的光柵掃描方法，由于人眼的集成(說明人眼視覺模型)將足夠衰減其余的高頻信息，所以可以消除時間濾波器。從RGB(光)至XYZ的矩陣轉換在顯示器初始化期間發(fā)起對矩陣M_RGBlight2XYZ的初始化的計算如下：注意：R＝1，G＝1，B＝1的加權和應當導致Y＝1：C：＝0..2下面給出使用SMPTEC和wtnorm[i]＝1的示例矩陣計算，使用100尼特作為最大亮度水平。注意對于歸一化矩陣而言，最大亮度水平無關緊要。比較此數(shù)值示例和從SMPTE-C得到的對應系數(shù)：X_smptec(R，G，B)：＝0.3935·R+0.3653·G+0.1916·BY_smptec(R，G，B)：＝02124·R+0.7011·G+0.0866·BZ_smptec(R，G，B)：＝0.0187·R+0.1119·G+0.9582·B觀看模型返回參考圖1，任選觀看模型或虛擬現(xiàn)實觀看環(huán)境80可以向所選顯示器模型類型添加因子以便更準確地反應顯示器的觀看環(huán)境。例如，使用添加的光信息的CIEXYZ表示，可以把關于環(huán)境光、反射光或者其它模擬光的信息線性地添加到顯示器的XYZ表示。此觀看模型信息被用來修改預測的畫面/視頻質量評級。另外，也通過使用這樣的添加的信息的CIEXYZ表示，還可以把任何虛擬環(huán)境方面類似地包括在觀看模型中。這樣的信息可以包括相對基本的信息，例如關于顯示器設備的顯示板的信息，或者可以如所詳細的虛擬現(xiàn)實呈現(xiàn)一樣復雜。圖3是依據(jù)本發(fā)明的實施例的用于觀看模擬或虛擬顯示器輸出的系統(tǒng)的功能框圖，提供了關于圖1的反向顯示器模型90的附加細節(jié)。圖3的反向顯示器模型310可以是圖1的反向顯示器模型90的示例實施例。該反向顯示器模型310包括用于顏色轉換312、白點校準314、伽馬316、時間濾波318和觀看模型320的設施。圖3的反向顯示器模型310的部件類似或等同于上面所描述的(前向)顯示器模型中的它們的對應部件。在反向顯示器模型310的部件或部分內(nèi)包括的各種因子可以預存儲在該顯示器模型內(nèi)。在已知實際顯示器340的情況下，例如可以把特定于實際顯示器340的特定因子選擇為系統(tǒng)上的菜單選擇。在其它實施例中，實際顯示器340可以向該系統(tǒng)標識它自己，以及用來為反向顯示器模型310選擇適當因子所執(zhí)行的查找。與圖1的標準顯示器模型30-60相比，反向顯示器模型310“反向地”操作。換言之，根據(jù)要評估的圖像的XYZ模擬光表示(其針對所選擇的目標顯示器類型而生成)，執(zhí)行針對實際顯示器340至標準視頻表示(其可以包括XYZ表示)的轉換。對于不支持XYZ的目標顯示器340，可以根據(jù)相應地使上面所描述的矩陣和函數(shù)倒轉來執(zhí)行XYZ至RGB光的逆(使用要使用的實際顯示器的原色)，逆伽馬函數(shù)和任何另外轉換(諸如至YCbCr的標準轉換)。在操作中，例如從視頻、成像或者虛擬現(xiàn)實生成模擬光輸出時，可選地經(jīng)過針對特定所選顯示器類型的顯示器模型。然后把該模擬輸出傳遞給針對實際顯示器的反向顯示器模型，該反向顯示器模型包括用于使模擬輸出適配于該實際顯示器的補償器，因此在實際顯示器上觀看到的圖像盡可能地接近于虛擬或模擬光所表示的感知圖像。補償可以包括顯示器原(色)補償和等價伽馬補償，白點校準，時間特性和實際顯示器的觀看環(huán)境。觀看環(huán)境可以包括周圍和環(huán)境光的顏色和輝度，以及還可以包括包括其它圖像的所生成的虛擬現(xiàn)實觀看環(huán)境。隨著模擬光輸出、實際顯示器觀看環(huán)境以及虛擬現(xiàn)實環(huán)境的改變，該補償實時改變。在優(yōu)選實施例中，要不是高級色域，最大亮度，響應時間，對比度(黑水平)和準確地呈現(xiàn)輸入圖像的其他規(guī)范的話，用于觀看的實際顯示器340已經(jīng)足夠。而且，理想地，這些觀看條件還將允許對呈現(xiàn)圖像的準確感知。例如，環(huán)境光將足夠低以便不引起有效的黑水平或者超過目標準確度地移動感知白點(色位移(chromaticshift)。盡管上面所描述的實施例中的許多實施例都包括用戶接口，但是將理解的是在其它實施例中，那些參數(shù)可替換地可以通過測試和測量儀器自動地確定。在各種實施例中，本發(fā)明的各部件可以采用硬件、軟件、或者這二者的組合來實現(xiàn)，并且可以包括通用目的微處理器、數(shù)字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等等。根據(jù)上述論述將理解的是本發(fā)明在顯示器建模領域呈現(xiàn)出顯著進步。盡管為了舉例說明的目的已經(jīng)圖示和描述了本發(fā)明的具體實施例，但是將理解在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做出各種修改。因此，如由所附權利要求之外，不應限制本發(fā)明。