CN100382585C - 用于镶嵌节目指南的设备、方法和接收机 - Google Patents

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Abstract

一种用于产生镶嵌节目指南的方法和设备。所述方法包括：从编码的视频比特流产生I帧；将每个I帧放到多个镶嵌窗口之一中；以及将多个镶嵌窗口组合成一个镶嵌视频帧。

Description

用于镶嵌节目指南的设备、方法和接收机
技术领域
本发明涉及数字电视领域；特别地，本发明涉及产生用于数字电视的镶嵌节目指南的方法。
背景技术
镶嵌节目指南包括在诸如视频监视器的显示设备的窗口中呈现的不同视频帧的组合。每个视频帧源于不同的节目，并且在每个窗口中只显示一个视频帧。通常，在每个窗口内的视频帧以某个周期速率被更新。镶嵌节目指南帮助观众在通过数字电视系统发送的大量节目中进行预览和浏览。然而，提供镶嵌节目指南是昂贵的并且耗费时间。一种用于产生镶嵌节目指南的技术需要在多个窗口中对多个节目同时视频解码和呈现。这种技术需要十分快速并且昂贵的设备。另一种用于产生镶嵌节目指南的技术需要业务供应商产生一个镶嵌指南并且随后作为一个看起来像是被插入到窗口中的单独的节目而传递所述镶嵌节目指南。这需要业务供应商在设备和人力资源以及占用的带宽方面花费额外的费用，这些占用的带宽否则就可能另外被用于节目。当存在数百个节目时，这对于业务供应商不是一种微不足道的任务。
发明内容
因此，需要一种用最小的额外费用产生镶嵌节目指南的方法。
本发明的第一个方面是一种产生镶嵌节目指南的方法，包括：从编码的视频比特流产生I帧；将每个I帧设置到多个镶嵌窗口之一中；以及将多个镶嵌窗口组合成一个镶嵌视频帧，其中，所述产生步骤包括从编码的视频比特流中检测I帧、P帧和B帧；所述组合步骤包括在正常操作中，从属于单个节目的I帧、P帧和B帧中产生主节目图像(115)视频信号，以及所述设置步骤包括在镶嵌操作中，指示产生步骤忽略P帧和B帧，并将组合步骤设置在镶嵌模式中，以便缩放不同节目的每一个I帧，从而填充一个镶嵌窗口。
本发明的第二个方面是一种用于产生镶嵌节目指南的设备，包括：用于从编码的视频比特流产生I帧的装置；用于将每个I帧设置到多个镶嵌窗口之一中的装置；以及用于将多个镶嵌窗口组合成一个镶嵌视频帧的装置，其中，所述产生装置包括帧检测器，用于从编码的视频比特流中检测I帧、P帧和B帧；所述组合装置包括窗口组构器，用于在正常操作中，从属于单个节目的I帧、P帧和B帧中产生主节目图像视频信号，以及所述设置装置包括视频控制器，用于在镶嵌操作中，指示产生装置忽略P帧和B帧，并将窗口组构器设置在镶嵌模式，以便缩放不同节目的每一个I帧，从而填充一个镶嵌窗口。
本发明的第三个方面是一种接收机，用于产生编码比特流，包括上述设备，还包括调谐器和解调器。。
附图说明
本发明的特点在附加权利要求中被阐明。然而，当结合附图参考下列说明性实施方案的详细描述时，将更好地理解本发明，其中：
图1是一个根据本发明显示镶嵌节目指南的显示设备的示意图；
图2是一个根据本发明显示镶嵌节目指南和主要节目的显示设备的示意图；
图3是一个表示被编码成数字数据流的典型的视频帧序列的示意图；
图4是一个根据本发明产生镶嵌节目指南的接收机的示意框图；
图5是一个表示根据本发明产生镶嵌节目指南的方法步骤的流程图；
图6A是一个本发明的第一个应用的示意框图；
图6B是一个本发明的第二个应用的示意框图；以及
图6C是一个本发明的第三个应用的示意框图。
具体实施方式
当在视频图像的上下文中被使用时，术语帧和术语图像是可互换的，术语I帧(内帧)被定义为使用唯一来自相同帧内解码的样本的预测被编码的视频帧。术语P帧(预测帧)被定义为使用来自先前被解码的参考帧的相互预测、使用运动矢量被编码的视频数据帧。术语B帧(双向预测帧)被定义为使用多个相互预测块被编码的帧。A块是样本或者变换系数的N×M阵列。节目指南被定义为根据以一种模式被排列的不同节目的按比例缩放帧的镶嵌。按比例缩放被定义为一种根据一种算法使用视频象素的全部或者一个子集来修改视频帧以便改变显示设备的象素数和视频帧象素数之间关系的过程。
图1是一个根据本发明显示镶嵌节目指南的显示设备的示意图。在图1中，显示设备100包括被细分成镶嵌窗口110A、110B、110C、110D、110E和110F的屏幕105。在一个例子中，显示设备100是一台电视监视器。在第二个例子中，显示设备100是将镶嵌窗口110A到110F投射到屏幕105上的投影仪。在110A到110F中的每个镶嵌窗口110A内，相应的不同镶嵌图像1到6被显示。例如，1到6中的每个镶嵌图像是来自不同节目的视频帧。镶嵌图像1到6可以被定期更新。镶嵌图像1到6可以被认为构成六个节目的节目指南，允许观众在决定观看哪个节目之前抽取所述六个节目。当六个镶嵌图像被表示时，在窗口中按任何几何排列的任何数量的镶嵌图像可以被显示。
图2是一个根据本发明显示镶嵌节目指南和主要节目的显示设备的示意图。在图2中，显示设备100的窗口105被细分成镶嵌窗口110A、110B、110C和主窗口115。镶嵌窗110A到110C分别显示镶嵌图像1到3。镶嵌图像1到3是来自不同节目的视频帧。主窗115显示一个主节目图像，在任何瞬时它是正被观看的节目的一个视频帧。所述主要节目图像以正常的速度被更新并且伴随相应的音频。通常，镶嵌图像1到3以比正常速度慢的速度被更新。当三个镶嵌图像被表示时，在窗口中按任何几何排列的任何数量的镶嵌图像可以被显示。
图3是一个表示被编码成数字数据流的典型的视频帧序列的示意图。诸如运动图像专家组(MPEG)的传送流的数字数据流包括表示不同类型的暂时的视频帧序列的数字数据(连同诸如音频数据的其它数据)。只有所述视频帧序列在图3中被表示。在图3中，暂时的视频帧序列120的一部分包括I帧125、P帧130和B帧135。在传送流中的每个节目包括它自己的I、P和B帧。在图2的窗口115中被显示的主节目图像需要对属于一个单独的节目(即所述主节目)的全部I帧125、P帧130和B帧135进行解码和呈现。在图1的镶嵌窗110A到110F中和图2的镶嵌窗口110A到110C中被显示的镶嵌图像根据不同的节目而解码和呈现I帧125。因为不需要解码任何其它帧以便具有一个完整的帧，所以I帧被使用。而且，因为I帧没有像P或B帧一样被压缩得那么多，所以所需的解码量较少。因此，在本发明中，所述镶嵌图像在接收机中产生而不通过业务或者内容供应商产生，并且不是完整的视频节目而只是样品。
图4是一个根据本发明产生镶嵌节目指南的接收机的示意框图。在图4中，接收机140包括调谐器和解调器145、多路分解器和解密器150、音频解码器155和视频解码器165。调谐器和解调器145接收输入信号170并且产生编码的比特流175(用于MPEG传送流)。多路分解器和解密器150接收编码比特流175并且产生编码的音频比特流180(用于MPEG音频基本流)和编码的视频比特流185(用于MPEG视频基本流)。音频解码器155接收编码的音频比特流180并且产生可播放的音频输出信号190。
视频解码器165包括节目选择器160、视频比特缓冲器195、可变长度解码器(VLD)200、反量化器205、反离散余弦变换器(IDCT)210、重建器215、窗口组构器220、运动补偿器225，锚帧(anchor frame)存储器230和视频控制器235。VLD 200还包括帧检测器240。编码的视频比特流185通过节目选择器160传送到视频比特缓冲器195中。节目选择器160允许选择特定的频道。视频比特缓冲器195防止过载视频解码器165。
对于正常操作(即播放一个主节目)，视频控制器235通过节目选择信号245选择节目，并且视频比特缓冲器195接收编码的视频比特流185，并且以暂时被缓冲的数据脉冲串的形式传送所述编码的视频比特流到VLD 200。VLD 200连同反量化器205和IDCT 210一起产生通过量化被降级的象素数据250(或者是在I帧情况下的I帧，或者是在P帧或B帧情况下的逐帧象素预测误差)。VLD 200还产生被运动补偿器225接收的运动矢量255，运动补偿器225根据运动矢量255和在锚帧存储器230中的象素产生运动补偿预测象素260。重建器215将象素数据250和运动补偿预测象素260组合成重建象素265。重建象素265被传送到窗口组构器220和锚帧存储器230。窗口组构器220组成重建象素265用于显示并且产生一个被显示的视频输出信号270。在正常的模式中，窗口组构器220产生一个“全屏”窗口并且(每次)用一个帧填充显示空间。
对于镶嵌操作(即如在图5中所示显示一个节目指南)，视频控制器235通过频道选择信号245选择频道，并且视频比特缓冲器195接收编码的视频比特流185，并且以暂时被缓冲的数据脉冲串的形式传送所述编码的视频比特流到VLD 200。当帧检测器240检测一个I-帧视频时，控制器235发送一个镶嵌模式信号275A到运动补偿器225以便断开运动补偿，发送一个镶嵌模式信号275B到锚帧存储器以便禁止接收重建象素265，以及发送镶嵌模式信号275C到窗口组构器220以便按镶嵌模式来设置所述窗口组构器(例如，按比例缩放I帧，并且将I帧放到多个窗口中)。当帧检测器240检测一个P帧或B帧时，视频控制器235指示VLD 200忽略所述帧，没有数据被从VLD传出。因此，象素数据250将只包括I帧。在镶嵌模式中，窗口组构器220按比例缩放不同节目的每个帧以便填充一个镶嵌窗口，将所述窗口装配到镶嵌帧中并且将所述镶嵌帧呈现到所述视频显示设备。窗口组构器220存储每个I帧，并且用来自每个节目的较新的I帧替换来自每个节目的较陈旧的I-帧，从而使所述镶嵌帧被经常更新。因此，所述镶嵌帧被用于更新所述显示设备，同时随着新I帧被接收，所述镶嵌帧本身被更新。
通过允许解码被选择的节目的P帧和B帧，同时中断解码所有其它节目的P帧和B帧，并且适当地交换镶嵌模式控制信号275A、275B和275C，视频解码器165能够在混合模式中操作(如图2中所示)。在混合模式中，窗口组构器220按比例缩放不同节目的每个帧以便填充一个镶嵌窗口并且按比例缩放所述完全被解码的视频节目以适应一个主窗口。
图5是一个表示根据本发明产生镶嵌节目指南的方法步骤的流程图。在步骤208中，所述接收机被启动并且一个输入信号被接收。在步骤285中，所述接收机被设置到镶嵌模式并且在所述镶嵌节目指南中包括的节目被选择。在步骤290中，所述输入信号被多路分解(并且如果必要，则被解密)成一个基本视频流。在步骤295中，确定I-帧是否已经被检测到，并且如果是，则确定所述被检测到的I帧是否属于被选择的用于在视频指南中显示的节目。如果被检测的帧不是I-帧(例如，P帧或者B帧)，或者是来自来被选择节目的I帧，则随后所述方法循环回到步骤290。如果所述被检测的帧是来自被选择的节目的I帧，则随后在步骤300中，所述I帧被解码。下面在步骤305中，每个节目最后被解码和被存储的I帧被用每个节目最近被解码的I帧替换，所述镶嵌帧被更新。在步骤310中，所述镶嵌帧按需要被显示和更新。所述方法继续循环回到步骤290。
图6A是一个本发明的第一个应用的示意框图。在图6A中，接收机350包括宽带调制解调器355(或者标准调制解调器)、多路分解器和解密器360、视频解码器365、音频解码器370和接收机控制器375。视频解码器365与在图4中所示并且在前面被描述的视频解码器165是一样的。多路分解器360从宽带调制解调器355接收宽带编码比特信号，并且响应于控制信号380A来选择哪些宽带信号组成视频基本流385和音频基本流390。音频解码器370接收音频基本流390并且产生可播放的音频输出信号。视频解码器365接收视频基本流385并且响应于控制信号380B产生解码的I帧序列用于显示。
图6B是一个本发明的第二个应用的示意框图。在图6B中，除了宽带调制解调器355(见图6A)被产生编码的比特流(对于MPEG，是传送流)的无线电频率(RF)调谐器和解调器(或者只是一个RF调谐器)400所替换、并且多路分解器和解密器以及解密器360被多路分解器和解密器360A替换之外，接收机395类似于在图6A中所示的接收机350。因为控制信号380C被从接收机控制器375提供以便选择从调谐器和解调器400输出，所以多路分解器和解密器360A不必具有多路分解器和解密器360的能力，视频解码器365接收视频基本流385并且响应于控制信号380B而产生解码的I帧序列以用于显示。
图6C是一个本发明的第三个应用的示意框图。在图6A中，接收机405包括第一和第二RF调谐器和解调器410A和410B、第一和第二多路分解器和解密器415A和415B、第一视频解码器420、第二视频解码器425、音频解码器430、接收机控制器435以及混合器440。第一视频解码器420和在图4中所示及前面描述的视频解码器165一样。除了所述第二视频解码器不必包括运动补偿器或锚帧存储器并且所述解码器可以被修改以便只识别和解码I-帧外，第二视频解码器425类似于在图4中所示并且在前面描述的视频解码器165。第一和第二调谐器和解调器可以相同或不同，并且第一和第二多路分解器和解密器415A和415B可以相同或不同。
在工作中，第一调谐器和解调器410A、第一多路分解器和解密器415A以及第一视频解码器420一起产生一个主节目的全部视频帧并且将它们呈现到混合器440。第二调谐器和解调器410B、第二多路分解器和解密器415B以及第二视频解码器425一起产生被选择的节目指南(镶嵌)节目的全部I帧并且将它们呈现到混合器440。混合器440随后按比例缩放每个镶嵌帧和主帧以便向相应的窗口供给一个单独的帧，将所述按比例缩放的帧装配成一个单独可显示的帧。
通过适当地应用控制信号445A、445B、445C、445D、445E、445F和445G，接收机405还能够产生正常视频和只是镶嵌模式的视频。本发明适用于使用I帧、P帧和B帧的全部数字通信标准，包括但不限于MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7、国际电信联盟标准化组(ITU-T)H264、数字卫星系统(DSS)数据结构或者共享公用数据流结构或根据所述MPEG标准被建立的其它标准。在ITU-T H264标准的情况下，一种附加帧类型，SP帧被允许。当本发明在镶嵌或者节目指南模式中时，类似于P帧和B帧，SP帧被忽略。
为了理解本发明，上面给出了本发明的实施方案的描述。应该理解，本发明未被限于在此被描述的特殊的实施方案，在不违背本发明的范围的情况下，对于本领域的技术人员，各种修改、重新配置和代替将变得显而易见。因此，所附权利要求书旨在覆盖落在本发明的真实精神和范围内的所有这种修改和变化。

Claims (10)

1.一种用于产生镶嵌节目指南的设备(165)，包括：
用于从编码的视频比特流产生I帧的产生装置(240，200)；
用于将每个I帧设置到多个镶嵌窗口之一中的设置装置；以及
用于将所述多个镶嵌窗口组合成一个镶嵌视频帧的组合装置，其中，
所述产生装置(240，200)包括帧检测器(240)，用于从编码的视频比特流中检测I帧、P帧和B帧；
所述组合装置包括窗口组构器(220)，用于在正常操作中，从属于单个节目的I帧、P帧和B帧中产生主节目图像(115)视频信号，以及
所述设置装置包括视频控制器(235)，用于在镶嵌操作中，指示产生装置(240，200)忽略P帧和B帧，并将窗口组构器(220)设置在镶嵌模式，以便缩放不同节目的每一个I帧，从而填充一个镶嵌窗口。
2.根据权利要求1所述的设备(165)，其中，产生装置(240，200)还包括可变长度解码器(200)，用于与反量化器(205)和反离散余弦变换器(210)一起，产生像素数据(250)，在正常操作中，像素数据(250)包括I帧情况下的I帧、或包括P帧或B帧情况下的逐像素预测误差，在镶嵌操作中，像素数据(250)仅包括I帧。
3.根据权利要求1所述的设备(165)，其中，设置视频控制器(235)以便在镶嵌操作中，将镶嵌模式信号发送到运动补偿器(225)以便停止运动补偿，并且将镶嵌模式信号发送到锚帧存储器(230)，以使不能够接收所重构的像素。
4.根据权利要求1、2或3所述的设备(165)，其中，设置所述设备(165)以便在混合模式中，能够解码选定节目的P帧和B帧，同时阻挡解码所有其它节目的P帧和B帧，在混合模式中，窗口组构器(220)被设置成缩放不同节目的每一个I帧，以便填充一个镶嵌窗口，并且缩放完全解码视频节目，以适于主窗口。
5.根据权利要求4所述的设备(165)，其中，以正常速率刷新主窗口，并且以慢于正常速率的速率刷新镶嵌窗口。
6.一种接收机(140)，用于产生编码比特流(175)，包括根据权利要求1、2、3或5所述的设备(165)，还包括调谐器和解调器(145)。
7.根据权利要求6所述的接收机(140)，还包括多路分解器和解密器(150)，用于接收编码的比特流(175)并且用于产生编码的音频比特流(180)和编码的视频比特流(185)。
8.一种用于产生镶嵌节目指南的方法，包括步骤：
从编码的视频比特流产生I帧；
将每个I帧设置到多个镶嵌窗口之一中；以及
将所述多个镶嵌窗口组合成一个镶嵌视频帧，其中，
所述产生步骤包括从编码的视频比特流中检测I帧、P帧和B帧；
所述组合步骤包括在正常操作中，从属于单个节目的I帧、P帧和B帧中产生主节目图像(115)视频信号，以及
所述设置步骤包括在镶嵌操作中，指示产生步骤忽略P帧和B帧，并将组合步骤设置在镶嵌模式中，以便缩放不同节目的每一个I帧，从而填充一个镶嵌窗口。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，在混合模式中，将所述产生步骤设置成能够解码选定节目的P帧和B帧，同时阻挡解码所有其它节目的P帧和B帧，在混合模式中，组合步骤被设置成缩放不同节目的每一个I帧，以便填充一个镶嵌窗口，并且缩放完全解码视频节目，以适于主窗口。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，以正常速率刷新主窗口，并且以慢于正常速率的速率刷新镶嵌窗口。
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