CN100342432C - 用于控制图形数据再现的数据结构的记录和再现方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制图形数据再现的数据结构的记录及再现方法，其再现方法包括：读取至少一个图形图像信息片段和至少一个调色板信息片段，每个调色板信息片段提供色彩信息，每个图形图像信息片段包括再现信息以及调色板搜索信息；根据调色板搜索信息搜索一个调色板信息片段；以及根据图形图像信息片段再现图形图像并根据所搜索的色彩信息给图形图像的像素上色。其记录方法包括：在每个图形图像信息片段中记录用于再现图形图像的再现信息并在每个调色板信息片段中记录色彩信息，以及从调色板搜索信息中指出一个用于为像素上色的调色板信息片段；在记录介质上记录至少一个图形图像信息片段和至少一个调色板信息片段。

Description

用于控制图形数据再现的数据结构的记录和再现方法
技术领域
本发明涉及到一种控制用于高密度记录介质的操作方法，譬如光盘(例如，蓝光光盘(BD-ROM)的图形数据的操作方法。
背景技术
诸如光盘之类的能够记录大量的高质量数字视频/音频数据的记录介质，例如，DVD(数字化视频光盘)现在已经在市场上进入商业流通。DVD的类型包括：DVD-Video，DVD-VR(视频记录)，DVD-Audio和DVD-AR(音频记录)。
在DVD-Video中，用于与视频/音频数据流同步再现的图形数据由DVD的独有格式定义，并称为子画面。
图形数据的子画面大小为720×480像素并有一个色彩深度为两位的调色板，可以支持到16位的颜色。图形数据与视频/音频流复合之后记录在DVD上。
一种符合DVD-Video标准的行程编码方法用于其中含有子画面播放控制信息的图形数据。该播放控制信息包括：播放计时信息，色彩变化，混合比率的变化，播放位置，尺寸选择等等。
为图形数据提供各种图形效果的操作，譬如上下滚动，淡入淡出及色彩的改变，都可以根据时间选择性的进行。对每一个标题和节目链都定义了调色板信息的导航信息，还包括16位的色彩信息以及子画面的数目和属性。
子画面的属性可以包括字幕信息，导演的评注，对于不同应用的屏幕高宽比信息，以及编码模式信息和语言信息。
如图1所示，一种光盘再现设备譬如DVD播放器通过采用导航信息混合图像，播放主视频图像和一个子画面单元(SPU)的一些或所有的图形图像，其中的子画面单元(SPU)的图形图像根据阈时重叠在主视频图像上。
如图2所示，子画面包(SP_PCKS)被断续地记录在连续记录的音频包(Audio-PCKS)和视频包(Video_PCKS)中间。每一个音频和视频包的大小为2048字节。
在数据的再现过程中，子画面包经过读取然后组合为一个子画面单元(SPU)，子画面单元包括一个子画面单元头，像素数据，以及播放控制信息。
子画面单元头包含子画面单元的数据大小。像素数据包含2位深度的经过行程编码方法编码的位图数据。像素数据的调色板信息作为单独的导航信息进行记录。
光盘再现设备再现随同音频和视频数据一起的像素数据，该像素数据与音频和视频数据同步。正如上面所提到的，该设备通过利用导航信息混合图像播放主视频图像和子画面单元(SPU)的一些或全部的图形图像，其中的子画面单元(SPU)的图形图像根据阈时采用各种方式重叠于主视频图像上。
高密度只读光盘(譬如蓝光光盘(BD-ROM))的标准化正处于发展之中。现在还没有行之有效的控制记录于高密度只读光盘(譬如BD-ROM)上的图形数据的方法。
发明内容
本发明提供一种从记录介质中再现用于控制图形数据再现的数据结构的方法，包括：
从记录介质中读取至少一个图形图像信息片段和至少一个调色板信息片段，
每个调色板信息片段提供色彩信息，
每个图形图像信息片段包括再现信息以及用于搜索调色板信息片段的调色板搜索信息；
根据调色板搜索信息搜索一个调色板信息片段；以及
根据图形图像信息片段再现图形图像并根据所搜索的调色板信息片段中的色彩信息给图形图像的像素上色。
本发明还提供一种在记录介质上记录用于控制图形再现的数据结构的方法，包括：
在每个图形图像信息片段中记录用于再现图形图像的再现信息，并在每个调色板信息片段中记录色彩信息，以及从调色板搜索信息中指出一个用于为图形图像的像素上色的调色板信息片段；
在记录介质上记录至少一个图形图像信息片段和至少一个调色板信息片段。
附图说明
所包含的附图用以对本发明进行更深入的理解，说明一个采用本发明的首选实例，与说明文字一起用于对本发明的原理进行解释。
附图包括：
图1所示为按照DVD-Video标准与图形图像相重叠的主视频的图解；
图2所示为DVD-Video标准中的图形数据结构；
图3所示为一种根据本发明的用于控制高密度记录介质的图形数据的方法的实施例的图解；
图4为与不同尺寸和色彩深度的多个图形图像重叠的主数据的图解；
图5为一个流程图，用于说明一种按照本发明的用于控制图形数据的方法的实施例；
图6至8说明采用本发明的调色板信息的实施例；
图9所示为一个根据本发明的记录在高密度记录介质上的图形数据的导航信息的实施例；
图10所示为本发明的一个典型像素组；
图11所示为一个采用DVD-Video标准的图形编码格式编码/解码设备的示意图；
图12至16为本发明的编码/解码设备的第一到第五个实施例的示意图；
图17所示为本发明的用于限制经过编码的图像的数据大小的方法的流程图；及
图18为本发明的一个光盘记录和再现设备的实施例的示意图。
具体实施方式
为了对本发明进行充分的理解，现在参照附图对其典型实施例进行说明。
图3为一种本发明的用于控制一个高密度记录介质，譬如光盘的图形数据的方法的实施例的图解。一个主画面图像具有一个或多个相应的图形图像，这些图形图像具有不同尺寸和色彩深度。
如图所示，大小为1920×1080像素的主画面具有三个不同的相关图形图像，一个为1920×1080像素大小的图形图像，一个为1280×1080像素大小的图形图像，和一个为640×1080像素大小的图形图像。
这三个图形图像有不同的色彩深度。1920×1080像素大小的图形图像的色彩深度为8位，1280×1080像素大小的图形图像的色彩深度为8位或16位，而640×1080像素大小的图形图像的色彩深度为8位，16位或24位。
如图4所示，多个不同的图形图像可以同时重叠在一个主画面图像上而且这些多个图形图像可以有不同的尺寸和色彩深度。
一个光盘再现设备按照其内容确定要被重叠的各图形图像的重要性程度并以一个与重要性程度成比例的色彩深度播放此图形图像。例如，一个具有最高的图像以24位的色彩深度播放，而一个具有最低重要性的图像以8位色彩深度播放。
在图5所示的流程图中，光盘再现设备生成一个具有24位最大色彩深度的图形图像(S10)，并根据内容的重要性程度和其尺寸对图形图像的色彩深度进行调节(S11)。
如果选择了8位的色彩深度(S12)，光盘再现设备利用对应的导航控制信息生成一个8位的彩色图形图像以及调色板信息。相似的，如果选择了16位的色彩深度(S13)，光盘再现设备利用对应的导航控制信息生成一个16位的彩色图形图像以及调色板信息。
如果选择了24位的色彩深度(S14)，在S10步骤生成的图形图像的色彩深度依然保持不变。所生成的图形图像根据播放控制信息以不同的方式进行播放，如前参考图1和图2所述的内容。
在只采用一种色彩深度的情况下，当使用一种高色彩深度时，图形图像的数据量就比较大。相反的，当采用低色彩深度时，图形图像的数据量就比较小但图形图像的品质变差了。
可以通过采用可变色彩深度以消除这种缺点。换句话说，一幅图形图像的色彩深度可以根据图像尺寸，位率，数据量，目标应用或其它条件进行调整。
例如，一幅图形图像的尺寸由横向和纵向的像素数目的乘积决定；因此一个尺寸为720×480像素的图像和一个尺寸为1440×240像素的图像就认为具有相同的大小。
像素数目随着颜色采样格式(例如，Y∶Cb∶Cr＝4∶4∶4，4∶2∶2，4∶2∶0)的不同而变化，而一幅图形图像的位率可根据视频质量，音频流的数目等变化。色彩深度也可以根据这些条件进行调整。
另外，因为一幅图形图像的内容由于应用的不同而不同，色彩深度可以根据目标应用进行调整。所有的这些条件或者其中的一个可用于确定一幅图形图像的色彩深度。当多个图形图像与一幅主画面图像相连接的时候，这些图形图像可以拥有不同的色彩深度。
一幅图形图像的尺寸不能超过主画面图像的尺寸，图形图像的最大允许色彩深度为24位。
根据本发明的对高密度光盘的图形数据进行控制的方法的一个实施例采用了一个多色彩调色板结构，其中的多色彩调色板在导航区进行定义并用于图形图像。在多色彩调色板结构中，对每一种低于24位的色彩深度都定义了调色板。
在多色彩调色板结构中，可以采用如图6所示的固定尺寸的调色板，其中每一个在图形图像中使用的像素值(例如，R/G/B或者Y/Cb/Cr)都在调色板信息中进行定义。
在多色彩调色板结构中，可以采用如图7所示的带有空码的固定尺寸的调色板，其中的空码被指定为并不真正用于图形图像中的调色板的每一种色彩值，因此便减小了调色板的大小。
在多色彩调色板结构中，可以采用如图8所示的可变尺寸调色板，其中，在调色板中只对真正用于图形图像中的像素值进行定义。
调色板的查找信息，譬如调色板数目，代表几个调色板的其中一个，在每一个图形图像信息中进行定义，因此该调色板的信息可以被多个图形图像共享。
图9所示为记录于高密度记录介质(譬如BD-ROM)中的图形图像的一部分导航信息。如图9中所示，例如，包括多个调色板的调色板信息以及关于多个单独的图形图像的图形图像信息都在导航信息中进行定义。
有关多个单独图形图像的图形图像信息可能包括：数据大小、调色板数目、以及每个图形图像的色彩深度。调色板数目区可以存储一个或多个调色板的数目，因此，图形图像可以与调色板信息中的多于一个的调色板相关联。
如图所示，图形图像的信息可能还包括图形图像组的信息，而不是多个单独的图形图像的信息。这种信息可能包括和单个的图形图像的相同的图形信息。然而，图形图像组可以共享调色板信息，从而有效的减小了记录在高密度记录介质(譬如BD-ROM)上调色板信息的大小。
在另一个根据本发明的对高密度光盘的图形数据进行控制的方法的实施例中，主画面图像通过α-混合与图形图像重叠在一起。如果将一个单独混合比率指定给各像素值，与DVD-Video标准中所采用的一样，最终的数据量会变大。因此，在此实施例中，所有的像素值被分为几个像素组并且对每个像素组指定一个混合比率。
如图10所示，其值等于或小于M(例如，256)的像素被分为n个组，并为每个组指定一个单独的混合比率α(bn～b1)。此分组任务根据像素值或者颜色的特性进行。
这n个组可以通过对像素按非均匀的间隔划分得到。可以为每一个色彩调色板(例如，表现为调色板信息的一部分)，各图形图像，主视频的每一个标题或者每个播放列表指定一个单独的混合比率。
当对每个色彩调色板指定一个混合比率时，该混合比率可以通过导航信息被多个图形图像共享，如前参照图9所述的内容。
如图11中所示，利用一个行程编码器11以及一个行程解码器12，DVD-Video标准采用了一种通用的行程编码方法，以减小2位色彩深度图形图像的数据大小。在这种情况下，编码的效能随着色彩深度增加而降低。
因此，需要一种适用于高密度光盘的编码方法。在如图12所示的本发明的第一个实施例中，采用了一种离散余弦转换(DCT)的方法，其中高分辨率图形数据压缩编码成为JPEG图像。
在此实施例中，高分辨率度的图形数据被按照JPEG格式采用一个基于DCT的编码器被记录于BD-ROM 20上，该编码器包含一个前向离散余弦转换(FDCT)单元21，一个量化器22，以及一个熵编码器23，而JPEG图形图像采用一个基于DCT的解码器从BD-ROM 20上再现，此解码器包括一个熵解码器24，一个反量化器25以及一个反向DCT单元26。
在一个图形图像采用JPEG格式进行编码的情况下，该图形图像采用与静止图像的记录和控制相似的方法进行控制。该FDCT单元21将图形图像在8×8块基础上从空间域变换到频域。
量化器22对变换到频域中的数据进行量化，而熵编码器23从量化后的数据中消除空间冗余。
熵解码器24，反量化器25，以及IDCT单元26进行一个与编码过程相反的操作。为防止信息丢失可以跳过量化及反量化处理过程。
在图13所示的本发明的第二个实施例中，采用了一种预编码方法，其中高分辨率图形数据压缩编码为JPEG图像。
在该实施例中，高分辨率的图形数据按照JPEG格式采用一种无损失编码器记录于BD-ROM 30之上，这种无损失编码器包括一个预测器31和熵编码器32，而且JPEG图形图像通过包括一个熵解码器33以及一个预测器34的无损失解码器从BD-ROM30上再现。
预测器31对每一个像素计算一个预测值，并对各像素的真实值和预计值之间的差异进行编码。预测器31和34可以构建为一个单独的模块。
熵编码器32消除来自预测器31的数据的空间冗余。熵解码器33和预测器34进行编码过程的相反的操作。由于不包括量化和反量化处理，在编码过程或解码过程中没有信息丢失。
在如图14所示的本发明的第三个实施例中，采用了一种离散余弦转换(DCT)方法，其中高分辨率的图形数据根据MPEG2 I图片格式进行编码。
如前面参照图12所述，高分辨率图形数据根据MPEG2 I图片格式通过一个基于DCT的编码器记录于BD-ROM 40中，该基于DCT的编码器包括一个前向离散余弦转换(FDCT)单元41，一个量化器42，以及一个熵编码器43，且MPEG2 I图片格式化的图形图像采用一个包括一个熵解码器44，一个反量化器45，以及一个反向DCT单元46的基于DCT的解码器从BD-ROM 40上再现。
由于MPEG2 I图片格式和JPEG格式都采用DCT编码/解码方法，因此二者格式相似。然而，它们采用不同的量化和熵编码表。另外，两种方法的数位流语法也不相同。
如图15所示，在本发明的第四个实施例中，采用了一种统计编码方法，其中高分辨率的图形数据采用熵编码的方法进行编码。
在该实施例中，高分辨率的图形数据通过一个熵编码单元记录于BD-ROM50之上，该熵编码单元包含一个行程编码器51和一个可变长度编码(VCL)编码器52。图形图像采用一个熵解码单元从BD-ROM50上再现，该熵解码单元包含一个熵解码器53以及一个VCL解码器54。
在具有相同值的连续像素存在的情况下，行程编码器51根据像素值和它的行程表示这些连续的像素减小数据量。例如，像素“55533333333388888”表示为5(3)，3(9)，8(5)。
根据行程编码结果的统计，VCL编码器52为以高频率出现的值分配较短码(short-length codes)，而为低频率出现的图形分配长码(long-length codes)。可以采用在MPEG或JPEG格式中使用的霍夫曼编码或算术编码方法。
如图16所示的本发明的第五个实施例中，采用与静止图片的编码格式相同的格式对高分辨率的图形数据进行编码。
在该实施例中，高分辨率的图形数据被记录于BD-ROM 60上，而且图形图像采用静止图像的编码格式从BD-ROM 60上进行再现。
在这种情况下，流解码的结构相对简单，由于图形图像和静止图像的格式相同，单个图片编码器和解码器被静止图片处理过程和图形图像的处理过程共享。图像编码器可能为一个JPEG编码器、或者MPEG2I图片编码器等。
如前参考图12和图14所描述的本发明的第一和第三个实施例中，量化根据图17中所示的流程图进行。
生成一幅图形图像(S20)并设置一个量化步长(S21)。该图形图像根据给定的步长进行编码(S22)，而且对已进行编码的图像大小进行检测。如果该图像大小没有超过一个规定的最大数据量，经编码的图像就被纪录在光盘(S25)上；否则，步骤S22和S23在对量化步长进行调整(S24)之后重新进行。
图18所示为一个本发明的光盘记录和再现设备的实施例的示意图。如图所示，一个AV编码器9接收数据并进行编码(例如，电影的视频和音频数据，单独的音频数据，和/或静止图像数据)。AV编码器9与编码信息和流属性信息一起输出编码数据。一个多路复用器8根据编码信息和流属性信息复合该编码数据，以生成一个例如MPEG-2的传输流。一个源打包器7将来自多路复用器8的传输包按照光盘的音频/视频格式打包为源包。如图18所示，AV编码器9、多路复用器8以及源打包器7的操作由控制器10进行控制。控制器10接收用户在记录操作中的输入，并为AV编码器9，多路复用器8和源打包器7提供控制信息。例如，控制器10指示AV编码器9执行编码操作的类型，指示多路复用器8生成传输流，并指示源打包器7源包的格式。控制器10还控制一个驱动器3将从源打包器7输出的数据记录在光盘上。
控制器10还生成用于控制记录于光盘上的数据的再现的导航和控制信息。例如，根据通过用户界面所接收到的信息(例如，保存于磁盘上的，采用计算机系统通过内联网或国际互联网提供的指令集等)，控制器10控制驱动器3以在光盘上记录图9所示的数据结构。
在再现过程中，控制器10控制驱动器3以再现这种数据结构。根据其中所包含的信息，以及通过用户界面(例如，在记录和再现设备或一个与设备相连的远程控制器上的控制按钮)所接收到的用户输入信息，控制器10控制驱动器3以从光盘上再现数据。例如上面对本发明实施例所进行的讨论中，一个或多个静止图像可以根据在静止信息文件中所包含的导航信息进行再现。
再现的源包通过一个源解包器4进行接收并被转换成一个数据流(例如，一个MPEG-2格式的传输包流)。一个多路分解器5将数据流多路分解为编码数据。一个AV解码器6对编码数据进行解码生成提供给AV编码器9的原始数据。在再现过程中，控制器10控制源解包器4、多路分解器5以及AV解码器6的操作。控制器10接收用户在再现操作中的输入，并为AV解码器6、多路分解器5以及源解包器4提供控制信息。例如，控制器10指示AV解码器9执行解码的类型，指示多路分解器5多路分解传输流，并指示源解包器4源包的格式。
尽管图18已经说明了一个记录和再现设备，可以理解采用图18中的这些提供记录或再现功能的部分可以提供单独的记录或者单独的再现设备。
本发明的用于高密度光盘的图形数据的高密度记录介质的数据结构，方法以及设备使得高分辨率的图形图像可以以不同尺寸和色彩深度重叠在从高密度光盘上再现的主视频上。
尽管上面通过有限个实施例对本发明进行了解释，本领域技术人员按照本发明的教导，应该理解可以对其进行很多修正以及改变。例如，尽管在几个实施例中就蓝光光盘进行了描述，本发明并不局限于光盘的这种标准或者这种光盘。这意味着所有的这些修正以及改变都属于本发明的精神和范畴之中。

Claims (16)

1、一种从记录介质中再现用于控制图形数据再现的数据结构的方法，包括：
从记录介质中读取至少一个图形图像信息片段和至少一个调色板信息片段，
每个调色板信息片段提供色彩信息，
每个图形图像信息片段包括再现信息以及用于搜索调色板信息片段的调色板搜索信息；
根据调色板搜索信息搜索一个调色板信息片段；以及
根据图形图像信息片段再现图形图像并根据所搜索的调色板信息片段中的色彩信息给图形图像的像素上色。
2、如权利要求1所述的方法，其中的再现信息识别一个调色板信息片段用以再现一个或多个图形图像。
3、如权利要求2所述的方法，其中的两个或多个图形图像信息片段包含识别相同的调色板信息片段的再现信息。
4、如权利要求1所述的方法，其中
每个调色板信息片段都有一个标识符；再现信息采用调色板信息片段的标识符对调色板信息片段进行识别。
5、如权利要求1所述的方法，其中的调色板信息片段包含一个指示与色彩信息相关的不透明程度的混合比率。
6、如权利要求1所述的方法，其中的调色板信息片段包含一个用于指示与色彩信息相关的透明程度的混合比率。
7、如权利要求1所述的方法，其中的记录介质为BD-ROM。
8、如权利要求1所述的方法，其中的两个或多个图形图像信息片段共享同一个调色板信息片段。
9、一种在记录介质上记录用于控制图形再现的数据结构的方法，包括：
在每个图形图像信息片段中记录用于再现图形图像的再现信息，并在每个调色板信息片段中记录色彩信息，以及从调色板搜索信息中指出一个用于为图形图像的像素上色的调色板信息片段；
在记录介质上记录至少一个图形图像信息片段和至少一个调色板信息片段。
10、如权利要求9所述的方法，其中的再现信息识别一个调色板信息片段用以再现一个或多个图形图像。
11、如权利要求10所述的方法，其中的两个或多个图形图像信息片段包含识别相同的调色板信息片段的再现信息。
12、如权利要求9所述的方法，其中
每个调色板信息片段都有一个标识符；再现信息采用调色板信息片段的标识符对调色板信息片段进行识别。
13、如权利要求9所述的方法，其中的调色板信息片段包含一个指示与色彩信息相关的不透明程度的混合比率。
14、如权利要求9所述的方法，其中的调色板信息片段包含一个用于指示与色彩信息相关的透明程度的混合比率。
15、如权利要求9所述的方法，其中的记录介质为BD-ROM。
16、如权利要求9所述的方法，其中的两个或多个图形图像信息片段共享同一个调色板信息片段。
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