CN101682793A - 创建三维图形数据 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在图形系统中创建图形流的方法，该图形流允许形成三维图形数据且由段组成。所述图形流被划分为至少第一段和第二段，该第一段包括二维图形数据且该第二段包括用于所述二维图形数据的深度图。该图形流可以由解码器解码以便形成两个数据序列，这两个数据序列被分离地输出到显示设备以便呈现用于三维视频图像的三维字幕或图形图像。

Description

创建三维图形数据
技术领域
本发明涉及用于创建数据流的方法，该数据流可以由解码器解码以形成可以在显示器的屏幕上显示的三维图形流。本发明还涉及相应的解码方法、解码器、计算机程序产品、记录介质、机顶盒、数字化视频光碟(DVD)播放器以及数字电视。
背景技术
诸如计算机显示器或电视之类的图形显示设备一般用来向设备的用户显示二维或三维对象。典型地，要向用户显示的音频/视频(AV)片断包括视频流、至少一个音频流以及图形流。该视频流对应于电影的移动画面，音频流对应于电影的音频以及图形流典型地对应于电影的字幕或菜单数据。
三维(3D)视频的引入例如在电影发行领域为创造性内容的创造者创造了新的机会。随着新型自动立体显示器的引入以及对现有技术的改进(如具有高刷新速率的监视器)，3D视频正经历着复兴。
蓝光碟(BD)是用于高清晰度(HD)视频和数据的高密度存储的光碟格式。蓝光标准是由称为蓝光碟协会(BDA)的消费者电子产品及个人计算机(PC)公司的团队联合开发的。
图1示出了图形系统的主要元件，在这种情况下，该系统根据蓝光标准进行操作。图1中示出了BD 101，其在说明书中被称作BD-ROM 101。该BD-ROM 101适于存储诸如3D视频片断之类的数据。然后示出了BD播放器103，其还被称为重放单元，其能够解码来自BD-ROM 101的数据。BD播放器103支持以下音频及视频编解码器中的至少一个：MPEG-2、MPEG-4和H.264/AVC。BD播放器103也可以被布置为将数据记录到BD-ROM 101上。播放器103连接到包括屏幕的显示器单元105。在这种情况下，该显示器单元105是电视105。
图2示出了图形解码器200的框图的一个实例，该图形解码器可以用来解码2D或3D图形数据流。在本实例中，解码器200物理地定位在BD播放器103中。
包括数据段的数据流首先到达编码数据缓冲器201。数据流包括以下功能段类型：呈现组成段(PCS)、窗口定义段(WDS)、色调定义段(PDS)、对象定义段(ODS)以及显示结束段(END)。
ODS是用于定义图形对象的功能段。该图形对象位于被称作object_data_fragment(对象数据片段)的字段中。ODS还包括其他字段，例如用于标识该图形对象的object_ID(对象ID)字段。
PDS是用于定义用于颜色转换的色调的功能段。该PDS包括示出了1到255的像素代码的组合以及像素值的数据。这里提到的像素值由透明度(T值)、红色差值分量(Cr值)、蓝色差值分量(Cb值)以及亮度分量(Y值)构成。
WDS是用于定义图形平面上的区域的功能段。随后将解释该图形平面的含义。图形平面上的矩形区域被称作窗口，其由WDS来定义。
END是指示数据序列的传送已完成(即与显示集有关的所有段都已经被解码)的功能段。
PCS是用于组成可以与移动图像同步的屏幕的功能段。该PCS还定义了图形平面上的图形显示的外观。
数据流中的不同的段类型的数量可以根据所传送的图形对象而变化。例如，可以具有若干个ODS，但仅仅一个PCS。不同的段类型通过使用这些段中的不同标识符(如对象标识，窗口标识或色调标识)而链接在一起。一个图形流还形成了显示集。例如国际专利公开WO2005/006747公开了关于这些功能段的更多详细内容。
图形处理器203在由与数据段相关联的系统时戳所限定的时刻处从编码数据缓冲器中提取数据段以便创建数据序列。当PCS、PDS以及WDS到达图形处理器时，它们被解码到组成缓冲器205中。当ODS到达图形处理器203时，该图形处理器解码这些ODS以便获得具有索引颜色的未压缩图形，并且将该未压缩图形传输到对象缓冲器207。
图形控制器209负责根据PCS中的描述将图形图像组合到图形平面211上。基于PCS中的数据字段，图形控制器也提供与对象缓冲器207中的裁剪图形对象有关的信息。因而，功能段被解码并且图形对象在称作窗口的限制区域内组合到图形平面211上。
基于从图形控制器209获得的信息，颜色查找表(clut)块213在从对象缓冲器207获得的未压缩图形上执行颜色转换。为了这个目的，图形控制器209也连接到颜色查找表块213。
然后将图形流输出到显示器105。
然而，将3D视频和3D图形引入到这种图形系统中通常需要改变用于视频的MPEG标准，并且也需要改变图形系统。例如对于在蓝光图形系统中包括3D图形就是这样。这种变化比较麻烦。
因此，希望找到一个简单的方案来将3D图形包括到现有的图形系统之内而不需要改变现有系统的规范。
发明内容
本发明旨在达到上述目的。
根据本发明的第一方面，提出了一种在图形系统中的方法，该方法用于创建允许形成三维图形数据的数据流，该数据流包括段。所述方法包括：
形成包括至少第一段和第二段的数据流，该第一段包括二维图形对象且第二段包括与所述二维图形对象有关的信息，以允许通过将由解码器分别从所述第一段和第二段获得的至少第一数据序列和第二数据序列相组合来获得三维图形数据。
本发明的实施例的一个优点是可以将3D图形数据添加到图形系统中而不用改变系统标准。
根据本发明的第二方面，提供了一种在图形系统中的、用于解码数据流的方法，其中该数据流包括至少第一段和第二段，第一段包括二维图形数据且第二段包括与所述二维图形对象有关的信息，该方法包括：
接收数据流；
根据第一段形成第一解码数据序列，且根据第二段形成第二解码数据序列；以及
将第一解码数据序列和第二解码数据序列输出到显示器单元，以便通过将该第一解码数据序列和第二解码数据序列相组合来呈现三维图形数据。
根据本发明的第三方面，提供一种包括指令的计算机程序产品，该指令在被加载到图形系统的计算机装置上且运行时实施根据本发明第一和第二方面所述的方法。
根据本发明的第四方面，提供一种其中存储了指令的记录媒体，该指令在被加载到记录媒体的计算机装置上且运行时实施根据本发明第一和第二方面所述的方法中的步骤。
根据本发明的第五方面，提供一种用于解码数据流的解码器，其中该数据流包括至少第一段和第二段，该第一段包括二维图形对象，且该第二段包括与所述二维图形对象有关的信息，该解码器包括：
用于接收数据流的接收器；
用于根据第一段形成第一解码数据序列的处理器以及用于根据第二段形成第二解码数据序列的装置；以及
用于将第一解码数据序列和第二解码数据序列输出到显示器单元、以便通过将该第一解码数据序列和第二解码数据序列相组合来呈现三维图形数据的装置。
根据本发明实施例的另一个优点是所提供的解码器被布置为通过仅使用一个处理器来解码图形对象以及与图形对象有关的信息。
根据本发明的第六方面，提供一种机顶盒，其包括根据本发明第五方面所述的解码器。
根据本发明的第七方面，提供一种DVD播放器，其包括根据本发明第五方面所述的解码器。
根据本发明的第八方面，提供一种数字电视，其包括根据本发明第五方面所述的解码器。
附图说明
通过参考附图，本发明的其它特征和优点将根据以下对非限制的示范实施例的描述而变得明显，其中：
图1示出了本发明实施例可以存在其中的环境；
图2是是被布置为解码图形流的解码器的框图；
图3是根据本发明实施例的被布置为解码数据流的解码器的框图；
图4是描述根据本发明实施例的解码数据流的方法的流程图；
图5是示出了根据本发明实施例来创建图形流的方法的框图。
具体实施方式
下文将参考附图、在蓝光图形系统的上下文中更详细地描述本发明的一些非限制实施例。然而，需要注意的是，本发明并不受限于此环境，本发明的示教也同样地适用于其它类型的图形系统。
根据本发明的实施例，创建数据流，在本实例中，该数据流包含两个ODS，一个PCS，一个WDS，一个PDS和一个END段。在这种情况下，数据流由BD播放器创建。现在，第一ODS在其object_data_fragment(对象数据片段)字段中包含2D图形对象，且第二ODS在其object_data_fragment(对象数据片段)字段中包含所述2D图形对象的深度图。需要注意的是，第二段同样可以包含用于2D图形对象的音频信息或其它交互信息来代替深度图。此外，这两个ODS的顺序并不受限制，且第一ODS也可以包含深度图而第二ODS可以包含图形对象。PCS、WDS和PDS包含用于进一步限定包含在ODS中的数据的信息。END段用来指示显示集的传送已完成。数据流由段组成且这些段进一步形成显示集。END段并不包含任何段数据，并且在END的内容已经被解码之后并不存储在解码器的任何缓冲器中。所创建的图形流然后被存储在BD-ROM 101上。
需要注意的是，数据流可以包含两个以上的ODS，而且在那种情况下，对于每个包含2D图形对象的ODS来说，都会有相对应的包含深度图信息的ODS。数据流中ODS的数量可能不取决于PCS或WDS的数量。
在本实例中，数据流包括可以作为字幕而重叠在相关联的视频图像上的图形对象。因此，该数据流是蓝光标准的高清晰度电影(HDMV)模式的呈现图形流。HDMV模式也提供交互图形流，该交互图形流包含提供一系列交互显示所需的信息，该交互显示以帧精确度而出现和消失，并且是相关联的HDMV呈现的补充。在解码器中，需要分开的图形平面用于呈现图形流的对象以及交互图形流的对象。在将图形显示重叠在相关联的视频图像上之前，将图形图像组合到图形平面上以形成该图形显示。随后会更详细的解释这个过程。
下面参考图3和5的框图以及图4的流程图描述解码器的操作。
图3示出了根据本发明实施例的图形解码器300，其被布置为解码存储在BD-ROM 101上的信息。该解码器300物理地定位在BD播放器103中。
编码数据缓冲器301、组成缓冲器305、对象缓冲器307、图形平面311以及颜色查找表块313如图2中的对应块那样进行操作。然而图形处理器303和图形控制器309的操作不同于在图2的方案中的操作。还示出了图2的解码器中不存在的深度平面317以及第二颜色查找表块319。解码器300可以用于解码2D或3D数据流。在这种情况下，解码器103物理地定位在BD播放器103中。
首先在步骤401中，将存储在BD-ROM 101上的信息读取到编码数据缓冲器301中。到达编码数据缓冲器301的数据流包括下列先前已描述过的功能段：即一个PCS、一个WDS、一个PDS、两个ODS以及一个END。数据段在该数据流中的顺序不受限制，只要END段是所述流中的最后一段即可。然后，在步骤403中，图形处理器303在由与数据段相关联的系统时戳所限定的时刻从编码数据缓冲器301提取数据段。接下来，在步骤405中，图形处理器303识别出彼此不同的段类型。
如果当前段不是ODS，那么在步骤407中，将该当前段解码到组成缓冲器305中。从而所述PCS，WDS和PDS由图形处理器303解码到组成缓冲器305中.
然而，如果在步骤405推断出当前段是ODS，那么在步骤409考虑当前段是否包含深度图。如果是这样的情况，则在步骤411中，对深度图进行解码并将其传输到深度图缓冲器(DMB)315。如果是相反的情况即所述ODS包含2D图形对象，那么对该2D图形对象进行解码以便获得具有索引颜色的未压缩图形，然后在步骤413中，图形处理器303将该未压缩图形传输到对象缓冲器(OB)307。
然后在步骤415中，将组成缓冲器305中的数据传输到图形控制器309。然后在步骤417中，基于从PCS和WDS解码的信息，图形控制器309指令对象缓冲器(OB)307和图形平面(GP)311在图形平面311上形成图形显示。同样地，图形控制器309指令深度图缓冲器(DMB)315和深度平面(DP)317在深度平面311上形成深度显示。由图形控制器309提供的信息包括例如与在图形或深度平面上裁剪及定位图形或深度显示有关的信息。国际专利公开WO2005/006747公开了如何可以获得图形显示的进一步细节。
接下来在步骤419中，基于从图形控制器309获得的信息在深度平面317上组合深度显示。类似地，在步骤421中，在图形平面311上组合图形显示。解码器300实施流水线解码模型，以使得图形显示和深度显示可以分别在图形平面和深度平面上组装，并同时将新的图形数据以及深度图数据分别解码到对象缓冲器307和深度图缓冲器317中。
在步骤423中，图形控制器309指令颜色查找表313、319以便形成颜色转换。然后在步骤425中，基于这些指令，在颜色查找表319中将深度显示变换成全色和透明，且在步骤427中，在颜色查找表313中将图形显示变换成全色和透明。
然后在步骤429中，将来自颜色查找表319的深度显示传送到电视机105以便将该深度显示重叠到相关联的视频图像上。同样地，在步骤431中，将来自颜色查找表313的图形显示传送到电视机105以便将该图形显示重叠到相关联的视频图像上。从而，这两个来自颜色查找表313、319的不同数据流被分离地输出到电视机105以便将3D字母重叠到3D视频上。然后解码处理将再次开始。当新的ODS到达图形处理器303时，其随后被解码到对象缓冲器307或深度图缓冲器315，且然后可以在图形平面311或深度平面317上组装新的显示。
图5示出了包含在图形平面311和深度平面317上的数据。在图5中示出了一个PCS，其除了包括其他字段之外，还包括两个composition_object(组成对象)字段，即composition_object(1)(组成对象(1))501a和composition_object(2)(组成对象(2))501b。composition_object(1)(组成对象(1))501a包括用于裁剪图形对象并且将其定位在图形平面311上的信息。同样地，composition_object(2)(组成对象(2))501b包括用于裁剪深度图并且将其定位在深度平面317上的信息。
图5中还示出了一个WDS503，其定义两个窗口，即窗口(1)503a及窗口(2)503b。在这种情况下，窗口(1)503a定义用于2D图形对象的窗口，且窗口(2)503b定义用于深度图信息的窗口。该窗口(1)503a和窗口(2)503b包括关于如何在图形平面311或深度平面317上定义区域(被称为窗口505a、505b)的信息。在这种情况下，窗口(1)503a和窗口(2)503b定义了矩形窗口。该窗口(1)503a和窗口(2)503b定义了窗口505a、505b在图形和深度平面上的垂直和水平位置以及窗口505a、505b的高度和宽度。在这种情况下，窗口505a和505b大小相同，但也并非必须如此。如果窗口505a和505b被定义为不同大小，那么较大的窗口可以包含一些填充位。
本发明同样涉及计算机程序产品，其在加载到图形系统的计算机装置上且运行时能够实施本发明实施例的任何方法步骤。
本发明同样涉及集成电路，其被布置为执行根据本发明实施例的任何方法步骤。
本发明同样涉及记录媒体，其在加载到记录媒体的计算机装置上且运行时能够实施本发明实施例的任何方法步骤。
本发明同样涉及包括解码器300的机顶盒。
本发明同样涉及包括解码器300的DVD播放器。
本发明同样涉及包括解码器300的数字电视105。
虽然已经在附图及前述描述中图示及详细描述了本发明，但是这些图示和描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明并不受限于公开的实施例。
在实践所要求保护的发明时，本领域技术人员可以通过研究附图、说明书及所附权利要求理解和实现所公开实施例的其他变体。在权利要求中，单词“包括”不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”并不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求里记载的若干项的功能。在不同的从属权利要求中记载不同的特征并不表明这些特征的组合不能被有利地使用。
计算机程序可以存储/分布在与其一起提供的或提供作为其他硬件的一部分的合适介质上，但也可以以其他形式分配，比如通过英特网或者其他有线或无线的通信系统。权利要求里的附图标记不应该被解释为限制本发明的范围。

Claims (13)

1.一种用来在图形系统中创建数据流的方法，该数据流允许形成三维图形数据并且包括段，该方法包括：
形成包括至少第一段和第二段的所述数据流，该第一段包括二维图形对象且该第二段包括与所述二维图形对象有关的信息，以允许通过将由解码器分别从所述第一段和第二段获得的至少第一数据序列和第二数据序列相组合来获得三维图形数据。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第二段包括用于所述二维图形对象的深度图和/或音频数据。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一段和第二段是根据蓝光碟标准的对象定义段。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述数据流包括用于将字幕重叠在三维图像上的信息和/或用于为三维图像提供菜单特征的信息。
5.一种用于在图形系统中解码数据流的方法，其中所述数据流包括至少第一段和第二段，该第一段包括二维图形数据且该第二段包括与所述二维图形对象有关的信息，该方法包括：
接收所述数据流；
根据所述第一段形成第一解码数据序列，且根据所述第二段形成第二解码数据序列；以及
将所述第一解码数据序列和第二解码数据序列输出到显示器单元以便通过组合该第一解码数据序列和第二解码数据序列来呈现三维图形数据。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述图形系统包括处理器(303)、第一缓冲器(307)、第二缓冲器(315)、第一存储器(311)以及第二存储器(317)，所述方法还包括将所述第一数据序列从所述处理器(303)通过所述第一缓冲器(307)传输到所述第一存储器(311)，且将所述第二数据序列从所述处理器(303)通过所述第二缓冲器(315)传输到所述第二存储器(317)。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述图形系统还包括第三缓冲器(305)，且所述数据流还包括窗口定义段(503)、呈现组成段(501)以及色调定义段，所述方法还包括通过所述处理器(303)将所述窗口定义段(503)、呈现组成段(501)以及色调定义段解码到所述第三缓冲器(305)。
8.一种包括指令的计算机程序产品，该指令在被加载到图形系统的计算机装置上且运行时实施权利要求1到7的任意一项所述的方法的步骤。
9.一种其上存储了指令的记录媒体，该指令在被加载到所述记录媒体的计算机装置上且运行时实施权利要求1到7的任意一项所述的方法的步骤。
10.一种解码数据流的解码器(300)，其中所述数据流包括至少第一段和第二段，该第一段包括二维图形对象且该第二段包括与所述二维图形对象有关的信息，该解码器包括：
用于接收所述数据流的接收器(301)；
用于根据所述第一段形成第一解码数据序列的处理器(303)以及用于根据所述第二段形成第二解码数据序列的装置；以及
用于将所述第一解码数据序列和第二解码数据序列输出到显示单元(105)以便通过将该第一解码数据序列和第二解码数据序列相组合来呈现三维图形数据的装置。
11.一种机顶盒，其包括权利要求10所述的解码器。
12.一种DVD播放器，其包括权利要求10所述的解码器。
13.一种数字电视(105)，其包括权利要求10所述的解码器。
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