CN1101633C - 采用彩色逼真模式产生屏幕显示消息的设备和方法 - Google Patents

Abstract

通过构成定义一组“彩色逼真象素”的OSD位流来产生OSD消息的设备和伴随的方法。该OSD位流包括OSD首标和OSD数据。OSD单元从由译码/显示系统编程的该OSD首标恢复象素控制信息。该OSD首标包括用于编程该OSD单元的彩色调色板并提供处理OSD数据的指令的信息。如果在OSD首标中启动了“彩色逼真模式”，则该OSD单元将绕过该调色板并将该OSD数据作为彩色逼真象素处理。因为在一对相继象素之间公用同样的色度分量，每个相继的四个OSD数据字节组表示两个OSD象素的实际色度和亮度级。

Description

采用彩色逼真模式产生屏幕显示消息的设备和方法

本发明涉及采用彩色逼真模式产生屏幕显示(OSD)消息的方法和设备。更具体地说，本发明涉及通过把OSD数据作为彩色逼真象素代替对整个OSD调色板的指针来增加可利用的彩色数量的方法和设备。

在用户电子产品中屏幕显示消息起着重要的作用，对用户提供指他们全部使用的菜单和该产品的结构。OSD的其它重要特征包括提供闭合字幕(Closed Captioning)和信道标识(logos)显示的能力。

然而，数字视频技术标准的变化引起了产生和显示OSD消息总量增加的问题。例如，特殊的高清晰度电视(HDTV)规格，与在一个窗中最多128个字符的现在美国全国电视制式委员会规格相比，HDTV在四个窗中必须显示高达216个字符。这些新的规格对用于译码和显示电视信号(比如，HDTV，NTSC，MPEG，等)的译码/显示系统设置了重大的压力，它们必须对输入的编码数据流译码，并以最小的延迟将该译码的数据提供给显示系统。因为OSD消息必须用视频数据显示(重叠)，该译码/显示系统的微处理器必须指定一个存贮器的带宽部分，以执行OSD功能，从而增加了译码/显示系统的存贮器带宽需要和总的计算开销。

因此，译码/显示系统的OSD单元包括一个有限大小的调色板，以便减小硬件需求和存贮器访问。即，该OSD单元采用使用一组寄存器(入口)。其中每个入口包含一个OSD象素的色度和亮度级的表示。通过编码这些地址(目录)到该调色板作为OSD数据，译码/显示系统能够减少存贮器访问和硬件需要。

然而，这些系统有对于OSD消息的显示可利用的彩色数量的限制。因为该调色板具有固定的尺寸，不能很好的适用于对后来增加彩色的数量的支持可能需要的标准变化。例如，为了将彩色的数量从16增加到256(标准VGA)，将需要将240个额外的寄存器加到调色板上，而现在只支持16个入口。

对该调色板增加寄存器的数量确是可能的，但并不符合成本效益，可能引起定时问题(特别是对于高的调色板访问速率)和其它集成电路(IC)设计问题(例如，增加了IC上的面积)。而且，用固定大小的调色板来更新现有的译码/显示系统是困难和昂贵的。

因此，需要一种方法和设备，用于增加对于OSD消息可利用的彩色的数量，而并不增加译码/显示系统的硬件需要，比如OSD调色板的尺寸。

本发明涉及，通过构成具有一组“彩色逼真”象素的有效OSD位流，来产生OSD消息的设备及其伴随的方法。

更具体地说，根据本发明，一个OSD单元从存储装置恢复OSD位流。该OSD位流包含OSD首标和OSD数据。该OSD首标包含用于编程该OSD单元的彩色调色板并提供关于OSD数据处理的指令的控制信息。该控制信息是由译码/显示系统的处理器编程的。如果在OSD首标中启动该“彩色逼真模式”，则该OSD单元绕过该调色板，将该OSD数据作为彩色逼真象素处理。即，每个相继的3个OSD数据字节的组代表一个OSD象素的实际色度和亮度级。

为了进一步减少存贮器带宽的需要，对于下一个象素重复同样的色度分量。因此，每个OSD象素只由16位数据有效地表示。

现在将根据附图描述本发明的这些和其它方面。

在附图中：

图1是根据本发明的一方面的包括OSD单元的译码/显示系统的框图；

图2是使用彩色逼真模式表明采样OSD象素位流的结构的框图；和

图3是表示用彩色逼真模式构成有效OSD位流的方法的流程图。

图1表示对于电视信号100的译码/显示系统(以后称为译码系统)的框图。该译码系统包括处理器130，随机存取存贮器(RAM)140，只读存储器(ROM)142，OSD单元150，视频译码器160，和混合器170。将混合器170的输出经路径180耦合到显示装置190。

下面根据MPEG标准，ISO/IEC国际标准11172(1991)(一般称为MPEG-1格式)和13818(1995)(一般称为MPEG-2格式)来描述本发明。然而，本领域的技术人员将认识到，可将本发明应用到或用于实现其它编码/译码格式的其它译码系统。

在该最佳实施例中，译码系统100对各种数据流(位流)120执行实时的声频和视频去压缩。该位流120可包括按照MPEG-1和MPEG-2标准编码的声频和视频基本流。由编码器(未示出)产生该编码位流120，并通过通信信道发送到该译码系统。该编码位流包含一组图像的编码表示，并可包括与这些图像相关的声频信息，比如，多媒体数据流。该多媒体源可以是HDTV台，视盘，有线电视台等。依次，译码系统100对该编码位流译码，以产生一组译码图像，以便在显示器190上与相关的声频信息同步地显示。然而，对于本发明的目的，译码系统100的声频译码功能是不相干的，因此未讨论。

更具体地说，处理器130接收位流120和位流110作为输入。位流110可包括各种控制信号和未包括在位流120中的其它数据位流。例如，可将信道译码器或传输单元(未示出)配置在传输信道和译码系统100之间，以实现数据分组的语法分析和向数据流或控制流的发送。

在该最佳实施例中，处理器130执行各种控制功能，包括但却不限于，提供控制数据给视频译码器160和OSD单元150，管理对存贮器的访问和控制该译码图像的显示。尽管本发明描述了单个的处理器，但本领域的技术人员会知道，该处理器130可包括各种专用的装置以管理特定的功能，例如，存贮器控制器，微处理器接口单元等。

处理器130接收位流120，并经视频译码器160将这些数据分组写入存贮器140。在经存贮器数据总线传送到存储器之前，该位流可选择地通过先进先出[First-In-First-out(FIFO)]缓存器。另外一般还有另一个存贮器(未示出)，它只由处理器130使用。

存储器140用于存储一组数据包括压缩的数据，译码图像和OSD位表。照此，一般将该存贮器映像到各种缓存器，例如，用于存储压缩数据的位缓存器，用于存贮OSD位表的OSD缓存器，用于存贮图像帧的各种帧缓存器，和用于存贮译码图像的显示缓存器。

根据MPEG标准，视频译码器160译码在存贮器140中的该压缩数据，以便在该存贮器中重建该编码图像。在一些情况，该译码图像是一个差信号，将其加到存贮的标准图像，以便根据编码该图像所用的压缩技术产生实际的图像(例如，方便于译码运动补偿图像)。一旦重建了图像，在显示前经混合器170存储在显示缓存器中。

同样，OSD单元150使用存贮器140以便存储该OSD位表或OSD规范。该OSD单元使用户(制造者)为重叠到该译码图像上的每一场定义位表。该OSD位表可包含存贮在存贮装置如ROM中的关于特定用户电子产品的结构和选择的信息。另一方面，该OSD位表可包含有关从有线电视，视盘等发送的闭合字幕和信道信息单元的信息。将OSD位表定义为可编程位置和大小的一组区(一般为矩形)，其中每个具有一个唯一的可用彩色的调色板。

为了用户指定的目的将该OSD位表写入存贮器140的OSD缓存器。然而，本领域的技术人员将认识到，ROM142或其它等效的存储装置也可用于这个功能。

当为一个帧的特定图像启动该OSD功能时，处理器130操作在存贮器140中的数据，以产生OSD位流。该OSD位流包括OSD首标和OSD数据(定义该OSD象素的数据)。

更具体地说，处理器130编程(格式化和存贮)在存贮器140中的OSD首标。该OSD首标包括有关顶和底OSD场位表的位置，调色板数据，对下一个首标块的指针，和包括OSD分辨率，彩色和压缩的各种显示模式的信息。一旦编程了该OSD首标，该处理器130可根据特定的实施方案操作在存贮器140中的OSD数据。例如，根据选择的模式格式化该OSD数据，比如下面讨论的彩色逼真模式。另外，该处理器可简单地用对该存贮器中的OSD数据的指针编程该OSD首标，这里无修改地恢复了该存贮的OSD数据以形成该OSD位流。

然后，处理器130报告启动状态，例如，OSD起动，给OSD单元150，它通过请求处理器130访问在存贮器140里存贮的OSD位流来响应。当该OSD单元读出该OSD首标，每个跟随有它们相关的OSD数据时，就形成和恢复了该OSD位流。在接收该OSD位流之后，该OSD单元根据指令或在该OSD首标中的选择模式处理该OSD象素数据。然后该OSD单元等待一对显示计数器(未示出)，以获得标识在显示器上用于插入该OSD信息的正确位置。在该位置上，该OSD单元将它的输出送到混合器170。该OSD单元150的输出是代表在显示屏上的各自亮度和色度的数字字的流或序列。当需要保持流经该OSD单元的必要数据(OSD位流)时可请求新的存贮器访问，以生成综合的OSD显示。当从该存贮器中读出现在OSD区域的OSD象素数据的最后一个字节时，读出下一个OSD首标，重复该处理直到包括本帧的最后一个OSD区。

在本领域的技术人员会理解，上述的构成和恢复OSD位流的顺序是可改变的。例如，当处理器正格式化该OSD数据时，可从存贮器中读出该OSD首标，或者在未恢复整个OSD位流的情况下，或该OSD单元可将该OSD数据处理和显示为OSD消息。

因为将OSD象素数据重叠到该译码图像上，该混合器170选择地将译码图像与该OSD象素数据混合或多路复用。即，该混合器具有在每个象素位置显示OSD象素，该译码图像的象素，或两种象素的组合(混合)的能力。这种能力使得能显示闭合字幕(只有OSD象素数据)或在译码图像上显示透明的信道标识(OSD象素和译码图像象素二者的组合)。

视频译码器160和OSD系统150二者形成代表各组亮度和色度分量的数字字的流或序列。将这些视频分量表示数字字的序列经混合器170耦合到数-模转换器(DAC)185。将该亮度和色度表示数字字通过各自的DAC部分转换为模拟亮度和色度信号。

可将该OSD单元150用于在可显示的屏幕的任何部分上显示用户定义的位表，而与起动的视频区域的大小和位置无关。对于每个场可独立地定义这个位表，规定为一个OSD区域的集合。一个区域通常是由它的边界规定的矩形区，由位表定义它的内容。每个区域有一个与之相关的调色板，定义了一组可在该区中使用的彩色(比如4或16个彩色)。如果需要，这些彩色的一个可以是透明的，使得如上所述显示其整个的背景。

尽管调色板的使用对于低分辨率OSD实施的计算开销提供了显著的节省，但它不能按照高分辨率OSD实施的要求提供必要的显示分辨率。例如，与在调色板上可利用的彩色相比，该OSD消息可需更多的彩色，将调色板中所谓可利用的彩色限定为在该调色板上的整个数量(或实际的寄存器)。

图2表示采用彩色逼真模式的采样OSD位流200的结构。该OSD位流包括一组OSD首标210，每个跟随有OSD数据220。在一个实施例中，该首标是由5个64位字构成，跟随着任何数量的64位OSD数据(位表)字。该OSD首标210包括与该OSD区坐标214相联系的信息，对于特定OSD区的调色板的各种入口216，和各种功能码(位)212。在本领域的技术人员会理解，该OSD首标可是任何长度。一个较长的首标可提供更多的信息和选择，例如，具有更多入口的调色板，但以更高的计算开销为代价，即，需要更多的读和写周期来实施OSD功能。事实上，该OSD首标的内容是特定实施例的表示，且不限于图2中所示的具体装置。

该OSD区坐标214包括OSD区的左和右边缘的位置，即，行开始和停止装置，列开始和停止位置。对于隔行显示，该区坐标包括对应的OSD区的顶和底场象素位表的位置(指针)。最后，该OSD区坐标214包括对存贮器中的下一个首标块的指针。

调色板信息216包括一组入口，其每个入口包含OSD象素的色度和亮度级的表示。将调色板信息216用于编程该OSD调色板。因为每个OSD首标包括调色板信息216，故对于每个OSD首标和它的相关的OSD数据字节可选择地改变其可利用的彩色。每个调色板入口可包括16位数据，即，6位亮度Y，4位色度(色差信号)C_b，和4位亮度(色差信号)C_r。将其余的两位用于执行与本发明相关的各种显示选择。在一个实施例中，在需要4位寻址每个入口的调色板上有16个入口。

功能码(位)212包括与各种模式有关的信息，包括但不限于，显示选择和OSD位流选择。在该最佳实施例中，该功能位包括一个单一的位用于表示“彩色逼真模式”是否起动。

OSD数据220包括位表数据，以从左向右和从顶到底的顺序。一般将该OSD数据用于定义在该位表成象中的每个象素的彩色变址(index)。在该最佳实施例中，如果起动了“彩色逼真模式”，则OSD数据220包括彩色逼真象素(彩色逼真格式)而不是对调色板的变址(indices)。在该彩色逼真格式中，该OSD数据流由亮度分量的一个字节(r)222组成，跟着有色度分量的两个字节(色差信号C_b224和C_r226)，后跟有亮度分量的另一字节(228)。如图2中所示，对于相继的象素重复这个模式。将每个字节的长度一般设为8位，从而支援成百万的可能彩色组合。

对于这种操作模式，如上所述，OSD单元150简单地绕过该OSD调色板将彩色逼真象素直接传送给混合器170。此外，为了支援“透明象素”(示出来自视频译码器的译码图像而不是在OSD区域中的OSD象素)，将Y分量都置成“0”。这种设置使混合器170用来自译码图像的对应象素代替该OSD象素。

而且，该彩色逼真模式通过对于该位表中的下一个象素重复该相同的色度分量，使得减少了存贮器带宽要求。即，一对相继的象素公用同样的色度分量。

为了说明，图2示出了一组定义象素的数据字节(象素数据)231-234，其中每个象素数据结构是24位长(8位Y，8位C_b，和8位C_r)。然而，象素231和232公用同样的色度分量224和226。对于相继的象素对重复这一模式，从而有效地只需16位数据来表示一个单一的象素(以32位数据代表2个象素)。

这种操作模式使得处理器130获得了必须从存贮器传送到该OSD单元的数据量的33％的节省，即，减小了该OSD位流的大小。更重要的是，在不增加该OSD调色板的尺寸的情况下，大大地增加了对于每个OSD区域的可利用彩色的数量。事实上，即使有硬件需求上的增加，也是极少的。

图3表示用彩色逼真模式构成OSD位流的方法300。该方法通常从一存贮设备，例如，存贮器再调用，并由处理器130执行。由处理器130产生该OSD位流，并由OSD单元150处理。方法300通过产生具有一个彩色逼真位的OSD首标，跟着有一组彩色逼真象素的数据字节。来构成OSD位流。

参看图3，方法300在步骤305开始并进入步骤310，这里将该OSD首标中的一位指定为彩色逼真模式位。如果在该OSD首标中起动该彩色逼真模式，则跟随该首标的OSD数据字节定义彩色逼真象素。如果未起动该彩色逼真模式，则以正常格式处理该OSD数据字节，它可能是对调色板的4位地址(或者任何其它位流格式，比如，MPEG标准)。

在步骤320，方法300确定是否起动了该彩色逼真模式。如果对该询问是一个否定的回答，方法300进入步骤325，使用非彩色逼真格式产生该OSD数据字节。然后该方法300进入步骤340。

如果对步骤320的询问是肯定的回答，方法300进入步骤330，这里将一组彩色逼真象素配置在这些OSD数据字节中。每个彩色逼真象素包括3个OSD数据字节，其中每个OSD数据字节具有8位长。因为对于相继的象素重复该色度分量(或者删除每隔一个色度分量组)，可将两个OSD象素安置在四个OSD数据字节中。

在步骤340，方法300确定是否有另一OSD首标跟随前面所处理的OSD数据。如果修改由功能位212代表的各种模式，可要求新的OSD首标。同样，对于帧上的每个新的OSD区需要一个新的首标。如果对于该询问的回答是否定的，方法300进入步骤350，这里方法300结束。如果对该询问是肯定的回答，方法300进入步骤320，其中对于每个另外的OSD首标重复步骤320-330。以这种方式，该OSD位流可包括彩色逼真OSD数据字节和非彩色逼真OSD数据字节两者。

这样，已表示和描述了构成定义彩色逼真象素的OSD位流的新的方法和设备。在考虑了公开本发明实施例的该说明书和附图之后，对本领域的技术人员是明显的，本发明可有许多变化，修改和其它使用和应用。所有这些都不脱离本发明的精神和范围，本发明的范围只由后面的权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种构成屏幕显示(OSD)位流的方法，所述的方法包括步骤：

形成包括OSD首标的位流，该OSD首标具有一位用于表示彩色逼真模式和非彩色逼真模式之一；和

产生OSD数据，当该位指示所述彩色逼真模式时定义OSD象素的彩色值，当该位指示非彩色逼真模式时定义对于该OSD象素的调色板变址。

2.根据权利要求1的方法，其中当所述位指示所述彩色逼真模式时，所述的OSD数据定义一组象素的彩色值，每个所述彩色值包括亮度分量和色度分量。

3.根据权利要求2的方法，其中一对彩色逼真象素分别共用同样的色度分量。

4.根据权利要求3的方法，其中所述的一对彩色逼真象素包括两个相继的彩色逼真象素。

5.根据权利要求4的方法，其中所述的一对彩色逼真象素的排列包括第一亮度分量，跟着所述公用色度分量，其后是第二亮度分量。

6.根据权利要求2的方法，其中将所述的彩色逼真象素的亮度分量全都置“0”，以执行透明模式。

7.一种用于产生OSD位流的设备，包括：

存贮媒体，用于存贮OSD首标和耦合到所述首标的OSD数据，该首标有一位用于表示彩色逼真模式和非彩色逼真模式之一，当该位表示所述彩色逼真模式时所述的OSD数据定义OSD象素的彩色值，当该位表示非彩色逼真模式时所述的OSD数据定义对于该OSD象素的调色板地址；和

处理器，耦合到所述存贮媒体，用于启动所述首标中的所述位以表示所述彩色逼真模式，并根据所述彩色逼真模式位的启动读出所述OSD首标和所述OSD数据。

8.根据权利要求7的设备，其中所述的存贮媒体是只读存贮器(ROM)。

9.根据权利要求7的设备，其中所述存贮媒体是随机存取存贮器(RAM)。

10.一种用于产生OSD消息的设备包括：

存贮媒体，用于存贮OSD位流，该位流包括首标和连接到所述首标的OSD数据，该首标有一位用于表示彩色逼真模式和非彩色逼真模式之一，当该位表示所述彩色逼真模式时所述的OSD数据定义一组OSD象素的彩色值，当该位表示非彩色逼真模式时所述的OSD数据定义该组OSD象素的调色板地址；和

处理器，耦合到所述存贮媒体，用于编程所述首标中的所述位以表示所述彩色逼真模式，并用于格式化所述OSD数据以定义所述一组象素的每个的彩色值。

OSD单位，耦合到所述处理器，以便处理所述OSD位流从而形成OSD消息。

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