CN1124047C - 利用存储的比特流产生在屏显示信息的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种装置和其相应的方法，能从多个存储的字符比特流构成一有效的OSD信息比特流。一套OSD字体的每个字符首先被定标成一固定的块尺寸，例如一个16×16象素的块尺寸。利用内部宏块编码系统，每个字符接着被编码成一“字符比特流”。该字符比特流被存储在一存储媒体中。当需要对一帧OSD信息编码时，只需从存储媒体中读出该字符比特流，并将其串接而形成表示该帧OSD信息的、有效的OSD信息比特流。
Description
技术领域
本发明涉及一种方法和装置，它使用存储的比特流产生在屏显示(OSD)信息。更具体地说，本发明涉及一种方法和装置，它提取多个存储的“字符比特流”并将其串接以构成表示一屏OSD信息的有效的OSD信息比特流。
背景技术
在屏显示信息在消费电子产品中起着很重要的作用，它能为用户提供交互性信息从而指导用户使用和配置产品。随着数字视频技术的不断发展，要求与各种商用数字视频解码器兼容的OSD信息的产生成为目益重要的问题。这些解码器通常的设计都是利用特定格式解码比特流，比如ISO/IEC-1国际标准11172(1991)(通常称为MPEG-1格式)和13818(1995)(通常称为MPEG-2格式)。
虽然MPEG标准规定了用于产生符合MPEG的(MPEG-compliant)比特流的总体编码的方法论和体系，但也允许多种变体，因此它可支持的应用范围很广，比如桌上视频出版、视频会议、数字存储媒体和电视广播。
事实上，MPEG并未限定生成一有效比特流所需的特定算法。因此MPEG编码器设计者们在完善和实现他们自己的MPEG特定算法时被赋予很大灵活性。
这种灵活性促成了各种MPEG特定算法的完善和实现。然而所有MPEG编码器的设计者们的一个共同目的就是设计一种MPEG特定算法，该算法能在规定的比特率和操作延迟限制范围内运作。为此，在进行图象的编码之前，MPEG特定算法必须先执行一平衡许多因素的复杂过程，比如编码模式确定、画面类型、速率控制、量化尺度的粗细程度、运动估算、可定标性、失真检测、场景剪裁效果和宏块中信号特性。在事先未知待编码的图象特性时，编码器必须花费许多计算周期来确定各种参数的最佳值，从而恰当编码图象。
在OSD信息产生场合，一帧OSD信息通常采用与其它图象一样的方式被编码而无需特殊处理。然而与其它图象不同，OSD信息含有重复使用的元素，即字体符号(字母、数字和其它特殊符号)的基本集。对输入图象特性的先期了解能用来提高一帧OSD信息的编码方法的效率。因此需要一种方法和一种装置，通过探索OSD信息的重复特性而产生一帧OSD信息的有效比特流。
发明内容
本发明涉及一种装置和一种相应的方法，能从多个存储的字符比特流构成一有效的OSD信息比特流。
更具体说，按照本发明，一套OSD字体的每个字符首先被定标成一固定尺寸的块，例如一个块尺寸为16×16象素。因此每个OSD字符都被框在一个块尺寸中，块的尺寸小于或等于MPEG特定解码器所用的宏块尺寸。利用内部宏块编码系统，每个字符接着被编码成符合MPEG的比特流。代表每个字符的“字符比特流”被存储在一存储媒体中。当需要对一帧OSD信息编码时，只需从存储媒体中读出该字符比特流，并将其串接而形成代表该帧OSD信息的有效的MPEG比特流。
本发明的这些和其它方面将参照附图加以描述。
附图说明
图1是编解码系统框图，该系统包括符合本发明一个方面的一个比特流产生器；
图2是个框图，它揭示了编码器细节，该编码器用于将一套OSD字体符号编码成多个存储的字符比特流；及
图3是个流程图，它举例说明根据多个存储的字符比特流构成一有效OSD信息比特流的方法。
具体实施方式
图1所示为编码器/解码器系统100的框图。编解码系统包括一个比特流产生器110，输入/输出(I/O)装置160和一个视频解码器170。
本发明的以下描述符合MPEG标准。然而本领域的技术人员将意识到本发明亦能应用于或适用于其它编解码系统，完成其它类型的编码/解码格式。
在该优选实施例中，比特流产生器包括一台通用计算机，它具有一中央处理单元(CPU)120，还包括一存储器140，一只读存储器(ROM)130，一字符定标器145和一编码器150，该编码器150产生多个编码的视频比特流并传递给一视频解码器170。编码器150和字符定标器155能以分离的物理装置方式实现，或以从存储器130调用出算法、由CPU120执行的方式实现。
该视频解码器170耦合到比特流产生器110，并通过通信系统(比如传输信道190)接收多个编码比特流。编码比特流包含输入给编码器的多个图象的编码表示。接着视频解码器将编码的比特流解码，从而产生多个解码图象180。
该比特流产生器110耦合到多个输入和输出装置160，比如键盘、鼠标、调制解调器、摄像机、视频监视器、或含有但不止限于硬盘驱动器或光盘驱动器的存储装置。输入装置的作用是给比特流产生器提供输入，从而生成编码的视频比特流，或将编码视频比特流从ROM130或其它存储装置(未示出)中提取出来。
更准确地说，首先要将一套OSD字体符号以图象形式提供给比特流产生器110，或在“脱机”过程中作为从键盘输入的一套信息而被键入。这套OSD字体中的每个字符由字符定标器155定标成固定的块尺寸。在该优选实施例中，每个OSD字符被定标成一个宏块的尺寸，即符合MPEG标准的16×16象素的块尺寸。因为许多参数(象编码模式和量化尺度)都能在宏块级选择，如果必要的话，在编码一帧OSD信息期间，允许编码器调节每个宏块的参数，这样的定标步骤有很大的灵活性。
一旦OSD字体符号被编码，它们就以字符比特流形式被存储在存储媒体(比如ROM130)中。然而本领域的技术人员将会意识到字符比特流亦能存储在其它存储媒体上，比如随机访问存储器(RAM)、硬盘驱动器或光盘驱动器。每个OSD字符都由一字符比特流单独表示，使得它们的每个都能被独立地提取并串接而形成一OSD信息比特流。
接着，如果一屏OSD信息需要编码成OSD信息比特流，则该OSD信息就以一帧OSD信息形式提供给比特流产生器，或在“脱机”过程中作为从键盘输入的一套信息被键入。比特流产生器识别该OSD信息中的OSD字符，并将对应的字符比特流从ROM130中提取出来，构成符合MPEG的OSD信息比特流。
图2框图描述了视频编码器220的简化结构，该编码器用于将一套OSD字体字符210编码成多个字符比特流2321-232n。字符比特流被存储在存储媒体230中。
视频编码器220是一简化的符合MPEG的视频编码器，它用于编码在通路215上输入的图象，以便在通路235上产生比特流。在优选实施例中，输入图象或画面含有多个OSD字符2121-212n，其中每个字符被框在一宏块中。一旦编码器确定了每个画面所用的画面类型(I、P、B)，运动估算和补偿部分222构成一个运动补偿预测(预测图象)227。利用减法器250，用当前宏块中的通路215上的输入图象减去预测图象，形成一错误信号或预测残留。只要通过传送产生图象预测所需的信息和这些预测的错误所需的信息，预测残留的形成便去除输入图象中的冗余信息。
为了进一步降低比特率，利用离散余弦变换(DCT)部分221对每个宏块的预测残留进行变换。依据MPEG标准，每个宏块包含四(4)个亮度块和两个色差块(一个Cr块和一个Cb块)，其中每个块被定义为八(8)乘八(8)的抽样矩阵。DCT部分221针对预测残留信号的每个块做一前向离散余弦变换处理，生成八(8)乘八(8)的DCT系数块。该8×8块的左上端系数称为“DC系数”，而其余系数称为“AC系数”。
所得的8×8的DCT系数块结果由量化器223接收，DCT系数就在此被量化。利用一套量化间隔值对DCT系数进行划分并将落在相应范围内的值都进行舍入而成整数，从而该量化处理降低了DCT系数的精度性。对每个DCT系数可以利用各种判据如可视加权量化、频率加权量化等等分别设定其量化值。
因为OSD字符包含鲜明的边缘并且要静止显示，所以编码时要选用小的量化值。在该优选实施例中，量化值设定为四(4)。然而每个OSD字符亦可根据字符的复杂性，采用不同的量化值进行编码。量化处理是一关键操作，并经常用作为控制编码器的工具，使编码器输出与已知比特率一致(速率控制)。
接着，所得的量化过的8×8的DCT系数块由可变长编码(VLC)和缓存器部分224接收。利用可变长编码和游程编码，VLC和缓存器部分对量化的DCT系数串和每个宏块的所有辅助信息(side-information)(比如宏块类型和运动矢量)进行编码。
然而，采用不同画面类型和可变长编码的结果是整个比特率是变化的。也就是说，对每个画面编码所用的比特数量从上一个画面到下一个画面是会发生变化的。在采用固定速率信道的应用中，VLC和缓存器部分采用“先入先出”(FIFO)缓存器来使编码器输出速率与信道速率一致以便使比特率平稳。这样，FIFO缓存器的输出信号就是通道215上输入图象的一个压缩表示，并在该通道上被送往一存储媒体230或一电信信道(未示出)。
MPEG编码器还包含一调节器225来预防视频解码器170(图1)中的比特溢出和下溢现象。更具体说，按照画面速率确定的正常间隔，图1所示的视频解码器170将从其输入缓存器(未示出)中瞬时取出下一画面的所有比特。如果在输入存储器中的比特太少或太多，就视为错误现象。这样，调节器225监视VLC和存储器部分224的存储器状态，来控制编码器产生的比特数量，从而预防视频编码器中的比特溢出和下溢现象。用来控制编码器产生的比特数量的一种方法是改变量化间隔，即加大量化间隔从而减少比特数量，反之亦然。
最后，量化过的8×8的DCT系数块由称为“内置解码器”的解码器226进行反量化和变换。解码器226用来反演量化处理和DCT处理，产生解码过的错误信号。于是利用加法器260将该错误信号与来自运动估值和补偿部分222的预测信号相加以产生一解码过的参考画面。一般说来，如果要解码一I帧或一P帧，就要将其存储在部分222中以取代最老的存储参考画面。
虽然本发明是参照标准的符合MPEG的视频编码器来描述的，但是简化的编码器能用来进一步简化和加速对OSD字符编码的方法。为了说明，运动估值和补偿部分222、解码器226和调节器225都被省去。在编码OSD字符时，每个宏块都依据内部宏块编码系统编码。因此，不必进行运动估值和补偿，也就省去了用解码器226生成解码参考画面的必要。
最后，由于OSD字符事先被内部编码，所以每个字符比特流的大小在构造一OSD信息比特流之前就已知。因此，OSD信息比特流的全部比特数在比特流被构成前就可确定，从而省去了使用调节器225的必要。OSD信息的重复性允许比特流发生器使用一有效和简化的编码器来编码OSD信息，产生MPEG系列OSD信息比特流。
图3说明了能根据多个存储字符比特流来构造一有效OSD信息比特流的方法300。方法300将OSD字符编码为多个字符比特流，这些字符比特流有选择地从一存储媒体中读取，并构造成一符合MPEG的OSD信息比特流。
参照图3，方法300始于步骤310，进行到步骤320，在这里将一套OSD字体的每个字符定标成一固定尺寸的方块。优选块尺寸是具有16×16象素尺寸的标准宏块。
在步骤330，将一套OSD字体的每个字符编码成一字符比特流。因为OSD字符经常含有鲜明的边缘，所以方法300采用一相对小的量化间隔即四(4)，利用内部宏块编码模式以精确编码每个字符。该量化间隔使得OSD信息在用视频解码器解码后能无明显失真地被显示。然而OSD字符亦能根据每个字符的复杂性而采用不同的量化间隔编码、或只是以变化的尺寸提供每个字符比特流。此灵活性使得比特流发生器能构造出符合指定比特率的OSD信息比特流。
在步骤340，将字符比特流存储在一存储媒体上，比如是一个ROM或一个磁盘。因为OSD字符保持不变，所以存储的字符比特流能被有选择地提取，构造成一OSD信息比特流。
在步骤350，方法300确定是否需要构造一OSD信息比特流。如果查询的应答为否定，方法300进入步骤390，这时该方法结束。步骤320-340可作为一脱机进程而实现，字符比特流在此产生并存储以备后用。如果步骤350处的查询应答为肯定，方法300进入到步骤360，在此处从存储媒体读出字符比特流。
在步骤360，方法300识别OSD信息的字符，并从存储媒体中有选择地取出相应的字符比特流。方法300能从输入图象中、或作为从键盘去往比特流发生器的一套输入中识别出OSD信息字符。
在步骤370，方法300将提取出来的字符比特流串接成代表该OSD信息的一符合MPEG的OSD信息比特流。而且在每个字符比特流前插入一“段开始码”来指示每段的开始。一个段包括以光栅扫描为序的整数个数的宏块。画面中一个段的最小尺寸为一个宏块。因为DC系数总是与前一块的DC系数相关，所以在每个宏块之间加一个段开始码以表示这一相关作用。因为当每个OSD字符被编码成一单独的字符比特流时，它们之间并不相关，所以段开始码可以防止视频解码器在解码OSD信息比特流的DC系数时不正确地加上任何相关性。也就是说，每个OSD字符最初被编码成字符比特流时无任何相关性。然而因为OSD信息比特流能被任何符合MPEG的解码器解码，所以当编码进程中没有加上相关性时，段开始码用于防止编码器对DC系数加上相关性。
在步骤380，方法300使串接比特流与符合MPEG的比特流相一致。因为OSD信息比特流由多个内部编码的宏块构成，而所有编码参数事先已知，所以方法300将其它MPEG特有信息插入到OSD信息比特流中，使比特流符合MPEG标准。MPEG特有信息包括一序列标题、画面组标题、画面标题、各种扩展和一序列尾，这些都能事先生成。
然而，参数“vbv-延迟”的变化需取决于特定OSD信息。MPEG标准定义了缓存系统的抽象模型，即视频缓存器验证器(VBV)，用来限制一已知画面所用比特数可变化的最大范围。该VBV是一虚拟解码器，它最初是空的并从概念上与编码器的输出相连。该VBV有一输入缓存器，被称为VBV缓存器，在由视频比特流中参数或字段“vbv-延迟”所定义的时间里，它被解码的比特流填充。这样可保证能用一已知大小的缓存器来对一编码的比特流进行解码。因为每个字符比特流的大小已知，所以该vbv-延迟很容易根据OSD信息比特流计算出来，即将每个字符编码所用的比特数与相关的附加比特相加。一旦必要的MPEG特有信息被加在OSD信息比特流上，方法300就结束于步骤390。
Claims (14)
1.一种构造字符比特流(232)的方法，该比特流利用具有块尺寸的块代码进行编码，用于表示一在屏显示信息的在屏显示信息比特流，该方法包括下面的步骤：
将一套编码的字符比特流(232)存储(340)在一存储媒体(130)中；
将一套在屏显示字体的每个字符定标(320)成一固定块尺寸，该尺寸对应于代码块尺寸，以产生一套定标的在屏显示字符(212)；及
将所说的定标的每个在屏显示字符(212)块编码成一套编码字符比特流(232)中对应的一个字符比特流。
2.如权利要求1要求的方法，其特征在于还包括下面的步骤：
从所说的存储媒体(130)读取(360)所说的多套编码字符比特流(232)，它们分别对应于包含在在屏显示信息中的字符；及
将所说的多个编码字符比特流(232)串接(370)成在屏显示信息比特流。
3.如权利要求2要求的方法，其特征在于还包括以下步骤：在所说的多个字符比特流(232)的每一个之前，将一块分隔符代码插入(370)到所说的在屏显示信息比特流中。
4.如权利要求3要求的方法，其特征在于，块代码是一符合MPEG的块代码，而块分隔符代码是符合MPEG标准的一MPEG段开始代码。
5.如权利要求1要求的方法，其特征在于，所说的在屏显示信息比特流是符合MPEG的。
6.如权利要求5要求的方法，其特征在于，块代码是符合MPEG的块代码，并且所说的固定块尺寸是一MPEG宏块。
7.如权利要求1要求的方法，其特征在于，所说的存储媒体(130)是只读存储器(ROM)(130)。
8.一种用于产生字符比特流的装置，该比特流利用具有块尺寸的块代码进行编码，用于表示在屏显示信息的在屏显示信息比特流，其特征在于：
一存储媒体(130)；
一块编码器(150；220)，耦合到所说的存储媒体(130；230)，用于将多个在屏显示字符编码成对应的多个编码字符比特流(232)，其中，所说的多个编码字符比特流(232)被存储在所说的存储媒体(130)中；及
一字符定标器(155)，耦合到所说的编码器(150；220)，用于在所说的在屏显示字符(212)被编码之前，将所说的多个在屏显示字符的每一个定标成对应于代码块尺寸的固定块尺寸(212)。
9.如权利要求8要求的装置，其特征在于还包括一个中央处理单元(CPU)(120)，它被耦合到所说的存储媒体(130)，用于从存储媒体(130)中有选择地提取出对应于在屏显示信息中包含的显示字符的所说的多个编码字符比特流(232)中的若干个，其中所说的CPU(120)将所说的提取出来的编码字符比特流(232)串接形成在屏显示信息比特流。
10.如权利要求9要求的装置，其特征在于还包括一个存储器(140)，它被耦合到所说的CPU(120)，其中所说的编码器(150)是由所说的CPU(120)执行存储在所说的存储器(140)中的算法实现的。
11.如权利要求8要求的装置，其特征在于，所说的存储媒体(130)是只读存储器(ROM)。
12.如权利要求8要求的装置，其特征在于，所说的编码器(150；220)是符合MPEG的编码器。
13.如权利要求12要求的装置，其特征在于，所说的固定块尺寸是MPEG宏块的尺寸。
14.如权利要求9要求的装置，其特征还在于一个存储器(140)，它被耦合到所说的CPU(120)，其中所说的字符定标器(155)是由所说的CPU(120)执行存储在所说的存储器(140)中的算法而实现的。
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