CN1140311A - 字幕数据编码/解码的方法和装置及其记录介质 - Google Patents

Abstract

本发明的字幕数据编码/解码方法和装置用于视频图像传输系统。通过在一帧间隔对输入位流采样而从相对位置信息中生成装入块。装入块对应于像素数据块并包含更新变化位置、延迟更新操作和设定延迟长度的变换位置信息。用于访问显示字幕数据的彩色查询表的地址在该变化位置是可变的，以便存取其中存储的不同显示数据。根据字幕数据将像素数据块编码，并将装入块和像素数据块加以组合以便传输。变换位置信息还可以用于进行彩色划变操作。

Description

字幕数据编码/解码的方法 和装置及其记录介质

本发明涉及一种叠加字幕编码/解码方法和装置及其记录介质。本发明允许叠加在视频图像上的字幕数据显示的变化。

叠加的字幕通常在观众观看外国电影时被显示在显示屏的底部。在视盘或普通的电视广播节目中，字幕被叠加在电视画面上之后才被记录或广播。

在诸如“主导(CAPTAIN)”系统一类的另一个系统中，叠加字幕是以字符代码或点状图案的形式传输的。

在CD-G(图形技术)中可以使用子码记录图形。还可以使用这些子码来记录叠加字幕数据。

下面说明CD-G的数据格式。如图13A所示，一帧图像的数据是由一个字节的子码和32个字节的数据构成的。这些数据字节的24个在每个通道内分配成6个样本。这样，在通道L和R中每个样本分配有2个字节。32个数据字节的其余8个字节分配给纠错码(ECC)。

如图13B所示，从0帧到97帧共98帧画面的子码被采集以形成一个块。图13C示出了这个子码块的细节。

如图13C所示，该块的每个子码的字节通过将该子码分为八个通道(分别称为P、Q、R、S、T、U、V和W)来表示。0帧和1帧的子码被指定为S0和S1的同步模式，而各种子码数据项目记录在其余96帧的子码中。检索数据被分配给P和Q通道。因此，图形数据可以分配给由R至W通道的其余576(6×96)位。

在这种情况下，一个块的数据以75Hz的频率传输，结果，待传输的一帧画面的子码数据量就是7350(75×98)个字节。即子码传输信息速率为7.35K字节/秒。

图14通过将一个块中的576图形数据位定义为一个数据包而示出了用于传输图形数据的传输格式。

如图14所示，一个数据由96个码元构成。每一个码元由从R至W诸通道中的每一个通道的6位数据来确定。每个数据包包括4个子包。因此，每个子包包含24个码元，即码元0至23。

将模式信息分配给在每个子包中相应于通道R、S、T的码元0的三位，而将项目信息分配给在每个子包中相应于通道U、V、W的码元0的三位。模式信息和项目信息的各种组合确定了以下模式：

模式          项目

000           000        0   模式

001           000        图形模式

001           001        TV-图形模式

111           000        用户模式

将指令分配给码元1。将奇偶信息和不是模式、项目或指令信息的附加信息分配给码元2至7。将码元0至19的数据的奇偶信息分配给码元20至23。这样，可以将实质性的图形数据分配给从码元8至19的12个码元。

按照这种传输格式，可以将图形数据类似地分配给分布在一个CD-G的每个子包的72(6×12)个像素范围内的二进制数据。单位传输速率就是75(Hz)×4(单元)，这等于每秒300个子包。因此，当假设将一个字符分配给每个子包的72个像素时，每秒种可传输300个字符。

因为在一个CD-G中的288(水平像素)×192(行)确定了一个显示屏幕，所以在一个显示屏幕上传输这些字符需要2.56秒。这一时间周期按下式表示：

(288/6)×(192/12)÷300＝2.56(秒)。

当采用十六进制表示时，每个像素需要4位数据表示，结果，对于一个完全的字符图形必须传输4次(每个传输周期传输一位)。因此，传输时间为10.24秒，即4乘以上所述的2.56秒传输时间。

然而，在电影中的叠加的字幕最好随视频图像的前进而变化，例如就像卡拉OK(KARAOKE)系统中的歌词显示那样。以上显示方法的冗长传输时间使得在字幕随视频图像前进的充足的时间内改变叠加字幕成为不可能的。

在＂主导＂系统或CD-G的普通播放过程中可以接通或断开叠加字幕的显示。然而，还存在这样的问题，即按照以上显示方法字幕的分辨率对于人眼视觉来说还不够。

在＂主导＂系统中规定每个荧光屏的显示面积为248(水平像素)×192(行)，而合成数字电视信号的分辨率为720(水平像素)×480(行)。因此，同合成数字电视信号系统相比较时，＂主导＂系统的分辨率是不够的。

此外，当数据被表示为二进制数据时，在CD-G中只用一位表示一个像素。例如，这种表达方式可以引起造成字符的倾斜区域形成缺口和字符的闪烁现像变得十分刺眼的混淆现像。这些现象的出现使观众阅读字幕变得十分困难并且不舒服。

二进制图像可以转换为多级信息图像，以便通过利用例如滤波器来减少这些现象的影响。然而，必须使用高精度的滤波器。但是，高精度滤波器使成本增加并且还造成背景图像的质量变差。因此，很难认为使用这样一种滤波器是合理的。

当在CD-G中对于每一像素使用16进制表达时，为了改变字幕数据显示，同使用二进制表达时相比较，需要花费大约四倍的时间。当使用十六进制表达时，这种时间延迟使得要高速变换叠加字幕的显示很困难。

因此，本发明的一个目的是提供一种随时间推移改变叠加字幕的叠加字幕数据编码/解码的方法和装置，并且还提供一种用于这种方法和装置的记录介质。

本发明还有一个目的是提供一种用于显示高质量叠加字幕的叠加字幕数据编码/解码的方法和装置，并且还提供一种用于这种方法和装置的记录介质。

在本发明的一个方面，改变字幕数据显示所必须的信息被储存在一个相应于至少一个像素数据块的装入块(loading block)中。每一个装入块包括用于访问彩色查询表的变换位置信息。该彩色查询表包括亮度数据、色度数据和在背景视频信号上显示字幕数据的混合比。

装入块被用于改变字幕数据显示，还被用于完成彩色划变(co-lor-wipe)操作。

在本发明的另一个方面，包括变换位置信息的装入块和像素数据块，被记录在一种记录介质上。

根据本发明，因为叠加字幕数据可以作为储存在装入块中的变换位置信息的函数据随着时间的流逝而变化，所以字幕数据的显示(例如显示色彩)可以按要求改变。进一步讲，当变换模式被指定为变换显示色彩时，可以像卡拉OK系统那样完成一次叠加字的彩色划变。

由于叠加数据可以由一个系统(例如NTSC/PAL系统等)显示，所以可以显示高质量的叠加字幕。

本发明的这些或其他的目的、特性和优点通过以下借助于附图所作的详细说明将变得更为清楚。

图1是根据本发明的叠加字幕数据解码装置的方框图；

图2是根据本发明的图1的装置的字幕解码器的方框图；

图3说明在系统控制器和字幕解码器的控制器之间传输的信息；

图4说明在本发明的解码装置中在字幕解码器控制器、系统控制器和其他电路之间传输的进一步信息；

图5A至5C是一些用于说明根据本发明如何对叠加字幕数据编码的图；

图6说明一个根据本发明的彩色查询表的例子；

图7A和7B说明根据本发明的一个编码系统的例子；

图8A和8B说明根据本发明的由装入块和像素数据块构成的一个块；

图9说明根据本发明的装入块的结构；

图10说明根据本发明的彩色划变操作的一个例子；

图11是根据本发明的字幕数据显示和彩色划变控制电路的方框图；

图12说明用于本发明的彩色划变操作的彩色查询表的一个例子；

图13A至13C说明在CD-G中子码数据的构成；以及

图14说明使用CD-G子码的记录字符信息。

图1示出了用于实施根据本发明的叠加字幕数据解码方法的数据解码装置的一个实施例的方块图。

在图1中，一种再现信号，例如通过一个随动系统(未示出)从一种数据记录介质(例如盘)中读出的多路传输信号被输入一个数据解码器和信号分离器1。将纠错码(ECC)解码以便纠正错误，将输入的多路传输数据加以分离，以便在数据解码器和信号分离器内形成视频数据、字幕数据和声频数据。将视频数据提供给视频解码器3，将字幕数据提供给解码器7，而把声频数据提供给音频解码器11。

存储器2被用作缓冲存储器、工作区之类以便在数据解码器和信号分离器中完成这种处理。

视频解码器通过利用存储器4将输入的视频数据的位流解码并将被解码的视频数据提供给信箱5。

当视频解码器的输出信号处于压缩模式时，滤波处理是在信箱中完成的，以便在垂直方向上显示被减至3/4的图像，使得可以在宽高比为4∶3的显示屏上100％地观察到显示图像。在这种情况下，进行相当于1/4场(field)的定时调节。存储器6被用来进行定时调节。

信箱具有一条用于直接输出压缩模式的视频信号的数据通路。

音频解码器11通过利用存储器12作为缓冲存储器或类似部件将音频数据解码。被解码的音频数据被再现并且借助于一个音频数字/模拟(D/A)转换器13作为一模拟音频信号被输出。

字幕解码器7将向其中供给的字幕数据的位流解码并将被解码后的字幕数据叠加到从信箱5中输出的视频数据上。

被叠加上字幕数据的视频信号被一复合编码器8转换为NTSC、PAL或SECAM系统，而后被输出并由一个D/A转换器10转换成为模拟视频信号以便显示。

以上所说明的每一部分的处理都是由一个系统控制器14控制的。模式显示器9被提供用于监视用户指令以及各种其他信息，使得这样的信息可以显示在该模式显示器中配备的显示单元上和/或可以叠加在视频信号上。

字幕解码器7将具有普通再现字幕数据和在其中被多路传输的特殊再现字幕数据的字幕数据位流解码。因此，字幕解码器接收多路传输字幕数据和被解码的视频数据的位流并将多路传输的字幕数据在将这些数据存储在一个代码缓冲器(例如图2中的代码缓冲器22)中之后以指定的时序进行解码。而后字幕解码器根据再现模式可以将字幕数据叠加在被解码的视频数据上。

字幕解码器的优选实施例的一个方块图示于图2中。在这幅图中所显示的每个部分都将在下文中加以说明。

(1)字检测器20

由数据解码器和信号分离器1输出的字幕数据的位流被输入字检测器20。该字检测器检测标题信息、标题错误信息和数据错误信息并将这种信息传输给控制器35。字幕显示时间的时标(PTSS)、显示位置信息(位置数据)、彩色查询表(CLUT)的更新数据和位映像像素数据由该字检测器检测、传输并被存储在代码缓冲器22中。

(2)调度器21

代码缓冲器的读/写存取控制由调度器21完成。代码缓冲器的读/写存取的带宽是由存储器存取的调度控制确定的，而这种存储器存取的调度控制本身又依赖于从数据解码器和信号分离器传送出的数据的数据速率和显示速率。

例如，当从数据解码器和信号分离器传输的最大数据速率为20Mbps时，该数据在该代码缓冲器的I/O端口为8位并行口时以至少2.5MHz的速率写入代码缓冲器22。

数据是作为在从系统控制器14接收到解码启动信号之后与在字幕数据的标题中多路传输的显示位置信息相组合的、从垂直同步信号和水平同步信号导出的时序的函数从代码缓冲器中读出。读出操作速率等于13.5MHz的像素采样速率。例如，如果在代码缓冲器中的读/写操作随采样时钟而变化，如上所述，由于至少为2.5MHz的速率是必须的，所以，满足该写操作的最低可能的速率为3.375MHz。3.375MHz的速率等于13.5MHz的像素采样速率的1/4。

这就是说，3.375MHz的时序用于将数据写入代码缓冲器，而像素采样速率的其余一些时序用于从代码缓冲器读出数据。这样，从13.5MHz时钟的四个时钟阶段中只有一个时钟阶段被指定用于写入，而其余3个时钟阶段被指定用于读出。

由于I/O端口是8位的，所以可以由3个时钟阶段读出的位数为24(3×8)位。这24位的显示可以实时地完成，由于可以将6(6＝24÷4)位指定为这4个时钟阶段的一个阶段，所以当一个像素的数据由6位或少于6位构成时不会出现任何中断。

(3)控制器35

控制器35从字检测器20接收字幕显示的时标(PTSS)并将它输出给系统控制器14。在由系统控制器14发出解码启动信号之后，控制器35启动字幕数据的解码。

当设定普通再现模式时，只要重复时间的字节在帧单元中对齐并且字幕数据被解码，就可以从代码缓冲器22中重复地读出普通再现字幕数据。重复时间既可以是预定的帧数也可以是显示相同字幕数据的预定持续时间。当重复时间表示帧数时，它的值作为由系统控制器发出的减法脉冲或递减脉冲的函数而减少。递减脉冲是在普通再现过程中按照帧速率从系统控制器发出的。当再现时间为零时就显示另外的字幕数据。控制器35接收该递减脉冲并供调度器21执行代码缓冲器的地址管理，使得根据显示时标在视频图像和字幕之间建立正确的同步。同样的分析适用于重复时间表示一段时间的时候，然而，在递减脉冲将重复时间减至零时，显示时间缩减到每次一个帧周期。

当从系统控制器14发出的特殊信号被识别为“异常”时，控制器35根据对该特殊再现模式的判别将一个确认信号送还给该系统控制器，指示出该特殊再现模式业已被正确接收。当该特殊再现模式被调整到n倍快速馈送(FF)或n倍反向快速馈送(FR)时，递减脉冲是以n倍速率(而不是以上述的帧速率)发出的。当这样的FF或FR特殊再现模式被设定时，特殊的再现字幕数据就被选定、被从代码缓冲器22中读出并被解码。在这种情况下，重复时间按照一个相应的n倍速率被减少。如果该特殊模式被设定暂停，就不发出递减脉冲，同一帧就被重复解码。这样，图像和字幕保持同步显示。

字幕数据从代码缓冲器中被读出并在一个反向可变长度编码(VLC)电路23中进行可变长度解码。在一个反相行程(run-length)电路24中检测出“页结束(EOP)”，该电路还完成对字幕数据的行程解码处理。当EOP的计数值等于重复时间时，反相行程电路发送一个显示结束标志给控制器35。响应该显示结束标志，控制器停止从代码缓冲器22读出字幕数据的读出操作。EOP被用来检查字幕数据是否曾被正确地解码，因为在每次处理该字幕数据的位映象时会检测到EOP。

当字检测器20在控制器接收到显示结束标志之前就检测到下一页的EOP时，控制器就发出一个缓冲器溢出信号给系统控制器14，以停止从数据解码器和信号分离器1来的数据的传送。

当从系统控制器发出一个指令时，每一帧的显示开始位置就被更新。

(4)代码缓冲器22

代码缓冲器22最好是由RAM(随机存取存储器)构成并且无论该缓冲器是从外部还是在内部提供的必须具有至少存储2页数据的容量。因为大多数大容量的高速存取存储器器件每页只有一个用于读写数据的端口，所以这两页的容量允许通过它的端口读一页，而同时通过其端口写入另一页。这样，可以避免读/写的冲突。究竟选择外部的还是内部的代码缓冲器是一种设计选择，它随解码系统所要求的结构而变化。RAM是最佳的，这是因为它含有补偿视频数据解码过程中的延迟的能力，并且还满足了用调度器21访问的附加带宽。

为了补偿解码过程中的延迟，当字幕数据被写入代码缓冲器时，控制器35将显示时间的时间标记(PTSS)发送给系统控制器14。

系统控制器在接收到时标之后发出解码启动指令给字幕解码器7中的控制器35。解码启动指令的定时考虑到了从系统控制器中的同步时钟与PTSS匹配之时起的信箱5的处理延迟和视频解码器的延迟(约1场)。

由于多路复合是在视频数据、音频数据和字幕数据之间的延迟为0这样的先决条件下在数据编码单元中完成的，所以要考虑这一系列的解码延迟。

(5)反向VLC电路23

反向VLC电路23完成对从代码缓冲器读出的字幕数据进行可变长度解码并将解码的数据作为成对的等级数据和行程数据输出。该反相VLC电路在某些状态下不实现其功能。

(6)反向行程电路24

反向行程电路24通过产生等于行程数据量的等级数据来完成行程解码。反向VLC电路和反向行程电路扩展了被压缩的字幕数据。

(7)3∶4滤波器25

当监视器的宽高比是4∶3时，3∶4滤波器25将已作水平压缩的字幕数据加以处理，将它的圆度(roundness)增加至100％。在字幕数据被修改后，将它叠加在视频数据上。在这种情况下，控制器35根据H同步脉冲，例如，用从H-同步脉冲起相当于90个像素那么快的时间，从代码缓冲器22中读出数据。

当监视器的宽高比是16∶9时，信号绕过3∶4滤波器。由控制器35提供的X挤压信号被用于确定该信号是否绕过3∶4滤波器。

当使用多种字体的多个字幕数据的位流被传输时，该位流绕过3∶4滤波器。

(8)彩色查询表(CLUT)电路26

亮度数据Y、色差数据Cr、Cb和指示背景数据与选定的亮度数据Y、色差数据Cr、Cb之间的混合比率的关键数据(key data)K被存储到彩色查询表(CLUT)中，例如如图6所示那样。这些数据项按满标被定义为8位，但如图6所示，它们可以被转换成4位的精度。这样的CLUT可以预先从代码缓冲器22加载到CLUT电路26上。

关键数据K作为混合比率从CLUT电路传输给混合器34。通过利用输入地址的最高有效位还可能提供一个如图12所示的CLUT用于实现随时间流逝而变化的彩色划变。

(9)混合器34

当通/断叠加信号为“通”时，混合器34根据混合比率K将作为Y、Cb、Cr数据从CLUT电路读出的字幕数据叠加到作为Y、Cb、Cr数据输入的视频数据上。这些数据项根据位置信号或根据由控制器35提供的用户位置(U_位置)信号叠加到预定的位置上。

当模式信息被指定为衰减系数时，字幕数据的图形数据以指定的速率与该衰减系数相乘，以便使字幕渐显或渐隐。

当叠加信号为“断”时，只输出输入到混合器的视频信号以便显示。使用者可以自由地设定叠加信号。

由控制器35提供给系统控制器14的各种数据项的内容和由该系统控制器提供给该控制器的各种数据项的内容示于图2、3和4中。图4还说明了在以上所述的解码系统中输入其他电路或从其中输出的各种数据项。

其次，将参考图5A-5C和图6说明在本发明的数据编码单元中按4位编码模式对字幕数据进行编码的一个例子。

如图5B和5C分别所示，字幕数据被表示为填充数据(fill data)，而混合比率被表示为关键数据。如图5A所示，在这个例子中，字母A将被作为字幕数据显示。在图5B中示出利用单根水平扫描行扫描这个字母所得到的填充数据。

该填充数据被设定为一个对应于将要在周期T3中显示的字母的亮度信号Y的等级。在周期T3之前的周期T1、T2和在周期T3之后的周期T4、T5，该填充数据被设定为最低级“0”。填充数据的等级控制了被显示的字幕数据的亮度电平。当填充数据从“0”变化到“EO”时，填充数据使亮度电平由暗电平变到非常亮的电平。

关键数据在周期T3被设定为它的最低级“EO”，以便显示字幕。在周期T3前后隔开的周期T1和T5中关键数据被设定为它的最高级“0”。当关键数据被设定为“0”级时，由于背景视频信号的混合比率为100％，所以字幕信号被最大限度地衰减。然而，当关键数据被设定为“EO”级时，背景信号的混合比率为0％，字幕就可以被观众清楚地看到。

关键数据在周期T3与周期T1和T5之间的周期T2和T4分别被设定为中间级。这就是说，在周期T2关键数据等级逐渐地由最高级“0”变为最低级“EO”，而在周期T4关键数据等级逐渐地由最低级“EO”变为最高级“0”。

在周期T2和T4，背景视频信号按照关键数据值相对应的速率衰减。在这个例子中，关键数据的值越大，背景视频信号的衰减速率越快。因此，关键数据的值越小，背景视频信号的衰减速率就越慢。

如上所说明的那样，背景视频信号在字母或字符附近渐渐被抑制，使得观众在观看屏幕上的视频图像时可以更清楚地阅读字幕。

例如，图6所示的彩色查询表(CLUT)是在编码时用作基准的4位编码模式形式的表。

当地址从0H至7H变化时，关键数据K被以00H→20H→40H→60H→……→EOH→的8个阶段存储，而填充数据(亮度数据Y)被定义为00H。当地址从8H到FH变化时，关键数据被定义为EO，而填充数据被以00H→20H→40H→60H→……→EOH的8个阶段存储。在每一种情况中，色差数据Cr、Cb都被定义为7FH。

当在编码过程中以彩色查询表为基准时，对应于图5B和5C所示的每一个采样定时的数据的地址作为被编码的数据从量化电路64中输出，其说明如下。

图7A和7B是在其中使用了本发明的字幕数据编码单元的编码系统的方框图。

在这个编码系统中，从摄像机51输出的视频信号被供给用于模/数(A/D)转换的视频编码单元52，并且而后在供给多路复合器58之前加以压缩和分组。

重现的视频信号还可以供给使用代替摄像机的视盘放像机或磁带录像机的视频编码单元。

视频编码单元配备有速率控制器52a，使得在对少量数据编码时速率由字幕数据编码单元57控制，以便增加被编码的视频信号数据量。当对大量数据编码时，对速率加以控制，以便减少被编码的视频信号数据量。这样，速率受到控制，以保持被编码的数据的总量恒定不变。

由一个麦克风53采集的音频信号被输入音频编码单元54。该信号在供给多路复合器58之前进行A/D转换、压缩、编码和分组处理。由磁带录音机或类似装置(代替麦克风)再现的音频信号也可以提供给音频编码单元。

由字符发生器55产生的字幕数据或由飞点扫描器56输出的字幕数据被提供给字幕数据编码单元57。在该字幕数据编码单元中，以彩色查询表71为基准对字幕数据编码，这样的一个例子示于图6中。在供给所述多路复合器之前，该字幕数据被压缩、编码和分组。

多路复合器将分别由视频数据编码单元52、音频数据编码单元54和字幕数据编码单元提供的经过分组的数据进行多路复合。经过多路复合的数据根据ECC被纠错然后被调制，例如利用多路复合器中的EFM(8至14调制)。然后，将经过多路复合的数据记录在一种记录介质(例如光盘91)上或者通过一个通道传输或播放。

以下将说明字幕数据编码单元57。

字符发生器55产生对应于由视频编码单元52编码的视频图像的字幕数据。这种字幕数据被输入字幕数据编码单元。该字幕数据被提供给转换开关61的触点(a)，而由字符发生器产生的关键数据被提供给转换开关61的触点(b)。这个转换开关按照预定的时序由触点(a)转换到触点(b)，以便选择待供给量化电路64的字幕数据或关键数据。将选定的数据经过滤波器72和转换开关62提供给该量化电路。

被输入量化电路的字幕数据以彩色查询表(CLUT)71为基准在该量化单元中被量化，而后根据一个差分PCM代码在DPCM电路中被编码。此后，在行程编码电路66和可变长度编码电路67中利用代码出现频率的偏移完成压缩编码。

当字幕数据以8个等级表达时，以CLUT71为基准获得了对应于字幕的亮度值Y和关键数据K的4位地址，这个例子示于图6中。

还可能将彩色查询表传送给解码装置，使得在编码和解码过程中彩色查询表是相同的。在那种情况下，由装入块生成器70所制出的彩色查询表被多路传输，而后被记录或通过一个字幕缓冲检验器(SBV)68传送给解码电路。

在该解码电路中，被传送的彩色查询表被输入CLUT电路26，这样，被输入的数据可以以与编码曾经使用过的同一彩色查询表为基准被解码。在CLUT71中，将亮度数据Y、色差数据Cr、Cb和指示与背景图像的混合比的关键数据K分别按例如最大8位加以存储，如图6所示。

在编码系统中，视频数据、音频数据和字幕数据分别分组并由多路复合器进行多路复合。每一个数据包都带有包括数据的属性信息的附加标题数据，这些附加标题数据在数据解码器中的解码操作中被读出和分离。字幕数据的标题包括指示准备普通再现模式解码的数据或准备按特殊再现方式解码的数据的信息。

在字幕数据编码单元57中，各种控制信号(普通/特技播放、位置信息、字幕编码信息、时间代码、EOP、上限值等)借助于字幕缓冲检验器(SBV)68加到字幕图形数据的位映象上。待存储在该缓冲器的数据量在SBV中被检验，以便调节被编码的数据量，这可以防止出现数据的上溢或下溢。这种控制是根据待存储到该缓冲器中的数据量由控制速率控制器52a和量化电路64的量化级的SBV来完成的。

量化级可以以若干段改变。量化电路的量化位速率也可以根据量化级宽度加以调节。因此，量化能够以所需的位速率完成。

现在参考图8A和8B至图12来说明本发明的特性。

图8A和8B示出一个由一个装入块和一个像素数据块构成的字幕显示数据块。如图8B所示，字幕显示数据块的前三行分配给4位编码模式下的装入块。然而前六行分配给2位编码模式下的装入块(未示出)。

行4至33分配给4位编码模式下的像素数据块。而行7至33分配给2位编码一模式下的像素数据块。像素数据块包括准备在屏幕上显示的字幕数据的位映象数据。

装入块由下列各位构成：一个用于更新彩色查询表的变化位置的前进位(P位)、一个用于在相同的CLUT变换信息持续多帧时控制下一帧的变化位置的更新的保持位(H位)和一个指示变换信息保持相同的帧数据的10位帧计数值。

所述变换信息P位、H位和帧计数值位表示。这一信息用于进行彩色划变操作或改变在被称为变化位置(change position)的视频图像中预定位置上的字幕数据显示。

装入块由在图7A和7B中所示的字幕编码单元57中的装入块生成装置70根据划变数据形成。

由划变操作杆81得到的位置信息经由一个适配器82输入装入块生成器。装入块生成器在一帧的间隔对输入的数据流采样并将该信息作成图9所示的格式。

划变信息同由字符发生器55发出的字幕信息在一个转换开关83中混合，而后被输出给一个用于试验性显示的监视器84中，以检验该划变显示。

图9示出在4位编码模式下的装入块中的数据的采样内容。行1的第一MSB(最高有效位)表示P位，而它的第二MSB(次高有效位)表示H位。行1的第三MSB和LSB(最低有效位)分别表示帧计数值的第10和第9位。帧计数值表示字幕显示的持续时间。行1的第三MSB和LSB是帧计数值的第一MSB和第二MSB位。

行2和行3的相应的四位表示帧计数值的第八位至第五位和帧计数值的第四至第一位。

彩色划变操作参考图10来加以说明。须经彩色划变才显示由字符发生器55产生的字幕“Hello，World！”。在垂直轴上指明表示帧位置的时间t0、t1、t3、……t9，而水平轴表示水平位置。

下面对图10加以说明。

字幕数据起初在时间t0显示。由于H位被设定为“1”，而帧计数值等于288，在显示字幕图形之后，彩色划变前进一个像素并延迟大约10秒的一段时间，即288帧。

在时间t1处，(该时间被设定为时间t0之后大约10秒)，在时间t0开始的延迟结束。

在时间t2，彩色划变前进一个像素。由于H位被设定为“0”，所以在时间t2没有延迟。根据P位被设定为“1”，彩色划变由时间t2时的水平位置前进到下一个像素位置。

在时间t3，彩色划变又前进一个像素。

在时间t4，彩色划变前进四个像素。在此时，基于H位和帧计数值，彩色划变保持16帧，大约0.5秒。当P位被设定为“0”时，该像素位置被跳过，因此，在时间t4，彩色划变跳过三个像素前进并基于P位前进一个像素。

在时间t5、16个帧的彩色划变延迟结束。

在时间t6，基于H位和帧计数值，彩色划变前进一个像素并再次保持大约0.5秒，16帧。

在时间t7处，在时间t6开始的彩色划变延迟结束。

在时间t8，彩色划变前进3个像素。彩色划变再延迟大约1秒，32帧。

在时间t9处，在时间t8开始的彩色划变延迟结束。

按照这种定时，彩色划变前进并且因此字幕“Hello，World！”的显示彩色由左向右变化。彩色划变操作的进行和延迟是根据，例如，装入块中的信息加以控制，如图9所示的那样。

在图11中示出了用于实现以上操作的字幕数据显示和彩色划变控制电路。

在图11中，由装入块和像素数据块构成的数据被输入寄存器200并在P位和H位进行检测。

用水平同步信号(Hsync)清除像素计数器204，并且用时钟CK根据装入块的列地址计算水平方向上像素的数目。当P位为“1”时，将这个计数值在比较器(COMP)206中同寄存器205的内容比较，该内容指示彩色划变的最后一帧的位置。当像素计数器204的计数值A大于寄存器205的值B(A＞B)时，一个指示A＞B的标记经由“与”门207作为选通信号输入到寄存器205。这个选通信号允许对寄存器205的内容进行更新。这样，一个新的彩色划变地址(位置)被储存在寄存器205中。

在字幕解码器7中的控制器35在装入块的从1行至3行的时间内将一个启动信号提供给寄存器201、205和209。

按照显示定时PTS与该系统的时钟值SCR相符这样的定时将寄存器205清除并显示初始字幕图形。

将“与”门的一个输出信号同时输入SR触发器203的置位端S和寄存器205。输入置位端的信号使SR触发器置位。当SR触发器的输出为“0”时，可以对寄存器205进行更新。当SR触发器203的输出被置位于“1”时，寄存器201和205被禁止，并且不能更新。

将4位数据按每一行连续地由寄存器200输入寄存器201，由寄存器200最多输入装入块的三行。当装入块结束时，如图9所示，指示帧计数值的10位数据被存储到寄存器201中。一旦装入块结束，寄存器201将帧计数值加到一个帧递减计数器202上。

当帧计数值被设定时，帧递减计数器202利用来自下一帧的垂直同步信号(Vsync)完成递减计数。在帧递减计数器的值变为0之前，SR触发器保持在“1”，因此寄存器201和205的内容不能更新。当帧递减计数器的计数值为0时，帧递减计数器的借位输出端(BR)变为“1”，SR触发器复位为“0”，这样，寄存器201和205的内容就可以更新。当帧计数值变为0时，指示出延迟或保持周期结束，这样，彩色划变前进并且它的水平位置被更新。

当在寄存器201中下一帧计数值被设定并且重复类似操作时，彩色划变的操作延迟一段由帧计数值确定的时间。如上所述，彩色划变的位置在寄存器205中被更新，结果字幕的彩色划变前进。

寄存器205的输出信号使得在相关帧的水平方向上可以变换彩色查询表。每一帧单位寄存器205的值都可以更新。寄存器205的输出与水平同步信号同步地被加到像素计数器208上。当计数器值变为0时，像素计数器208以它的借位输出端(BR)输出“1”。这个输出信号“1”作为最高有效地址位(MSB)提供给图12所示的一个彩色查询表(CLUT)210，其时间安排在经由寄存器209提供像素数据块这样的时刻。

如图12所示，不同的色差信号Cb、Cr根据MSB被存储在CLUT210中。这样，可以根据在CLUT中存储的色差信号改变作为CLUT210的函数的显示字幕数据的彩色信息。

当像素数据被设定为4位/像素模式时，由于MSB被用于控制CLUT 210的变换，所以只利用较低的3个位完成编码。当像素数据被设定为2位/像素模式时，由于如上所述那样使用MSB，所以只使用LSB完成编码。当在2位/像素模式下以两个像素为单元编码时，在所传送的四位之中可能只有一位可以用作MSB来变换CLUT 210，而可以使用剩余的三位对像进行编码。

如上所述，由于量化的填充数据和关键数据是由预定的位数构成的，所以本发明在一个简单的电路中实现了对高质量的字幕的高速度显示而不引起背景视频图像的显示质量的降低。

由于彩色查询表在水平方向上可以变换，所以也可以实现在卡拉OK系统中的彩色划变。该单一的存储器控制电路可以用来实现用于控制卡拉OK系统中的彩色划变和在外国电影中显示字幕的一种简化方法。

特别是，根据本发明，对于每一个包含约1K字节的数据块都必须发送一个装入块。完成彩色划变或准备使用超过常规的4位/像素或2位/像素范围的存储器存取范围时，不必发送附加信息数据。

尽管业已对本发明的优选的实施例作了阐述和说明，显而易见，对于本领域普通技术人员来说在不脱离本发明的精神和范围的前提下可以作出各种修改。

Claims (30)

1、一种用于带有包括字幕数据和视频图像数据的输入位流的视频图像传输系统的字幕编码装置，所述装置包括：

一个具有用于存取显示数据的地址的彩色查询表；

用于通过按一帧间隔对输入信息流采样从代表视频图像的像素数据的相对位置的位置信息生成包括变换位置信息的装入块的装置，所述变换位置信息用于更新位于该视频图像中的变换位置，其中用于访问所述彩色查询表的当前地址在每个帧周期都可改变到下一个地址，使得可以在由所述变换位置信息所指示的变化位置上存取不同的显示数据，所述变换位置信息还用于使变化位置的更新延迟以及用于设定所述延迟的长度；

用于将随所述彩色查询表变化的字幕数据编码以形成像素数据块的装置；以及

用于由所述装入块和所述像素数据块形成供发送用的数据块的装置。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述显示数据包括代表字幕数据的亮度电平的填充数据和代表所述填充数据和视频图像之间的混合比率的关键数据。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述变换位置信息包括用于更新所述变化位置的前进位、用于延迟所述变化位置的更新的保持位、和用于设定所述延迟的长度的帧计数值位。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述形成数据块的所述装置通过交替排列所述装入块和所述像素数据块形成数据块。

5、一种用于视频图像显示系统的字幕解码装置，所述装置包括：

一个具有用于存取显示数据的地址的彩色查询表；

用于接收包括装入块和像素数据块的数据块的装置，所述像素数据块代表字幕数据，而所述装入块包括变换位置信息，所述变换位置信息用于更新位于视频图像中的变化位置，其中用于访问所述彩色查询表的当前地址可在每个帧周期改变到下一个地址，使得可以在由所述变换位置信息所指示的变化位置上存取不同的显示数据，所述变换位置信息还用于延迟对变化位置的更新并且还进一步用于设定所述延迟的长度；

用于根据所述装入块检测所述变换位置信息的装置；以及

用于在显示屏上显示随所述变换位置信息和所述彩色查询表而变的所述字幕数据和视频图像的装置。

6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述显示数据包括代表字幕数据的亮度电平的填充数据和表示所述填充数据和视频图像之间的混合比率的关键数据。

7、根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述变换位置信息包括用于更新所述变化位置的前进位、用于延迟所述变化位置的更新的保持位和用于设定所述延迟时间长度的帧计数值位。

8、一种用于具有包括字幕数据的输入位流的视频图像传输系统的字幕数据编码装置，所述装置包括：

一个彩色查询表；

用于通过在一帧间隔对输入位流采样从代表视频图像中像素数据相对位置的位置信息中生成包括彩色划变信息的装入块的装置，所述彩色划变信息用于将彩色划变向前移动，其中所述彩色划变每个帧周期都可以向前移动，以便根据所述彩色划变信息使字幕数据的色彩逐渐变化，所述变换位置信息还用于延迟彩色划变并进一步用于设定所述延迟的长度；

用于将字幕数据编码、以便形成随所述彩色查询表而变化的像素数据块的装置；以及

用于由所述装入块和所述像素数据块形成用于传送的数据块的装置。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于所述彩色划变信息包括用于将所述彩色划变向前移动的前进位、用于延迟所述彩色划变的保持位和用于设定所述延迟的长度的帧计数值位。

10、一个用于视频显示系统的字幕解码装置，该装置包括：

一个彩色查询表；

用于接收包括装入块和像素数据块的数据块的装置，所述装入块组包括彩色划变信息，所述彩色划变信息用于使所述划彩色划变向前移动，其中所述彩色划变可以在每个帧周期向前移动，以便使字幕数据的色彩逐渐变化，所述变换位置信息还用于延迟所述彩色划变并进一步用于设定所述延迟的长度，以及其中所述像素数据块代表字幕数据；

用于根据所述装入块检测所述彩色划变信息的装置，以及

用于在显示屏幕上显示随所述彩色划变信息和所述彩色查询表而变化的所述彩色划变和字幕数据的装置。

11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于所述彩色划变信息包括用于向前移动所述彩色划变的前进位、用于延迟所述彩色划变的保持位和用于设定所述延迟的长度的帧计数值。

12、一种用于具有包括字幕数据和视频图像数据的输入位流的视频图像传输和显示系统的字幕编码和解码装置，该装置包括：

一个具有用于存取显示数据的地址的彩色查询表；

用于根据通过在一帧间隔对输入位流采样从表示视频图像中像素数据的相对位置的位置信息中生成包括变换位置信息的装入块的装置，所述变换位置信息被用于更新位于视频图像中的变化位置，其中用于访问所述彩色查询表的当前地址可在每一帧周期改变到下一个地址，使得按照由所述变换位置信息所指示的变化位置存取不同的显示数据，所述变换位置信息还用于延迟对变化位置的更新以及进一步用于设定所述延迟的长度；

用于对随所述彩色查询表而变化的字幕数据编码、以便形成像素数据块的装置；

用于由所述装入块和所述像素数据块形成用于传输的数据块的装置；

用于接收所述数据块的装置；

用于根据所接收的装入块检测所述变换位置信息的装置；以及

用于在显示屏幕上显示随所述变换位置信息和所述彩色查询表而变化的字幕数据和视频图像的装置。

13、一种用于具有包括字幕数据的输入位流的视频图像传输和显示系统的字幕数据编码和解码装置，所述装置包括：

一个彩色查询表；

用于通过在一帧间隔对输入位流采样从表示视频图像中像素数据的相对位置的位置信息生成包括彩色划变信息的装入块的装置，所述彩色划变信息用于将彩色划变向前移动，其中所述彩色划变每个帧周期都可以向前移动，以便根据所述彩色划变信息使字幕数据色彩逐渐变化，所述变换位置信息还用于延迟彩色划变并进一步用于设定所述延迟的长度；

用于对字幕数据编码，以形成随所述彩色查询表而变化的像素数据块的装置；

用于由所述装入块和所述像素数据块形成用于馈送的数据块的装置；

用于接收所述数据块的装置；

用于根据所接收到的装入块检测所述彩色划变信息的装置；以及

用于在显示屏幕上显示随所述彩色划变信息和所述彩色查询表而变化的所述彩色划变和字幕数据的装置。

14、一种用于在其中输入位流包括字幕数据和视频图像数据的视频图像传输系统的字幕编码方法，该方法包括如下步骤：

通过在一帧间隔对输入位流采样而从表示视频图像中像素数据的相对位置的位置信息中生成包括变换位置信息的装入块，所述变换位置信息用于更新位于视频图像中的变化位置，该生成步骤的特征在于，用于访问具有用于存取显示数据的地址的彩色查询表的当前地址可以每个帧周期改变到下一个地址，使得在由所述变换位置信息所指示的变化位置上存取不同的显示数据，所述的变换位置信息还用于延迟对该变化位置的更新并进一步用于设定所述延迟的时间长度；

对随所述彩色查询表而变化的字幕数据编码，以形成像素数据块，以及

由所述装入信息块和所述像素数据块形成用于传输的数据块。

15、根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述显示数据包括表示字幕数据的亮度电平的填充数据和表示所述填充数据和视频图像之间的混合比率的关键数据。

16、根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述变换位置信息包括用于更新所述变化位置的前进位、用于延迟所述变化位置的更新的保持位和用于设定所述延迟时间长度的帧计数值位。

17、根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述形成步骤通过交替地排列所述装入块和所述像素数据块形成数据信息块。

18、一种用于视频图像显示系统的解码方法，所述方法包括如下步骤：

接收包括装入块和像素数据块的数据信息块，所述像素数据块代表字幕数据，而所述装入块包括变换位置信息，所述变换位置信息用于更新位于视频图像中的变化位置，其中，用于访问具有用于存取显示数据的地址的彩色查询表的当前地址可以每个帧周期改变到下一个地址，使得在由所述变换位置信息所指示的变化位置上存取不同的显示数据，所述变换位置信息还用于延迟该变化位置的更新并进一步用于设定所述延迟的长度；

从所述装入块中检测所述变换位置信息；以及

在显示屏幕上显示随所述变换位置信息和所述彩色查询表而变化的字幕数据和视频图像。

19、根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述显示数据包括表示字幕数据亮度电平的填充数据和表示所述填充数据和视频图像之间的混合比率的关键数据。

20、根据权利要求18所述的方法，其特征在于所述变换位置信息包括用于更新所述变化位置的前进位、用于延迟所述变化位置更新的保持位和用于设定所述延迟长度的帧计数值位。

21、一种用于在其中输入位流包括字幕数据的视频图像传输系统的字幕数据编码方法，所述方法包括如下步骤：

通过在一帧间隔对输入位流采样从表示视频图像中像素数据的相对位置的位置信息中生成包括彩色划变信息的装入块，所述彩色划变信息用于向前移动彩色划变，其中所述彩色划变可以每个帧周期向前移动，以根据所述彩色划变信息使字幕数据的色彩逐渐变化，所述变换位置信息还用于延迟彩色划变并进一步用于设定所述延迟的长度。

对字幕数据编码，以形成随彩色查询表变化的像素数据块；以及

由所述装入块和所述像素数据块形成用于传输的数据信息块。

22、根据权利要求21所述的方法，其特征在于所述彩色划变信息包括用于向前移动彩色划变的前进位、用于延迟所述彩色划变的保持位和用于设定所述延迟长度的帧计数值。

23、一种用于视频显示系统的字幕数据解码方法，所述方法包括如下步骤：

接收包括装入块和像素数据块的数据块，所述装入块包括彩色划变信息，所述彩色划变信息用于向前移动所述彩色划变，其中所述彩色划变可每个帧周期向前移动，以便使字幕数据的色彩逐渐变化，所述变换位置信息还用于延迟彩色划变，并进一步用于设定所述延迟的长度，所述像素数据块表示字幕数据；

根据所述装入块检测所述彩色划变；以及

在显示屏幕上显示随所述彩色划变信息和彩色查询表而变化的所述彩色划变和所述字幕数据。

24、根据权利要求23所述的方法，其特征在于所述彩色划变信息包括用于向前移动所述彩色划变的前进位、用于延迟彩色划变的保持位和用于设定所述延迟的长度的帧计数值位。

25、一种用于其中输入位流包括字幕数据和视频图像数据的视频图像传输和显示系统的字幕编码和解码方法，所述方法包括如下步骤：

通过在一帧间隔对输入位流采样而从代表视频图像中像素数据的相对位置的位置信息中生成包括变换位置信息的装入块，所述变换位置信息用于更新位于视频图像中的变化位置，其中用于访问具有用于存取显示数据的地址的彩色查询表的当前地址可以每个帧周期改变到下一个地址，使得在由所述变换位置信息所指示的变化位置上存取不同的显示数据，所述变换位置信息还用于延迟对变化位置的更新并进一步用于设定所述延迟的长度；

对随所述彩色查询表变化的字幕数据编码，以形成像素数据块；

由所述装入块和所述像素数据块形成用于传输的数据块；

接收所述数据块；

根据所接收的装入块检测所述变换位置信息；以及

在显示屏幕上显示随所述变换位置信息和所述彩色查询表而变化的所述字幕数据和视频图像。

26、一种用于其中输入位流包括字幕数据的视频图像传输和显示系统的字幕数据编码和解码方法，所述方法包括如下步骤：

通过在一帧间隔对输入位流采样而从代表视频图像中像素数据的相对位置的位置信息中生成包括彩色划变信息的装入块，所述彩色划变信息用于向前移动彩色划变，其中所述彩色划变可每个帧周期向前移动，以根据所述彩色划变信息使字幕数据的色彩逐渐变化，所述变换位置信息还用于延迟彩色划变并进一步用于设定所述延迟的长度；

对字幕数据编码，以形成随彩色查询表变化的像素数据块；

由所述装入块和所述像素数据块形成用于传输的数据块；

接收所述数据块；

由所接收的装入块检测所述彩色划变信息，以及

在显示屏幕上显示随所述彩色划变信息和所述彩色查询表而变化的所述彩色划变和所述字幕数据。

27、一种字幕数据记录介质，包括一个用于存储数据块的存储层，所述数据块包括代表字幕数据的像素数据块和包括用于更新位于视频图像中的变化位置的变换位置信息的装入块，其中用于访问具有用于存取显示数据的地址的彩色查询表的当前地址可以每个帧周期改变到下一个地址使得在由所述变换位置信息指示的变化位置上存取不同的显示数据，所述变换位置信息还用于延迟对变化位置的更新并进一步用于设定所述延迟的长度。

28、根据权利要求27所述的介质，其特征在于所述变换位置信息包括用于更新所述变化位置的前进位、用于延迟所述变化位置更新的保持位和用于设定所述延迟长度的帧计数值位。

29、一种字幕数据记录介质，它包括一个用于存储数据块的存储层，所述数据块包括代表字幕数据的像素数据块和包括用于向前移动彩色划变的彩色划变信息的装入块，其中所述彩色划变在每一个帧周期是可以向前移动的，以便根据所述彩色划变信息使得字幕数据的色彩可以逐渐变化，所述变换位置信息还用于延迟彩色划变并进一步用于设定所述延迟的长度。

30、根据权利要求29所述的介质，其特征在于所述彩色划变信息包括用于向前移动彩色划变的前进位、用于延迟所述彩色划变的保持位和用于设定所述延迟长度的帧计数值位。

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