CN1173782A - 用于字幕教学的组合视频设备 - Google Patents

Abstract

一种用于字幕教学的组合视频设备,包括系统控制器,按照从数据输入部分输入的数据来控制设备的操作;走带机构,用于在记录介质中记录或从中提取由调谐器接收并由视频信号处理装置处理的复合视频信号;音频重现速度控制部分,按照系统控制器的控制信号来控制由走带机构提取并由音频信号处理部分处理的音频信号的重现速度;一字幕处理部分,用于提取字幕信息,它被包括在提取的复合视频信号中,或包括在由调谐器提供的复合视频信号中,以便在显示屏幕上显示提取的字幕信息。

Description

用于字幕教学的 组合视频设备

本发明涉及字幕教学用的组合视频设备，特别是这样一种用于字幕教学的组合视频设备，从其中接收包括字幕和控制代码的复合视频信号，并将其记录在一种记录介质中，在显示记录的字幕时，按照观众的需要反复或是用慢重放速度来重放音频信号。

电视广播中的字幕广播系统可以分类为开放(open)字幕系统和闭路(closed)字幕系统，前者是在电视信号的有效周期内叠加字幕信号，通过对广播电台的选择在电视屏幕上显示出重要新闻，通告等等，而后者是在电视信号的非有效期间，也就是垂直消隐期间对字幕信号进行编码，根据观众的选择在屏幕上显示文字字幕。

闭路字幕广播从1978年起已经在美国被使用，可供听力有困难的人或是因没有手语不能识别场景讲话的人使用。这种闭路字幕广播还可以用于外语学习。

1994年三月授权的美国专利5,294,982号公开了一种适合显示罗马字符和音节字符的闭路字幕广播系统。在该专利中详细地说明了例如韩语音节字符的字幕。按照该专利的方式，为了广播Hangul(韩语字母表)的闭路字幕，把一个Hangul字符分离成初始，中间和结尾辅音音素，并且发送与各个辅音音素相对应的ASCII(美国信息交换标准代码)码。在接收部分中接收ASCII码并对其解码，然后变换初始，中间和结尾辅音音素，以形成显示的Hangul字符。

然而，按照这种惯用的Hangul闭路字幕系统，由于至少需要二到三个字节的数据才能代表一个Hangul字符，其传输速度和显示速度比较慢。另外，由于一个Hangul字符的位置是通过三到四个字节数据的组合来检索的，其解码程序比较复杂。

此外，惯用的字幕系统是有缺点的，若用记录和重现闭路字幕广播系统发送的复合视频信号的组合视频设备来记录复合视频信号，则不能与复合视频信号分开显示字幕数据。另外，惯用的字幕系统不能控制音频信号的重现速度。

为了解决现有技术中存在的问题本发明的目的是，提供一种用于字幕教学的组合视频设备，它可以显示复合视频信号中包括的字幕，并且能反复地或是用低重现速度来控制音频信号的重现。

为了实现上述和其他目的，本发明提供了一种用于字幕教学的组合视频设备，它包括一个系统控制器，用于按照从数据输入部分输入的数据控制视频设备的操作，该输入部分用于输入控制视频设备操作的数据；走带机构，用于在记录介质中记录或是从中提取由调谐器接收并且由视频信号处理装置处理后的复合视频信号；音频重现速度控制部分，用于按照系统控制器提供的控制信号来控制由走带机构提取并且由音频信号处理装置处理后的音频信号的重现速度；以及字幕处理部分，用于提取字幕信息，这种字幕信息被包括在由走带机构提取的复合视频信号中，或是包括在由调谐器提供的复合视频信号中，以便在显示屏幕上显示提取的字幕信息。

通过以下参照附图对最佳实施例的说明本发明的上述目的，其他特征及其优点更加明显。

附图简要说明：

图1是按照本发明用于广播教学字幕的一种电视广播系统的示意性框图；

图2是按照本发明的供教学字幕使用的一个组合视频设备的示意性框图；

图3是按照本发明的字幕信号结构示意图；以及

图4A和4B表示按照本发明的字幕信号的数据包结构示意图。

图1表示了本发明的电视广播系统的结构，该系统被用于广播由观众选择的字幕以及附加信息。

参见图1，由一个音频信号处理部分30对通过麦克风10输入的音频信号进行混频和放大，然后提供给电视(TV)信号调制部分50。用一个视频信号处理部分40对通过摄像机20输入的视频信号进行放大和编辑，然后提供给TV信号调制部分50。TV信号调制部分50采用残留边带调制方式对音频信号进行频率调制，对视频信号进行幅度调制，对调幅(AM)的信号和调频（FM)的信号进行频分多路复用和频率传输，从而产生高频信号。然后由高频输出部分60放大这种高频信号，将其作为电视信号通过天线发送。

与电视屏幕有关的文字信息或是紧急新闻，通告等等附加信息通过字符信息输入部分71被输入到字幕编码块70。用于控制字幕的控制信息通过控制信息输入部分72输入。字符信息输入部分包括一个键盘，用于输入Hangul，英文，中文，日文等等字符以及特殊的字符，并且响应输入的字符信息而输出音节字符，例如2字节的Hangul填空式代码(KSC5601)。控制信息输入部分72包括例如模式选择键，功能选择键等等的键盘，并且响应输入的控制信息而输出一个7位二进制代码。

字符代码发生部分73把输入的2字节字符代码中每个字节的MSB(最高有效位)作为字幕文字/附加信息的标志，并且在附加信息中用“0”代替MSB，从而产生一个18位字符代码的数据包，然后为每个字节加上奇偶校验位。

控制代码发生部分74把输入的7位控制信息分成上4位和下3位，为上4位加上一个奇偶校验位，2位的控制代码判别位，以及一个文字/附加标志，从而产生一个上字节，为下3位加上第一奇偶校验位，第二奇偶校验位，2位的控制代码判别位，以及一个字幕文字/附加信息标志，从而产生一个下字节，然后为产生的每个字节加上一个奇偶校验位，由此产生一个18位的控制代码的数据包。在下文中会说明这种数据包的细节。

一个数据包调制部分75采用数字调制方式来调制字符代码发生部分73或是控制代码发生部分74产生的数据包。

同步计数器部分76接收视频信号处理部分40提供的同步信号，并且由一个垂直同步信号使其复位。同步计数器部76对水平同步信号计数，计算出扫描线的数目。窗口信号发生部分77接收同步计数部分76的计数值，并且产生一个窗口信号，这是一个开关部分78的开关控制信号，用于把字幕信号叠加在视频信号处理部分40输出的视频信号中特定的扫描线上。

图2表示了在本发明中用于字幕教学的复合视频设备。参见图2，一个系统控制器120向外围设备输出控制信号，以便按照从数据输入部分100输入的数据来控制设备的操作。一个走带机构150，用于在记录介质中记录或是从中提取由调谐器130接收并且由视频信号处理部分140处理后的复合视频信号。

音频信号处理部分170从麦克风100接收音频信息，并将其输出到走带机构150，因此，在系统控制器200的控制下，由走带机构将音频信息记录在记录介质上。

一个音频重现速度控制部分180按照系统控制器120提供的控制信号来控制由走带机构150提取并由音频信号处理部分170处理后的音频信号的重现速度，在1/2到9倍的范围内改变其重现速度。音频重现速度控制部分180还可以存储通过连接到音频信号处理部分170的麦克风输入的音频信息数据。

同时，一个字幕处理部分160可以提取字幕信息，这种字幕信息被包括在由走带机构150提取的复合视频信号中，或是包括在由视频信号处理部分140提供的复合视频信号中，以便在显示屏幕上显示提取的字幕信息。

以下将要说明在这种视频设备中使用的字幕信号的具体结构。

为了发送字幕数据，可以利用垂直消隐期间的第10到第20，有效视频期间的第21和第262线中的一条线。另外，为了提高数据传输速率或是其他目的，使用的线可以超过一条。然而，在字幕广播中，传输整场数据是没有意义的，因此不予考虑。

字幕数据的传输比特率应该处在447443.125bps±125bps的范围内，并且长期变化的最大值应该小于±196(0.0125bps)。仅仅在发送彩色电视信号时才需要使用字幕数据信号。另外，传输比特率被确定为色度副载波频率fsc(3579545+10Hz)的1/8。而色度副载波与色同步的频率是同步的。色度副载波在扫描线之间应该具有连续的相位。如果由于图像编辑造成了色度副载波的相位间断，色度副载波至少应该与相应线上的色同步信号实现频率同步。

采用称为BPSK(二进制移相键控)或PRK(反相键控)的数字调制方法来调制数据，在其中用0度相位，和fsc/8(447.443KHz)频率的正弦波的一个周期来代表逻辑“1”，并且用180度相位，和fsc/8(447.443KHz)频率的正弦波的一个周期来代表逻辑“0”。相位抖动的最大范围是±10。最佳的信号波形可以按照电视频道的频谱特性而变化，参见下文。然而，由于基本的限带频率，BPSK波形在发生逻辑值转变的区域内会出现严重的畸变，因此，在广播中需要波形通过截止频率为3.5MHz的第二Butterworth滤波器并且随后对其进行相位补偿。准备采用的Butterworth滤波器的脉冲响应可以表示为： $\left|H\left(f\right)\right|$ $\frac{1}{\sqrt{1(f/\mathrm{fc})}4}$ (其中的fc＝3.5MHz)

由于字幕信号的波形不是一种NRZ(非归零制)波形，而是一个纯正弦波，因此不需要采用上述的标准。然而，考虑到韩国这样的山区面积超过70％的地理条件，为了扩大接收范围，正弦波的最大值被确定为90±5IRE。由于滤波器的带通特性，尽管限定了正常数据信号的最大幅值，数据信号仍可能出现过调量，这种过调量的最大绝对值被确定为5IRE。

参见图3，字幕信号的数据线包括6个周期的位时钟同步信号302，文字起始信号304，以及18位的数据线306。

由字幕处理部分160提取6个周期的正弦波的位时钟同步信号302，并且采用fsc/4(894.886KHz)的频率读出18位数据的位周期。如果相应扫描线的色度副载波的相位是0度，位时钟同步信号302的起始点与水平同步信号下降沿的中心点OH的距离就是9.5μs(色同步信号的34个周期)，如果相应扫描线的色度副载波的相位是180度，它的起始点与水平同步信号下降沿的中心点OH的距离就是9.64μs(色同步信号的34.5个周期)。位时钟同步信号与相应扫描线的色同步信号的频率是同步的，因此就能从色同步信号中提取位时钟同步信号。

文字起始信号304的频率是fsc/16(223.722KHz)，并且相当于相位为180度的正弦波的一个周期。文字起始信号304代表18位数据包的起始。

数据线306包括于18位，其位速率是fsc/8(447.443KHz)。用BPSK调制方式来调制数据线306。

参见图4A和4B，数据包包括三部分，也就是以文字为单位的奇偶校验P，字幕文字/附加信息标志C/T，和一个代码值。D0到D8代表下位字，D9-D17代表上位字，而D17代表用于首先检测传输误差的偶数奇偶校验。D7和D16是字幕文字/附加信息标志，对于字幕文字的情况，该值是“0”，如果是附加信息，该值就是“1”。D7和D16的值应该彼此相符。这些标志被用于保持文字的优先权顺序。D0到D6，和D9到D15表示代码值。如果D5，D6，D14和D1 5的代码值是“0”，就将其确定为控制代码。否则就将其视为字符代码。

以下要说明按照本发明用于字幕教学的组合视频设备的工作方式。

如果观众通过数据输入部分110输入了对应一种记录模式的数据，而这种记录模式是要在记录介质被装入组合视频设备的走带机构150之后用于记录教学的字幕广播，系统控制器120扫描通过数据输入部分110输入的数据，并且从当前的模式变成记录模式。

如果当前的模式被变成了记录模式，由调谐器130选择的复合视频信号就通过视频信号处理部分140被提供给走带机构150，将其记录在记录介质上。

然后，为了利用上面记录了复合视频信号的记录介质重现出教学字幕广播，如果通过数据输入部分110输入了对应一种重现或重放模式的数据，系统控制器120就扫描通过数据输入部分110输入的数据，并且从当前的模式改变成重现模式，以便通过走带机构150重现出视频信号和音频信号。

由走带机构150重现的视频信号被提供给字幕处理部分160进行字幕处理，然后提供给CRT去显示。此时，如果通过数据输入部分110输入控制音频信号重现速度的数据，系统控制器120就向音频重现速度控制部180输出音频重现速度控制数据，从而执行音频信号处理部分170输出的音频信号的重现，按照输入的重现速度控制数据来改变其重现速度。

音频重现速度控制部分180具有一个变速重放系统(VSPS)，以便按照重现速度控制数据来快速，慢速或是多次反复地重现对应字幕信息的音频信号，并且对通过麦克风输入的音频信息具有音响信息功能和存储功能。相应地，观众可以在观看屏幕上显示的字幕数据时控制输出音频信号的重现方式，可以反复重现或是慢速重现，这样就能用字幕实现教学目的。

如上所述，按照本发明，由于在屏幕上显示字幕数据时能够按照观众的需要来控制音频重现的速度，可以将这种字幕广播用于教学。

尽管本发明是参照其最佳实施例来说明和解释的，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的条件下显然还能改变其形式和细节。

Claims (21)

1、一种用于接收音频信息和包括字幕信息的复合视频信号的设备，并且该设备与记录介质一起使用，该设备包括：

调谐器，用于接收所述复合视频信号；

视频信号处理装置，用于处理所述复合视频信号；

数据输入装置，用于输入控制所述设备操作的输入数据；

系统控制器，用于产生控制信号，按照数据输入装置输入的数据控制所述设备的所述操作，该数据输入装置用于输入控制所述设备的所述操作的数据；

音频信号处理装置，用于将所述音频信息转换成音频信号；

走带机构，用于在记录介质中记录或是从中提取由所述视频信号处理装置处理后的复合视频信号；

音频重现速度控制装置，用于按照所述系统控制器提供的所述控制信号来控制由所述走带机构提取并且由所述音频信号处理装置处理后的所述音频信号的重现速度；以及

字幕处理装置，用于提取所述字幕信息，这种字幕信息被包括在由所述走带机构提取的所述复合视频信号中，或是包括在由所述视频信号处理装置处理后的所述复合视频信号中，以便显示提取的所述字幕信息。

2、按照权利要求1的视频设备，其中，所述音频重现速度控制装置按快重现速度或慢重现速度来控制对应所述将要被重现的字幕信息的所述音频信号，或至少重复两次。

3、按照权利要求2的视频设备，其中，还包括用于接收音频信息的麦克风，用所述音频重现速度控制装置存储所述音频信息。

4、一种用于接收音频信息和包括字幕信息的复合视频信号的设备，并且该设备与记录介质一起使用，该设备包括：

调谐器，用于接收所述复合视频信号；

视频信号处理单元，用于处理所述复合视频信号；

数据输入单元，用于输入控制所述设备操作的输入数据；

系统控制器，用于产生控制信号，按照数据输入装置输入的数据控制所述设备的所述操作，该数据输入装置用于输入控制所述设备的所述操作的数据；

音频信号处理单元，用于将所述音频信息转换成音频信号；

走带机构，用于在记录介质中记录或是从中提取由所述视频信号处理单元处理后的复合视频信号；

音频重现速度控制单元，用于按照所述系统控制器提供的所述控制信号来控制由所述走带机构提取并且由所述音频信号处理单元处理后的所述音频信号的重现速度；

字幕处理单元，用于提取所述字幕信息，这种字幕信息被包括在由所述走带机构提取的所述复合视频信号中，或是包括在由所述视频信号处理单元处理后的所述复合视频信号中，以便显示所提取的字幕信息。

5、按照权利要求4的视频设备，其中，所述音频重现速度控制单元按快重现速度或慢重现速度来控制对应所述将要被重现的字幕信息的所述音频信号，或是至少重复两次。

6、一种用于接收音频信号和包括字幕信息的复合视频信号的设备，并且该设备与记录介质一起使用，该视频设备包括：

走带机构，用于在记录介质上记录或是从中读出所述复合视频信号和音频信号；以及

控制单元，用于从所述走带机构读出所述复合视频信号，从所述复合视频信号中提取所述字幕信息，用于显示所述字幕信息，并且根据从用户接收到的输入数据按照不同的重现模式输出所述音频信号。

7、按照权利要求6的设备，其中，所述控制单元进一步包括：

数据输入单元，用于接收所述输入数据；

字幕处理单元，用于提取所述字幕信息；

音频重现速度控制单元，用于存储所述音频信号；以及

系统控制器，用于使所述走带机构向所述字幕处理单元发送所述复合视频信号，并使其向所述音频重现速度控制单元发送所述音频信号。

8、按照权利要求7的设备，其中，还包括：

调谐器，用于接收所述复合视频信号；并且

不同重现模式包括慢于和快于正常重现速度的速度，以及至少两次重复所述音频信号。

9、按照权利要求7的设备，其中，还包括：

视频信息处理单元，用于在被所述走带机构读出之前处理由所述调谐器接收的复合视频信号；以及

音频信号处理单元，用于在被所述音频重现速度控制单元读出之前处理从所述走带机构读出的所述音频信号。

10、按照权利要求8的设备，其中，还包括：

视频信息处理单元，用于在被所述走带机构读出之前处理由所述调谐器接收的复合视频信号；以及

音频信号处理单元，用于在被所述音频重现速度控制单元读出之前处理从所述走带机构读出的所述音频信号。

11、按照权利要求8的设备，其中，所述系统控制器使所述视频信号处理单元向所述字幕处理部分发送所述复合视频信号。

12、按照权利要求6的设备，其中，还包括：

字符信息输入装置，用于输入2字节音节字符填空式代码的字幕数据；

控制信息输入装置，用于输入7位控制信息，这种信息被用于闭路字幕广播的接收控制；

字符代码发生装置，用于将所述2字节音节字符填空式代码中每个字节的最高有效位MSB作为第一信息标志，并且为所述2字节音节字符填空式代码的每个字节加上一个奇偶校验位，从而产生一个18-位字符代码的数据包；

控制代码发生装置，把所述7位控制信息分成高4位和低3位，为高4位加上一个奇偶校验位，2位的控制代码判别位，以及一个第二信息标志，从而产生一个高字节，为所述低3位加上第一奇偶校验位，第二奇偶校验位，2位的控制代码判别位，以及第三信息标志，从而产生一个低字节，并且为所述高、低字节各自加上另一个奇偶校验位，由此产生一个18位的控制代码；数据包调制装置，采用数字调制方式来调制所述字符代码发生装置或是所述控制代码发生装置产生的所述数据包，从而产生具有所述字幕信息的字幕信号；

同步计数器装置，用于接收所述视频信号的水平和垂直同步信号，并且对所述水平同步信号计数，所述同步计数器装置由所述垂直同步信号复位；

窗口信号发生装置，用于接收所述同步计数器装置的计数值，并且产生一个窗口信号，该信号用于在每个场中选择一个预定的行；

开关装置，用于响应所述窗口信号，有选择地切换所述视频信号和所述字幕信号从而产生所述复合视频信号，以及

发射机，用于发射所述复合视频信号。

13、按照权利要求6的设备，其中，还包括：

视频处理器，用于处理视频信号；

一个字幕编码器，用于产生具有所述字幕信息的字幕信号，在视频信号中进行编码，所述字幕编码器包括：

一个同步计数器，用于从所述视频处理器接收同步信号，对水平同步信号计数，从而在视频信号中选择预定的扫描线，并且由垂直同步信号使其复位，以及

一个开关单元，根据所述计数值交替地输出视频信号和字幕信号，将字幕信号叠加在视频信号中特定的线上，从而产生所述复合视频信号；以及

发射机，用于发射所述复合视频信号。

14、按照权利要求13的设备，其中，所述开关单元包括：

一个窗口信号发生器，用于根据同步计数器的计数值产生一个开关信号；以及

开关，根据开关信号交替地输出视频信号和字幕信号。

15、按照权利要求13的设备，其中，所述字幕编码器包括：

一个字符信息单元，用于接收字符数据，并且作出响应从而产生多字节格式的字幕字符数据；

一个字符代码发生器，它把字幕字符数据中每个字节的最高有效位作为一个标志，指示出该字符数据是与广播的视频信号有关的字幕文字数据或是与广播的视频信号无关的附加信息，如果该字符数据是字幕文字数据，所述字符代码发生器就用第一值代替各个最高有效位，如果该字符数据是附加数据，就用不同于第一值的第二值代替各个最高有效位，并且为每个字节加上一个奇偶校验位，从而产生作为字符代码的第一数据包；

一个控制信息输入单元，用于接收控制字幕的控制信息，并且产生多位格式的字幕控制数据；

一个控制代码发生部分，把多位字幕控制数据分成多个高位编号和多个低位编号，为多个高位加上第一奇偶校验位，控制代码判别位，以及所述标志，从而产生一个高字节，为多个低位编号加上第二和第三奇偶校验位，控制代码判别位，以及所述标志，从而产生一个低字，并且为所述高和低字节各自加上附加的奇偶校验位，由此产生表示控制代码的第二数据包：以及

一个调制部分，采用数字调制方式来调制字符和控制代码，从而产生字幕信号。

16、按照权利要求15的设备，其中，还包括：

音频处理器，用于处理音频信号；以及

电视信号调制器，用于对经过处理的音频信号进行频率调制，对经过处理的用字幕信号编码的视频信号进行幅度调制，对调幅的音频信号和用字幕信号编码的调频视频信号进行频分多路复用和频率发送，从而是产生一个高频信号。

17、按照权利要求15的设备，其中，所述字幕信号包括一个位时钟信号，如果相应扫描线的色度副载波的相位是0度，位时钟同步信号就从与水平同步信号下降沿的中心点距离为第一预定量的第一点开始，如果相应扫描线的色度副载波的相位是180度，位时钟同步信号就从与水平同就信号下降沿的中心点距离为第二预定量的第二点开始，以及一个文字起始信号，用于表示字符代码和控制代码的起点。

18、按照权利要求15的设备，其中，每个字符代码和控制代码都包括以字为单位的奇偶校验位，标志，以及一个代码值，其中用各个字符代码和控制代码中特定位的值来表示一个具体的数据包是字符代码或是控制代码。

19、按照权利要求15的设备，其中，用多个低位编号标志来指定字符信息显示的多种功能，并且用多个高位编号标志来指定字符信息显示功能中的多种附加功能。

20、一种用于接收音频信号和包括字幕信息的复合视频信号的设备，并且该设备与记录介质一起使用，该设备包括：

调谐器，用于接收所述复合视频信号；

视频信号处理器，用于处理所述复合视频信号；

音频信号处理器，用于处理所述音频信号；

走带机构，用于在记录介质上记录或是从中读出来自所述视频信号处理器的所述视频信号以及来自所述音频信号处理器的所述音频信号；

一个控制单元，用于从所述走带机构和所述视频信号处理部分之一读出所述复合视频信号，从所述走带机构提取所述字幕信息，以便显示所述字幕信息，并且读出并存储由所述音频信号处理器处理的所述音频信号，再根据从用户接收到的输入数据按照不同的重现模式输出所述音频信号。

21、按照权利要求20的设备，其中，所述控制单元进一步包括：

数据输入单元，用于接收所述输入数据；

字幕处理单元，用于提取所述字幕信息；

音频重现速度控制单元，用于存储所述音频信号；以及

一个系统控制器，用于使所述走带机构和所述视频信号处理器之一向所述字幕处理单元发送所述复合视频信号，并使所述音频信号处理器向所述音频重现速度控制单元发送所述音频信号。

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