CN1253004C - 用于包括图形元素的视频景象合成的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在确保不发生二维图形元素的退化的同时，从较小格式主要视频目标获得包括二维图形元素的向上换算视频帧的方法和装置。为此目的，分离和并行处理在视频目标和二维图形元素上执行。第一个处理过程包含来自视频对象帧的组成帧，所述帧被向上换算到后来期望的输出端视频格式。第二处理过程在于直接以所述输出格式方式使用一种绘图算法再现二维图形元素，其中该绘图算法保证不会发生所述二维图形元素的退化。在最后的步骤中，再现的二维图形元素映射在向上换算的图像帧上。该方法产生包括与执行在包括二维图形元素上的一种向上换算相比较具有良好分辨率的二维图形元素的图像帧，这导致包括退化的二维图形元素的向上换算的图像帧。应用：视频景像构成。
Description
发明领域
本发明涉及一种由一组图形元素和初始的视频对象进行视频景象合成方法和装置。
背景技术
对于一个观察者，本发明可以被用于任何电视编码系统以改进图形元素的目视读数舒适性。
随着多媒体应用的出现，例如交互式电视或者电子节目表(EPG)，图像质量变成一个重要的方面。实际上，同时具有良好分辨率和图像的大的显示格式，终端用户需要视频和图形元素以便他们可以具有最大限度的视觉舒适性时和上述应用程序通信并且相互作用。上述的多媒体应用的内容愈来愈由初始的视频成分组成，其中附加信息插入初始的视频成分中。上述的附加信息可以对应于终端用户请求或者终端用户图形个性化的应答，其中终端用户请求或者终端用户图形个性化导致在所述初始的视频成分的图像帧中的二维的(2D)图形元素的映射，例如文本或者几何图案。
美国专利5,877,771描述一种以显示帧方式提供一种丰富的表面花纹的二维纹理映射的方法和装置。为此目的，以初始视频帧方式对于一种目的像素的多分辨率纹理数据以纹理变化的本地速率为基础在水平和垂直的屏幕空间采样率进行超一抽样。如果图形元素被认为是纹理，上述的方法能被用于二维图形元素在图像帧上的映射。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种由二维图形元素和视频对象合成视频景象的改进的并且成本经济的方法，使用该方法可获得一种优质的视频景象中的二维图形元素。
实际上，现有技术方法具有强大的限制。首先，如果最终的输出视频帧需要一种较大的格式，该方法没有考虑在初始视频帧上的二维图形元素的映射必须与向上变换的所述初始视频帧结合。因此，在这里，二维图形元素的质量由于混叠(aliasing)而降低，该混叠导致粗糙的和锯齿形的符号对于观测员来说不易读。第二，因为对于映射操作需要大量处理能力，所以该方法仍然是昂贵的。
按照本发明的方法提供一种对由现有技术方法的限制提出的问题的解决方案。该方法提供一种从小格式的初始视频对象获得包括二维图形元素的向上变换的图像帧而保证不会发生所述二维图形元素的退化的可能。
为此，本发明提供了一种由一组图形元素和初始视频对象合成视频景象的方法，所述方法特征在于它包括：对所述初始视频对象的一个渲染步骤，用于以小于期望的输出视频格式的格式提供渲染的视频帧；一个对上述渲染的视频帧的放大的步骤，用于以上述期望的输出视频格式提供放大的渲染的视频帧；一个图形元素的渲染步骤，用于以所述期望的输出视频格式提供渲染的图形元素；一个以上述期望的输出视频格式在所述向上换算的图像帧上映射所述渲染的图形元素的映射步骤，用于合成定义一个视频景象的输出视频帧。
其中，所述初始视频对象是解码的MPEG-4视频对象。
所述图形元素是字符和几何图案。
所述图形元素的渲染步骤由使用绘图算法的一个方法实行。
所述放大的步骤包括像素的复制，所述像素在所述小于期望的输出视频格式的格式中定义所述渲染的视频帧。
本发明还提供了一种用于由一组图形元素和初始视频对象合成视频景象的机顶盒产品，所述机顶盒产品的特征在于包括：应用到所述初始视频对象渲染装置，以便以小于期望的输出视频格式的格式提供渲染的视频帧；放大装置，应用到所述渲染的视频帧以便以期望的输出视频格式提供放大的渲染视频帧；应用到所述图形元素的渲染装置，以便以所述期望的输出视频格式提供渲染的图形元素；映射装置，用于以期望的输出视频格式在所述放大的渲染视频帧上映射所述渲染的图形元素，产生定义一个视频景象的输出视频帧。
其中，所述渲染和映射装置包括一个含有程序指令的程序存储器，一个信号处理器用于执行所述程序指令，所述放大装置包括一个信号协处理器。
所述的机顶盒产品包括用于在渲染期间调整所述初始视频对象的相对空间位置的用户交互作用装置。
所述的机顶盒产品包括用于解码输入端MPEG-4流的解码装置，产生定义所述初始视频对象的MPEG-4视频对象。
所述映射装置是用于存储所述渲染的图形元素的暂时的缓存器。
该方法的益处在于输出端视频由分别与视频对象和二维图形元素有关的两组不同的数据组成。因此，分离和并行的处理在视频对象和二维图形元素上执行。第一个处理包含合成来自视频对象帧的帧，所述帧被向上换算到后来期望的输出视频格式。第二处理过程在于直接以所述输出格式方式使用一种绘图算法渲染二维图形元素，其中该绘图算法保证不会发生所述二维图形元素的退化。在最后的步骤中，渲染的二维图形元素映射在向上换算的图像帧上。与在包括二维图形元素上的视频帧上执行向上换算的方法(这导致包括退化的二维图形元素的向上换算的视频帧)相比较，该方法产生具有良好分辨率的包括二维图形元素的视频帧。
参考如下所述的实施例并与该附图结合，本发明将会更详细解释，其中相同的部分或者子步骤具有相同的参考数字：
附图说明
图1描述按照本发明的步骤的序列，
图2描述实现本发明的硬件，
图3描述本发明的一种实施例。
具体实施方式
本发明涉及一种由一组视频数据和二维图形元素合成视频图象的改进的方法。
本发明描述一种由二维图形元素和按照MPEG-4视频标准编码的视频数据合成视频景象的技术方案，但对于本领域技术人员来说显而易见的是本发明的范围不局限于上述具体的实例，还可以被用于按照其它面向对象视频标准，MPEG-2或者H.263视频标准，或者非编码视频数据编码的视频数据。
图1描述按照本发明的方法步骤的序列，在本文中，是一种由两个视频和二维图形元素合成视频景象的方法。它包括：
一个对按照MPEG-4视频标准编码的输入端视频对象102解码并且提供解码视频对象103的解码步骤101。第一个视频对象对应于具有一种第一格式的一种背景视频，例如CIF格式(通用中间格式)。第二视频对象对应于具有一种较小型格式的一种视频，例如SQCIF格式(分象限通用中间格式)。这些输入端视频对象由分离的MPEG-4解码器解码。
一个用于从解码的视频103获得渲染的视频帧105的视频渲染步骤104。该步骤在于相对于汇编参数汇编所述视频103。例如，它可以导致SQCIF图像帧在CIF图像帧中重叠。例如，上述的参数描述了在景象中每个视频对象的空间位置或者在SQCIF和CIF图像帧之间的透明度系数。它们直接从每个视频对象或者从一个按照BIFS(用于景象的二进制格式)语言编码的流106中提取并且专用于描述景象组合。该步骤也考虑到MPEG-4层的能力以便改进响应于用户交互作用的汇编参数，例如通过鼠标或者键盘信号107或者使用BIFS流106内部的BIFS刷新，例如在渲染的景象中所选择的视频对象的空间位置的变化。
一个用于沿着水平和/或垂直轴提供放大的渲染帧109的向上换算的步骤108。为此目的，帧105的亮度和色度像素按照一个定标因数水平地和/或垂直地重复。当然，也可以使用其它的向上换算的替换方法，例如以像素内插法为基础的方法。例如，如果定标因数设置为2，以CIF格式的帧105的向上换算便会产生具有CCIR格式的帧109。
用于从二维图形元素111获得二维渲染图形元素112的一个图形渲染步骤110。为此目的，一个绘图算法用来以允许在帧109上直接映射而不必向上换算的格式渲染所述图形元素111。这样不出现二维图形元素的退化。二维图形元素可以由文本和/或图案组成。每个元素111作为一个独立单位以图形渲染步骤110的方式被渲染。
一个在渲染的帧109上映射渲染的二维图形元素112的映射步骤113，产生帧115。该步骤考虑了由信号114或者BIFS流106内部描述的景象定义的帧109中的每个二维图形元素102的位置，所述位置对应于帧109中在笛卡尔坐标系中的水平和垂直坐标。信号114是预置的或者从鼠标或者键盘上发出的，允许用户通过在所述参考系统中选择它们的空间位置与二维图形元素相互作用。一旦给定的图形元素的位置被确定，映射操作113以限定所述图形元素的像素替换帧109的像素。在一个改进的实施例里，图形元素和帧109之间的透明度可以以获得帧109的像素和规定所述图形元素像素之间平均值的方式获得。
图2描述用于实现按照本发明各种步骤的硬件体系结构200。该结构围绕一个数据总线201构成以便保证多个处理过程硬件设备之间的数据交换。第一，它包括一个用于接收输入端视频对象和二维图形元素的一个输入端外部设备202，其中所述视频对象和二维图形元素都保存在大容量存储器203中。所述视频对象由信号处理器204(在本图里指CPU)解码，其中执行指令属于保存在快速存取存储器205中的一个解码算法。一旦解码，视频对象保存在第一视频缓冲器206中。视频渲染步骤也可由信号处理器204执行，执行属于存储在存储器205中的渲染算法的指令，但是也考虑到来源于鼠标207、键盘208、存储在大容量存储器203中的BIFS文件的数据，或者来自用于在被制造的视频景象中对每个视频对象的位置进行限定的输入端外部设备202的BIFS流。从一组解码的视频对象渲染的每个帧因此保存在所述第一缓存器206中并且通过一个信号协处理器209(在本图里称为ICP)向上换算。用于上述任务的信号协处理器的使用允许迅速的处理并且最小的CPU占用，因为向上换算的硬件功能可以被归入所述协处理器。由此产生的向上换算的帧保存在所述缓存器206中。并行地，二维图形元素由该信号处理器204渲染，其中执行属于保存在存储器205中的绘图算法的指令，每个图形元素被连续地渲染并且在包含在缓存器206中的渲染帧里连续地映射。如果需要渲染帧和二维图形元素之间的透明度，渲染的图形元素保存在一个暂时的缓存器210中，以便使属于保存在缓存器206中的渲染帧的像素和属于所述渲染的二维图形元素的像素之间的平均操作可以由处理器204执行，由此产生的帧被保存在缓存器206中。当包括二维图形元素的最终渲染帧已被得到时，缓存器206的内容被发给一个第二缓存器211以便最终渲染的帧被发送到一个输出端视频外部设备212以在显示器213上显示。当缓存器211中的当前帧正在显示时，转换机构允许缓存器206中的下一个帧被渲染。用于渲染包括二维图形元素的每个帧的处理过程被重复。
图3描述一个按照本发明的实施例。该实施例对应于一个允许用户在电视频道节目上接收多种信息的电子节目表应用程序(EPG)，例如视频预览或者图文数据。为此目的，如参考附图1和2描述的本发明的连续的步骤在一个机顶盒单元301里被执行，盖机顶盒单元从外部空间302接收原始数据，例如通过一个链路303从一个广播电台接收。所述原始数据按照本发明的不同的步骤处理，产生具有比初始视频对象较大格式的、包括二维图形元素的视频帧并显示在显示器304上。该应用允许用户在频道空间306和时间空间307里依靠具有相关的目标条310的浏览窗308的位置操纵该屏幕并预览。浏览窗308在全屏幕电视节目309的上面是重叠的并且混合的。当在背景里具有当前的电视节目时，那么用户可以透过时间307和频道306浏览。由类似鼠标的指示设备305提供例如一个多功能遥控器的交互作用功能。在该应用里，本发明保证显示帧中的文本和图形元素306、307和310的良好清晰度。
当然，可以提出替代的图形设计用于更多的信息特征，例如电影演员们的介绍、关于节目的详细信息而不背离本发明的范围。
Claims (10)
1.一种由一组图形元素和初始视频对象合成视频景象的方法，所述方法特征在于它包括：
对所述初始视频对象的一个渲染步骤，用于以小于期望的输出视频格式的格式提供渲染的视频帧，
一个对上述渲染的视频帧的放大的步骤，用于以上述期望的输出视频格式提供放大的渲染的视频帧，
一个图形元素的渲染步骤，用于以所述期望的输出视频格式提供渲染的图形元素，
一个以上述期望的输出视频格式在所述向上换算的图像帧上映射所述渲染的图形元素的映射步骤，用于合成定义一个视频景象的输出视频帧。
2.权利要求1中所述的方法，特征在于所述初始视频对象是解码的MPEG-4视频对象。
3.权利要求1中所述的方法，特征在于所述图形元素是字符和几何图案。
4.权利要求1中所述的方法，特征在于所述图形元素的渲染步骤由使用绘图算法的一个方法实行。
5.权利要求1中所述的方法，特征在于所述放大的步骤包括像素的复制，所述像素在所述小于期望的输出视频格式的格式中定义所述渲染的视频帧。
6.一种用于由一组图形元素和初始视频对象合成视频景象的机顶盒产品，所述机顶盒产品的特征在于包括：
应用到所述初始视频对象渲染装置，以便以小于期望的输出视频格式的格式提供渲染的视频帧，
放大装置，应用到所述渲染的视频帧以便以期望的输出视频格式提供放大的渲染视频帧，
应用到所述图形元素的渲染装置，以便以所述期望的输出视频格式提供渲染的图形元素，
映射装置，用于以期望的输出视频格式在所述放大的渲染视频帧上映射所述渲染的图形元素，产生定义一个视频景象的输出视频帧。
7.如权利要求6中所述的机顶盒产品，特征在于渲染和映射装置包括一个含有程序指令的程序存储器，一个信号处理器用于执行所述程序指令，所述放大装置包括一个信号协处理器。
8.如权利要求6中所述的机顶盒产品，特征在于它包括用于在渲染期间调整所述初始视频对象的相对空间位置的用户交互作用装置。
9.如权利要求6中所述的机顶盒产品，特征在于所述的机顶盒产品包括用于解码输入端MPEG-4流的解码装置，产生定义所述初始视频对象的MPEG-4视频对象初始对象。
10.如权利要求6中所述的机顶盒产品，特征在于所述映射装置是用于存储所述渲染的图形元素的暂存器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20060419 Termination date: 20091119 |