CN1279859A - 产生数字视频图像的设备 - Google Patents

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Abstract

产生数字视频图像的设备,包括主图像和副图像的数据解码装置,还包括正确地定时输出解码数据的多路单元(47),同时表示主图像(13)和副图像(12)的解码数据。本设备还有存储器(55),以编码的方式将辅助图像(11)的数据存储于其中。辅助图像(11)的编码数据被加载到解码单元(45),以便副图像数据响应所接收的命令。使副图像(12)的数据解码停止,而代之以实行辅助图像(11)的数据解码。在本发明的另一种改进,提供第二解码单元(61),用以解码可显示的辅助图像(11)。

Description

产生数字视频图像的设备
本发明涉及一种产生数字视频图像的设备，所述数字视频图像包括多个组元，特别是主图像和辅助图像。
本发明是基于一种产生有如独立权利要求1和2类型的数字视频图像的设备。在视频技术中，众所周知的是给出所谓“副图像解码装置”，如用于将诸如副标题显示于电视接收机屏幕上的DVD重放装置。这类DVD重放装置已是适于成批生产的，它包含上述副图像解码装置。不过这种副图像解码装置还进入数字电视接收系统的考虑中(机顶盒)。上述副图像解码单元已适于成批生产并相应地被本领域的相关人员所公知。另外，在“The DVD standard DVD Specifications for Read-Only Disc，Part 3，Vodeo Specifications，Version 1．0，Aug．96，5．4．3 Sub PictureUnit(SPU)(只读光盘DVD标准说明书第3部分‘视频技术规范(1．0版)’96年8月第5．4．3节‘副图像单元(SPU)’”中可以找到副图像解码装置的描述。这种副图像解码单元的详细描述还可见于欧洲专利公开EP-A-0，725，541。
在上述电子设备(DVD重放装置和机顶盒)的情况下，也像其它适于用户的电子设备一样，通常是把特定设备的状态信息插入输出的视频图像中。另外，操作引导用的所谓屏幕显示菜单(OSD)的应用是广泛的。这种菜单与比如在电视接收机情况下利用显示条显示器设定的音量设定、平衡、颜色对比度、亮度等的设定有关；在电视接收机情况下，与利用有关电视接收机情况下所存电视节目段的显示表的菜单、视频记录器节目编制的特定菜单等选择节目位置的选择有关。为了生成这种OSD菜单，或者产生状态显示，当前一般地是使用具有内部或外部ROM和RAM存储器的特殊微控制器电路。通常将这些电路设计成把每个可显示字符的点阵图样存储在ROM存储器中。还可将利用比如可包含相应的条形图的图形字符说成是可显示字符。对于OSD菜单而言，再把所需的字符编码传送给字符发生器，从所述ROM去掉相关的点阵数据，而且在图像中的正确位置生成相关的RGB信号，并将它们插入图像中。还可将这种解决方式形成采用数字信号处理(包括数字帧存储)设备，使得由字符发生器单个地产生象素数据，并写入相应位置的帧存储。
如果把这种普通OSD电路附带用于状态信息和上述设备(DVD重放装置、机顶盒等)中操作引导所用菜单的插入，则出现问题，不仅必须使已经提到的副图像解码单元补充硬件费用，还须补充OSD电路。这就引起开发设备成本的增加，因为需要开发和改造两种极为不同的电路，用以插入副图像／辅助图像。
本发明的目的在于降低具有集成副图像解码单元的设备中生成操作菜单和状态信息所用电路的费用。所述目的是通过独立权利要求1和3的特征实现的。按照本发明与权利要求1对应的第一种方式，包括也采用任何情况下都存在的副图像解码单元，用以产生状态信息或生成菜单。为此，提供一种具有存储装置的设备，以相应的编码形式将可显示状态信息或操作菜单的数据存储在所述存储装置中，还伴随借助相应命令的请求提供将这种辅助图像的数据加载到副图像解码单元中，然后在对可能起动的数据解码之后，再在所述解码单元内对副图像数据解码，而不同的副图像(例如副标题)已被停止。然后，在这种解决方式情况下，排除副标题的插入，而代之以显示具有状态信息或操作菜单的辅助图像。由于比如操作菜单是响应用户的输入指令而生成的，这种用户会在任何情况下将其注意力转向该操作菜单的，所以这并非不可避免的缺点。
按照本发明第二种解决方式的情况，除用于输出副标题的副图像解码单元外，提供为状态信息和操作菜单所用的第二副图像解码单元。可使这两种副图像解码单元的结构类似，也就是说，在这种情况下，与副标题数据类似地，按照相同的编码规律对操作菜单和状态信息的数据编码。虽然必须提供这种解决方式的第二副图像解码单元，但由于使两种副图像解码单元的结构类似，所以使得执行的费用明显地降低。这种解决方式的优点特别包括可以同时将副标题和操作菜单和／或状态信息插入视频图像的事实。在将状态信息确定为拟附加插入所述图像的情况下，比如插入的日期、插入的放送时间、插入的数据、剩余的放松时间等，这是一个特殊的优点。
权利要求4确定了本发明的另一种解决方式。在这种解决方式的情况下，将两个按照第二种解决方式的分立的副图像解码单元组合形成一个共同的有效的解码单元。不过，这样做的先决条件是使副图像解码单元得到新发展，至少是从它具有足够的存储顺序，如果合适，至少存储两个不同副图像的数据，并通过视频帧或半帧以正确的时间依序处理所述数据。
下面对于三种解决方式的理解是正确的：如果只是显示简单的OSD菜单，例如插入显示操作方式所用的简单符号，则即使把副图像解码装置设计成它们能直接编码非易失性存储器(ROM)的相关数据，把副图像单元的数据加载到副图像解码单元中也非绝对必要的。
本发明的这些解决方式具有除已述及的优点之外的如下优点。首先，副图像数据包含所谓副图像的位图数据，其次，包含所谓显示控制命令序列。根据使用副图像的位图数据的事实，任何所需的构形对OSD菜单都可能是特别容易的。再有的优点是位图数据是游程长度码。这用于存储空间。
副图像解码单元按行有向方式解码位图数据的事实意味着无需将全部编码的副图像缓冲存储到存储器中。这也节省存储空间。
本发明的示例性实施例被示于附图中，并以更为详细的方式说明如下，其中：
图1表示副图像和状态信息项在电视接收机屏幕上的显示；
图2表示不同状态信息项和一种操作菜单的举例；
图3表示副图像数据帧格式的举例；
图4表示说明副图像线的象素数据游程长度编码的规律的示意图；
图5表示状态信息项及相关游程长度码字的四个实例；
图6表示一个副图像单元的实例，它被用于在屏幕上插入停止符号；
图7表示本发明第一种设备的方框图；
图8表示按照本发明第一种解决方式控制副图像解码装置程序的流程图；
图9表示本发明第二种解决方式的方框图；
图10表示按照本发明第三解决方式的副图像解码单元的改进方框图；
图1中的参考标号10表示普通电视接收机。参考标号14表示DVD重放装置。后者经比如同轴电缆连到电视接收机10。DVD重放装置14产生模拟电视信号，经比如天线插口将其送入电视接收机10。参考标号13表示主图像或背景图像。参考标号11表示插入的辅助图像，在所示情况下，它传达DVD重放装置14的状态信息(重放方式)。参考标号12表示插入的副图像，提供它用于显示副标题。由于按照本发明的第一种解决方式它不能与辅助图像11同时可见，所以用虚线表示这个插入的副图像。
图2中表示插入的辅助图像的实例。重放方式、停止方式、暂停方式、快进方式、快退方式、跳跃前进、跳跃后退、放送时间、日期时间的相应符号都是状态信息项的示例。此外，图的下部示出程序位置表，作为操作菜单的示例。当前设定的程序位置由背景予以加重。还可将这一操作菜单提供用于示例接收数字电视信号(机顶盒)设备的项目。
图3给出表示公知的所谓副图像单元(SPU)数据格式的略图。这种副图像单元分别被提供用于图象中的副标题。参考标号20表示副图像单元标题(SPUH)的数据半帧。参考标号21表示副图像的第一个半帧的压缩象素数据(PXDTF)的数据半帧，而参考数据22相应地表示副图像的第二个半帧的压缩象素数据(PXDBF)的数据半帧。最后，参考标号23表示显示控制命令序列表(SP DCSQT)的数据半帧。所谓显示控制命令序列(SP DCSQ)被存储在数据半帧23中。PXDTF和PXDBF数据的结构是这种结构的一种可能实例。不过，也可有不同的选择。本说明书将不去详细讨论各条显示控制命令，因为将分别以高精度，比如以公知的DVD标准(1．0版)说明它们，因此，本发明的这个公开出版物特别成为参考文献。
数据半帧21和22中的象素数据确定副图像的显示图样。对于一行副图像的每个象素而言，数据字的两位宽度确定所述象素是否为后台象素或是前台象素，或者确定所述图像是否按第一种方式抑或按第二种方式被辉亮。通过两位可产生此四个不同。特别是这些二进制的值的代表符号为：00=后台象素，01=前台象素，10=由辉亮1显示的象素，以及11=由辉亮2显示的象素。
这里必须考虑，并不是按这种单纯的方式，而是按压缩的方式将每个象素数据存入存储器中的。为此而实行游程长度编码。以下参照图4详细说明游程长度编码的方法。
按所述的DVD标准，对于游程长度编码而言限定七种编码规则。游程长度编码的操作使得拟显示的一帧副图像的一行被游程长度编码。游程长度编码的第一规则读为下述：1．如果具有相同数据字的1-3个象素能够彼此在该行内，则象素数目记入第一游程长度编码字的前两位，并使所述象素字记入接下去的两位。再把四位看成一个单元。这被示于图4的顶部。参考标号30表示象素数目的数据帧，该数据帧具有两位的存储空间。另一方面，参考标号31表示象素类型的数据帧，也就是说，表示各象素的数据字。这个数据帧同样具有两位的长度。
游程长度编码的第二规则读为下述：2．如果具有相同数据字的4-15个象素能够彼此在该行内，则将0记入游程长度编码字的前两位，并将象素数目记入以下的四位，而将象素类型记入最后两位。结果是游程长度编码字具有八位的长度，对应于图4中的第二部分。
游程长度编码的第三规则读为下述：3．如果具有相同值的16-63个象素能够彼此在该行内，则将0记入游程长度编码字的前四位，并将象素数目记入接下去的六位。而将象素类型记入最后两位。所得游程长度编码字具有十二位的长度，这被示于图4的中间部分。
游程长度编码的第四规则读为下述：4．如果具有相同数据字的64-255个象素能够彼此在该行内，则将0记入游程长度编码字的前六位，并将象素数目记入接下去的八位的位置，而将象素类型记入接下去的两位。这就得到游程长度编码字具有十六位的宽度，这被示于图4中的倒数第二的位置。
游程长度编码的第五规则读为下述：5．如果同样类型的象素一直到该行的末尾，则将0记入前十四位的位置，并将接下去的象素类型记入最后两位的位置。这再次得到游程长度编码字具有十六位的宽度，将其看成是一个单元。这种字被示于图4中的最后部分。
游程长度编码的第六规则读为下述：6．如果在游程长度编码的基础上，对于整行而言，不可能有整字节因子的游程长度编码字，则在该行结尾处，将四个0记入最后位的位置。
另外，下面的也被用作游程长度编码的规则：7．一行内的游程长度编码数据的量将对应于1440位，或少于此。
给出简单图像的内容，通过游程长度编码实现很大程度的压缩。图5示出游程长度编码字的几个实例。这种情况下表示的是四个DVD重放装置的状态信息项的实例。从上到下，它们是停止方式、重放方式、快进方式和跳跃前进方式的状态信息项。拟被显示的相关符号分别示于图5的左半部。全部符号包括9×13个象素。星号表示各个要被编码成前台象素的象素。点表示后台象素。在各种情况下对每一行符号进行游程长度编码的形式被示于相邻相关行的右侧。在这种情况下，缩写BP表示后台象素。缩写PP相应地表示前台象素(图样象素)。
各种情况下的游程长度编码的最终数据位以最接近十进制标记的十六进制形式表示被示于图5的右边缘处。这些数据与一个以上显示控制命令序列(SP DCSQ)相关，它们表示相关副图像单元的数据，在所述序列中，相关的符号被置于屏幕的右上角。
图6表示一个用于按照图5在屏幕上插入停止符号的程序的实例。由SPUH表示的部分对应于副图像单元的标题。其中由命令SPDSZ表示该副图像单元的大小。图6中左侧部分的各个数目都是十六进制数。十进制数被示于图6中的右侧部分。各显示控制命令的程序区的开始由命令SP DCSQTA表示。PXD区包含停止符号的位图数据(见图5)。第一和第二帧被相继列入本区内。与第一帧相应的1、3、5和7行的数据进入第一帧，而2、4、6和8行的数据对应于第二帧。
显示控制命令依序被列入区域SP＿DCSQT。命令
表示要处理显示控制命令序列的时刻。本例中只包含一个显示控制命令序列，它直接始于副图像单元的开始之后。命令SP＿NXT＿DCSQSP＿SA指出下一个显示控制命令序列开始。本例中，一个显示控制命令序列的开始由该显示控制命令序列被循环重复的效果表示。后台和前台等副图像单元象素的颜色由命令SET＿COLOR确定。下一个命令SET CONTR设定该副图像单元各象素的对比度。命令SET DAREA表示图像中所显示的矩形区域起始点和结尾点的x、y座标。命令SET DSPXA表示具有第一和第二帧的位图数据的区域的开始。由命令STA DSP开始拟显示之符号的显示。结束命令CMD END限定显示控制命令序列的结束。如前所述，在所示的本例中，在副图像单元SPU被暂停或外部CPU的副图像解码单元的控制寄存器中的外部干扰停止之前，显示控制命令序列是重复循环的。用户可以通过比如按遥控键起动这一动作。
以下将参照图7说明本发明结构的第一个方框图。参考标号41表示串行数据输入端。这里，存在比特流，它包含视频数据和音频数据，以及拟显示的副标题数据。或者可以从光存储盘(DVD)读取，或者可以通过天线／卫星天线或广播电台的宽带电缆接收这些数据。在第一种情况下，所述设备将被用于DVD重放装置中，而在其它情况下将被用于数字电视接收的卫星接收器和机顶盒中。首先使输入数据在修正单元42中接受错误检测及修正。继而使所述数据进入分离电路43受到分离，其中所述视频、音频及副图像数据一直是混在一起的，并在各种情况下将它们适当地传送到视频解码单元44、副图像解码单元45或音频解码单元46。被解码的视频及副图像数据被输入多路单元47中。多路单元47受副图像解码单元45的控制。在多路单元47的输出端，依序将视频图像的各个象素的数据记入电视信号编码装置48。在该电视信号编码装置的输出端，输出数字形式(PAL、SECAM、NTSC)的标准混杂的亮度信号和色度信号(Y,C)。继而，这些信号在数字／模拟转换单元49被转换成模拟信号，并进到相应的输出端55、56。相关的音频信号已经在解码装置46中按标准混杂方式产生，并在数字／模拟转换单元50被转换成模拟音频信号(这里只示出单独一个信号)。使这个音频信号在输出端58被得到。
另一方面，这个设计还可以是使所述模拟亮度信号及色度信号以及音频信号被装入调制单元51按照差别受到调制，并作为相应的电视信号经一个输出端57输出。
另外，参考标号52表示红外输入端。这个输入端用于接收来自遥控装置的红外信号。参考标号53表示分析所收到的红外信号的相应的红外电路。参考标号54表示微控制器。后者也接收来自红外接口53的条件命令字。微控制器54还用于通过相应的控制总线控制单元42-46。比如通过上述各单元被初始化成特定的初始值而实现这种控制。万一红外命令输入端起动“快进”，微处理器54使相应的控制信号进到驱动DVD重放装置。此外，微处理器54从ROM存储器55读取相关的副图像单元，用以显示快进方式的符号。然后微处理器54经控制总线通知副图像解码单元45，必须停止最后的有效副图像。之后微处理器54经分立的数据总线将新的拟显示之符号的副图像单元加载到副图像解码单元45的内部存储器中。然后经控制总线同时开始新加载的副图像单元。此后，所述副图像解码单元在预定的位置将已解码的数据插入整个视频图像的比特流中。为此，副图像解码单元45根据水平同步脉冲信号和竖直同步脉冲信号和象素时钟信号以正确的时间驱动多路单元47；所述同步脉冲信号从电视信号编码装置48被输入。欧洲专利公开EP-A-0,725,541中包含有进一步详细考虑的副图像解码单元45的结构和操作方法。按照这种考虑，将参考文献列入本文。
还应述及的是，对于操作菜单或采用动态内容的状态显示情况而言，在各种情况下，只将副图像的大致框架结构存入ROM55中，而且，对于拟附加到微处理器54中的特定副图像单元而言，这是必要的。为此，微处理器54中必须有足够的读／写存储空间。因此，在这种情况下，即使显示月日时间，必须附带插入特别符合的数目的象素数据。通过采用申请人的德国专利申请DE 196 53 071．7的发明可以适合这一目的。也就是说，后者揭示出必须在副图像的不同部分(例如字母和数目)实行怎样的副图像游程长度编码，以便能容易地变换副图像不同部分，而不是必须实行象素数据解码。
以下参照图8说明关于部分微处理器54控制副图像解码单元45的流程图。参考标号70表示程序开始。参考标号71表示使当前的副图像解码装置的副图像单元停止的程序步骤。参考标号72表示将插入状态信息或操作菜单所用新的副图像单元加载到副图像解码装置45中的程序步骤。参考标号73表示再清除程序步骤71中先以设定的寄存器位置的程序步骤。参考标号74表示起动副图像解码装置45中新加载的副图像单元的程序步骤。在程序步骤75结束程序。
以下将参照图9详细说明本发明第二种解决方式的示例性实施例。在这种情况下，图9中各种情况下的相应参考标号表示与图7相同的部分。另外设置第二副图像解码装置61。第二副图像解码装置61也与多路单元47连接。另外，控制线从第二副图像解码装置61引到多路单元47。于是，多路单元47受两个副图像解码单元45和61控制。如果将插入状态信息项或操作菜单的命令输入微处理器54，则微处理器54从ROM55读取对应的副图像单元，并且在完成之后，顺理成章地将该副图像单元加载到第二副图像解码装置61中。也使该副图像单元在同一时间起动。两个副图像解码装置能够各自分开地处理它们的副图像单元，并以正确的时间将相关的象素数据输出到多路单元47。
图10示出图7实施例所用的另外一种副图像解码装置，其中所示的副图像解码装置被设计成能够并行地处理两个不同的副图像单元。为此，已给RAM60中的两个副图像单元SPU1和SPU2提供足够的存储空间。另外，设置两个缓冲存储器62和63，可将解码的数据写入其中。实际解码单元64首先解码副图像单元SPU1的数据。在这一过程中，它将解码的数据写入第一缓冲存储器62。继而，它解码第二副图像单元SPU2，并将相关的数据写入第二缓冲存储器63。然后再根据水平同步信号和垂直同步信号以及象素时钟信号的状况，从所述第一或第二缓冲存储器读取解码的数据。在这种情况下，解码单元64必须在足够高的速度下工作，使得解码的数据已经适合于需要参照象素时钟输出数据的情况。然而，若非必须看到各副图像单元的图像精确输出，而是延迟的输出已足够的话，则至少对于状态信息和屏幕上的操作菜单，总是可以实行这一点的。
本发明并不限于所述各示例性实施例。各种选择和改型都是可能的。一种简单的副图像解码装置可被设计成，使得它只能产生四种颜色。就这一点而言，使所参考的副图像解码装置并不像特定的DVD标准那样包含特定的卡拉OK功能的命令，即CHG COLCON。虽然这样的副图像解码装置对于每一帧副图像只能产生四种颜色，但其优点在于可使副图像解码装置的硬件费用保持较低。
还可以提供一种扩展的副图像解码装置，通过扩展使其能处理按照DVD标准具有最大尺寸为64K字节代替53220字节的副图像单元。在这种情况下，这种副图像解码装置还能产生比采用按照1．0版本DVD标准的副图像解码装置所能够做的更为复杂的副图像单元。所需附加的硬件费用保持较低。
在另一种设备中，还可以设计一种副图像解码装置，采用32位长度的相关指示字代替按照DVD标准的16位长度的相关指示字。这样的副图像解码装置将能处理尺寸达到4,294,967,296字节的副图像单元。在这种情况下，各种高分辨率的副图像也将是可能的。

Claims (5)

1．一种产生数字视频图像的设备，所述视频图像包括主图像(13)和辅助图像(11)，辅助图像(11)是包含有关设备状态或操作导引信息的图像，所述设备具有多路分用装置(43)，用以将比特流分成主图像比特流和副图像比特流，副图像(12)可与主图像(13)一起显示，并相对于主图像(13)提供诸如副标题等信息；还具有第一解码单元(44)，用以解码主图像的比特流；还具有第二解码单元(45)，用以解码副图像的比特流；还具有多路单元(47)，用以正确地定时输出视频图像中同时表示的第一解码单元(44)和第二解码单元(45)的解码数据，其特征在于，所述设备具有存储器(55)，以编码的方式将可显示的辅助图像(11)的数据存储于其中；副图像(12)和辅助图像(11)按同样的规律被编码；其中响应一个命令，使副图像(12)的数据解码停止，而代之以实行辅助图像(11)的数据解码。
2．如权利要求1所述的设备，其特征在于，可将所述辅助图像(11)的编码数据加载到所述第二解码单元(45)。
3．一种产生数字视频图像的设备，所述视频图像包括主图像(13)和辅助图像(11)，辅助图像(11)是包含有关设备状态或操作导引信息的图像，所述设备具有多路分用装置(43)，用以将比特流分成主图像比特流和副图像比特流，副图像(12)可与主图像(13)一起显示，并相对于主图像(13)提供诸如副标题等信息；还具有第一解码单元(44)，用以解码主图像的比特流；还具有第二解码单元(45)，用以解码副图像的比特流，其特征在于，所述设备具有存储器(55)，以编码的方式将可显示的辅助图像(11)的数据存储于其中；还提供第三解码单元(61)，用以解码辅助图像(11)的数据；按相同的编码规律编码副图像(12)和辅助图像(11)，并将第二解码单元(45)和第三解码单元(61)对应地相同构成；此外，提供多路单元(47)，用以正确地定时输出视频图像中同时表示的第一解码单元(44)、第二解码单元(45)和第三解码单元(46)的解码数据。
4．如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第二解码单元(45)和第三解码单元(61)组合形成一个共同的有效的解码单元，用于视频图像，在各种情况下依次解码副图像数据和辅助图像数据，并使它们以正确的定时适合于所述多路单元(47)，以同时插入主图像(13)中。
5．如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述存储器(55)是非易失性存储器。
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