CN1729684A - 编码/解码字幕数据项的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

字幕可以基于像素数据或字符数据。字符数据允许非常有效的编码，但是单独从字符串中，不能够将字幕转换为要重叠在视频上的图形表示。必须在字幕比特流中明确地对所需字符集、字体和如字体尺寸等进行编码，或者必须对其进行隐含假设。在基于像素的字幕中，通过将其描述为在AV屏上的像素值的区域(典型地，矩形的)，以图形表示的形式来直接传送字幕帧，这以相当大地增加字幕数据的带宽为代价。根据本发明，使用允许有效实现基于像素的字幕字母的字体存储器，因为仅需要对这些点符进行一次传送，之后在AV事件期间，通过相对紧凑的字符参考对其进行引用。由此，本发明组合了纯基于像素和纯基于字符的字幕方案的优点，同时极大地避免了各自的缺陷。

Description

编码/解码字幕数据项的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种编码/解码字幕数据项的方法和设备，特别是字幕和图形，以便蓝色光束盘的光学存储和记录。
背景技术
在用于预记录的视听(AV)材料的字幕区域中，存在相互矛盾的要求：一方面，应该有效地对字幕数据进行编码，特别是，如果要将整个字幕服务提供给任意给定的AV材料。在这种情况下，至少平均地，非常少的比特可用于每一个字幕字符。
另一方面，专业内容拥有者想要对字幕字符在屏幕上的出现进行完全地控制，另外，其想要使其命令为具有特殊显示效果的丰富的集合，从简单的渐变到真正的动画。这样高的设计自由度和命令通常仅对于高或非常高的字幕带宽而言是实用的。
在今天的技术发展水平下，存在两种主要的方案，用于利用单独的字幕信息给预先记录的AV数据信号加字幕：字幕可以基于像素数据或字符数据。在两种情况下，字幕方案包括一般框架，例如，沿AV时间轴来处理字幕元素的同步。在基于字符的字幕方案中，例如，在针对欧洲模拟或数字TV的图文电视系统中(参见ETSI：ETS 300 706Enhanced Teletext specification，1997年5月)，由字母码序列来描述字符串，例如ASCII(参见ISO/IEC 8850：American Standard Codefor Information Interchange-ASCII)或UNICODE(参见ISO/IEC10646：Information technology-Universal Multiple-字节编码字符集(UCS))，本质上，这允许非常有效的编码。但是单独从字符串中，不能够将字幕转换为要重叠在视频上的图形表示。对此，必须在字幕比特流中明确地对所需字符集、字体和一些字体参数(最为典型地，字体尺寸)进行编码，或者在适当定义的字幕环境中对其进行隐含假设。此外，在该方案中的任何字幕局限于可以利用所使用的特定字体的字幕和符号来表达的字幕。
DVB字幕规范(参见ETSI：ETS 300 743 Digital VideoBroadcasting(DVB)；Subtitling systems，1997年9月，以及EP-A-0745 307：Van der Meer等人，Subtitling transmission system)，其对象类型为“基本对象，字符”或“合成对象，字符串”，构成了基于字符的字幕的现有技术状态的另一示例。
在基于像素的字幕方案中，通过将其描述为在AV屏上的像素值的区域(典型地，矩形的)，以图形表示来直接传送字幕帧。无论何时无论何地，当某物表示为在重叠到视频上的字幕平面上可见时，必须对其像素值进行编码，并与适当的同步信息一起，将其设置在字幕比特流中。明显地去除了第三方定义字体的固有的任何限制，基于像素的方案带来了相当大地增加了针对适当字幕数据的带宽的负担。在DVD的“子图像”概念(参见DVD论坛：DVD Specification forRead-Only Disc/Part 3 Video Specifications/Version 1.0，1996年8月)、以及DVB字幕的“位图对象”概念(参见以上所提到的ETS300 743和EP-A-0 745 307)中可以找到基于像素的字幕方案的示例。
发明内容
本发明要解决的问题是组合基于字符字幕的有效编码与对字幕字符的出现的完全控制(如对基于像素的字幕可行的那样)组合在一起，而不会显著地增加传送所需信息所需要的数据量。通过权利要求1和7所公开的方法来解决该问题。在权利要求4中公开了实现权利要求1所述的方法的设备。
本发明基于基于像素的字幕方案。
该字幕系统包括允许将字体支持包括到基于像素的字幕方案中的多个组件。该字体支持包括：
a.1)字体描述数据的结构，用于以像素数据的形式有效地描述字体字符集；
a.2)字体标识数据结构，用于惟一地识别要使用的预定字体；
a.3)具有整个存储区的一部分的字体存储器的概念，其中，字体存储器专用于保持字体字符，并且并不直接在AV输出中可见；
a.4)字符参考数据的结构，用于有效地引用来自字体存储器中所存储的字体中的各个字体字符。
将字体描述数据和字符参考数据与所存储的AV数据一起传送和存储，由此，该传送和存储具有几乎不可分离的混合格式，或者完全使用单独的传输信道和存储位置，或者作为两者的混合。
在解码器侧，字体描述数据使任意字符点符集(字符的图形表示)或其他图形构建块得以加载到字体存储器中。在每一个情况下，要使用的字符点符的数量和设计完全在内容提供商的控制之下。
根据本发明，字体描述数据由一个或多个字符参数集部分构成，每一个均包括字体中的一个或多个字符的字符参数集，并且一个或多个字符像素数据部分的每一个均包括字体中的一个或多个字符的像素数据。字符的像素数据表示为字符阵列，即，作为像素值的矩形阵列，所述阵列具有专用于该字符的宽度和高度。每一个所述字符参数集包括以下各项的任意组合：
c.1)字符阵列的宽度；
c.2)字符阵列的高度；
c.3)字符的像素数据相对于包括其的字符像素数据部分的起始地址；
c.4)阵列边界和字符参考点之间的水平偏移；
c.5)所述边界和字符参考点之间的垂直偏移；
c.6)描述字符与之前和之后的那些字符之间的水平距离的水平增量。
本发明使用字体存储器提供了对基于像素的字幕字母的有效实现，这是因为仅需要一次性传送点符，之后，在AV事件期间，以相对紧凑的字符参考对所传送的点符进行引用。
另一方面，由于以基于像素的形式有效地提供点符，因此使字幕的出现完全处于内容提供商的控制之下，并且有利地，避免了通常在基于字符的方案中会出现的字体标识、字体选择、字体参数化和字符再现的所有问题。
按照这种方式，本发明实际上组合了纯基于像素和纯基于字符的字幕方案的优点，同时较大地避免了各自的缺点。
原则上，本发明适合于解码字幕数据项，包括以下步骤：
-检索与视频或视听数据信号的相应部分相关的字符参考数据项，所述数据项描述了字符序列、以及与所述数据信号在图像中何处/和/或何时和/或如何使用显示存储器使所述参考字符可见有关的信息；
-从所述字符参考数据项中获得字符选择信息和字符定位信息；
-从字体存储器中读取由所述字符选择信息项所指定的所述参考字符的像素数据；
-如由所述字符定位信息项所指定地，将所述像素数据写入所述显示存储器。
原则上，本发明的设备适合于解码字幕数据项的设备，所述设备包括：
-装置，用于检索与视频或视听数据信号的相应部分相关的字符参考数据项，所述数据项描述了字符序列、以及与所述数据信号在图像中何处/和/或何时和/或如何使用显示存储器使所述参考字符可见有关的信息；
-装置，用于：
从所述字符参考数据项中获得字符选择信息和字符定位信息；
从字体存储器中读取由所述字符选择信息项所指定的所述参考字符的像素数据；
如由所述字符定位信息项所指定地，将所述像素数据写入所述显示存储器。
在各个从属权利要求中公开了本发明的优选附加实施例。
附图说明
将参考附图来描述本发明的典型实施例，其中：
图1示出了本发明的数据结构；
图2示出了本发明的字幕系统的方框图；
图3是用于将“font-id”嵌入DVD-ST“object_data_segment”中的示例数据结构。
具体实施方式
如图1所示，利用相关的AV数据101来传送、存储或记录字体描述数据102、以及字符参考数据103，由此，所述传送或存储可以处于几乎不可分离的混合和使用完全独立的传输信道或存储位置之间。
在解码器侧，如图2所示，字幕流201通过数据分离装置202，反过来，分离装置202提供字符参考数据203和字体描述数据204。通过经过字体描述数据处理装置205，字体描述数据204使任意字符点符(glyph)或其他图形构件块的集合得以加载到字体存储器208中。
有利地，要在每一个单独使用的情况下使用的字符点符的数量和设计完全处于内容提供商的控制下。
可选地，对于如此描述并加载到字体存储器208中的字体，可以对上述字体标识数据进行关联。
字符参考数据203使字符参考数据处理装置206将字符点符表示的字符描述数据209的集合的各个子集从字体存储器208复制到显示存储器207中，其可以是整个系统存储器的一部分。使显示存储器207的内容重叠到视频上，因此变为可见字幕。
可选地，所述字符参考数据可以包含对字体标识数据的引用，因此，允许字幕解码器确定是否仍必须将再现特定字幕流所需的字体加载到字体存储器208中，或者其已经可用于立即使用。
所提出的字幕系统的可能用途和操作模式可以包括但并不局限于以下情况之一：
b.1)预先加载至少一个字体，以便在整个长AV节目中使用；
b.2)使用包含针对至少一个字母的多于一个的变量的字体，所述使用包括但并不局限于子像素精确字母定位或强调(粗体/斜体)支持；
b.3)在使用大字体的稀疏子集(例如亚洲字体)的情况下，加载针对AV材料部分的字体子集(例如电影章节)。
对于字体描述数据的另外的结构，如下提出了特定实施例的多个变体。
在第一变体中，如果字体是其中各个字符具有可变宽度的比例字体时，将所有字符阵列进行水平地填充以使其标称地具有相等的宽度，并且将所得到的填充后的字符阵列垂直地级联到字体阵列中。然后，按照传统的方式对字体阵列进行线扫描以形成单一字符像素数据部分。
在另一变体中，对所有字符阵列进行垂直填充以使其标称地具有相等的高度，并且将得到的填充后的字符矩阵水平地级联到字体矩阵中。然后，按照传统的方式对该字体矩阵进行线扫描到单一字符像素数据部分中。
对于上述两个变体，单一字符像素数据部分前面具有单一字符参数部分，包括字体中所有字符的字符参数集合。在另一变体中，通过针对字体中的所有字符，交替地级联字符参数集和字符阵列来产生字体描述数据。
在另一变体中，通过首先将所有字符参数集级联到单一字符参数集中，并且向该部分附加包括所有字符阵列的单一字符像素数据部分，来产生所述字体描述数据。
在另一变体中，可任意扩展到所有上述变体中，将UNICODE(参见ISO/IEC 10646：Information technology--Universal Multiple-字节编码字符集(UCS))码与字体中的字符的一部分或全部相关联，并将UNICODE码插入并包括在字体描述数据的该部分内与所讨论的字符相关联的可识别位置上。
在另一变体中，可任意扩展到所有上述变体中，将非重复字符标识符与字体中的每一个字符关联，并且将该标识符插入并包括在字体描述数据内与所讨论的字符关联的可识别位置上。
在所有上述变体中，所述字体描述数据可以是：
d.1)每一个数据项利用一个码字直接传送，或者其可以是：
d.2)通过扫描宽度(runlength)码压缩，或者其可以是：
d.3)由无损压缩的其他方法进行压缩，例如在PNG中所使用的
“zlib”方法(参见W3C推荐，PNG(Portable Network Graphics)Specification，版本1.0，1996， http：//www.w3.org/TR/REC-png.pdg)。
对于字体标识数据的结构，如下所述提出了特定实施例的多个变体。在第一变体中，将字体标识数据实现为“font_id”，如在“PortableFont Resource”(PFR)系统中所定义的(参见Bitstream Inc：TrueDocPFR Specification，http：//www.bitsream.com/pfrspec/index.html)。
在另一变体中，利用图3所示的数据结构，将处于PFR“font_id”形式的字体标识数据结构具体实现为上述DVB字幕系统。
在另一变体中，将字体标识数据结构具体实现为“通用惟一标识符”，如在(UUID in：ISO/IEC 11578：1996，Information technology-open Systems Interconnection-Remote Procedure call(RPC))中所定义的。
在本发明的环境中，字符参考数据由每一个均伴随有组定位数据的一个或多个字符参考组的序列构成，并且每一个字符参考组由每一个伴随有字符定位数据的一个或多个字符参考的序列构成。
优选地，将所述组定位数据具体实现为以下情况之一：
e.1)组参考点相对于视频图像的原点的绝对水平和垂直坐标；
e.2)组参考点相对于先前字符参考组的组参考点的相对水平和垂直坐标；
e.3)相对于其他任何指定参考点的相对水平和垂直坐标。
优选地，可以将字符参考具体实现为以下情况之一：
f.1)参考字体描述数据内的指定字符的明确位置的字符索引；
f.2)任何种类的明确字符标识符；
f.3)如果已经将其明确地分配给字符，则ASCII码；
f.4)如果已经将其明确地分配给字符，则UNICODE码。
优选地，可以将字符定位数据具体实现为以下情况之一：
g.1)不需要附加的各字符定位数据的自动提前，可从先前字符的字符参考点的位置和从所讨论的字符的水平增量来得到该提前；
g.2)具有字符位置偏移数据的自动提前，其中对于字符的水平以及垂直位置，将从先前字符的字符参考点和从所讨论的字符的水平增量获得的第一值与在字符定位数据中相应描述的第二值相加；
g.3)相对于先前字符的字符参考点施加的相对字符定位数据；
g.4)相对于视频图像原点施加的绝对字符定位数据。

Claims (8)

1、一种解码字幕数据项的方法，其特征在于以下步骤：
-检索与视频或视听数据信号(101)的相应部分相关的字符参考数据项(103，203)，所述数据项(103，203)描述了字符序列、以及与所述数据信号在图像中何处/和/或何时和/或如何使用显示存储器(207)使所述参考字符可见有关的信息；
-从所述字符参考数据项(103，203)的所述项中获得(206)字符选择信息和字符定位信息；
-从字体存储器(208)中读取(206)由所述字符选择信息项所指定的所述参考字符的像素数据；
-如由所述字符定位信息项所指定地，将所述像素数据写入(206)所述显示存储器(207)。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在检索(202)所述字符参考数据项(103，203)之前，执行以下步骤：
-检索(202)与所述字符参考数据项(103，203)中的相应一个相关的字体描述数据项(102，204)；
-将所述字体描述数据项写入(205)所述字体存储器(208)中。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于在检索所述字符参考数据项(103，203)之后，执行以下步骤：
-检查所述参考字符的所述像素数据是否已经被存储在所述字体存储器(208)中；
-如果不是这样，则检索(202)包含所述参考字符的字体描述数据项(102，204)；
-将所述字体描述数据项写入到所述字体存储器(208)中。
4、一种解码字幕数据项的设备，所述设备包括：
-装置(202)，用于检索与视频或视听数据信号(101)的相应部分相关的字符参考数据项(103，203)，所述数据项(103，203)描述了字符序列、以及与所述数据信号在图像中何处/和/或何时和/或如何使用显示存储器(207)使所述参考字符可见有关的信息；
-装置(206)，用于：
从所述字符参考数据项(103，203)中获得字符选择信息和字符定位信息；
从字体存储器(208)中读取由所述字符选择信息项所指定的所述参考字符的像素数据；
如由所述字符定位信息项所指定地，将所述像素数据写入(206)所述显示存储器(207)。
5、根据权利要求4所述的设备，其特征在于用于检索的装置(202)在检索所述字符参考数据项(103，203)之前，检索与所述字符参考数据项(103，203)中的相应一个相关的字体描述数据项(102，204)；所述设备还包括：
-装置(205)，将所述字体描述数据项写入所述字体存储器(208)中。
6、根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于还包括装置，用于在检索所述字符参考数据项(103，203)之后，检查所述参考字符的所述像素数据是否已经被存储在所述字体存储器(208)中；如果不是这样，则检索包含所述参考字符的字体描述数据项(102，204)；并将所述字体描述数据项写入到所述字体存储器(208)中。
7、一种对字幕数据进行编码的方法，其特征在于以下步骤：
-向视频或视听数据信号(101)附加相关的字幕数据，包括字符参考数据项(103，203)和字体描述数据项(102，204)，由此，所述字符参考数据项(103，203)描述了字符序列、以及与所述数据信号在图像中何处/和/或何时和/或如何使用显示存储器(207)使所述参考字符可见有关的信息；所述字符参考数据项包括字符选择信息项和字符定位信息项，其中可以在字幕解码器中使用所述字符选择信息项，以便从字体存储器中读取所述参考字符的像素数据，并且可以在所述字幕解码器中使用所述字符定位信息项，用于将所述像素数据写入所述显示存储器；
并且由此，可以在所述字幕解码器中将所述字体描述数据项(102，204)写入到所述字体存储器中，用于检查所述参考字符的所述像素数据是否已经被存储在所述字体存储器中；并且如果不是这样，则检索包含所述参考字符的字体描述数据项(102，204)，并将所述字体描述数据项写入到所述字体存储器中。
8、一种包含视频或视听数据信号(101)和利用根据权利要求7所述的方法进行编码的相关字幕数据的数据载体。
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