專利名稱：一種高清晰數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高清晰數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成方法。
背景技術：
在數字電視系統(tǒng)中，經常需要在圖像上疊加種種文字說明，這些文字說明通常稱為“字幕”?，F行的方法一般是采用類似字幕機的硬件設備實現，如圖一所示，原始制作的字幕圖像和背景圖像被送入合成模塊，然后合成模塊根據輸入字幕圖像每個像素的Alpha值或自身的疊加設置，逐像素將字幕圖像疊加到背景圖像上去，疊加后的視頻圖像送入數字電視顯示。原始字幕圖像文件通常以RGB格式保存，每個像素由R、G、B三個分量組成，某些字幕圖像文件的每個像素還有自己單獨的8位Alpha值。
從上面的敘述可以發(fā)現，由于未采用數據壓縮技術，直接將字幕圖像送入字幕機這種字幕疊加解決方案需要大量的存儲空間，尤其對于高清晰度數字電視而言，一幅帶有Alpha值的1920*1600的字幕圖像需要7.91M的存儲空間，如果一個視頻文件的字幕需要100000幅圖像的話，那么就需要700G的存儲空間。很顯然，這樣的存儲要求是普通的視頻編輯系統(tǒng)難以承受的。這使得字幕圖像文件只能在本地系統(tǒng)上疊加，而無法通過網絡傳送到其他系統(tǒng)進行疊加處理，使用很不方便。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種高清晰數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成方法，以克服未壓縮字幕圖像需要海量存儲空間的限制。
本發(fā)明采用在高清晰度數字電視節(jié)目制作中使用軟件壓縮字幕和硬件解壓縮將字幕與背景圖像合成的方法。本發(fā)明對字幕圖像的壓縮采用了游程編碼壓縮技術。游程編碼壓縮技術是指壓縮模塊記錄下第一個值，從頭開始逐個掃描送入的值，直到與記錄下的值不完全相同的地方停止，然后將記錄下的值和相同數值的個數記錄到壓縮文件中去，然后壓縮模塊記錄下當前值，從當前位置開始繼續(xù)掃描，直到所有數據處理完畢?；谟纬叹幋a壓縮技術的游程解碼技術稱為游程解碼技術。以壓縮RGB格式的字幕圖像為例，采用游程編碼壓縮字幕圖像的方法是壓縮模塊記錄下第一個像素的R、G、B值和Alpha值，從頭開始逐個掃描送入的像素，直遇到與記錄下的R、G、B和Alpha值不完全相同的像素停止。然后將記錄下的R、G、B、Alpha值和相同像素個數記錄到壓縮文件中去。然后壓縮模塊記錄下當前位置像素的R、G、B值和Alpha值，從當前位置開始繼續(xù)掃描，直到所有原始字幕圖像的像素處理完畢。游程解碼技術與之相反，將采用游程編碼壓縮方法得到的文件解壓得到原始字幕圖像。
為達上述目的，本發(fā)明是這樣實現的一種高清數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成方法，其包括以下步驟1)采用字幕壓縮模塊，原始字幕圖像輸入字幕壓縮模塊后，運用游程編碼技術壓縮圖像，生成特定格式的字幕壓縮文件；2)采用字幕解壓縮模塊，字幕解壓縮模塊接收到字幕壓縮文件后，解壓縮得到原始的字幕圖像；3)采用字幕合成模塊，接收解壓縮得到的字幕圖像，根據字幕圖像中每個像素的Alpha值將字幕圖像疊加至背景圖像上。
本發(fā)明所述原始字幕圖像和壓縮生成的字幕文件可以為同一種格式，例如，RGB格式或YUV格式。
本發(fā)明所述字幕壓縮模塊可以通過軟件實現串行接收以32位BMP格式保存的壓縮圖像文件。
本發(fā)明所述字幕解壓縮模塊可以通過硬件串行接收字幕壓縮文件數據。
本發(fā)明所述字幕圖像疊加的方式可以為逐像素疊加。
本發(fā)明的有益效果是對于簡單背景的字幕圖像而言，采用游程編碼技術生成的壓縮文件可以節(jié)省90％到98％的存儲空間，大大節(jié)省了字幕圖像文件的存儲空間，從而使大量存儲字幕文件成為可能，并且顯著降低了字幕圖像文件在編輯、播放及網絡傳輸時的限制。


圖1為圖字幕疊加技術的流程2為游程編碼壓縮RGB格式原始字幕圖像的流程3為RGB格式的字幕壓縮文件格式圖4YUV格式的字幕壓縮文件格式圖5采用游程編碼字幕壓縮技術后與視頻疊加的流程圖
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出實施案例，對本發(fā)明進一步詳細說明。
本發(fā)明的一種高清數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成方法，包括以下步驟1)采用字幕壓縮模塊，原始字幕圖像輸入字幕壓縮模塊后，運用游程編碼技術壓縮圖像，生成特定格式的字幕壓縮文件；2)采用字幕解壓縮模塊，字幕解壓縮模塊接收到字幕壓縮文件后，解壓縮得到原始的字幕圖像；3)采用字幕合成模塊，接收解壓縮得到的字幕圖像，根據字幕圖像中每個像素的Alpha值將字幕圖像疊加至背景圖像上。
其中，所述原始字幕圖像和生成的字幕壓縮文件的格式保持一致，可以是RGB格式也可以是YUV格式。
圖2所示為游程編碼壓縮RGB格式原始字幕圖像的流程圖，原始字幕圖像以從下至上逐行掃描的順序逐像素送入緩沖區(qū)。壓縮模塊將第一個像素的R、G、B和Alpha值保存到寄存器中，并設置計數器值為一，然后比較下一個像素的R、G、B、Alpha值和寄存器中保存的R、G、B、Alpha值。如果完全對應相等，則計數器值加一，再取送入緩沖區(qū)的下一個像素，將其R、G、B、Alpha值和寄存器中保存的R、G、B、Alpha值比較，直到碰到一個與寄存器中保存的R、G、B、Alpha值不完全相同的像素停止，然后壓縮模塊將寄存器中的R、G、B、Alpha值和計數器的值寫入壓縮文件。壓縮模塊將當前位置像素的R、G、B、Alpha值保存到寄存器中，設置計數器值為一。如果上述尋找不完全相同像素的過程沒有停止而計數器的值達到上限65535，則將寄存器中的R、G、B、Alpha值和計數器的值寫入壓縮文件，不改變原來保存的R、G、B、Alpha值，設置計數器為一。再繼續(xù)尋找不完全相同像素，重復上述過程，一直到原始字幕圖像的所有像素處理完畢。
圖3是RGB格式的字幕圖像壓縮后生成的壓縮文件格式。開頭是原字幕圖像文件長度和壓縮文件長度，兩者均為四Byte長，解壓縮模塊需要使用這兩個長度。其后像素的R、G、B、Alpha值和相同像素個數依次排列，其中R、G、B和Alpha值均為一個Byte長，相同像素個數為兩個Byte長。
運用游程編碼壓縮YUV格式原始字幕圖像的方法與RGB格式的方法基本相同，主要區(qū)別在于字幕視頻數據處理時，采用連續(xù)獲取兩個像素，計數器計數方式進行相應的調整，故在此未畫出游程編碼壓縮YUV格式原始字幕圖像的流程圖。圖4是YUV格式的字幕圖像壓縮后生成的壓縮文件格式。開頭是原字幕圖像文件長度和壓縮文件長度，兩者均為四Byte長，解壓縮模塊需要使用這兩個長度。其后像素的Y1、Y2、U、V、Alpha值和相同像素個數依次排列，其中Y1、Y2、U、V和Alpha值均為一個Byte長，相同像素個數為兩個Byte長。
從上面的敘述可以看出，采用游程編碼壓縮字幕技術可以有效的壓縮簡單背景的字幕圖像，節(jié)省了存儲空間。
如圖五所示，使用字幕前，經壓縮生成的壓縮字幕文件經過硬件解壓縮模塊，生成原始的字幕圖像。然后再將此字幕圖像送入合成模塊，由合成模塊將字幕疊加到背景圖像上。合成模塊接收到解壓縮得到的字幕圖像和背景圖像，根據字幕圖像中每個像素的Alpha值，以特定疊加公式將字幕圖像中的像素疊加到背景圖像的對應像素上去，這就得到了疊加后的視頻幀。如果字幕圖像像素的Alpha值為0，則不將此像素替換背景圖像的對應位置；如果字幕圖像像素的Alpha值為1，則將此像素的RGB值替換背景圖像的對應位置像素，從而完成高清數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成。
權利要求
1.一種高清數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成方法，其包括以下步驟1)采用字幕壓編模塊，原始字幕圖像輸入字幕壓縮模塊后，運用游程編碼技術壓縮圖像，生成特定格式的字幕壓縮文件；2)采用字幕解壓縮模塊，字幕解壓縮模塊接收到字幕壓縮文件后，通過游程解碼技術解壓得到原始的字幕圖像；3)采用字幕合成模塊，接收解壓縮得到的字幕圖像，根據字幕圖像中每個像素的Alpha值將字幕圖像疊加至背景圖像上。
2.根據權利要求1所述的高清數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成方法，其特征在于所述原始字幕圖像和生成的字幕壓縮文件均為RGB格式。
3.根據權利要求1所述的高清數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成方法，其特征在于所述原始字幕圖像和生成的字幕壓縮文件均為YUV格式。
4.根據權利要求1所述的高清數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成方法，其特征在于所述字幕壓縮模塊通過軟件實現串行接收以32位BMP格式保存的原始字幕圖像文件。
5.根據權利要求4所述的高清數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成方法，其特征在于所述的字幕解壓縮模塊通過硬件串行接收字幕壓縮文件數據。
6.根據權利要求5所述的高清數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成方法，其特征在于所述字幕圖像疊加的方式為逐像素疊加。
全文摘要
由于高清晰度數字電視字幕圖像未采用數據壓縮技術，導致需要大量的存儲空間，而且無法通過網絡傳送到其他系統(tǒng)進行疊加處理。本發(fā)明提供一種高清數字電視節(jié)目字幕與背景圖像的合成方法，包括以下步驟字幕壓縮模塊通過軟件實現串行接收原始字幕圖像文件，原始字幕圖像輸入字幕壓縮模塊后，運用游程編碼技術壓縮圖像，生成特定格式的字幕壓縮文件；字幕解壓縮模塊通過硬件串行接收字幕壓縮文件數據，通過游程解碼技術解壓得到原始的字幕圖像；字幕合成模塊根據解壓縮得到的字幕圖像中每個像素的Alpha值將字幕圖像逐像素疊加至背景圖像上。本發(fā)明可以大大節(jié)省字幕圖像存儲空間，顯著降低字幕圖像文件在編輯、播放及網絡傳輸時的限制。
文檔編號H04N5/278GK1558664SQ20041001591
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月17日 優(yōu)先權日2004年1月17日
發(fā)明者王興東, 孫軍, 夏平建, 徐炳文 申請人:上海交通大學