專利名稱：一種mpeg-2/h.264標準下視頻流插入臺標字幕的壓縮域局部處理算法的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種數字視頻碼流插入臺標字幕的壓縮域局部處理算法。
背景技術：
電視節目的臺標字幕插入，在模擬時代就廣泛應用，已經得到證明是一種重要的 信息標示和發布手段。但由于目前使用的模擬字幕系統，各個電視臺仍然各自采集發送，還 不能通過網絡公司實現字幕群發。節目數字化編碼之后，情況發生很大變化。首先，壓縮后的圖像是一個變長的數據序列，每幅圖像的數據不僅大小不一樣，而 且相互之間有很大的相關和依賴性，處理I幀以外的任何圖像都需要同時處理與其參考幀 有關系的一系列參考幀；其次，如果仍然沿用模擬視頻的臺標字幕插入方式，必然要對碼流 進行解碼利再編碼過程，直接帶來視頻圖像質量的下降，原來碼流特性幾乎完全發生變化， 這在廣播級的應用中是不能接受的；最后，如果使用解碼和再編碼處理，對系統的計算資源 要求很高，系統能處理的節目數量會非常有限，不適宜在數字電視節目豐富的環境下使用， 設備投資也比較大。
發明內容
本發明的目的是提供一種高效的、對原始流視頻質量幾乎沒有影響的數字視頻碼 流插入臺標字幕的實現方法。MPEG-2/H. 264視頻碼流是基于以宏塊為單位的運動補償、整數余弦變換/反變 換、量化/反最化以及熵編碼技術進行有損壓縮編碼的數據流。將數據流按照對應標準，解 碼為一序列Slice。根據臺標字幕插入位置，對每幀圖像的宏塊進行分類處理。將每幀圖片的宏塊按照與插入臺標字幕位置關系不同，分為兩類。要插入臺標字 幕區域的宏塊和其運動矢量指向臺標字幕插入區域的宏塊為第一類，其余宏塊為第二類。 第二類宏塊數據不做任何處理，順序輸出。需要進行處理的第一類宏塊，僅在壓縮域進行處 理，大幅提高算法效率。當宏塊參考幀為幀間模式時，為了找到最有效的運動矢量，要將當前宏塊利周圍 的大量宏塊進行比較，消耗很多寶貴的Cpu資源。本發明中，在原運動矢量基礎上的比較小 的范圍內進行運動估計，選取最小殘差對應的運動矢量為最優運動矢量。當宏塊類型為幀 內模式時，MPEG-2標準下直接進行處理即可；H. 264標準下，根據參考宏塊的位置不同來改 變，來改變宏塊的參考模式，然后進行處理。由于插入的臺標字幕與原始圖像內容會有很大差別，造成插入臺標字幕后的碼流 與原始碼流的碼率有很大不同。本發明對需要處理的宏塊進行精細碼率控制，調整插入臺 標字幕區域宏塊利周邊相關宏塊的量化參數，來獲得與原始碼流一致的碼率。
圖1為本發明的流程示意圖；圖2為本發明的幀內預測類型宏塊矢量處理流圖；圖3為本發明的幀間預測類型宏塊矢量處理流具體實施例方式如圖1所示，為本發明的流程圖。視頻碼流數據經熵解碼后得到宏塊在幀圖像中 的位置，再和要插入的臺標字幕在幀圖像中的位置進行比較，以確定是否處理該宏塊，其比 較方法如圖2和圖3所示。當前幀為I幀時，MPEG-2標準下只需要判斷當前宏塊是否在臺標字幕插入區域宏 塊內，如果在就需要處理，否則不需要處理；H. 264標準下，不僅需要判斷當前宏塊是否在 臺標字幕插入區域宏塊內，還要判斷是否是這些宏塊的左、上、左上、右上宏塊，如果是則需 要處理，否則不需要處理。當前幀為P幀時，除了要判斷當前宏塊是否在臺標字幕插入區域，還要判斷其運 動矢量是否指向臺標字幕插入區域，如圖3中所示的需要處理區域的左上角宏塊。如果宏 塊滿足條件，則需要處理，否則不需要處理。當前幀為B幀時的情況與P幀類似，不同的是 還要考慮宏塊運動矢量后向分量，這里不再用示意圖來演示了。經過前面的判斷，不需要處理的宏塊，其所有相關數據直接輸出。而需要處理的宏 塊就要進行運動估計、量化以及熵編碼等處理，最后輸出。由于運動補償對于編碼效率、編 碼后的圖像質量以及碼流碼率有比較大的影響，因此需要關注一下。設定進行運動估計的塊尺寸為WXH像素，運動向量的范圍是水平方向為[-K， +K]，垂直方向為[-L，+L]，單位為像素。用絕對值誤差和(TAD)作為衡量塊匹配程度的判 據，失配函數F(k，1)定義為
W H
I'\k,l)\k e [-K,+K],l e [-Ζ,+Ι] =— + k'J + l)\(1)
,=I 7 = Ι這里G、H分別表示當前幀(場)與參考幀(場)圖像，(k，1)代表參考塊相對于 當前塊的位移，相應的運動向量可由下式決定-MV = (k, 1) |min(F(k，1))(2)由于運動估計有比較高的計算復雜度，因此為了提高系統處理速度，本文對運動 估計算法進行了精簡，再原運動矢量的基礎上，將運動向量限制在較小范圍，這樣就能保持 處理質量的同時，大幅提高處理速度。由于插入臺標字幕內容與原始圖像內容會有很大不同，又采用新的運動矢量，為 了保持處理后的碼率與原始碼率一致，必須對需要處理的宏塊進行碼率控制。本發明支持 多個臺標及字幕的插入，對每個插入的臺標字幕單獨進行精細碼率控制，確保臺標字幕插 入前后碼率一致。
權利要求
一種MPEG 2/H.264標準下視頻流插入臺標字幕的壓縮域局部處理算法，其特征在于，所述方式的實現步驟包括1)通過對視頻數字碼流進行熵解碼，得到宏塊位置信息，根據宏塊與臺標字幕插入位置關系區分是否進行壓縮域處理；2)幀類型為I幀時，不僅根據當前宏塊與臺標字幕插入位置宏塊的位置關系，而且根據當前宏塊的左、左上、上、右上宏塊與臺標字幕插入位置宏塊的位置關系，區分是否進行重編處理；3)幀類型為P，B幀時，不僅根據當前宏塊與臺標字幕插入位置宏塊的位置關系，而且根據參考幀宏塊的運動矢量的位置，區分是否進行重編處理；4)幀類型為P，B幀時，重編宏塊的運動矢量，在原運動矢量的基礎上的在小范圍內進行選擇，殘差最小者最優；5)調整插入臺標字幕區域周圍相關宏塊量化參數及插入臺標字幕區域宏塊量化參數，對插入的每個臺標字幕區域相關宏塊進行精細碼率控制，保持插入臺標字幕前后碼率一致。
2.根據權利要求1所述的方式，其特征在于，MPEG-2/H.264視頻流插入臺標字幕在壓 縮域局部處理，局部處理的宏塊運動矢量在原運動矢量基礎上的小范圍內估計搜索，對每 個臺標字幕插入區域宏塊進行獨立精細碼率控制。
3.根據權利要求2所述的方式，其特征在于，對MPEG-2/H.264視頻流進行臺標字幕插 入，根據臺標字幕插入位置對壓縮域宏塊進行分類，然后需要處理的局部宏塊進行處理。
4.根據權利要求2所述的方式，其特征在于，局部處理的宏塊運動矢量在當前宏塊原 運動矢量基礎上的小范圍區域進行估計搜索。
5.根據權利要求2所述的方式，其特征在于，局部處理的臺標字幕插入區域宏塊進行 精細碼率控制，關聯調整臺標字幕插入區域宏塊和周圍宏塊的量化參數，控制臺標字幕插 入前后碼率保持一致。
全文摘要
一種MPEG-2/H.264標準下視頻流插入臺標字幕的壓縮域局部處理算法本發明屬于一種在數字視頻流插入臺標字幕的實現方法。根據插入臺標字幕在幀圖像中的位置，對壓縮域的每幀圖像宏塊進行分類。對需要處理的一類宏塊在原運動矢量基礎上估計出最優運動矢量，并對插入臺標字幕區域內的宏塊進行單獨的精確碼率控制，與原碼率保持一致；不需要處理的一類宏塊，直接順序輸出。本發明算法，最大限度降低系統處理的復雜度，最大限度保證原畫面不失真，最大限度與原碼率保持一致。
文檔編號H04N5/278GK101895766SQ20101025225
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月13日 優先權日2010年8月13日
發明者趙巍, 馬保宏 申請人:北京算通科技發展股份有限公司