專利名稱：象素彩色值編碼與解碼的制作方法
技術領域：
本發明涉及全部或部分數字視頻圖象幀的編碼與解碼，其中部分幀可以是在完全的移動視頻(FMV)圖象上的圖形覆蓋物，尤其是涉及象素彩色值的編碼。
一種已知的象素彩色值編碼的技術是行程長度編碼。該技術允許各組鄰近的象素值比較緊湊地被編碼，這是通過一次規定彩色然后相同圖象數(n)的二進制編碼位數而不是重復彩色碼(n)次數來實現的。關于行程長度編碼的進一步信息可在，例如，“交互計算機制圖的原理”(Principles of Interactive Computer Graphics,W MNewman and R F Sproul,International Student Edition,1979,PP 287-289,McGraw-Hill,ISBN 0-27-066455-2)中找到。
利用行程長度編碼以降低對整個或部分象素幀編碼必要數據容量的一種編碼與解碼系統的例子在與本申請共同轉讓的國際專利申請WO 96/25010中給出。在本例中，描述一種對數字視頻圖象的象素彩色值編碼的方法。其中，在圖象中達15種不同顏色的每一種被指定一個彩色值。在第一實施方案中，為圖象幀識別優勢顏色(即，大多數共同出現的象素彩色值)，隨著被行程長度編碼的優勢顏色的三個或多個相繼象素的行程，具有優勢顏色以外的14種顏色中一種顏色的每個象素被分開編碼，直接識別各自的彩色值(采用碼0010至1111)。一種與指明一個行程的安排類似的又一種一步的碼(00000011隨后為四位彩色碼)被提供，使得在一個幀的過程中的能夠在特定的優勢顏色方面發生變化。在另一個實施方案中，所有顏色的行程被行程長度編碼，但是對于優勢顏色的行程采用較短的編碼方案，或者，在又一種方案中，采用小范圍的優勢顏色。
對這些編碼方案的主要應用是為了改善某些圖象材料等級的編碼效率，特別是，對于副標題或其它文本盒要被重疊顯示在一個視頻圖象上。對于這樣一些應用，特定的目標是至少達到合乎情理的壓縮程度而沒有因為復雜性引起大的管理開銷。對于特定的錄象的情況，其中副標題或其它數據可被存貯，例如，作為一個分開的文件存貯在光盤上，由于可得到的存貯空間的限制對壓縮的要求增加了，而且在數據的解碼與再生成為影響回放性能的主要因素時，效率也不應該降低。
因此，本發明的一個目的是提供一種用于象素彩色值的編碼方法，它提供良好的壓縮而沒有引起過分的解碼延時。
一個進一步的目的是提供依據這樣的一種方法進行編碼與解碼的裝置。
依據本發明在此提供一種對數字視頻圖象幀進行象素彩色值編碼的方法，其中在圖象內的每個不同的顏色被分配一個彩色值，其中為圖象幀識別優勢顏色，優勢顏色的至少三個相繼的象素的行程被編碼作為指明一個行程的第一碼及指明該行程長度的第二碼；其特征在于將具有優勢顏色以外的顏色的相繼象素的行程編碼，當行程長度小于或等于閾值時，作為只包含各個彩色值的碼的逐次的迭代，當閾值被超過時，被編碼為指明一個行程的第一碼，指明行程長度的第二碼，以及，標識彩色值的第三碼。
以后將會清楚，本發明對于有限的彩色方案是最佳的，尤其對于文本塊的編碼，雖在并不限于這些。在要描述的一個實施方案中，四種包括優勢顏色的不同顏色可由具有優勢顏色以外的顏色的每個象素作為一個2位的碼分別被編碼來支持優勢顏色可能但不肯定是背景顏色，并且三種其余的顏色可以分別被分配為前景及前景與背景之間的兩個中間等級以利于去假頻。通過保持非優勢顏色為短碼，為短至中等長度行程的重復迭代(即低于閾值-對于不同顏色閾值可以不同)并不產生過分的位負荷。
為了更節省，優勢顏色以外的顏色中的一種可被選擇，為此顏色規定最小與最大之間的一個行程長度范圍，其中所選顏色的行程低于最小值的被編碼為彩色碼的分開的迭代；所選顏色的行程在最小與最大值之間者被編碼為指明此顏色行程的第一碼和指明長度的第二碼；所選顏色的行程在最大值以上者被編碼為指明一個行程的第一碼和指明行程長度的第二碼，和識別所選顏色的彩色值的第三碼。為短至中等行程(例如4至11個象素)采用這種縮短的碼，例如可以是副標題應用的文本顏色，本申請者已經發現，相對于數字視頻廣播2位編碼標準，進一步的達5％的位節省可以達到。
在實際的安排中，對于一個象素或一個行程的所有碼最好包括整數個的位對，以易于解碼器的實施。可提供進一步的碼，其中將進一步的碼放在象素彩色碼流中以后，為緊接前面的象素規定的顏色被施加到顯示行結束的所有進一步的象素上。這種進一步的碼適于采用只有在這樣情況下，即行的其余部分的行程長度規范或每個象素的彩色碼的重復迭代并不需要較少的位來規定，也就是說，進一步的碼是最經濟的選項。
還有一種進一步的碼可提供在象素彩色碼流中，利用此碼對一個主解碼器識別一個預先規定的被存貯的可回憶起的象素彩色值的模式，并應用于以下的象素。
而且，依據本發明在此也提供一種視頻圖象編碼設備，通過給圖象內每個不同的顏色各自一個彩色值，為一個數字視頻圖象幀進行象素彩色值編碼，其中為圖象幀識別優勢顏色；其特征在于此設備包括被安排來識別具有優勢顏色以外的一種顏色的相繼圖象的行程的裝置，并當行程長度小于等于閾值時對與只含有各自的彩色值的碼的各次迭代相同的值編碼，當閾值被超過時，作為指明一個行程的第一碼，指明一個行程長度的第二碼，以及識別彩色值的第三碼。
依據本發明在此還提供一種視頻圖象信號，如所附的權利要求中規定的那樣，包括象素彩色值的已編碼幀，攜帶這樣一種視頻圖象信號的存貯媒體，和視頻圖象回放設備，將公開的內容引入于此并作為參考。
現在僅通過舉例并參考附圖描述本發明的最佳實施方案，其中
圖1示出在第四種(優勢)顏色的背景上的三個彩色屏幕圖標；圖2至5表示對于圖1的四種顏色中每一種顏色以及不同行程長度的每個圖象行程的各個比例數；圖6是依據本方法的一種實施方案分配的顏色和行程碼的一張表；和圖7是一種接收機設備部分的方框簡圖，用于利用圖6的方案對已編碼的顯示屏幕消息解碼。
從圖1開始，此圖簡要地表示在一個第二種顏色象素的背景上由一種給定的顏色象素組成的文本字符。圍繞此字符，兩個同心的象素帶被示出雖然這些帶可以與前景和/或背景的顏色顯著不同，對于副標題及字幕的用途寧愿它們是前景與背景不同比例的混合(例如，對于其中之一為70％背景對30％前景，對于其它一個取相反比例)，使得至少在前景與背景象素塊之間的邊界上能夠粗糙地去假頻。將會很好地理解，在字符的邊緣與象素的邊界不符合時這是特殊的值，因為若沒有采用前景/背景某種程度的混合，可導致在斜邊上的“階梯”效應。
在以下的描述中，這種顏色的安排將被集中于將背景標記為顏色(C)“0”，兩種去假頻顏色分別標記為顏色“1”和顏色“2”，字符的前景顏色被標記為顏色“3”。
特定的碼選擇的基礎(以下將參考圖6的表作描述)是考慮象素彩色行程的相似性，依據已編碼的主體事件的四種顏色中每一種的可能的長度與頻率來進行。如前面提到的那樣，特別關注副標題或字幕盒，其中此盒通常包括一個矩形的背景顏色，在此矩形內出現用前景顏色打印的文本消息。圖2至5示出對于以不同字體大小的中文與拉丁文字符為特色的副標題文本的測試結果，采用在圖中各自的顏色指明的四種顏色0,1,2和3的行程長度的分配方案。
對于這些圖中的每一個，垂直軸表示圖象或已編碼的段所有顏色中象素行程總數的百分數，水平軸表示象素中的行程長度，直至最大長度284個象素。將水平軸再分成三個相繼的行程長度范圍，短行程為1至3個象素的長度，中行程為4至11個象素的長度，長行程從12至284個象素。如圖2所示，對于背景象素行程從1至大約10或11個象素(短或中行程)有相當恒定的分布，每個表示總行程的大約20％。對于長的行程，高達大約30至35象素的那些行程。每個代表總數的1％以下，而長行程(最多284)的其余部分覆蓋小于0.01％。
為了對圖3和4的顏色1與2分別去假頻，其型式對兩者基本上是相同的，單個象素表示總行程的大約20％，對于兩個象素的行程降至大約1.5％，對于中行程低于0.5％，對于12至約35個象素范圍內的行程低于0.05％，對于大約此長度的任何行程基本上為0，對于前景顏色3，如圖5中所示，此型式開始于短行程范圍中約22％的一個峰值此峰值的電平基本上保持恒定，雖然(如示)其沿著行程長度軸的位置可以隨如字體大小這些因數改變。在此初始峰值以后，為了對圖3和4的顏色去假頻，對于中范圍行程此型式降至約20％，長行程降至0。
在已知的方案中，例如所提議的數字電視廣播(DVB)標準，假定在中范圍中的行程具有相等的出現所有顏色的概率。本申請人已經發覺，背景和前景顏色的出現遠比去假頻顏色頻繁，并且在本方案中它們被看作是“優選的”顏色。因此，它們被給于較小尺寸的分開的碼字，只對它們的行程長度而不是它們的彩色值編碼(如在DVB2位方案中所做的那樣)。
本方案的另一個特征是在短行程中占優勢的顏色的短行程，也就是說顏色1,2,和3作為它們的彩色值的逐次迭代被編碼，而在所有其它區域中占優勢的背景顏色0在每種情況下具有分開的碼字。
詳細的編碼方案如圖6的表中所示，對非優勢顏色提供短(2位)碼因為它們比較可能作為單個或重復迭代出現，給它們較短的碼，要比用四位對優勢顏色的單獨象素編碼，用六位對這些象素對編碼要節省。正如以前提到過的那樣，背景與前景顏色0，3被優選并提供各自的碼對中范圍內的每一個行程編碼，與通常的進一步碼的區分只是通過添加象素彩色碼以規定長范圍中任何象素的行程。這些可以提供任何顏色的長行程的碼字允許以最小的代價對于在文本周圍可能出現的邊界線編碼。
如在圖6的倒數第2列中所示，此方案提供一個碼字，如果其它碼字至此掃描行結束也不可能足夠有效地容納所有的象素時，用來標記行的結束。換句話說，同樣的象素顏色被規定為掃描行的結束，如果這樣做要比彩色碼迭代序列或在上個掃描行象素的一個行程終止的標志占據較少空間的話，將使用碼“00 00 00 00”。
作為一種選擇，一個額外的碼字(圖6的最后一列)，如果需要的話，可用來對一個預先規定(并存貯)的顏色型式編碼。這樣一個型式寧可比較長以便從將它規定為一個塊中得到節省，并且寧可讓其在被選的特定的整個或部分圖象幀中比較頻繁地出現。
這種方案的特征是它可被解碼器有效地讀出，因為所有的碼在長度上是2位的倍數，在解碼樹形網絡中每個決策可每次讀2位達到試圖一次讀奇數位的系統是困難的，由于從存貯媒介中取出是個難題。因為這樣做，解碼器必須從每個碼字中做出比較費力的位選擇。
我們已經發現一次取出2，4或8位的方法是比較有效的。
在圖7中示出一種解碼設備一個部分的方框簡圖，用于依據本方案處理編碼的重迭圖形(0G)。此設備的輸入是MPEG2程序流，被傳送到逆多路轉換器20。經過逆多路轉換器中的選擇過程，副標題數據包流被輸出到傳送緩沖器22，而定時數據被直接通過并輸入下一個緩沖器24。從傳送緩沖器22，未解碼數據被傳送到解碼級26，在其中被解碼并分離出基本的重迭圖形碼(如圖6中所示)，供給顯示緩沖器28，通過對2位彩色碼的彩色查找表(CLUT)對詳細的彩色技術標記進行互相參照，這些技術標記被下載到CLUT緩沖器30。最后一級是顯示編碼器32，從顯示緩沖器28取數據。并參照緩沖器30中的CLUT，產生副標題顯示圖象，與其它圖象，例如重迭到全移動視頻序列的形式的圖象相混合。
通過閱讀本公開內容，對于本領域的技術人員來說，其它的修改將是明顯的。這樣一些修改可以包含在電視信號編碼系統已知的其它特點中，以及可用來代替或添加已經在此描述過的性能的設備與部件。雖然權利要求已經對特定的特性組合正式闡述在本申請中，應該理解，本發明公開內容的范圍也包括在此公開的任何新的特性或任何新特性的組合，或者明顯的，或者隱含的，或者是其推廣，無論是否涉及與任何權利要求中提出申請專利保護相同的發明，是否減輕任何或全部與本發明完成相同的技術問題。在此，申請人指出，在本申請或由此得出的任何進一步申請的審查期間，對于這樣一些特征和/或特征的組合可提出新的權利要求。
權利要求
1．一種對數字視頻圖象幀的象素彩色值編碼的方法，其中在圖象內的每種不同顏色被分配一個彩色值，為該圖象幀識別一種優勢顏色，優勢顏色至少三個相繼的象素的行程被編碼作為指明一個行程的第一碼和指明行程長度的第二碼；其特征在于，具有優勢顏色以外顏色的相繼象素的行程，當行程長度小于或等于閾值時，被編碼為只含有各個彩色值的碼的逐次迭代，當閾值被超過時，被編碼為指明一個行程的第一碼，指明行程長度的第二碼，以及識別彩色值的第三碼。
2．如權利要求1所述的方法，其中優勢顏色以外顏色中的一種被選擇，并為此顏色規定最小與最大值之間的一個行程長度范圍，其中所選顏色低于最小值的行程被編碼為彩色碼的分開迭代；所選顏色在最小與最大值之間的行程被編碼為指明一個行程的第一碼和指明其長度的第二碼；和所選顏色高于最大值的行程被編碼為指明一個行程的第一碼，指明行程長度的第二碼，和識別所選顏色的彩色值的第三碼。
3．如權利要求2所述的方法，其中行程的長度是從4至11個象素。
4．如權利要求1所述的方法，其中包括優勢顏色的四種不同顏色被支持，每個具有優勢顏色以外一種顏色的象素被分別編碼為2位碼。
5．如權利要求4所述的方法，其中優勢顏色是背景顏色，三種其余的顏色分別被分配為前景和前景與背景之間兩種中間等級用于去假頻。
6．如權利要求1至5中任一項所述的方法，其中提供一種進一步碼，在將此進一步碼放入象素彩色碼流以后，為緊接前面的象素規定的顏色被應用到顯示線結束的所有進一步的象素。
7．如權利要求6所述的方法，其中所述的進一步碼僅用于如果線的其余部分的行程長度技術標記或每個象素的彩色碼的重復迭代不需要較少的位作規定的場合。
8．如權利要求1至7的任一項所述的方法，在其中提供進一步碼，在進一步碼放在象素彩色碼流中以后，預先規定并存貯的象素彩色值的模式被取出并應用到隨后的象素中。
9．一種通過對圖象中每個不同顏色分配各自的彩色值，為一個數字視頻圖象幀的象素彩色值編碼的視頻圖象編碼設備，其中為該圖象幀識別優勢顏色；其特征在于該設備包括用于識別具有優勢顏色以外一種顏色的相繼象素的行程的裝置，該裝置當行程長度小于或等于閾值時，對只包含各個彩色值的碼的逐次迭代一樣編碼，當周值被超過時，作為指明一個行程的第一碼，指明行程長度的第二碼，以及識別彩色值的第三碼。
10．一種視頻圖象信號包括象素彩色值的已編碼幀，其中此幀預先規定的優勢顏色的兩個或多個相繼象素行程被編碼成以下形式指明一個行程的第一碼字和指明行程長度的第二碼字；其特征在于當行程長度小于或等于閾值時，具有優勢顏色以外的一種顏色的相繼圖象行程被編碼為只含有各個彩色值的碼的逐次迭代，當閾值被超過時，被編碼為指明一個行程的第一碼，指明行程長度的第二碼，以及識別彩色值的第三碼。
11．如權利要求9所述的攜帶視頻圖象信號的存貯媒體，與包括查找表的初始化數據一起規定由包括所述的預先規定的優勢顏色的每個碼代表的顏色。
12．一種視頻圖象回放設備，用于接收及解碼權利要求10的信號，所述的設備包括至少一個象素顏色查找表，其中包括優勢顏色，用于通過已編碼的象素彩色值為數字視頻圖象幀尋址，以及一種裝置，用于產生顯示優勢顏色的至少兩個相繼象素的行程以及個別地產生的具有優勢顏色以外顏色的象素。
全文摘要
一種為全部或部分數字視頻圖象幀的象素彩色值編碼的技術,為圖象內每個不同的顏色分配一個彩色值,在幀或幀段內顏色中最通常的一種被標識,此優勢顏色至少三個相繼的象素行程被編碼為指明一個行程的第一碼(OO)和指明行程長度(LL)的第二碼。具有優勢顏色(0)以外一個顏色(1,2,3)的相繼象素行程,當行程長度小于或等于閾值時,被編碼為只包含各個顏色值的一個碼的逐次迭代,當閾值被超過時,被編碼為指明一個行程(OO)的第一碼,指明行程長度(LL)的第二碼,和識別彩色值的第三碼(CC)。
文檔編號H04N5/445GK1301378SQ99800875
公開日2001年6月27日 申請日期1999年3月15日 優先權日1998年3月31日
發明者N·埃科諾米迪斯, D·E·彭納, B·吉布森 申請人:皇家菲利浦電子有限公司