专利名称：采用1－位象素产生屏幕显示消息的设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于产生屏幕显示(OSD)消息的方法和设备。更具体地说，本发明涉及通过使用一位象素来降低译码/显示系统的存贮器带宽要求，以访问为一个OSD区预先定义的调色板。
在用户电子产品中屏幕显示消息起着重要的作用，对用户提供指他们全部使用的菜单和该产品的结构。OSD的其它重要特征包括提供闭合字幕(Closed Captioning)和信道标识(logos)显示的能力。
然而，数字视频技术标准的提高引起了产生和显示OSD消息总量增加的问题。例如，特殊的高清晰度电视(HDTV)规格，与在一个窗中最多128个字符的现在美国全国电视制式委员会规格相比，HDTV在四个窗中必须显示高达216个字符。这些新的规格对电视信号的译码/显示系统增加了重大的负担，它们必须对输入的编码数据流译码，并以最小的延迟将该译码的数据提供给显示系统。因为OSD消息必须用视频数据显示(重叠)，该译码/显示系统的微处理器必须指定一个存贮器的带宽部分，以执行OSD功能，从而增加了译码/显示系统的存贮器带宽需要和总的计算开销。
因此，需要一种方法和设备，用于产生屏幕显示(OSD)消息，而并不增加译码/显示系统的硬件需要，比如存贮器带宽。
本发明涉及，通过构成具有一组“一位”象素的有效OSD位流，来产生OSD消息的设备及其伴随的方法。
更具体地说，根据本发明，一个OSD单元从存储装置恢复OSD位流。该OSD位流包含OSD首标和OSD数据。该OSD首标包含用于编程该OSD单元的彩色调色板并提供关于OSD数据处理的指令的控制信息。该控制信息是由译码/显示系统的处理器编程的。如果在OSD首标中启动了该“压缩象素模式”，则该OSD单元将该OSD位流中的OSD数据的每一位作为“1-位”象素处理。即，每个OSD数据位代表两个可能变址的一个，其中每个变址定义许多可能的OSD调色板入口之一。例如，如果有由4位地址可访问的16个可能的入口，则该“1-位”象素只使用单一的位可访问两个可能的入口。相继的3个OSD数据字节的组代表一个OSD象素的实际色度和亮度级。
现在将根据附图描述本发明的这些和其它方面。
在附图中
图1是根据本发明的一方面的包括OSD单元的译码/显示系统的框图；图2是表明采样压缩象素位流的结构的框图；和图3是表示用于构成具有一组1-位象素的有效OSD位流的方法的流程图。
图1表示对于电视信号100的译码/显示系统(以后称为译码系统)的框图。该译码系统包括处理器130，随机存取存贮器(RAM)140，只读存储器(ROM)142，OSD单元150，视频译码器160，和混合器170。将混合器170的输出经路径180耦合到显示装置190。
下面根据MPEG标准，ISO/IEC国际标准11172(1991)(一般称为MPEG-1格式)和13818(1995)(一般称为MPEG-2格式)来描述本发明。然而，本领域的技术人员将认识到，可将本发明应用到或用于实现其它编码/译码格式的其它译码系统。
在该最佳实施例中，译码系统100对各种数据流(位流)120执行实时的声频和视频去压缩。该位流120可包括按照MPEG-1和MPEG-2标准编码的声频和视频基本流。由编码器(未示出)产生该编码位流120，并通过通信信道发送到该译码系统。该编码位流包含一组图像的编码表示，并可包括与这些图像相关的声频信息，比如，多媒体数据流。该多媒体源可以是HDTV台，视盘，有线电视台等。依次，译码系统100对该编码位流译码，以产生一组译码图像，以便在显示器190上与相关的声频信息同步地显示。然而，对于本发明的目的，译码系统100的声频译码功能未讨论。
更具体地说，处理器130接收位流120和位流110作为输入。位流110可包括各种控制信号和未包括在位流120中的其它数据位流。例如，可将信道译码器或传输单元(未示出)配置在传输信道和译码系统100之间，以实现数据分组的语法分析和向数据流或控制流的发送。
在该最佳实施例中，处理器130执行各种控制功能，包括但却不限于，提供控制数据给视频译码器160和OSD单元150，管理对存贮器的访问和控制该译码图像的显示。尽管本发明描述了单个的处理器，但本领域的技术人员会知道，该处理器130可包括各种专用的装置以管理特定的功能，例如，存贮器控制器，微处理器接口单元等。
处理器130接收位流120，并经视频译码器160将这些数据分组写入存贮器140。在经存贮器数据总线传送到存储器之前，该位流可选择地通过先进先出[First-In-First-out(FIFO)]缓存器。另外一般还有另一个存贮器(未示出)，它只由处理器130使用。
存储器140用于存储一组数据包括压缩的数据，译码图像和OSD位表。照此，一般将该存贮器映像到各种缓存器，例如，用于存储压缩数据的位缓存器，用于存贮OSD位表的OSD缓存器，用于存贮图像帧的各种帧缓存器，和用于存贮译码图像的显示缓存器。
根据MPEG标准，视频译码器160译码在存贮器140中的该压缩数据，以便在该存贮器中重建该编码图像。在一些情况，该译码图像是一个差信号，将其加到存贮的标准图像，以便产生实际的图像例如，方便于译码运动补偿图像。一旦重建了图像，在显示前经混合器170存储在显示缓存器中。
同样，OSD单元150使用存贮器140以便存储该OSD位表或OSD规范。该OSD单元使用户(制造者)为重叠到该译码图像上的每一场定义位表。该OSD位表可包含关于特定用户电子产品的结构和选择的信息。另一方面，该OSD位表可包含有关从有线电视，视盘等发送的闭合字幕和信道信息单元的信息。将OSD位表定义为可编程位置和大小的一组区(一般为矩形)，其中每个具有一个唯一的可用彩色的调色板。
为了用户指定的目的将该OSD位表写入存贮器140的OSD缓存器。然而，本领域的技术人员将认识到，ROM142或其它等效的存储装置也可用于这个功能。
当为一个帧的特定图像启动该OSD功能时，处理器130操作在存贮器140中的数据，以产生OSD位流。该OSD位流包括OSD首标和OSD数据(象素数据)。
更具体地说，处理器130编程(格式化和存贮)在存贮器140中的OSD首标。该OSD首标包括有关顶和底OSD场位表的位置，调色板数据，对下一个首标块的指针，和包括OSD分辨率，彩色和压缩的各种显示模式的信息。一旦编程了该OSD首标，该处理器130可根据特定的实施方案操作在存贮器140中的OSD数据。例如，根据选择的模式格式化该OSD数据，比如下面讨论的压缩象素模式。另外，该处理器可简单地用对该存贮器中的OSD数据的指针编程该OSD首标，这里无修改地恢复了该存贮的OSD数据以形成该OSD位流。
然后，处理器130报告启动状态，例如，OSD起动，给OSD单元150，它通过请求处理器130访问在存贮器140里存贮的OSD位流来响应。当该OSD单元读出该OSD首标，每个跟随有它们相关的OSD数据时，就形成和恢复了该OSD位流。在接收该OSD位流之后，该OSD单元根据指令或在该OSD首标中的选择模式处理该OSD象素数据。然后该OSD单元等待一对显示计数器(未示出)，以获得标识在显示器上用于插入该OSD信息的正确位置。在该位置上，该OSD单元将它的输出送到混合器170。该OSD单元150的输出是代表各自亮度和色度的数字字的流或序列。当需要保持流经该OSD单元的必要数据(OSD位流)时可请求新的存贮器访问，以生成综合的OSD显示。当从该存贮器中读出现在OSD区域的OSD象素数据的最后一个字节时，读出下一个OSD首标，重复该处理直到包括本帧的最后一个OSD区。
在本领域的技术人员会理解，上述的构成和恢复OSD位流的顺序是可改变的。例如，当处理器正格式化该OSD数据时，可从存贮器中读出该OSD首标，或者在未恢复整个OSD位流的情况下，或该OSD单元可将该OSD数据处理和显示为OSD消息。
因为将OSD象素数据重叠到该译码图像上，该混合器170选择地将译码图像与该OSD象素数据混合或多路复用。即，该混合器具有在每个象素位置显示OSD象素，该译码图像的象素，或两种象素的组合(混合)的能力。这种能力使得能显示闭合字幕(只有OSD象素数据)或在译码图像上显示透明的信道连合活字(OSD象素和译码图像象素二者的组合)。
视频译码器160和OSD系统150二者形成代表各组亮度和色度分量的数字字的流或序列。将这些视频分量表示数字字的序列经混合器170耦合到数-模转换器(DAC)185。将该亮度和色度表示数字字通过各自的DAC部分转换为模拟亮度和色度信号。
可将该OSD单元150用于在可显示的屏幕的任何部分上显示用户定义的位表，而与起动的视频区域的大小和位置无关。对于每个场可独立地定义这个位表，规定为一个OSD区域的集合。一个区域通常是由它的边界规定的矩形区，由位表定义它的内容。每个区域有一个与之相关的调色板，定义了一组可在该区中使用的彩色(比如4或16个彩色)。如果需要，这些彩色的一个可以是透明的，使得如上所述显示其整个的背景。
然而，处理对于一个帧的该OSD功能增加了处理器130的计算开销，更重要的是对该处理器的存贮器带宽施加了严重的负担，因为该处理器130必须服务于来自视频译码器160和OSD单元150二者的存贮器请求。因此，本发明通过实施该压缩象素模式减少了该OSD位流的尺寸。
图2表示的采样“压缩象素”OSD位流200的结构。该OSD位流包括一组OSD首标210，每个跟随有OSD数据220。在一个实施例中，该首标是由5个64位字构成，跟随着任何数量的64位OSD数据(位表)字。该OSD首标210包括与该OSD区坐标214相联系的信息，对于特定OSD区的调色板的各种入口216，和各种功能码(位)212。在本领域的技术人员会理解，该OSD首标可是任何长度。一个较长的首标可提供更多的信息和选择，例如，具有更多入口的调色板，但以更高的计算开销为代价，即，需要更多的读和写周期。事实上，该OSD首标的内容是特定实施例的表示，且不限于图2中所示的具体装置。
该OSD区坐标214包括OSD区的左和右边缘的位置，即，行开始和停止装置，列开始和停止位置。对于隔行显示，该区坐标包括对应的OSD区的顶和底场象素位表的位置(指针)。最后，该OSD区坐标214包括对存贮器中的下一个首标块的指针。
调色板216包括一组入口，其每个入口包含OSD象素的色度和亮度级的表示。将调色板信息216用于编程该OSD调色板。因为每个OSD首标包括调色板信息216，故对于每个OSD首标和它的相关的OSD数据字节可选择地改变其可利用的彩色。在该最佳实施例中，每个调色板入口包括16位数据，即，6位亮度Y，4位蓝色度Cb，和4位红亮度Cr，将其余的两位用于执行与本发明相关的各种显示选择。在一个实施例中，在需要4位寻址每个入口的调色板上有16个入口。
功能码(位)212包括与各种模式有关的信息，包括但不限于，显示选择和OSD位流选择。在该最佳实施例中，该功能位包括一个单个的位用于表示“该压缩象素模式”是否起动。当启动了该“压缩象素模式”时，则在该OSD数据中的数据包括如下讨论的一组或一个运行的“1-位”象素。
OSD数据220包括该位表，以从左向右和从顶到底的顺序。将该OSD数据用定义每个象素的彩色变址(index)。在该最佳实施例中，如果起动了“压缩象素模式”，则该OSD数据220包括跟随一组数据字节240的变址字节230。将该变址字节230和数据字节240的长度设置为每个字节8位。该变址230包括具有4位地址的两个特定的调色板入口的地址。因此，通过将该OSD数据220中的每个数据位设置为高或低值，使用单个位或“1-位”象素可容易地接入两个可用的变址地址之一。
而且，该压缩象素模式允许用户规定1-位象素的“运行”(run)。一个运行长度计数器通知该OSD单元在每个运行中有多少个1-位象素。将该运行长度计数写入该OSD首标中。
为了说明，图2示出了具有第一变址232和第二变址234的变址字节230，其中这些变址分别代表调色板入口5和12。如果每个OSD象素字节的最有效位(msb)对应于如果位是“1”时该第一象素输出，则将该变址字节的最高有效四位232送去寻址该调色板。如果位是“0”，则将该变址字节的最低有效四位234送去寻址该调色板。另外，如果该压缩运行长度计数等于20，则跟着该变址字节的下面的三个数据字节包括这些20个“1-位”象素。在每个运行的结束，跟随的字节必定是下一个变址字节，接着是下一个运行。
这种操作模式使处理器130获得了对于使用四位寻址该调色板的通常显示模式的4∶1压缩比率。对于结合有较大调色板的译码系统这种节省更为重要。在这种压缩象素模式中，对于给定运行的时间上只能选择两个彩色。然而，如闭合字幕等的应用只采用给定字符的两个彩色，则该压缩象素模式降低了存贮器操作的数量，而并未限制特定OSD方案的显示能力。另外，该处理器通过在一个运行的结束简单地改变该彩色变址230，能很容易地改变这两个彩色的选择，从而使彩色变化。最后，尽管对于OSD首标210选择了该压缩象素模式，该OSD单元可支援每个具有不同分辨率模式的多种首标块。因该OSD单元能在同样的视频屏幕上显示不同类型的分辨率或格式。
用户经处理器130来控制该压缩象素模式的选择，这个控制可由OSD单元150使用检测需要减少存贮器访问的软件来实施。例如，该视频译码器160可接收一系列的需要附加存贮器访问的复杂的编码帧。为了减少在该OSD单元和该视频译码器之间的存贮器访问冲突，该处理器通过启动在该OSD位流中的该压缩象素模式可低消该视频译码的增加要求。
图3表示用于构成具有一组一位象素的OSD位流的方法300。由处理器130产生该OSD位流，并由OSD单元150处理。方法300通过产生具有一个压缩象素模式位的OSD首标，跟着有一组变址和数据字节。来构成OSD位流。
参看图3，方法300在步骤305开始并进入步骤310，这里将该OSD首标中的一位指定为压缩象素模式位。如果在该OSD首标中起动了该压缩象素模式，则跟随该首标的OSD数据位是1-位象素。如果未起动该压缩象素模式，则以正常格式处理该OSD数据位，它可能是对调色板的4位地址(或者任何其它位流格式，比如，MPEG标准)。
在步骤320，方法300确定是否起动了该压缩象素模式。如果对该询问是一个否定的回答，方法300进入步骤325，使用非压缩格式产生该OSD数据字节。然后该方法300进入步骤370。
如果对步骤320的询问是肯定的回答，方法300进入步骤330，这里将“运行长度计数”写入该OSD首标。该“运行长度计数代表在该OSD数据字节中的1-位象素的一个运行，并用于启动运行长度计数器。
在步骤340，方法300产生变址字节，它具有标识位于该OSD首标中的调色板上的两个可能的入口的两个变址。对于整个运行选择该两个变址。
在步骤350中，方法300产生安置在该OSD数据字节中的1-位象素的运行。尽管每个OSD数据字节具有8位的长度，但不能限制该运行长度到任何长度，即，可将20个1-位象系的运行安置在三个OSD数据字节。
在步骤360，方法300确定是否有任何附加的运行。如果修改了两个被选择的彩色可要求新的运行。如果对该询问是否定的回答，方法300进入步骤370。如果对该询问是肯定的回答，方法300进入步骤330，这里对于每个附加的运行重复步骤330-350。对于每个运行可选择地修改在该变址字节中的这些变址。
在步骤370，方法300确定是否有另一OSD首标。如果修改由功能位212代表的各种模式和在该调色板中的被选彩色，可要求新的OSD首标。同样，对于帧上的每个新的OSD区需要一个新的首标。如果对于该询问的回答是否定的，方法300进入步骤380，这里方法300结束。如果对该询问是肯定的回答，方法300进入步骤320，其中对于每个附加的OSD首标重复步骤320-360。以这种方式，该OSD位流可包括压缩OSD数据字节和非压缩OSD数据字节两者。
这样，已表示和描述了构成具有一组一位象素的OSD位流的新的方法和设备，提供了在译码/显示系统中的改进的存贮器带宽利用。在考虑了公开本发明实施例的该说明书和附图之后，对本领域的技术人员是明显的，本发明可有许多变化，修改和其它使用和应用。所有这些都不脱离本发明的精神和范围，本发明的范围只由后面的权利要求这书限定。
权利要求
1. 一种用于构成屏幕显示(OSD)位流的方法，所述的方法包括步骤在OSD首标中设置一位，将所述的位用于表示压缩象素模式；产生变址字节；和产生一组1-位象素。
2. 根据权利要求1的方法，还包括为所述一位象素指定运行长度的步骤。
3. 根据权利要求1的方法，其中所述的变址字节产生步骤包括步骤产生第一变址；和产生第二变址。
4. 根据权利要求3的方法，其中所述的第一和第二变址与两个调色板入口相关。
5. 根据权利要求4的方法，所述的一组1-位象素的每个与所述变址的一个相关。
6. 根据权利要求1的方法，还包括步骤产生一组非压缩象素。
7. 一种在存贮媒体中存贮的OSD位流包括首标，具有一位用于表示压缩象素模式；一组OSD数据位，连接到所述首标，具有一组1-位象素。
8. 根据权利要求7的OSD位流，其中所述的一组OSD数据位包括对调色板的变址。
9. 根据权利要求8的OSD位流，其中根据MPEG标准产生所述的OSD位流。
10. 根据权利要求7的OSD位流，其中所述的一组OSD数据位包括非压缩象素。
11. 一种用于产生OSD位流的设备包括存贮媒体，用于存贮OSD首标和OSD数据；处理器，耦合到所述的存贮媒体，用于启动在所述OSD首标中的压缩象素模式位，并读出所述OSD首标和具有一组1-位象素的所述OSD数据，以形成该OSD位流。
12. 根据权利要求11的设备，其中所述的存贮媒体是只读存贮器(ROM)。
13. 根据权利要求11的设备，其中所述的存贮媒体是随机存取存贮器(RAM)。
14. 一种用于产生OSD消息的设备包括存贮媒体，用于存贮具有首标和OSD数据的OSD位流；处理器，耦合到所述存贮媒体，用于编程所述OSD首标中的压缩象素模式位，并用一组1-位象素格式化所述OSD数据；OSD单元，耦合到所述处理器，用于处理所述OSD位流，以形成该OSD消息。
全文摘要
通过构成具有一组“一位”象素的OSD位流来产生OSD消息的设备和件随的方法。该OSD位流包括OSD首标和OSD数据。OSD单元从由译码/显示系统编程的该OSD首标恢复象素控制信息。该OSD首标包括用于编程该OSD单元的彩色调色板并提供处理OSD数据的指令的信息。如果在OSD首标中启动了“该压缩象素模式”，则该OSD单元将该OSD数据的每一位作为“一位”象素处理。
文档编号H04N5/445GK1239628SQ96180533
公开日1999年12月22日 申请日期1996年10月16日 优先权日1996年10月16日
发明者M·D·诺克斯, A·H·丁维迪 申请人:汤姆森消费电子有限公司