专利名称：一种提高电视终端设备数字字幕数据处理效率的方法
技术领域：
本发明涉及数字电视领域的终端设备中的数据处理技术，尤其涉及如何提高电视终端设备数字字幕数据处理效率，从而改善数字字幕业务显示速度的方法。
背景技术：
在数字电视领域，数字字幕是一种在电视等终端显示设备上普遍开展的业务应用。目前数字字幕技术普遍采用的是Digital VideoBroadcasting(DVB)Subtitling System标准(DVB Subtitle)，这项字幕标准规定了电视终端设备——机顶盒——进行字幕数据接收、解码、显示的原理和原则。如图1所示，根据DVB Subtitle标准，视频流中的字幕数据以帧编码的方式从前端服务器中时间播发，通过电视网络传输，在机顶盒中完成数据接收、过滤、解码、显示过程，最后达到在电视中呈现数字字幕业务的效果。例如，最常用的滚动字幕，播发端需要播到50帧/每秒，甚至更快，这样字幕在电视上运动才会流畅，符合用户的要求。为了达到上述应用要求，机顶盒需要在几个或十几个毫秒内的时间内完成每帧字幕数据的处理。这就需要机顶盒中的CPU达到比较高的性能。而目前市场上拥有大量的中低档硬件配置的机顶盒，很难满足这项硬件性能要求，所以在机顶盒中按照常规处理数字字幕数据的方法和过程，很难实现快速度流动的字幕业务，即便对于高档配置的机顶盒，虽然能满足字幕处理的要求，让大计算量的字幕数据处理占用过多的CPU等硬件资源从而影响其它业务的运行，这也是不经济不合适的做法。因此，解决机顶盒等电视终端设备中字幕数据处理效率的问题显得非常迫切。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提高数字字幕数据在电视终端设备中的处理效率。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为一种提高电视终端设备数字字幕数据处理效率的方法，包括以下步骤A、电视终端设备从电视信号传输流中接收并过滤出字幕数据流；B、电视终端设备对字幕数据流进行解码时，将前一帧字幕图像数据、字幕字符数据和位置信息设置为后一帧字幕的参考帧信息，当当前帧字幕数据到达时，首先通过对当前帧与参考帧字幕字符数据的比较，判断当前帧与参考帧之间的关联度，并将参考帧字幕图像中与当前帧连续相同的字幕图像数据直接复制到当前帧正确的位置上，然后再计算并绘制当前帧剩余图像，从而获得当前帧完整的字幕图像并显示；C、重复步骤B，直至字幕数据流结束。
所述的方法，其中步骤A所述的电视终端设备从电视信号传输流中接收字幕数据中的字幕对象数据是以文本形式封装的数据。
所述的方法，其中所述字幕位置信息为字幕字符显示的起始/结束坐标数据，所述步骤B包括以下步骤B1、通过所述字幕数据流中相邻两帧的水平或垂直方向的坐标变化，确定字幕数据流的运动方向；B2、设置前一帧字幕图像数据、字幕字符数据和字符显示的起始/结束坐标数据为后一帧字幕的参考帧信息，并判断当前帧是否有参考帧；若没有参考帧，直接计算和绘制当前帧字幕图像，有参考帧，则转入步骤B3；B3、根据参考帧的字幕字符数据计算当前帧与参考帧之间的关联度，若二者关联度为零，直接计算和绘制当前帧字幕图像，若二者关联度大于零，则转入步骤B4；B4、计算参考帧中关联图像块在当前帧中的位置，并将关联图像块的字幕图像数据直接复制到当前帧正确位置上；B5、计算并绘制当前帧没有绘制的剩余图像，获得当前帧完整的字幕图像；B6、显示当前帧完整的字幕图像，并记录下当前帧字幕图像数据、字幕字符数据和字符显示的起始/结束坐标数据，作为后一帧字幕的参考帧。
所述的方法，其中所述当前帧与参考帧之间的关联度表示其两帧中连续相同图像块的量占当前帧图像数据量的比例，当关联度大于零时，当前帧与参考帧之间具有连续相同信息的图像块，当关联度为零时，当前帧与参考帧之间没有连续相同信息的图像块。
本发明的有益效果为本发明由于在对字幕对象数据进行解码时，采用了向前参考字幕帧图像数据的方法，大幅度减少了每帧字幕的解码时间，解决了电视终端设备解码耗时多的瓶颈难题；并且由于电视终端设备接收的字幕数据流中字幕对象数据以文本方式封装，相比字幕对象数据采用图像方式封装，对于相同的字幕业务，则大幅度减少了字幕业务在传输流中的数据量(字幕数据流中字幕对象数据占绝大部分比例)，使电视终端设备在接收、过滤传输流中字幕数据的过程更迅速和及时。以上措施大大地提高了字幕数据在电视终端设备中的处理效率，使机顶盒等电视终端设备使用少量的系统资源也能实现流畅运动字幕业务功能，同时本发明的方法符合字幕标准。
图1为数字字幕系统组成示意图；图2为滚动字幕运动过程示意3为本发明方法流程图。
具体实施例方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明字幕数据的播发是通过前端服务器中字幕播发系统进行的，通常符合DVB Subtitle标准的字幕前端系统都能选择以图像或文本方式封装字幕对象数据。电视终端设备(如机顶盒)首先要从电视信号传输流中接收、过滤出目标字幕业务数据，而字幕业务数据流主要包括页面数据、区域数据、颜色数据、字幕对象数据，并按照DVB Subtitle标准对字幕对象数据进行解析和解码。根据DVB Subtitle标准，每一个字幕业务的画面在时间序列上按帧为单位进行独立编码、播发的，从字幕画面数据角度讲前后帧之间是没有关系的，没有依赖性，这与常见的视频数据是有区别的。因此在机顶盒中，自然会根据收到的每一帧字幕数据进行解码生成字幕画面图像在OSD上显示。因为每帧字幕中一般可能包含有多个显示字符、文字，机顶盒收到这些字符、文字数据后，还需要通过调用字库将这些字符、文字组成的字幕画面还原、绘制于内存中，然后再交给OSD显示。显然每完成这样的一帧字幕图像数据处理，需要经历大量的运算，消耗较多的系统资源，占用字幕处理过程中的大部分时间。可以说，字幕对象数据解码生成字幕帧图像的速度直接反映了机顶盒处理字幕业务的能力，是机顶盒中字幕数据处理的瓶颈之所在。因此，如何降低字幕对象数据解码生成字幕帧图像数据过程中的运算量，是提高字幕数据在电视终端设备中处理效率最为核心的问题。为了提高了字幕数据在电视终端设备中的处理效率，本发明采用了以下技术手段
第一、数字字幕前端服务器对当前字幕业务中的字幕对象数据采用文本形式封装；机顶盒接收字幕数据流，并通过解码文本类型的字幕对象数据，生成字幕每帧图像数据并在OSD(On Screen Display)上显示。这既符合DVB Subtitle标准要求，而且一般字幕服务器端的播发系统都支持字幕对象以文本方式封装。字幕数据中字幕对象数据以文本方式封装、播发条件下，对于相等的字幕业务，在传输流中字幕业务的数据量会大幅度降低，这样一来，大大地降低了机顶盒中字幕接收、过滤的负担，同时机顶盒端也容易进行文本字幕对象数据的接收和识别，此过程简单，速度也很快，为提高字幕数据在机顶盒中的处理速度奠定了基础，使少量的设备资源就可满足要求。
第二、在对获取的字幕数据中对文本形式的字幕对象数据进行解码处理的过程中，本发明充分分析、利用滚动字幕运行的特点和字幕业务在时间上表现出的连续性及位置变化上表现出的渐变、渐进、渐退和等距性的规律，这些因素导致字幕前后帧存在相似性及相关性。在这分析结果基础上，发明了“向前参考字幕帧图像数据”的处理方法，以求大幅降低生成每帧字幕图像数据的计算量，达到提高终端中运动字幕数据处理效率的目的。图2中演示了一个简单的从左向右运动字幕滚动过程，为了便于演示，只选择了四个字符和一个标准汉字宽度为字幕运动的步长。实际情况虽然比这复杂许多，但是也满足图2所显示的规律。从图2中可以明显地看出字幕前后帧之间有着很好的相似性，前一帧字幕图像中有许多连续的图像块可以在后续帧中复用，只是要计算出这些可复用的连续图像块开始/结束位置和在下一帧中的位置。如图2中帧1到帧2时，只需要把帧1中的已经解码的三个字符图像(字幕演)映射到帧2的图像区中，再新解码一个字符(示)就够了，这要比全新解码四个字符(字幕演示)少了许多计算量。并且实际情况中前后两帧之间不会有一个字符这样大的差距，只有一个字符的十几分之几，即几个像素的偏移和差别，所以前后帧之间需要新绘制的图像更少。同时也可以看到，连续相同图像块随着时间的变化在显示区域中位置的变化也有明显的关联性，都是以等步长(出现帧数据丢失时除外)的运动于显示区域中，只到全部退出显示区域。
“向前参考字幕帧图像数据”方法的原理是在充分分析滚动字幕运行特点的基础上，利用运动字幕图像序列中图像数据的相似性和相同图像块在时间和空间上的关联性，记录当前帧字幕图像数据、字幕字符数据和字符显示的起始/结束坐标数据做为随后一帧字幕的参考帧信息，使当前帧字幕图像数据成为生成下一帧字幕图像的基础。当下一帧字幕数据到达时，先比较它与上一帧(参考帧)字幕的相似性，计算出二者之间的关联度，所述关联度为前后两帧中连续相同图像块的量占当前帧图像数据量的比例，表示出前后两帧中具有连续相同字幕字符的数量，而连续相同则表示字幕字符及字符出现的秩序是相同的。关联度表征参考帧图像中是否有可以直接复用的图像块。当关联度大于零时，当前帧与参考帧之间有连续相同信息的图像块，当关联度为零或很小时，当前帧与参考帧之间没有或很少连续相同信息的图像块。由于每一帧字幕字符关联着每一帧字幕图像，所以很容易地将复杂的二维图像之间的计算转换成了一维的字符比对。随后将上一帧字幕的图像数据中与本帧相同的部分直接复制到当前帧中来，再处理当前字幕帧新增加或减少的图像内容，使当前帧的解码中只计算、解码及绘制变化部分的字幕图像块部分，从而完成当前字幕帧图像的解码。然后当前帧再做为绘制下一帧字幕的基础，这样周而复始进行字幕帧的解码。在这样的解码过程下，由于最大可能地复用了参考帧中已经解码的字幕图像数据块，当前字幕帧需要新解码、绘制的图像块减少，从而使生成当前帧字幕图像的运算量大大减少，达到大幅度减少每帧字幕解码所需要的时间，“向前参考字幕帧图像数据”的处理方法成为提高字幕数据处理效率的重要一环。
以下参考图3，详细叙述本发明方法的具体步骤1、电视终端设备从电视信号传输流中接收并过滤出字幕数据流，所述字幕数据中字幕对象数据是以文本形式封装的数据；2、通过字幕数据流中相邻两帧的水平或垂直方向的坐标变化，确定字幕数据流的运动方向。对于水平运动的字幕，通过获取字幕数据流中相邻两帧的水平方向的坐标变化便确定字幕流是从左向右运动，还是从右向左运动，但是从前一轮回的最后一帧到当前轮的第一帧(从时间上看也是相邻帧)要特殊处理；同样对上下运动的字幕，通过垂直方向的坐标变化可以确定具体运动方向；3、设置前一帧字幕图像数据、字幕字符数据和字符显示的起始坐标数据为后一帧字幕的参考帧信息，并对终端接收到的当前帧字幕数据进行判断其是否存在与之有关联信息的参考帧，通常情况下只有接收到的第一帧是没有参考帧的；若没有参考帧，直接计算和绘制当前帧字幕图像，有参考帧，则转入步骤4；4、根据参考帧的字幕字符数据计算当前帧与参考帧之间的关联度，即两帧中连续相同图像块的量占当前帧图像数据量的比例；若二者关联度为零，说明当前帧与参考帧之间没有连续相同信息的图像块，直接计算和绘制当前帧字幕图像，若二者关联度大于零，说明当前帧与参考帧之间具有连续相同信息的图像块，此时则转入步骤5；5、计算参考帧中关联图像块的起始/结束坐标及其在当前帧中的位置，然后将计算出的关联图像块的字幕图像数据直接复制到当前帧正确位置上；6、计算并绘制当前帧没有绘制完成的剩余图像，获得当前帧完整的字幕图像；7、当获得当前帧字幕图像后，便交给显示去处理。同时系统记录下当前帧字幕的信息、图像数据和位置信息(系统中从始至终只会记录一帧字幕图像的信息)，以便做为下一帧字幕的参考帧；8、重复步骤3-7，直至字幕数据流结束。
需要说明的是，由于运动字幕的特性，正常情况下前后两帧具有很高的关联度，每次可能从参考帧中复制大部分图像块，只需要绘制少量新加的字幕信息即可。如果当前帧字幕没有参考帧，或者它与参考帧之间的关联度为零(这种情况通常发生在字幕流数据接收、过滤有大量丢失)时，当前字幕帧需要完全绘制，正常处理过程中下这种情况发生的机会非常少。步骤4中所述当前帧与参考帧之间的关联度的计算，实质上是比对上一帧字幕字符与当前帧字符的相同部分的比例，为现有技术，而步骤5中计算参考帧中关联图像块在当前帧中的位置，也是比较简单的计算，为本领域技术人员熟知，在此不再赘述。
由于采用了以上的方案，本发明方法具有以下优点1、大幅度提高了数字字幕对象的解码效率由于本技术方案采用新发明的“字幕帧图像向前参考”的技术方法来解码每帧字幕图像画面，相对正常过程中每帧字幕图像画面由当前文本字幕字符逐一解码绘制，大幅度减少了每帧字幕的解码时间，从而解决了机顶盒中字幕数据对象解码耗时多的瓶颈难题。
2、整体提高了数字字幕数据在机顶盒中的处理效率本发明的技术方案要求字幕数据中字幕对象数据以文本方式封装，相对于字幕对象数据采用图像方式封装，对于相同的字幕业务，大幅度减少了字幕业务在传输流中的数据量，从而造成机顶盒在接收、过滤传输流中字幕数据的过程更迅速、及时。加上随后的解码过程再有大幅度效率提高，这样字幕数据在机顶盒中整体处理效率得到很大的提高和优化。
3、增强了机顶盒的功能，扩展了其应用由于本发明的方法整体提高了机顶盒中字幕数据处理的效率，使其能更多、更好的进行包括字幕业务在内的多项业务应用。特别是对于中低档硬件配置的机顶合盒，通常很难实现那些快速运动的流动字幕业务，由于采用本项技术发明，也可实现比较流畅的字幕业务，从而使数字字幕业务在机顶盒用户群体中得到普遍应用。
4、符合字幕标准，促进了标准的应用由于本发明中的方法是在DVB Subtitle标准所规定的字幕数据处理原则的框架下进行的性能优化，方法中所使用的数据成员均来自符合标准所规定的字幕数据流，在播发的数据流没有增加私有的数据成员，字幕数据处理全过程符合标准所规定的原理。标准中所规定的字幕对象数据以图像和文本两种方式都在应用中得到体现。困此，本发明充分应用了DVB Subtitle标准中所规定的各项数据成员，增强了标准的应用范围。
本发明的具体实施方案，选择以创维数字深圳公司的DVB Subtitle字幕系统作为前端服务器系统，(其它任何符合DVB Subtitle标准的字幕前端系统均可)，通过它向传输网络提供包含文本方式字幕对象的字字幕数据流为机顶盒准备接收数据的前提。本实施方案选用ST5518或ST5516平台作为技术实现的试用载体，具体软硬件配置如下硬件平台ST5518机顶盒平台，CPU主频80MHZ，内存8M，4MFALSH；软件平台ST5518机顶盒软件解决方案，已经集成了EPG、数据广播、DVB浏览器、股票浏览查询、数字字幕等业务模块。
本发明技术直接应用于机项盒中软件系统上，不局限于以上实施方案选择的条件及环境。并且本发明技术方案不局限于在机顶盒中使用此算法来处理数字字幕数据，对于任何形式的电视终端设备，在处理满足DVB Subtitle字幕标准的数据流时，凡是字幕数据对象数据以文本封装的字幕数据，其解码过程均可以采用本技术方法来提高字幕数据的处理效率。
应当理解的是，上述针对具体实施例的描述较为详细，并不能因此而理解为对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种提高电视终端设备数字字幕数据处理效率的方法，包括以下步骤A、电视终端设备从电视信号传输流中接收并过滤出字幕数据流；B、电视终端设备对字幕数据流进行解码时，将前一帧字幕图像数据、字幕字符数据及位置信息设置为后一帧字幕的参考帧信息，当当前帧字幕数据到达时，首先通过对当前帧与参考帧字幕字符数据的比较，判断当前帧与参考帧之间的关联度，并将参考帧字幕图像中与当前帧相同的字幕图像数据直接复制到当前帧正确的位置上，然后再计算并绘制当前帧剩余图像，从而获得当前帧完整的字幕图像并显示；C、重复步骤B，直至字幕数据流结束。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤A所述的电视终端设备从电视信号传输流中接收的字幕数据，其中字幕对象数据是以文本形式封装的数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述字幕位置信息为字幕字符显示的起始/结束坐标数据，所述步骤B包括以下步骤B1、通过所述字幕数据流中相邻两帧的水平或垂直方向的坐标变化，确定字幕数据流的运动方向；B2、设置前一帧字幕图像数据和字幕字符数据及字符显示的起始/结束坐标数据为后一帧字幕的参考帧信息，并判断当前帧是否有参考帧；若没有参考帧，直接计算和绘制当前帧字幕图像，有参考帧，则转入步骤B3；B3、根据参考帧的字幕字符数据计算当前帧与参考帧之间的关联度，若二者关联度为零，直接计算和绘制当前帧字幕图像，若二者关联度大于零，则转入步骤B4；B4、计算参考帧中关联图像块在当前帧中的位置，并将关联图像块的字幕图像数据直接复制到当前帧正确位置上；B5、计算并绘制当前帧没有绘制的剩余图像，获得当前帧完整的字幕图像；B6、显示当前帧完整的字幕图像，并记录下当前帧字幕图像数据和字幕字符数据及字符显示的起始/结束坐标数据，作为后一帧字幕的参考帧信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述当前帧与参考帧之间的关联度表示其两帧中连续相同图像块的量占当前帧图像数据量的比例，当关联度大于零时，当前帧与参考帧之间具有连续相同信息的图像块，当关联度为零时，当前帧与参考帧之间没有连续相同信息的图像块。
全文摘要
一种提高电视终端设备数字字幕数据处理效率的方法，包括以下步骤A.电视终端设备从电视信号传输流中接收并过滤出字幕数据流；B.电视终端设备对字幕数据流进行解码时，将前一帧字幕图像数据、字幕字符数据及位置信息设置为后一帧字幕的参考帧信息，当当前帧字幕数据到达时，首先通过对当前帧与参考帧字幕字符数据的比较，判断当前帧与参考帧之间的关联度，并将参考帧字幕图像中与当前帧连续相同的字幕图像数据直接复制到当前帧正确的位置上，然后再计算并绘制当前帧剩余图像，从而获得当前帧完整的字幕图像并显示。本发明的方法可以大幅提高字幕数据在机顶盒中的处理效率，增强机顶盒的功能。
文档编号H04N5/278GK1937779SQ200610063208
公开日2007年3月28日 申请日期2006年10月18日 优先权日2006年10月18日
发明者李义才 申请人:深圳创维－Rgb电子有限公司