专利名称：象素彩色值编码与解码的制作方法
技术领域：
本发明涉及全部或部分数字视频图象帧的编码与解码，其中部分帧可以是在完全的移动视频(FMV)图象上的图形覆盖物，尤其是涉及象素彩色值的编码。
一种已知的象素彩色值编码的技术是行程长度编码。该技术允许各组邻近的象素值比较紧凑地被编码，这是通过一次规定彩色然后相同图象数(n)的二进制编码位数而不是重复彩色码(n)次数来实现的。关于行程长度编码的进一步信息可在，例如，“交互计算机制图的原理”(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。
利用行程长度编码以降低对整个或部分象素帧编码必要数据容量的一种编码与解码系统的例子在与本申请共同转让的国际专利申请WO 96/25010中给出。在本例中，描述一种对数字视频图象的象素彩色值编码的方法。其中，在图象中达15种不同颜色的每一种被指定一个彩色值。在第一实施方案中，为图象帧识别优势颜色(即，大多数共同出现的象素彩色值)，随着被行程长度编码的优势颜色的三个或多个相继象素的行程，具有优势颜色以外的14种颜色中一种颜色的每个象素被分开编码，直接识别各自的彩色值(采用码0010至1111)。一种与指明一个行程的安排类似的又一种一步的码(00000011随后为四位彩色码)被提供，使得在一个帧的过程中的能够在特定的优势颜色方面发生变化。在另一个实施方案中，所有颜色的行程被行程长度编码，但是对于优势颜色的行程采用较短的编码方案，或者，在又一种方案中，采用小范围的优势颜色。
对这些编码方案的主要应用是为了改善某些图象材料等级的编码效率，特别是，对于副标题或其它文本盒要被重叠显示在一个视频图象上。对于这样一些应用，特定的目标是至少达到合乎情理的压缩程度而没有因为复杂性引起大的管理开销。对于特定的录象的情况，其中副标题或其它数据可被存贮，例如，作为一个分开的文件存贮在光盘上，由于可得到的存贮空间的限制对压缩的要求增加了，而且在数据的解码与再生成为影响回放性能的主要因素时，效率也不应该降低。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于象素彩色值的编码方法，它提供良好的压缩而没有引起过分的解码延时。
一个进一步的目的是提供依据这样的一种方法进行编码与解码的装置。
依据本发明在此提供一种对数字视频图象帧进行象素彩色值编码的方法，其中在图象内的每个不同的颜色被分配一个彩色值，其中为图象帧识别优势颜色，优势颜色的至少三个相继的象素的行程被编码作为指明一个行程的第一码及指明该行程长度的第二码；其特征在于将具有优势颜色以外的颜色的相继象素的行程编码，当行程长度小于或等于阈值时，作为只包含各个彩色值的码的逐次的迭代，当阈值被超过时，被编码为指明一个行程的第一码，指明行程长度的第二码，以及，标识彩色值的第三码。
以后将会清楚，本发明对于有限的彩色方案是最佳的，尤其对于文本块的编码，虽在并不限于这些。在要描述的一个实施方案中，四种包括优势颜色的不同颜色可由具有优势颜色以外的颜色的每个象素作为一个2位的码分别被编码来支持优势颜色可能但不肯定是背景颜色，并且三种其余的颜色可以分别被分配为前景及前景与背景之间的两个中间等级以利于去假频。通过保持非优势颜色为短码，为短至中等长度行程的重复迭代(即低于阈值-对于不同颜色阈值可以不同)并不产生过分的位负荷。
为了更节省，优势颜色以外的颜色中的一种可被选择，为此颜色规定最小与最大之间的一个行程长度范围，其中所选颜色的行程低于最小值的被编码为彩色码的分开的迭代；所选颜色的行程在最小与最大值之间者被编码为指明此颜色行程的第一码和指明长度的第二码；所选颜色的行程在最大值以上者被编码为指明一个行程的第一码和指明行程长度的第二码，和识别所选颜色的彩色值的第三码。为短至中等行程(例如4至11个象素)采用这种缩短的码，例如可以是副标题应用的文本颜色，本申请者已经发现，相对于数字视频广播2位编码标准，进一步的达5％的位节省可以达到。
在实际的安排中，对于一个象素或一个行程的所有码最好包括整数个的位对，以易于解码器的实施。可提供进一步的码，其中将进一步的码放在象素彩色码流中以后，为紧接前面的象素规定的颜色被施加到显示行结束的所有进一步的象素上。这种进一步的码适于采用只有在这样情况下，即行的其余部分的行程长度规范或每个象素的彩色码的重复迭代并不需要较少的位来规定，也就是说，进一步的码是最经济的选项。
还有一种进一步的码可提供在象素彩色码流中，利用此码对一个主解码器识别一个预先规定的被存贮的可回忆起的象素彩色值的模式，并应用于以下的象素。
而且，依据本发明在此也提供一种视频图象编码设备，通过给图象内每个不同的颜色各自一个彩色值，为一个数字视频图象帧进行象素彩色值编码，其中为图象帧识别优势颜色；其特征在于此设备包括被安排来识别具有优势颜色以外的一种颜色的相继图象的行程的装置，并当行程长度小于等于阈值时对与只含有各自的彩色值的码的各次迭代相同的值编码，当阈值被超过时，作为指明一个行程的第一码，指明一个行程长度的第二码，以及识别彩色值的第三码。
依据本发明在此还提供一种视频图象信号，如所附的权利要求中规定的那样，包括象素彩色值的已编码帧，携带这样一种视频图象信号的存贮媒体，和视频图象回放设备，将公开的内容引入于此并作为参考。
现在仅通过举例并参考附图描述本发明的最佳实施方案，其中
图1示出在第四种(优势)颜色的背景上的三个彩色屏幕图标；图2至5表示对于图1的四种颜色中每一种颜色以及不同行程长度的每个图象行程的各个比例数；图6是依据本方法的一种实施方案分配的颜色和行程码的一张表；和图7是一种接收机设备部分的方框简图，用于利用图6的方案对已编码的显示屏幕消息解码。
从图1开始，此图简要地表示在一个第二种颜色象素的背景上由一种给定的颜色象素组成的文本字符。围绕此字符，两个同心的象素带被示出虽然这些带可以与前景和/或背景的颜色显著不同，对于副标题及字幕的用途宁愿它们是前景与背景不同比例的混合(例如，对于其中之一为70％背景对30％前景，对于其它一个取相反比例)，使得至少在前景与背景象素块之间的边界上能够粗糙地去假频。将会很好地理解，在字符的边缘与象素的边界不符合时这是特殊的值，因为若没有采用前景/背景某种程度的混合，可导致在斜边上的“阶梯”效应。
在以下的描述中，这种颜色的安排将被集中于将背景标记为颜色(C)“0”，两种去假频颜色分别标记为颜色“1”和颜色“2”，字符的前景颜色被标记为颜色“3”。
特定的码选择的基础(以下将参考图6的表作描述)是考虑象素彩色行程的相似性，依据已编码的主体事件的四种颜色中每一种的可能的长度与频率来进行。如前面提到的那样，特别关注副标题或字幕盒，其中此盒通常包括一个矩形的背景颜色，在此矩形内出现用前景颜色打印的文本消息。图2至5示出对于以不同字体大小的中文与拉丁文字符为特色的副标题文本的测试结果，采用在图中各自的颜色指明的四种颜色0,1,2和3的行程长度的分配方案。
对于这些图中的每一个，垂直轴表示图象或已编码的段所有颜色中象素行程总数的百分数，水平轴表示象素中的行程长度，直至最大长度284个象素。将水平轴再分成三个相继的行程长度范围，短行程为1至3个象素的长度，中行程为4至11个象素的长度，长行程从12至284个象素。如图2所示，对于背景象素行程从1至大约10或11个象素(短或中行程)有相当恒定的分布，每个表示总行程的大约20％。对于长的行程，高达大约30至35象素的那些行程。每个代表总数的1％以下，而长行程(最多284)的其余部分覆盖小于0.01％。
为了对图3和4的颜色1与2分别去假频，其型式对两者基本上是相同的，单个象素表示总行程的大约20％，对于两个象素的行程降至大约1.5％，对于中行程低于0.5％，对于12至约35个象素范围内的行程低于0.05％，对于大约此长度的任何行程基本上为0，对于前景颜色3，如图5中所示，此型式开始于短行程范围中约22％的一个峰值此峰值的电平基本上保持恒定，虽然(如示)其沿着行程长度轴的位置可以随如字体大小这些因数改变。在此初始峰值以后，为了对图3和4的颜色去假频，对于中范围行程此型式降至约20％，长行程降至0。
在已知的方案中，例如所提议的数字电视广播(DVB)标准，假定在中范围中的行程具有相等的出现所有颜色的概率。本申请人已经发觉，背景和前景颜色的出现远比去假频颜色频繁，并且在本方案中它们被看作是“优选的”颜色。因此，它们被给于较小尺寸的分开的码字，只对它们的行程长度而不是它们的彩色值编码(如在DVB2位方案中所做的那样)。
本方案的另一个特征是在短行程中占优势的颜色的短行程，也就是说颜色1,2,和3作为它们的彩色值的逐次迭代被编码，而在所有其它区域中占优势的背景颜色0在每种情况下具有分开的码字。
详细的编码方案如图6的表中所示，对非优势颜色提供短(2位)码因为它们比较可能作为单个或重复迭代出现，给它们较短的码，要比用四位对优势颜色的单独象素编码，用六位对这些象素对编码要节省。正如以前提到过的那样，背景与前景颜色0，3被优选并提供各自的码对中范围内的每一个行程编码，与通常的进一步码的区分只是通过添加象素彩色码以规定长范围中任何象素的行程。这些可以提供任何颜色的长行程的码字允许以最小的代价对于在文本周围可能出现的边界线编码。
如在图6的倒数第2列中所示，此方案提供一个码字，如果其它码字至此扫描行结束也不可能足够有效地容纳所有的象素时，用来标记行的结束。换句话说，同样的象素颜色被规定为扫描行的结束，如果这样做要比彩色码迭代序列或在上个扫描行象素的一个行程终止的标志占据较少空间的话，将使用码“00 00 00 00”。
作为一种选择，一个额外的码字(图6的最后一列)，如果需要的话，可用来对一个预先规定(并存贮)的颜色型式编码。这样一个型式宁可比较长以便从将它规定为一个块中得到节省，并且宁可让其在被选的特定的整个或部分图象帧中比较频繁地出现。
这种方案的特征是它可被解码器有效地读出，因为所有的码在长度上是2位的倍数，在解码树形网络中每个决策可每次读2位达到试图一次读奇数位的系统是困难的，由于从存贮媒介中取出是个难题。因为这样做，解码器必须从每个码字中做出比较费力的位选择。
我们已经发现一次取出2，4或8位的方法是比较有效的。
在图7中示出一种解码设备一个部分的方框简图，用于依据本方案处理编码的重迭图形(0G)。此设备的输入是MPEG2程序流，被传送到逆多路转换器20。经过逆多路转换器中的选择过程，副标题数据包流被输出到传送缓冲器22，而定时数据被直接通过并输入下一个缓冲器24。从传送缓冲器22，未解码数据被传送到解码级26，在其中被解码并分离出基本的重迭图形码(如图6中所示)，供给显示缓冲器28，通过对2位彩色码的彩色查找表(CLUT)对详细的彩色技术标记进行互相参照，这些技术标记被下载到CLUT缓冲器30。最后一级是显示编码器32，从显示缓冲器28取数据。并参照缓冲器30中的CLUT，产生副标题显示图象，与其它图象，例如重迭到全移动视频序列的形式的图象相混合。
通过阅读本公开内容，对于本领域的技术人员来说，其它的修改将是明显的。这样一些修改可以包含在电视信号编码系统已知的其它特点中，以及可用来代替或添加已经在此描述过的性能的设备与部件。虽然权利要求已经对特定的特性组合正式阐述在本申请中，应该理解，本发明公开内容的范围也包括在此公开的任何新的特性或任何新特性的组合，或者明显的，或者隐含的，或者是其推广，无论是否涉及与任何权利要求中提出申请专利保护相同的发明，是否减轻任何或全部与本发明完成相同的技术问题。在此，申请人指出，在本申请或由此得出的任何进一步申请的审查期间，对于这样一些特征和/或特征的组合可提出新的权利要求。
权利要求
1．一种对数字视频图象帧的象素彩色值编码的方法，其中在图象内的每种不同颜色被分配一个彩色值，为该图象帧识别一种优势颜色，优势颜色至少三个相继的象素的行程被编码作为指明一个行程的第一码和指明行程长度的第二码；其特征在于，具有优势颜色以外颜色的相继象素的行程，当行程长度小于或等于阈值时，被编码为只含有各个彩色值的码的逐次迭代，当阈值被超过时，被编码为指明一个行程的第一码，指明行程长度的第二码，以及识别彩色值的第三码。
2．如权利要求1所述的方法，其中优势颜色以外颜色中的一种被选择，并为此颜色规定最小与最大值之间的一个行程长度范围，其中所选颜色低于最小值的行程被编码为彩色码的分开迭代；所选颜色在最小与最大值之间的行程被编码为指明一个行程的第一码和指明其长度的第二码；和所选颜色高于最大值的行程被编码为指明一个行程的第一码，指明行程长度的第二码，和识别所选颜色的彩色值的第三码。
3．如权利要求2所述的方法，其中行程的长度是从4至11个象素。
4．如权利要求1所述的方法，其中包括优势颜色的四种不同颜色被支持，每个具有优势颜色以外一种颜色的象素被分别编码为2位码。
5．如权利要求4所述的方法，其中优势颜色是背景颜色，三种其余的颜色分别被分配为前景和前景与背景之间两种中间等级用于去假频。
6．如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中提供一种进一步码，在将此进一步码放入象素彩色码流以后，为紧接前面的象素规定的颜色被应用到显示线结束的所有进一步的象素。
7．如权利要求6所述的方法，其中所述的进一步码仅用于如果线的其余部分的行程长度技术标记或每个象素的彩色码的重复迭代不需要较少的位作规定的场合。
8．如权利要求1至7的任一项所述的方法，在其中提供进一步码，在进一步码放在象素彩色码流中以后，预先规定并存贮的象素彩色值的模式被取出并应用到随后的象素中。
9．一种通过对图象中每个不同颜色分配各自的彩色值，为一个数字视频图象帧的象素彩色值编码的视频图象编码设备，其中为该图象帧识别优势颜色；其特征在于该设备包括用于识别具有优势颜色以外一种颜色的相继象素的行程的装置，该装置当行程长度小于或等于阈值时，对只包含各个彩色值的码的逐次迭代一样编码，当周值被超过时，作为指明一个行程的第一码，指明行程长度的第二码，以及识别彩色值的第三码。
10．一种视频图象信号包括象素彩色值的已编码帧，其中此帧预先规定的优势颜色的两个或多个相继象素行程被编码成以下形式指明一个行程的第一码字和指明行程长度的第二码字；其特征在于当行程长度小于或等于阈值时，具有优势颜色以外的一种颜色的相继图象行程被编码为只含有各个彩色值的码的逐次迭代，当阈值被超过时，被编码为指明一个行程的第一码，指明行程长度的第二码，以及识别彩色值的第三码。
11．如权利要求9所述的携带视频图象信号的存贮媒体，与包括查找表的初始化数据一起规定由包括所述的预先规定的优势颜色的每个码代表的颜色。
12．一种视频图象回放设备，用于接收及解码权利要求10的信号，所述的设备包括至少一个象素颜色查找表，其中包括优势颜色，用于通过已编码的象素彩色值为数字视频图象帧寻址，以及一种装置，用于产生显示优势颜色的至少两个相继象素的行程以及个别地产生的具有优势颜色以外颜色的象素。
全文摘要
一种为全部或部分数字视频图象帧的象素彩色值编码的技术,为图象内每个不同的颜色分配一个彩色值,在帧或帧段内颜色中最通常的一种被标识,此优势颜色至少三个相继的象素行程被编码为指明一个行程的第一码(OO)和指明行程长度(LL)的第二码。具有优势颜色(0)以外一个颜色(1,2,3)的相继象素行程,当行程长度小于或等于阈值时,被编码为只包含各个颜色值的一个码的逐次迭代,当阈值被超过时,被编码为指明一个行程(OO)的第一码,指明行程长度(LL)的第二码,和识别彩色值的第三码(CC)。
文档编号H04N5/445GK1301378SQ99800875
公开日2001年6月27日 申请日期1999年3月15日 优先权日1998年3月31日
发明者N·埃科诺米迪斯, D·E·彭纳, B·吉布森 申请人:皇家菲利浦电子有限公司