专利名称：一种高清晰数字电视节目字幕与背景图像的合成方法
技术领域：
本发明涉及一种高清晰数字电视节目字幕与背景图像的合成方法。
背景技术：
在数字电视系统中，经常需要在图像上叠加种种文字说明，这些文字说明通常称为“字幕”。现行的方法一般是采用类似字幕机的硬件设备实现，如图一所示，原始制作的字幕图像和背景图像被送入合成模块，然后合成模块根据输入字幕图像每个像素的Alpha值或自身的叠加设置，逐像素将字幕图像叠加到背景图像上去，叠加后的视频图像送入数字电视显示。原始字幕图像文件通常以RGB格式保存，每个像素由R、G、B三个分量组成，某些字幕图像文件的每个像素还有自己单独的8位Alpha值。
从上面的叙述可以发现，由于未采用数据压缩技术，直接将字幕图像送入字幕机这种字幕叠加解决方案需要大量的存储空间，尤其对于高清晰度数字电视而言，一幅带有Alpha值的1920*1600的字幕图像需要7.91M的存储空间，如果一个视频文件的字幕需要100000幅图像的话，那么就需要700G的存储空间。很显然，这样的存储要求是普通的视频编辑系统难以承受的。这使得字幕图像文件只能在本地系统上叠加，而无法通过网络传送到其他系统进行叠加处理，使用很不方便。
发明内容
本发明的目的是提供一种高清晰数字电视节目字幕与背景图像的合成方法，以克服未压缩字幕图像需要海量存储空间的限制。
本发明采用在高清晰度数字电视节目制作中使用软件压缩字幕和硬件解压缩将字幕与背景图像合成的方法。本发明对字幕图像的压缩采用了游程编码压缩技术。游程编码压缩技术是指压缩模块记录下第一个值，从头开始逐个扫描送入的值，直到与记录下的值不完全相同的地方停止，然后将记录下的值和相同数值的个数记录到压缩文件中去，然后压缩模块记录下当前值，从当前位置开始继续扫描，直到所有数据处理完毕。基于游程编码压缩技术的游程解码技术称为游程解码技术。以压缩RGB格式的字幕图像为例，采用游程编码压缩字幕图像的方法是压缩模块记录下第一个像素的R、G、B值和Alpha值，从头开始逐个扫描送入的像素，直遇到与记录下的R、G、B和Alpha值不完全相同的像素停止。然后将记录下的R、G、B、Alpha值和相同像素个数记录到压缩文件中去。然后压缩模块记录下当前位置像素的R、G、B值和Alpha值，从当前位置开始继续扫描，直到所有原始字幕图像的像素处理完毕。游程解码技术与之相反，将采用游程编码压缩方法得到的文件解压得到原始字幕图像。
为达上述目的，本发明是这样实现的一种高清数字电视节目字幕与背景图像的合成方法，其包括以下步骤1)采用字幕压缩模块，原始字幕图像输入字幕压缩模块后，运用游程编码技术压缩图像，生成特定格式的字幕压缩文件；2)采用字幕解压缩模块，字幕解压缩模块接收到字幕压缩文件后，解压缩得到原始的字幕图像；3)采用字幕合成模块，接收解压缩得到的字幕图像，根据字幕图像中每个像素的Alpha值将字幕图像叠加至背景图像上。
本发明所述原始字幕图像和压缩生成的字幕文件可以为同一种格式，例如，RGB格式或YUV格式。
本发明所述字幕压缩模块可以通过软件实现串行接收以32位BMP格式保存的压缩图像文件。
本发明所述字幕解压缩模块可以通过硬件串行接收字幕压缩文件数据。
本发明所述字幕图像叠加的方式可以为逐像素叠加。
本发明的有益效果是对于简单背景的字幕图像而言，采用游程编码技术生成的压缩文件可以节省90％到98％的存储空间，大大节省了字幕图像文件的存储空间，从而使大量存储字幕文件成为可能，并且显著降低了字幕图像文件在编辑、播放及网络传输时的限制。
图1为图字幕叠加技术的流程2为游程编码压缩RGB格式原始字幕图像的流程3为RGB格式的字幕压缩文件格式图4YUV格式的字幕压缩文件格式图5采用游程编码字幕压缩技术后与视频叠加的流程图
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图并举出实施案例，对本发明进一步详细说明。
本发明的一种高清数字电视节目字幕与背景图像的合成方法，包括以下步骤1)采用字幕压缩模块，原始字幕图像输入字幕压缩模块后，运用游程编码技术压缩图像，生成特定格式的字幕压缩文件；2)采用字幕解压缩模块，字幕解压缩模块接收到字幕压缩文件后，解压缩得到原始的字幕图像；3)采用字幕合成模块，接收解压缩得到的字幕图像，根据字幕图像中每个像素的Alpha值将字幕图像叠加至背景图像上。
其中，所述原始字幕图像和生成的字幕压缩文件的格式保持一致，可以是RGB格式也可以是YUV格式。
图2所示为游程编码压缩RGB格式原始字幕图像的流程图，原始字幕图像以从下至上逐行扫描的顺序逐像素送入缓冲区。压缩模块将第一个像素的R、G、B和Alpha值保存到寄存器中，并设置计数器值为一，然后比较下一个像素的R、G、B、Alpha值和寄存器中保存的R、G、B、Alpha值。如果完全对应相等，则计数器值加一，再取送入缓冲区的下一个像素，将其R、G、B、Alpha值和寄存器中保存的R、G、B、Alpha值比较，直到碰到一个与寄存器中保存的R、G、B、Alpha值不完全相同的像素停止，然后压缩模块将寄存器中的R、G、B、Alpha值和计数器的值写入压缩文件。压缩模块将当前位置像素的R、G、B、Alpha值保存到寄存器中，设置计数器值为一。如果上述寻找不完全相同像素的过程没有停止而计数器的值达到上限65535，则将寄存器中的R、G、B、Alpha值和计数器的值写入压缩文件，不改变原来保存的R、G、B、Alpha值，设置计数器为一。再继续寻找不完全相同像素，重复上述过程，一直到原始字幕图像的所有像素处理完毕。
图3是RGB格式的字幕图像压缩后生成的压缩文件格式。开头是原字幕图像文件长度和压缩文件长度，两者均为四Byte长，解压缩模块需要使用这两个长度。其后像素的R、G、B、Alpha值和相同像素个数依次排列，其中R、G、B和Alpha值均为一个Byte长，相同像素个数为两个Byte长。
运用游程编码压缩YUV格式原始字幕图像的方法与RGB格式的方法基本相同，主要区别在于字幕视频数据处理时，采用连续获取两个像素，计数器计数方式进行相应的调整，故在此未画出游程编码压缩YUV格式原始字幕图像的流程图。图4是YUV格式的字幕图像压缩后生成的压缩文件格式。开头是原字幕图像文件长度和压缩文件长度，两者均为四Byte长，解压缩模块需要使用这两个长度。其后像素的Y1、Y2、U、V、Alpha值和相同像素个数依次排列，其中Y1、Y2、U、V和Alpha值均为一个Byte长，相同像素个数为两个Byte长。
从上面的叙述可以看出，采用游程编码压缩字幕技术可以有效的压缩简单背景的字幕图像，节省了存储空间。
如图五所示，使用字幕前，经压缩生成的压缩字幕文件经过硬件解压缩模块，生成原始的字幕图像。然后再将此字幕图像送入合成模块，由合成模块将字幕叠加到背景图像上。合成模块接收到解压缩得到的字幕图像和背景图像，根据字幕图像中每个像素的Alpha值，以特定叠加公式将字幕图像中的像素叠加到背景图像的对应像素上去，这就得到了叠加后的视频帧。如果字幕图像像素的Alpha值为0，则不将此像素替换背景图像的对应位置；如果字幕图像像素的Alpha值为1，则将此像素的RGB值替换背景图像的对应位置像素，从而完成高清数字电视节目字幕与背景图像的合成。
权利要求
1.一种高清数字电视节目字幕与背景图像的合成方法，其包括以下步骤1)采用字幕压编模块，原始字幕图像输入字幕压缩模块后，运用游程编码技术压缩图像，生成特定格式的字幕压缩文件；2)采用字幕解压缩模块，字幕解压缩模块接收到字幕压缩文件后，通过游程解码技术解压得到原始的字幕图像；3)采用字幕合成模块，接收解压缩得到的字幕图像，根据字幕图像中每个像素的Alpha值将字幕图像叠加至背景图像上。
2.根据权利要求1所述的高清数字电视节目字幕与背景图像的合成方法，其特征在于所述原始字幕图像和生成的字幕压缩文件均为RGB格式。
3.根据权利要求1所述的高清数字电视节目字幕与背景图像的合成方法，其特征在于所述原始字幕图像和生成的字幕压缩文件均为YUV格式。
4.根据权利要求1所述的高清数字电视节目字幕与背景图像的合成方法，其特征在于所述字幕压缩模块通过软件实现串行接收以32位BMP格式保存的原始字幕图像文件。
5.根据权利要求4所述的高清数字电视节目字幕与背景图像的合成方法，其特征在于所述的字幕解压缩模块通过硬件串行接收字幕压缩文件数据。
6.根据权利要求5所述的高清数字电视节目字幕与背景图像的合成方法，其特征在于所述字幕图像叠加的方式为逐像素叠加。
全文摘要
由于高清晰度数字电视字幕图像未采用数据压缩技术，导致需要大量的存储空间，而且无法通过网络传送到其他系统进行叠加处理。本发明提供一种高清数字电视节目字幕与背景图像的合成方法，包括以下步骤字幕压缩模块通过软件实现串行接收原始字幕图像文件，原始字幕图像输入字幕压缩模块后，运用游程编码技术压缩图像，生成特定格式的字幕压缩文件；字幕解压缩模块通过硬件串行接收字幕压缩文件数据，通过游程解码技术解压得到原始的字幕图像；字幕合成模块根据解压缩得到的字幕图像中每个像素的Alpha值将字幕图像逐像素叠加至背景图像上。本发明可以大大节省字幕图像存储空间，显著降低字幕图像文件在编辑、播放及网络传输时的限制。
文档编号H04N5/278GK1558664SQ20041001591
公开日2004年12月29日 申请日期2004年1月17日 优先权日2004年1月17日
发明者王兴东, 孙军, 夏平建, 徐炳文 申请人:上海交通大学