專利名稱：一種mpeg-2/h.264標(biāo)準(zhǔn)下視頻流插入臺標(biāo)字幕的壓縮域局部處理算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種數(shù)字視頻碼流插入臺標(biāo)字幕的壓縮域局部處理算法。
背景技術(shù)：
電視節(jié)目的臺標(biāo)字幕插入，在模擬時代就廣泛應(yīng)用，已經(jīng)得到證明是一種重要的 信息標(biāo)示和發(fā)布手段。但由于目前使用的模擬字幕系統(tǒng)，各個電視臺仍然各自采集發(fā)送，還 不能通過網(wǎng)絡(luò)公司實現(xiàn)字幕群發(fā)。節(jié)目數(shù)字化編碼之后，情況發(fā)生很大變化。首先，壓縮后的圖像是一個變長的數(shù)據(jù)序列，每幅圖像的數(shù)據(jù)不僅大小不一樣，而 且相互之間有很大的相關(guān)和依賴性，處理I幀以外的任何圖像都需要同時處理與其參考幀 有關(guān)系的一系列參考幀；其次，如果仍然沿用模擬視頻的臺標(biāo)字幕插入方式，必然要對碼流 進(jìn)行解碼利再編碼過程，直接帶來視頻圖像質(zhì)量的下降，原來碼流特性幾乎完全發(fā)生變化， 這在廣播級的應(yīng)用中是不能接受的；最后，如果使用解碼和再編碼處理，對系統(tǒng)的計算資源 要求很高，系統(tǒng)能處理的節(jié)目數(shù)量會非常有限，不適宜在數(shù)字電視節(jié)目豐富的環(huán)境下使用， 設(shè)備投資也比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高效的、對原始流視頻質(zhì)量幾乎沒有影響的數(shù)字視頻碼 流插入臺標(biāo)字幕的實現(xiàn)方法。MPEG-2/H. 264視頻碼流是基于以宏塊為單位的運動補(bǔ)償、整數(shù)余弦變換/反變 換、量化/反最化以及熵編碼技術(shù)進(jìn)行有損壓縮編碼的數(shù)據(jù)流。將數(shù)據(jù)流按照對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，解 碼為一序列Slice。根據(jù)臺標(biāo)字幕插入位置，對每幀圖像的宏塊進(jìn)行分類處理。將每幀圖片的宏塊按照與插入臺標(biāo)字幕位置關(guān)系不同，分為兩類。要插入臺標(biāo)字 幕區(qū)域的宏塊和其運動矢量指向臺標(biāo)字幕插入?yún)^(qū)域的宏塊為第一類，其余宏塊為第二類。 第二類宏塊數(shù)據(jù)不做任何處理，順序輸出。需要進(jìn)行處理的第一類宏塊，僅在壓縮域進(jìn)行處 理，大幅提高算法效率。當(dāng)宏塊參考幀為幀間模式時，為了找到最有效的運動矢量，要將當(dāng)前宏塊利周圍 的大量宏塊進(jìn)行比較，消耗很多寶貴的Cpu資源。本發(fā)明中，在原運動矢量基礎(chǔ)上的比較小 的范圍內(nèi)進(jìn)行運動估計，選取最小殘差對應(yīng)的運動矢量為最優(yōu)運動矢量。當(dāng)宏塊類型為幀 內(nèi)模式時，MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)下直接進(jìn)行處理即可；H. 264標(biāo)準(zhǔn)下，根據(jù)參考宏塊的位置不同來改 變，來改變宏塊的參考模式，然后進(jìn)行處理。由于插入的臺標(biāo)字幕與原始圖像內(nèi)容會有很大差別，造成插入臺標(biāo)字幕后的碼流 與原始碼流的碼率有很大不同。本發(fā)明對需要處理的宏塊進(jìn)行精細(xì)碼率控制，調(diào)整插入臺 標(biāo)字幕區(qū)域宏塊利周邊相關(guān)宏塊的量化參數(shù)，來獲得與原始碼流一致的碼率。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖；圖2為本發(fā)明的幀內(nèi)預(yù)測類型宏塊矢量處理流圖；圖3為本發(fā)明的幀間預(yù)測類型宏塊矢量處理流具體實施例方式如圖1所示，為本發(fā)明的流程圖。視頻碼流數(shù)據(jù)經(jīng)熵解碼后得到宏塊在幀圖像中 的位置，再和要插入的臺標(biāo)字幕在幀圖像中的位置進(jìn)行比較，以確定是否處理該宏塊，其比 較方法如圖2和圖3所示。當(dāng)前幀為I幀時，MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)下只需要判斷當(dāng)前宏塊是否在臺標(biāo)字幕插入?yún)^(qū)域宏 塊內(nèi)，如果在就需要處理，否則不需要處理；H. 264標(biāo)準(zhǔn)下，不僅需要判斷當(dāng)前宏塊是否在 臺標(biāo)字幕插入?yún)^(qū)域宏塊內(nèi)，還要判斷是否是這些宏塊的左、上、左上、右上宏塊，如果是則需 要處理，否則不需要處理。當(dāng)前幀為P幀時，除了要判斷當(dāng)前宏塊是否在臺標(biāo)字幕插入?yún)^(qū)域，還要判斷其運 動矢量是否指向臺標(biāo)字幕插入?yún)^(qū)域，如圖3中所示的需要處理區(qū)域的左上角宏塊。如果宏 塊滿足條件，則需要處理，否則不需要處理。當(dāng)前幀為B幀時的情況與P幀類似，不同的是 還要考慮宏塊運動矢量后向分量，這里不再用示意圖來演示了。經(jīng)過前面的判斷，不需要處理的宏塊，其所有相關(guān)數(shù)據(jù)直接輸出。而需要處理的宏 塊就要進(jìn)行運動估計、量化以及熵編碼等處理，最后輸出。由于運動補(bǔ)償對于編碼效率、編 碼后的圖像質(zhì)量以及碼流碼率有比較大的影響，因此需要關(guān)注一下。設(shè)定進(jìn)行運動估計的塊尺寸為WXH像素，運動向量的范圍是水平方向為[-K， +K]，垂直方向為[-L，+L]，單位為像素。用絕對值誤差和(TAD)作為衡量塊匹配程度的判 據(jù)，失配函數(shù)F(k，1)定義為
W H
I'\k,l)\k e [-K,+K],l e [-Ζ,+Ι] =— + k'J + l)\(1)
,=I 7 = Ι這里G、H分別表示當(dāng)前幀(場)與參考幀(場)圖像，(k，1)代表參考塊相對于 當(dāng)前塊的位移，相應(yīng)的運動向量可由下式?jīng)Q定-MV = (k, 1) |min(F(k，1))(2)由于運動估計有比較高的計算復(fù)雜度，因此為了提高系統(tǒng)處理速度，本文對運動 估計算法進(jìn)行了精簡，再原運動矢量的基礎(chǔ)上，將運動向量限制在較小范圍，這樣就能保持 處理質(zhì)量的同時，大幅提高處理速度。由于插入臺標(biāo)字幕內(nèi)容與原始圖像內(nèi)容會有很大不同，又采用新的運動矢量，為 了保持處理后的碼率與原始碼率一致，必須對需要處理的宏塊進(jìn)行碼率控制。本發(fā)明支持 多個臺標(biāo)及字幕的插入，對每個插入的臺標(biāo)字幕單獨進(jìn)行精細(xì)碼率控制，確保臺標(biāo)字幕插 入前后碼率一致。
權(quán)利要求
一種MPEG 2/H.264標(biāo)準(zhǔn)下視頻流插入臺標(biāo)字幕的壓縮域局部處理算法，其特征在于，所述方式的實現(xiàn)步驟包括1)通過對視頻數(shù)字碼流進(jìn)行熵解碼，得到宏塊位置信息，根據(jù)宏塊與臺標(biāo)字幕插入位置關(guān)系區(qū)分是否進(jìn)行壓縮域處理；2)幀類型為I幀時，不僅根據(jù)當(dāng)前宏塊與臺標(biāo)字幕插入位置宏塊的位置關(guān)系，而且根據(jù)當(dāng)前宏塊的左、左上、上、右上宏塊與臺標(biāo)字幕插入位置宏塊的位置關(guān)系，區(qū)分是否進(jìn)行重編處理；3)幀類型為P，B幀時，不僅根據(jù)當(dāng)前宏塊與臺標(biāo)字幕插入位置宏塊的位置關(guān)系，而且根據(jù)參考幀宏塊的運動矢量的位置，區(qū)分是否進(jìn)行重編處理；4)幀類型為P，B幀時，重編宏塊的運動矢量，在原運動矢量的基礎(chǔ)上的在小范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，殘差最小者最優(yōu)；5)調(diào)整插入臺標(biāo)字幕區(qū)域周圍相關(guān)宏塊量化參數(shù)及插入臺標(biāo)字幕區(qū)域宏塊量化參數(shù)，對插入的每個臺標(biāo)字幕區(qū)域相關(guān)宏塊進(jìn)行精細(xì)碼率控制，保持插入臺標(biāo)字幕前后碼率一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方式，其特征在于，MPEG-2/H.264視頻流插入臺標(biāo)字幕在壓 縮域局部處理，局部處理的宏塊運動矢量在原運動矢量基礎(chǔ)上的小范圍內(nèi)估計搜索，對每 個臺標(biāo)字幕插入?yún)^(qū)域宏塊進(jìn)行獨立精細(xì)碼率控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方式，其特征在于，對MPEG-2/H.264視頻流進(jìn)行臺標(biāo)字幕插 入，根據(jù)臺標(biāo)字幕插入位置對壓縮域宏塊進(jìn)行分類，然后需要處理的局部宏塊進(jìn)行處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方式，其特征在于，局部處理的宏塊運動矢量在當(dāng)前宏塊原 運動矢量基礎(chǔ)上的小范圍區(qū)域進(jìn)行估計搜索。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方式，其特征在于，局部處理的臺標(biāo)字幕插入?yún)^(qū)域宏塊進(jìn)行 精細(xì)碼率控制，關(guān)聯(lián)調(diào)整臺標(biāo)字幕插入?yún)^(qū)域宏塊和周圍宏塊的量化參數(shù)，控制臺標(biāo)字幕插 入前后碼率保持一致。
全文摘要
一種MPEG-2/H.264標(biāo)準(zhǔn)下視頻流插入臺標(biāo)字幕的壓縮域局部處理算法本發(fā)明屬于一種在數(shù)字視頻流插入臺標(biāo)字幕的實現(xiàn)方法。根據(jù)插入臺標(biāo)字幕在幀圖像中的位置，對壓縮域的每幀圖像宏塊進(jìn)行分類。對需要處理的一類宏塊在原運動矢量基礎(chǔ)上估計出最優(yōu)運動矢量，并對插入臺標(biāo)字幕區(qū)域內(nèi)的宏塊進(jìn)行單獨的精確碼率控制，與原碼率保持一致；不需要處理的一類宏塊，直接順序輸出。本發(fā)明算法，最大限度降低系統(tǒng)處理的復(fù)雜度，最大限度保證原畫面不失真，最大限度與原碼率保持一致。
文檔編號H04N5/278GK101895766SQ20101025225
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者趙巍, 馬保宏 申請人:北京算通科技發(fā)展股份有限公司