[发明专利]一种基于模板和参数步长的字幕渲染效率瓶颈自动定位的方法

说明书

技术领域

本发明涉及广电领域电视节目制播机构的字幕编播技术，具体涉及一种基于模板和参数步长的字幕渲染效率瓶颈自动定位的方法。

背景技术

随着电视事业的发展，电视字幕在电视中的作用越来越大，日均播出次数增多，字幕播出的形式多样，字幕制作也更加精美。通过字幕也便于频道节目包装，提升整体形象。并且还能通过字幕平台与观众实现互动，提供增值服务。

在当今的信息时代，面对呈爆炸性递增的信息，电视媒体必须在最短的时间内将海量的图文信息发布出去，并力求更丰富、更精彩的内容包装形式，以吸引更多受众眼球。这就对图文信息发布的基本技术实现工具--字幕机提出了更高的要求。

目前的字幕制播系统要求结合最新的计算机图形图像技术，产生大量的静态渲染效果和动态播出特效。从技术实现的角度来说，所有这些特效的实现都是通过计算机图形学和数字图像处理算法来完成的。

为了满足上述要求，当前的字幕系统采取了大量计算机图形学和图像学的相关算法：

(1)二次、三次Bezier曲线处理算法。这些算法用来表达字幕信息的二维、三维化矢量。Bezier曲线有许多优秀的特性，如Bezier曲线总是通过第一个控制点和最后一个控制点，另一个特性是Bezier曲线的凸包特性，即一个Bezier曲线总是落在所有控制点组成的凸包区域内(凸多边形边界)，这个特性保证了字幕曲线平滑、边缘细腻、色彩过渡真实感强。

(2)TrueType字体的二维、三维化矢量处理算法。TrueType字体本身就是曲线字，可以使用二次的Bezier曲线来表达。这使得字幂可以作到无级缩放，而不失真。

(3)图形矢量的反走样算法。反走样分为两个方面，一是斜线离散显示时避免锯齿现象，首先根据字模适量确定边界(边缘)，然后使用512级的子像素进行灰度均衡，达到视觉上的边缘光滑；二是纹理放大时的避免马赛格、缩小时闪烁现象和小角度透视时的避免混叠现象。

(4)图形化的表面填充算法、加全边算法、加侧边算法、加影算法、浮雕处理算法、渐变色过渡处理算法、纹理填充算法。

(5)图形元素的图象增强、二值化处理、边缘检测、模糊处理等常见的数字图像处理算法。

(6)基于CPU的二维动态特技算法。主要应用在展现图形元素的连续的动态特效。包括排队、扩展、生长、划像、拉伸、沿路径出字、二维特技等。

(7)基于GPU的三维动态特技算法。算法的核心是基于GPU编程实现的，目的是利用GPU在浮点运算、并行运算、高效纹理处理、向量运算方面的能力实现绚丽的图文效果，例如片段光照算法将光照计算用GPU编程的方式在像素着色单元计算，达到突出三维物体的光照效果，尤其是高光效果的目的，使物体表面显得更为绚丽；实时软阴影算法通过改变复杂条件下的实时阴影效果的传统处理流程，通过将软阴影处理算法用GPU编程方法实现，实现了更大范围的软边阴影效果；反射和折射算法通过包括立方纹理在内的反射和折射纹理贴图方式的支持，可以模拟自然界中金属材质和玻璃材质的极强质感；等离子玻璃效果算法采用两层扰动后的纹理混合而成，使用像素着色器可以完成纹理采样和混合工作，生成应用在一个球体上的等离子效果，实现超强超现实的玻璃反射效果；凹凸贴图算法用较少的三角形面片模拟自然界中凹凸不平的效果，如砖墙、地板、沙发、地理表面等。

上述所有算法都是字幕系统的心脏，决定了一个字幕系统的静态渲染和动态渲染的能力、质量和效率。

在电视字幕的展现过程中，一个非常重要的概念是“实时性”。在PAL制式下，实时性的定义是在1秒钟内需要播出25帧图像；在NTSC制式下，实时性的定义是在1秒钟内需要播出29.97帧图像。如果达不到实时性的要求，在电视字幕播出展现的过程中，就会出现停顿、抖动、割裂、拉条等问题，影响到整个电视节目的视觉效果。

因此，实时性是评价一个字幕系统最为重要的性能技术指标。而决定实时性的重要因素是字幕的静态渲染和动态渲染算法的效率。目前，评估静态渲染和动态渲染的方法主要是以主观评价为主。即，在某些特定的应用环境下，根据经验设定若干评估用例，使用字幕系统进行播出，通过视觉上的流畅度评估是否可以满足这种特定的应用。这种主观的评估方法人为的工作量很大，而且充其量也只能得出“是”或“否”的结论，无法找出渲染过程中的哪些环节是瓶颈，无法对技术上的渲染算法改进和优化起到指导性的作用。