[发明专利]一种将字幕对象的矢量轮廓离散化为直线段的方法

说明书

技术领域

本发明属于广电行业电视节目制播机构的字幕编播技术领域，具体涉及 一种将字幕对象的矢量轮廓离散化为直线段的方法。

背景技术

在字幕编播领域中，字幕对象可分为文字和图形两个部分。文字包括世 界上各种语种的文字，图形包括各种规则形状的图形、由基本图形元素组成 的复合图形和任意不规则图形。从计算机图形学的角度来说，可以将所有类 型的字幕对象视为由一系列直线和曲线组成的图形。图形通常由点、线、面、 体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。从处理技术上 看，图形主要分为两类：一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地 图、曲面的线框图等；另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。

字幕渲染是计算机图形学、计算机数字图像处理与电视台的节目制作业 务相结合的技术。从计算机数字图像处理的角度来说，对字幕对象的渲染包 括两个方面：第一，基于像素或子像素的一系列静态处理，如图象增强、二值 化处理、边缘检测、模糊处理、浮雕、边缘反走样、亮度贴图、材质贴图、 防抖动、椭圆变形、多边形变形、勾边、增亮、锐化、柔化、凸起、彩色铅 笔、油画龟裂、交叉影线、剪样、玻璃、边缘增亮、墨水轮廓画、瓷砖、信 纸、拼缀物、塑料包装、水波纹、海绵、喷涂笔、着色玻璃、高斯模糊等特 效；第二，基于关键帧的一系列动态处理，包括水波、旗飘、螺旋、扭曲、 三维投影、火焰、球变、三维形变、弯曲、幻影、卷页、折叠、礼花、百叶 窗、碎裂、水波、波动、划像、转球、螺旋、旗飘、波动虚影、蝶变、流光、 凸镜、万花筒、激光、飞光、魔幻螺旋、运动模糊、径向模糊、波浪、波浪 倒影、回旋等特效。

字幕的渲染效果是衡量一个字幕系统的重要指标，特别是在反走样处理、 小字的细节处理、立体边的处理、虚边、虚影、真实三维视觉感、三维字倒 角、纹理、光照的处理等方面。

在现有的字幕系统中，字幕渲染存在着以下问题：

第一，将文本字幕与图形字幕的渲染区别开来，而且不同的图形元素也 使用不同性质的几何矢量来描述。这个问题在实现和应用两个方面给字幕系 统带来了很多的不利。从实现的角度来说，会导致一个字幕系统中存在多个 完全不同的渲染引擎和渲染流程，而且如果要支持一种新的字幕对象，则需 要定义并实现新的渲染引擎，从而造成字幕系统的功能扩展性存在很大的局 限性。从应用的角度来说，带来两方面致命的问题：一方面，不同类型的字 幕对象最终展现的效果不一致，例如两个不同类型的字幕对象同样是加了2 个像素的全边，但由于经过了不同的渲染引擎，最终的处理结果可能是不同 的，在进行字幕创作时给使用者带来了诸多不便；另一方面，在字幕系统中 针对字幕对象的操作不得不进行特定的限制，例如，有的字幕对象支持几何 旋转、几何缩放，有的则不支持，有的字幕对象支持任意角度的加边、加影， 有的则只支持固定角度的加边、加影，有的甚至不支持。所有这些问题都会 影响字幕系统的普遍适用性和功能完备性。

第二，字幕渲染引擎的核心算法都是基于浮点运算，例如三角函数运算、 反三角函数运算、除法运算、幂运算、开方运算等。这会导致两方面的问题： 一方面，由于最终处理结果要求的是整数型的像素值，因此在渲染引擎算法 的不同阶段会进行取整运算，这就会造成计算上的累计误差，导致最终的字 幕效果在局部细节上存在缺陷，例如笔画多的文字模糊不清晰、笔画粘连等； 另一方面，这些浮点运算都是占用大量机器指令的数学运算，大大降低了整 个字幕系统的工作效率，影响到字幕制作和播出的时效性，特别是在高清晰 度电视字幕的制作中，由于其数据量是标清的5倍，这一点表现的更加明显。

第三，作为字幕渲染重要指标之一的边缘反走样的效果不甚理想，甚至 无法达到实用的程度。这是因为现有的字幕系统在进行反走样处理时，完全 依赖当前像素空间的图像处理方法，没有字幕几何矢量信息的参与，也就无 法实现基于子像素的处理，使得现有的字幕系统的最终渲染效果出现比较明 显的边缘锯齿效应，影响字幕展现的效果。

由于上述同样的原因，在对字幕对象进行基于滤镜管道的图像处理时， 也会影响字幕的最终效果。现有的字幕系统的渲染流程通常是先进行面边影 的贴图，得到一个图像，然后将这个图像放入滤镜管道中，再进行一系列的 图像处理。但是由于没有字幕几何矢量信息的参与，滤镜管道的处理会破坏 前者反走样后的效果。也就是说，在本来就不理想的边缘处理上累积了新的 边缘锯齿效应。