CN101022560A - 数字电视视音频同步性测试信号及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字电视视音频同步性测试信号及其测量方法，属于音视频信号的检测技术领域。该测试信号由视频信号和音频信号构成，视频信号的波形呈矩形曲线，形成全亮、全暗相跳变的循环信号；音频信号为间歇出现的单频信号，单频信号线间歇重复周期与视频亮暗跳变重复周期相同；视频的上跳沿与音频持续期中点之间的时间差即为视音频同步性的测试结果。该测量方法为先按测试信号视音频波形的要求生成图像和声音数据；经压缩编码生成视音频基本流数据，并形成复合的TS流信号数据；选用与被测设备相应的测试设备；由检测设备正确读取测量结果。本发明测量结果正确可靠，对检测设备本身精度要求不高，测量操作简化，还可避免了人为误差。

Description

数字电视视音频同步性测试信号及其测量方法

技术领域

本发明属于音视频信号的检测技术领域，特别涉及数字电视系统中视频信号与音频信号同步性的测试信号及测量方法

背景技术

一个电视节目中包含视频和音频两种信号，从制作发送到接收重现的整个过程中，有的阶段这两个信号是合在一起的，但有的阶段是分别处理的。当分别处理时，原则上存在不等时性，使它们的同步性有所下降，从而出现动作和声音不同时的现象。对于模拟电视系统，电路的工作是实时的，不同通道的电路造成的时间差在ns至多到μs量级。电视信号的存储重放，涉及电磁过程和机械过程，即使机械过程对视音频信号同步性的影响会稍大一点，也在ms量级。因此在模拟电视场合，除非出了故障，一般不会出现视音频不同步的现象，产品的性能规格中也无此项目。但到了数字电视系统，对于视音频信号分别处理的信源编码单元(发端)和信源解码单元(收端)，由于数字视音频信号的复杂程度大不相同，加上为了尽量降低视频信号占用的码率，常常不惜以加长处理时间来换取高的编码效率，于是，这两个单元中，视频处理时间比音频处理时间长得许多，它们之间的差别甚至达到秒的量级。为确保视音频信号的同步性，这两个单元中，都会引入一定的补偿机制，然而，补偿的好坏程度，需要测量。于是在数字电视领域，凡包含信源编码单元或信源解码单元的设备都需要作视音频信号同步性的测量。

已有的一种数字电视视音频同步性测试信号波形如图1所示。测试信号为：如矩形波曲线11所示，视频为全亮全暗相跳变的循环信号，每2s跳变一次，波峰表示全亮，波谷表示全暗；如矩形波曲线12所示，音频为1kHz全幅度和无声相跳变的循环信号，每2s跳变一次，波峰表示有声，波谷表示无声。音频由无声到有声的跳变沿与视频由暗场到亮场的跳变沿同时发生，表示信号本身视音频是同步的。

采用上述测试信号的测量方法为：将上述测试信号经过一定设备(不会引入视音频的时间差的测试仪器)转换成被测设备能接受的格式加到被测设备的输入端，被测设备输出的视音频信号分别接到双踪数字存储读数示波器的两路输入口，调节示波器，得到稳定的视音频波形，移动示波器水平轴上的两条读数线，分别对准视频信号和音频信号的上跳沿，读出两条读数线之间的时间值，此值即为测量结果，音频上跳沿在视频上跳沿的左(右)表示视频信号落后(提前)。

此方法的缺点为：必须使用价格相对比较贵的双踪数字存储读数示波器，测量精度受到示波器自身扫描时基精度及读数线调整正确性的影响。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种数字电视视音频同步性测试信号及相应的测量方法，具有测量结果正确可靠，对检测设备本身精度要求不高，测量操作简化，还可避免人为误差的特点。

本发明提出的数字电视视音频同步性测试信号，它由视频信号和音频信号构成，其特征在于，所述视频信号的波形呈矩形曲线，该曲线的波峰表示全亮，波谷表示全暗，形成全亮、全暗相跳变的循环信号；所述音频信号为间歇出现的单频信号，所述单频信号线间歇重复周期与视频亮暗跳变重复周期相同；视频的上跳沿与音频持续期中点之间的时间差即为视音频同步性的测试结果。

本发明提出利用上述测试信号对数字电视视音频同步性测量的方法，包括测试信号图形的生成和同步性测量两部分；所述测试信号的生成，包括以下步骤：

11)采用计算机先按测试信号视音频波形的要求生成图像数据和声音数据；

12)再经MPEG2信源编码器或相应的其它编码器压缩编码生成视频和音频基本流数据；

13)经复用编码器将视频和音频两个基本流数据在保证时间对准的前提下合在一起形成复合的TS流信号数据；

14)将步骤13)的TS流信号数据存放在TS流播放设备中，该设备则连续输出所述视音频信号时间差为0的视音频同步性测试TS流信号；

所述同步性测量方法包括以下步骤：

21)根据不同的被测设备选用与其相应的测试设备正确连接成为测量系统；

22)开启电源，正确调整各信号设备、待测设备和检测设备，使它们都处于正常工作状态；

23)根据所述的检测设备正确读取测量结果。

本发明的特点及效果

第一、由于本方法对于视音频同步性测试信号做了特殊的设计改进，测量读数的时基可使用测试信号本身具有的高精度时基，同时读数是计波形的个数，避免模拟读数的视差影响，测量结果的正确可靠。

第二、方法对检测设备本身精度要求不高，可采用的多种常规设备。

第三、方法设计视音频同步性测试信号特别适合于全数字化的检测，从而排除了人为影响，还极易扩展到数字输出的视音频信号同步性的测量。

附图说明

图1为原来的数字电视视音频同步性测试信号波形示意图。

图2为本发明的数字电视视音频同步性测试信号波形示意图，其中，图2b为图2a的局部放大图。

具体实施方式

本发明提出的数字电视视音频同步测试信号及测量方法结合附图及实施例详细说明如下：

本发明提出的数字电视视音频同步测试信号图形如图2a、图2b所示：视频信号为全亮全暗相跳变的循环信号，波峰表示全亮，波谷表示全暗，如图2a中矩形波曲线21所示。考虑到亮暗跳变间隔的长短在相当范围内并不影响测量的结果，亮暗跳变间隔可以根据不同场合的需求在1/2到2s之间选择，短的跳变间隔有利于模拟存储示波器存储波形质量改善。音频为间歇出现的单频信号，如图2a中的曲线22所示。单频频率过低，计时精度太低，频率过高，声音太刺耳，其频率可在500Hz到5000Hz间选择，由于1000Hz是常用的测试音频，且其周期为1ms，是非常合适的计时单位，因此1000Hz是实施例的优选频率。声音间歇重复周期与视频亮暗跳变重复周期相同。为使全数字化时读数窗口相互隔离，声音持续时间必须短于间隙时间，但又必须长于正负量程之和，持续时间有较宽的选择范围。例如数字电视接收机规格要求视音同步误差小于±20ms，若视频亮暗跳变取最短的周期1s(1/2s亮，1/2s暗)，音频持续时间可在大于40ms，小于500ms之间选择，相应量程为±20ms到±250ms，实施例中选择了音频持续时间100ms，量程±50ms。

为确切表述视音频信号之间的时间关系和音频信号的幅度，将图2a中虚线之间的曲线21、22波形在时间轴上加以放大，对应为图2b中的23、24。可以清楚看出，视频波形的上跳沿为231；每段音频信号的中央正半波，具有最大的幅度241(实施例为全幅度)，并且它与视频信号的上跳沿231时间上对准。以241为原点，左右每隔10个周期对应的半波具有次高的幅度242(实施例为全幅度的3/4)，其余波形幅度较小(实施例为全幅度的2/3)。使不同的幅度成为时间坐标上的十进制刻度，从而能既方便又正确地读取测量结果。音频波形幅度的绝对大小，对测量并无严格意义，关键在于由幅度的高低应能确定视音频同步的基准，并能实现十位、个位方便读数。

采用本发明的测试信号进行数字电视视音频同步性测量方法，包括测试信号的生成和同步性测量两部分；所述测试信号的生成，包括以下步骤：

11)采用计算机先按测试信号视音频波形的要求生成图像数据和声音数据；

12)再经MPEG2信源编码器或相应的其它编码器压缩编码生成视频和音频基本流数据；

13)经复用编码器将视频和音频两个基本流数据在保证时间对准的前提下合在一起形成复合的传送流(TS流)数据；

14)将13)的数据存放在TS流播放设备(实施例采用牡丹MDW 1876 TS流测试信号发生器)中，该设备会连续输出上述视音频信号时间差为0的视音频同步性测试TS流信号。

所述同步性测量方法包括以下步骤：

21)根据不同的被测对象选用不同的测试设备正确连接测量系统

211)信源解码器视音频同步性测量系统的连接：将TS流播放设备输出的视音频同步性测试TS流信号直接加到待测的信源解码器的输入端，信源解码器的视音输出与检测设备(实施例采用示波器或专用毫秒计)的输入相连接；

212)机顶盒视音频同步性测量系统的连接：将TS流播放设备输出的视音频同步性测试TS流信号连接到测试用信道编码调制器(为数字电视测量使用的射频设备)的输入端上，信道编码调制器的射频输出与待测机顶盒的输入相连接，待测机顶盒的视音输出与检测设备的输入相连接；

213)信源编码器视音频同步性测量系统的连接：将TS流播放设备输出的视音频同步性测试TS流信号连接到测试用信源解码器(为一种数字电视测量专用设备，本实施例测量中一般可用经测量视音频时间差为0的信源解码器代替，下同)的输入端上，测试用信源解码器的视音输出分别与待测信源编码器的视音频输入相连接，待测信源编码器的TS流输出与另一测试用信源解码器的输入相连接，第二测试用信源解码器的视音输出与检测设备的输入相连接。

22)开启电源，正确调整各信号设备、待测设备和检测设备，使它们都处于正常工作状态。

23)根据所用不同的检测设备正确读取测量结果

231)用双踪数字存储读数示波器检测：示波器的两路分别输入待测的视频和音频信号，可用两种方法读取测量结果：一，与前面所述原测量方法类似，使用示波器的两条水平刻度读数线测出视频上升沿与音频中央半波之间的时间差；二，根据视音频信号波形的相对位置直接读数：调节波形的上下位置，使两波形相互靠近，呈现类似图2b的波形，不过视频的231可能不再与音频的241上下对齐，数出231与241之间包含242的个数，即为读出的十位数，再数出231与最近的242之间波峰的个数，即为读出的个位数，两者的总数乘以音频周期(对于1000Hz，周期为1ms)即为测量结果，241在231的左(右)边，视频相对音频落后(提前)。一般地说，两种方法的测量结果会相一致，如不一致，通常意味着示波器未校正好；

232)用双踪模拟存储示波器检测：同样示波器的两路分别输入待测的视频和音频信号，由于模拟存储示波器一般只有表盘刻度线的读数功能，难于读出正确结果，采用上款的方法二仍可读出正确结果；

233)用专用毫秒计检测：专用毫秒计的视频和音频两个输入口分别接待测的视频和音频信号。该毫秒计本质上是个脉冲计数器。视频上升跳变的一刻，它被触发复位并开始计数，计数窗口稍大于间歇音频信号持续时间即可，无需十分精确。计数窗口内每逢音频信号的波峰(及波谷)计数1次，计数值与音频信号持续期内所含音频信号的周期(半周期)个数之半的差乘以音频信号的周期(半周期)即为测量结果，负(正)号表示视频落后(超前)。实际上毫秒计会把计数值换算成以ms为时间单位的结果直接显示出来，实现全数字化测量。

Claims (8)

1、一种数字电视视音频同步性测试信号，它由视频信号和音频信号构成，其特征在于，所述视频信号的波形呈矩形曲线，该曲线的波峰表示全亮，波谷表示全暗，形成全亮、全暗相跳变的循环信号；所述音频信号为间歇出现的单频信号，所述单频信号线间歇重复周期与视频亮暗跳变重复周期相同；视频的上跳沿与音频持续期中点之间的时间差即为视音频同步性的测试结果。

2、如权利要求1所述的信号，其特征在于，所述视频信号的亮暗跳变间隔的取值范围为1/2～2s。

3、如权利要求1或2所述的信号，其特征在于，所述音频信号线的频率的取值范围为500Hz～5000H。

4、如权利要求1、2或3所述的信号，其特征在于，所述音频信号的幅度值为，每段单频信号的中央正半波处的幅度值A1，以该中央正半波处为原点，左右每隔10个周期对应的正半波的幅度值为A2，其余波的幅度值均为A3，且A1＞A2＞A3，每段音频信号的幅度在时间坐标上形成了十进制刻度，使测量读数的时基使用测试信号本身。

5、如权利要求1所述的信号，其特征在于，所述测试信号的量程可根据需要在±20ms到±250ms内选择。

6、一种采用如权利要求1所述的测试信号进行数字电视视音频同步性测量方法，其特征在于，包括测试信号图形的生成和同步性测量两部分；所述测试信号的生成，包括以下步骤：

11)采用计算机先按测试信号视音频波形的要求生成图像数据和声音数据；

12)再经MPEG2信源编码器或相应的其它编码器压缩编码生成视频和音频基本流数据；

13)经复用编码器将视频和音频两个基本流数据在保证时间对准的前提下合在一起形成复合的TS流信号数据；

14)将步骤13)的TS流信号数据存放在TS流播放设备中，该设备则连续输出所述视音频信号时间差为0的视音频同步性测试TS流信号；

所述同步性测量方法包括以下步骤：

21)根据不同的被测设备选用与其相应的测试设备正确连接成为测量系统；

22)开启电源，正确调整各信号设备、待测设备和检测设备，使它们都处于正常工作状态；

23)根据所述的检测设备正确读取测量结果。

7、如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述的步骤21)具体包括：

211)对信源解码器视音频同步性测量系统的连接：将TS流播放设备输出的视音频同步性测试TS流信号直接加到待测的信源解码器的输入端，信源解码器的视音输出与检测设备的输入端相连接；或是：

212)对机顶盒视音频同步性测量系统的连接：将TS流播放设备输出的视音频同步性测试TS流信号连接到测试用信道编码调制器的输入端上，信道编码调制器的射频输出与待测机顶盒的输入相连接，待测机顶盒的视音输出与检测设备的输入相连接；或是：

213)信源编码器视音频同步性测量系统的连接：将TS流播放设备输出的视音频同步性测试TS流信号连接到测试用信源解码器的输入端上，测试用信源解码器的视音输出分别与待测信源编码器的视音频输入相连接，待测信源编码器的TS流输出与另一测试用信源解码器的输入相连接，第二测试用信源解码器的视音输出与检测设备的输入相连接。

8、如权利要求6所述的测量方法，其特征在于，所述的步骤23)具体包括：

231)用双踪数字存储读数示波器检测：示波器的两路分别输入待测的视频和音频信号，读取测量结果的方法包括：第一种方法，使用示波器的两条水平刻度读数线测出视频上升沿与音频中央半波之间的时间差；第二种方法，根据视音频信号波形的相对位置直接读数：调节波形的上下位置，使两波形相互靠近，数出同一周期中视频矩形波的上跳沿与音频信号持续期中点幅度值为A1处之间包含幅度值为A2的个数，作为十位数读数，再数出视频矩形波的上跳沿与最近的幅度值为A2之间波峰的个数，作为个位数读数，两者的总数乘以音频周期即为测量结果，音频信号中点幅度值为A1处在视频矩形波的上跳沿的左或右边，视频相对音频落后或提前；或是：

232)用双踪模拟存储示波器检测：同样示波器的两路分别输入待测的视频和音频信号，根据视音频信号波形的相对位置直接读数：调节波形的上下位置，使两波形相互靠近，数出视频信号的上跳沿与音频信号持续期中点幅度值为A1处之间包含幅度值为A2的个数，作为十位数读数，再数出视频信号的上跳沿与最近的幅度值为A2之间波峰的个数，作为个位数读数，两者的总数乘以音频周期即为测量结果，音频信号中点幅度值为A1处在视频信号的上跳沿的左或右边，视频相对音频落后或提前；或是：

233)用专用毫秒计检测：专用毫秒计的视频和音频两个输入口分别接待测的视频和音频信号，视频上升跳变的一刻，毫秒计被触发复位并开始计数，计数窗口稍大于间歇音频信号持续时间，计数窗口内每逢音频信号的波峰及波谷计数1次，计数值与音频信号持续期内所含音频信号的周期或半周期个数之半的差乘以音频信号的周期或半周期为测量结果，负或正号表示视频落后或超前。