一种对视频帧率及音视频同步性能进行测试的方法
技术领域
本发明属于多媒体信息处理技术领域,具体涉及一种对视频帧率及音视频同步性能进行测试的方法。
背景技术
数字视频技术已经用于了数字电视、网络数字视频、电脑、电视会议、手持视频终端数字视频监控等领域,但是对于数字视频的重要特性视频显示帧率和音视频同步性能的准确测量还没有十分有效的方法。
目前在行业内有多种测量方法,这些方法中有的方法简单,缺点是不准确;有的方法测试准确,但是对测试设备有特殊要求,测试费用高昂,无法满足目前数字视频产品形态快速发展的需求。目前对视频帧率进行测试的主要方法有:
(1)将标有帧号的图像序列输入到编码设备,逐帧察看编码后的文件,通过帧号的连续性确定编码设备的特性,这个方法很准确,但是只能用于音视频编码的设备测量,无法用于其他形态的产品。
(2)编制专门的测试程序完成显示帧率的测量,这种方法普遍用于电脑,由于软件运行环境的兼容性,不可能适用于其他软件平台。
(3)使用专业的测试设备,这种方法需要高昂的测试设备,同时需要被测设备提供一些数据和控制接口,适用于数字电视等设备的测量,测试时间长,费用高。或者采用高速摄像机拍摄显示屏后分析,可以应用于多种设备测试。这些方法不适宜普遍使用。
(4)主观测试,使用人眼观察,这种方法只能测试出帧率偏差大的情况,无法准确测量。
目前对音视频同步性能进行测试的主要方法有:
(1)制作具有音视频同步标识的录像序列,使用人眼观察,这种方法只能测试出同步差异比较大的情况,而且无法准确测量。
(2)使用专业的测试设备,这种方法需要高昂的测试设备,同时需要被测设备提供一些数据和控制接口,适用于数字电视等设备的测量,测试时间长,费用高。这种方法不适宜普遍使用。
(3)主观测试,使用人眼观察,这种方法只能测试出同步偏差大的情况,无法准确测量。
发明内容
本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足,提供一种对视频帧率及音视频同步性能进行测试的方法。该方法对视频显示设备的视频显示帧率和音视频同步性能能够准确地进行测试,并且该方法使用方便、适用范围广、测试范围大。
本发明的技术解决方案是:
本发明提供的对视频帧率进行测试的方法,步骤包括:
(a)制作指定测试帧率的视频测试序列;
(b)在视频测试序列每帧的固定位置叠加可识别的标识;
(c)在被测设备上播放视频测试序列;
(d)分析被测设备播放的视频测试序列上标识的变化,计算实际的视频显示帧率。
进一步地,在步骤(d)中,通过分析标识的连续性,还可确定视频帧显示丢失的情况;标识连续时还可确定视频帧率偏差和视频帧显示的均匀性。
进一步地,步骤(b)中所述可识别的标识为不同灰度等级或颜色的图标。
进一步地,所述步骤(b)中在视频测试序列每帧的中间位置上叠加可识别的标识。
进一步地,所述(d)分析被测设备播放的视频测试序列上标识的变化,计算实际的视频显示帧率的步骤,具体包括:
(d1)采集被测设备播放的视频测试序列上的标识;
(d2)使用参考时钟统计每秒钟内标识的变化,计算出实际的视频显示帧率。
本发明提供的对音视频同步性能进行测试的方法,步骤包括:
(a)制作指定测试帧率的视频测试序列;
(b)在视频测试序列每帧的固定位置叠加可识别的标识;
(c)对应视频测试序列的每帧制作不同频率的音频信号;
(d)在被测设备上播放视频测试序列,同时播放对应于视频测试序列每帧的音频信号;
(e)通过对被测设备播放的视频测试序列上标识和对应音频信号的分析,计算音视频的同步性能。
进一步地,步骤(b)中所述可识别的标识为不同灰度等级或颜色的图标。
进一步地,所述音频信号根据所述图标的个数来确定,每个不同的图标对应一个固定频率的音频信号。
进一步地,所述步骤(b)中在视频测试序列每帧的中间位置上叠加可识别的标识。
进一步地,所述(e)通过对被测设备播放的视频测试序列上标识和对应音频信号的分析,计算音视频的同步性能的步骤,具体包括:
(e1)采集被测设备播放的视频测试序列上的标识和对应的音频信号;
(e2)将采样的标识与对应的音频信号进行比对,计算出实际的音视频同步偏差。
本发明与现有技术相比具有如下优点:
(1)本发明通过在视频测试序列每帧的固定位置上叠加可识别的标识,使得对视频显示设备的视频显示帧率和音视频同步性能的测试简单易行,且构思巧妙;通过选取可识别的标识为不同灰度等级或颜色的图标,在视频测试序列的中间位置使用视频编辑软件嵌入以上图标,提高了测试准确度,并且操作方便。
(2)本发明通过采集被测设备播放的视频测试序列上的标识,使用参考时钟统计每秒钟内标识的变化,能够准备计算出实际的视频显示帧率,测量误差小于等于1帧/秒。
(3)本发明通过采集被测设备播放的视频测试序列上的标识和对应的音频信号,将采样的标识与对应的音频信号进行比对,能够准确计算出实际的音视频同步偏差,准确度达到了1帧/秒。
(4)本发明的测试方法适用范围广,能够用于各种视频显示设备,如数字电视、IP电视、电脑、电视会议设备、手持视频终端(PDA、MP4、手机)、数字视频监控设备。
(5)本发明的测试方法测试范围大。通过配合不同的视频测试序列,不仅能够用于测试1~30帧/秒传统的参数范围,而且能够用于测试高清产品50帧/秒、60帧/秒、甚至更高的范围。
(6)使用该测试方法制作的测试设备的成本很低,适合推广使用;且该测试方法对被测设备无破坏,也无特定要求。
附图说明
以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
图1是本发明实施方式的整体结构示意图。
图2是本发明实施方式的视频测试序列两阶灰度四位编码图标示意图。
图3是本发明实施方式的视频测试序列图标使用示意图。
图4是本发明实施方式的视频测试序列不同编码形式图标示意图,其中(a)为一位编码图标示意图,(b)为两位编码图标示意图,(c)为三位编码图标示意图,(d)为另一种四位编码图标示意图,(e)为五位编码图标示意图。
图5是本发明实施方式的信号采集分析示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明系统包括信号采集分析和视频测试序列两部分。
对视频帧率进行测试时:信号采集分析包括光敏部件和数据分析部件,光敏部件用于采集被测设备上的图像变化;视频测试序列产生规律的序列在被测设备上显示。
对音视频同步性能进行测试时:信号采集分析包括光敏部件、音频采集部件和数据分析部件,光敏部件用于采集被测设备上显示的图像标识,音频采集部件用于采集被测设备上图像标识对应的音频信号;视频测试序列产生规律的序列在被测设备上播放,同时对应每一帧音频信号频率不同。
本具体实施方式中,不同灰度等级或颜色的图标选取两阶四位编码图标,如图2所示。该图标可以使用二进制方法表示,白色为0,黑色为1,即:
0000 0001 0010 0011
0100 0101 0110 0111
1000 1001 1010 1011
1100 1101 1110 1111
对视频帧率进行测试的方法,包括以下步骤:
(a)制作指定测试帧率的视频测试序列。
目前国内视频显示主要使用25帧,所以本实施方式的测试帧率以25帧/秒为例。测试不同的帧率需要制作不同帧率的测试序列,25帧/秒播放显示的视频帧率偏差只能用25帧/秒的视频测试序列来测试(测试30帧/秒的设备需要制作30帧/秒的录像)。测试序列可以是视频文件(MP4、MPEG、AVI、RM、WMV、H.264等标准文件格式),用于下载到手机、MP4播放器等设备中来测试;测试序列也可以做成光盘(DVD或高清光盘),在光盘播放器上播放,用于测试具有视频输入的设备。
(b)在视频测试序列每帧的固定位置(优选为中间位置,这样会进一步提高测试的准确度)叠加两阶灰度四位编码图标。
使用视频编辑软件在测试序列1~16帧的中间位置分别嵌入上述序列中的图标,第一帧为第一个图标,第二帧为第二个图标,依此类推,这样就可以区别开1~16帧;以后的序列重复以上的图标,即17~32帧重复1~16图标,33~48帧重复1~16图标,依此类推。
图标在测试序列中的位置如图3所示,这样排列可以使四个光敏传感器排列成两排两列,对于不同尺寸的显示设备都可以直接对准图标采样。测试点也可以使用其他方式或分散排列,只是那样光敏传感器的位置就与显示屏大小有关,不利于测试。
(c)在被测设备上播放视频测试序列;
(d)分析被测设备播放的视频测试序列上标识的变化,计算实际的视频显示帧率。
如图5所示,四个光敏传感器采集显示设备上测试序列中的图标,把数据送入CPU中,CPU根据参考时钟分析计算出实际结果。具体包括:
(d1)采集显示设备上的标识,光敏传感器的采样频率应保证每帧时间内至少采集3个点。
(d2)使用参考时钟统计每秒钟内标识的变化,计算出实际的视频显示帧率。通过分析标识的连续性,还可确定视频帧显示丢失的情况;标识连续时还可确定视频帧率偏差和视频帧显示的均匀性。
以25帧/秒的录像测试为例,通过标识统计一秒钟内视频显示的帧数即可得到此时的帧率;通过对标识连续性的分析就知道中间有没有缺失帧;每一帧显示时间应该为40毫秒(显示时间=1秒/帧数),使用参考时钟对每一帧显示的时间进行比对,就可得到每一帧显示时间偏差,即显示均匀性特性。
对音视频同步性能进行测试的方法,包括以下步骤:
(a)制作指定测试帧率的视频测试序列。
目前国内视频显示主要使用25帧,所以本实施方式的测试帧率以25帧/秒为例,制作的视频测试序列为25帧/秒。测试序列可以是视频文件,用于下载到手机、MP4播放器等设备中来测试;测试序列也可以做成光盘,在光盘播放器上播放,用于测试具有视频输入的设备。
(b)在视频测试序列每帧的固定位置(这里采用中间位置,可进一步提高测试的准确度)叠加两阶灰度四位编码图标。
(c)对应视频测试序列的每帧制作不同频率的音频信号;
音频信号的个数由图标的个数来确定,每一个不同的图标对应一个固定频率的音频信号,本实施方式中16个图标对应16个不同频率的音频信号。
使用视频编辑软件在测试序列1~16帧的中间位置分别嵌入上述序列中的图标,第一帧为第一个图标,第二帧为第二个图标,依此类推,这样就可以区别开1~16帧;以后的序列重复以上的图标,即17~32帧重复1~16图标,33~48帧重复1~16图标,依此类推。
图标在测试序列中的位置如图3所示,这样排列可以使四个光敏传感器排列成两排两列,对于不同尺寸的显示设备都可以直接对准图标采样。测试点也可以使用其他方式或分散排列,只是那样光敏传感器的位置就与显示屏大小有关,不利于测试。
(d)在被测设备上播放视频测试序列,同时播放对应于视频测试序列每帧的音频信号;
(e)通过对被测设备播放的视频测试序列上标识和对应音频信号的分析,计算音视频的同步性能。
如图5所示,四个光敏传感器采集显示设备上测试序列中的图标,把数据送入CPU中,同时音频信号也同步采样,CPU根据参考时钟分析计算出实际结果。具体包括:
(e1)采集显示设备上的标识和对应的音频信号;
光敏传感器的采样频率应保证每帧时间内至少采集3个点,音频采样频率应保证正确采样到测试序列中的音频信号,以避免时间边界点采样造成的测量误差。
(e2)将采样的标识与对应的音频信号进行比对,计算出实际的音视频同步偏差。
以25帧/秒的录像测试为例,每一帧显示时间应该为40毫秒,通过标识和音频信号对应关系,就可得到帧和它原有声音的时间偏差,即音视频同步特性。
本发明不仅能够用于测试1~30帧/秒传统的参数范围,而且能够用于测试高清产品50帧/秒、60帧/秒、甚至更高的范围。只要针对不同的测试帧率制作相应帧率的视频测试序列即可,50帧/秒的录像测试制作50帧/秒的视频测试序列,80帧/秒的录像测试制作80帧/秒的视频测试序列。
本发明的测试方法能够测量帧率偏差和同步误差范围为1~16帧,测量误差小于等于1帧/秒,满足大多数情况下的使用。超过16帧的误差人眼会很容易识别出来。
如果采用两阶灰度两位二进制编码,那么测量范围为1~4帧。
下面两种方法能够更精确地测试视频帧率及音视频同步性能:
(1)采用高精度的光敏传感器,通过制作不同灰度等级或颜色的图标来区别不同的帧。比如采用16阶灰度图标1位编码就可以达到测量范围为1~16帧,采用四阶灰度图标两位编码就可以达到测量范围为1~16帧,3位编码就可以达到测量范围为1~64帧。图4为其他排列形式的图标,其中(a)为一位编码图标示意图,(b)为两位编码图标示意图,(c)为三位编码图标示意图,(d)为另一种四位编码图标示意图,(e)为五位编码图标示意图。
(2)采用更长的编码方式,比如5位2阶编码测量范围为1~32帧。
图标灰度级的选择与光敏传感器有关,采用高精度的光敏传感器可以使用多灰度/颜色的图标进行测量,减少编码位数;采用2阶灰度可以使用一般的光敏传感器测量,同时很容易适应不同特性的显示设备。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知技术。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属本发明技术方案的保护范围。