CN114143573A - 数字视频测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数字视频测量装置，包括视频采集模块，用于采集被测数字视频信号，所述数字视频信号包括SDI接口和HDMI接口的视频信号；视频测量模块，用于对被测数字视频信号的视频数据和音频数据进行处理并测试，生成信号处理结果，获得信号测试结果；显示装置，用于显示人机交互界面，所述人机交互界面显示被测数字视频信号的信号处理结果和信号测试结果；控制模块与所述视频采集模块、视频测量模块、显示装置通讯连接，控制模块用于接收用户输入指令，向所述视频采集模块、视频测量模块输出控制指令，实现人机交互。本发明能够同时对SDI和HDMI信号进行有效测试，且测试使用十分方便。

Description

数字视频测量装置

技术领域

本发明涉及一种数字视频测量装置。

背景技术

随着数字技术的发展，数字视频越来越多依靠数字接口传输，其中SDI和HDMI是目前应用最多的数字视频接口，目前对这两个接口的视频信号的测试主要靠波形监视器和视频分析仪，最具代表性的仪器分别是美国泰克公司的WFM8300波形监视器和德国R&S公司的VTC视频分析仪。

WFM8300波形监视器可以对SDI接口的数字视频信号进行眼图、矢量图、色域、协议等项目进行测试，而无法对视频信号的视频参数比如视频电平、非线性失真、K系数、多波群频响、SINX/X群时延、信噪比等参数，以及彩条信号的亮度电平、色度电平、色度相位等参数进行测试。该仪器多用于广播电视系统对播放的视频内容的亮度和色域进行观测，判断其是否超差，即便是矢量图功能也只能观察彩条信号的色度幅度和色度相位是否在允许误差范围(看矢量点是否在限制框内)，而不能精确的测量出具体的亮度电平、色度电平、和色度相位具体值，因此该仪器在信号内容测试方面能力有限，不能满足计量、检测以及信号验证要求。

VTC视频分析仪是可以对上述视频参数进行测试，但也只局限于HDMI接口，并且无法直接对数字视频信号的平均图像电平进行测试，而平均图像电平是视频测试信号中比较重要的评价指标，比如能效测试中的静态测试信号极限八灰度九窗口信号的一个重要的技术指标就是平均图像电平(17％)，在信号内容测试方面，仅可以对传统的彩条、脉冲和条、五阶梯、斜坡、多波群、sinx/x、平场等信号进行测试，而无法对目前应用较多的测试信号比如《GB 24850－2020平板电视和数字电视接收器(机顶盒)能效限定值及能效等级》、《GBT26270－2010数字电视接收设备标准测试信号》和《SJT 11348－2016平板电视显示性能测量方法》三个测试标准中的常用测试信号进行测试和验证，因此无法满足目前的数字视频信号的测试要求。

综上，目前还没有一台设备可以同时对SDI和HDMI的测试信号进行全面测试，并且对目前行业内常用的视频信号的具体内容进行测试和验证。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种数字视频测量装置，能够同时对SDI和HDMI信号进行有效测试，且测试使用十分方便。

实现本发明目的的技术方案：

一种数字视频测量装置，包括：

视频采集模块，所述视频采集模块用于采集被测数字视频信号，所述数字视频信号包括SDI接口和HDMI接口的视频信号

视频测量模块，所述视频测量模块用于对被测数字视频信号的视频数据和音频数据进行处理并测试，生成信号处理结果，获得信号测试结果；

显示装置，所述显示装置用于显示人机交互界面，所述人机交互界面显示被测数字视频信号的信号处理结果和信号测试结果；

控制模块，所述控制模块与所述视频采集模块、视频测量模块、显示装置通讯连接，控制模块用于接收用户输入指令，向所述视频采集模块、视频测量模块输出控制指令，实现人机交互。

进一步地，视频采集模块采集的数字视频信号包括SDI接口和HDMI接口的标清、高清和/或超高清的视频信号，采集方式包括单路SDI、单路HDMI、四路SDI、四路HDMI中的一种或多种。

进一步地，视频测量模块生成的信号处理结果包括波形、图像和/或矢量图，所述波形包括视频数据测试波形和音频数据测试波形。

进一步地，所述视频数据测试波形的生成方式为：将采集到的视频数据进行处理，得到RGB或YCbCr格式的三通道波形数据，抽取一行或多行视频数据，生成视频数据测试波形。

进一步地，所述音频数据测试波形的生成方式为：将采集到的音频数据进行处理，得到多通道波形数据，生成音频数据测试波形。

进一步地，所述图像的生成方式为：利用交织一维数组函数将RGB格式的三通道波形视频数据交织成一维数组，再将所述一维数组转化为8bit值，输入至绘制平化像素图函数，生成图像。

进一步地，所述矢量图的生成方式为：对视频数据的行波形进行处理，通过XY图得到该行视频数据的矢量图，所述矢量图用于反映被测视频信号的色度信息。

进一步地，所述视频测量模块对被测数字视频信号进行测试，获得的测试结果包括测量视频数据参数和测量音频数据参数。

进一步地，通过面向参数的测量方式和/或面向信号的测量方式获得所述测量视频数据参数，其中

所述面向参数的测量方式为，针对选定的视频参数进行测试，视频参数包括视频电平、亮度电平、色度电平、色度相位、平均图像电平、非线性失真、K系数、多波群频响、sinx/x频响和群时延、视频信噪比；

所述面向信号的测量方式为，针对选定的特定信号数据进行测试，获得所述特定信号数据的相关参数，所述特定信号数据包括彩条信号、极限八灰度信号、全白场信号、全黑场信号、黑白窗口信号、全红场信号、全绿场信号、全蓝场信号、白窗口信号、全灰场信号、棋盘格信号、色度视角测试图、黑窗口信号、三百两黑信号。

进一步地，所述测量音频数据参数包括音频数据的频率、电平和失真参数的测量结果。

本发明具有的有益效果：

本发明包括视频采集模块，所述视频采集模块用于采集被测数字视频信号，所述数字视频信号包括SDI接口和HDMI接口的视频信号；视频测量模块，所述视频测量模块用于对被测数字视频信号的视频数据和音频数据进行处理并测试，生成信号处理结果，获得信号测试结果；显示装置，所述显示装置用于显示人机交互界面，所述人机交互界面显示被测数字视频信号的信号处理结果和信号测试结果；控制模块，所述控制模块与所述视频采集模块、视频测量模块、显示装置通讯连接，控制模块用于接收用户输入指令，向所述视频采集模块、视频测量模块输出控制指令，实现人机交互。本发明可以同时对SDI和HDMI信号进行有效测试，生成被测数字视频信号的信号处理结果和信号测试结果，进行显示，实现人机交互，测试使用十分方便。

本发明视频测量模块生成的信号处理结果包括，生成波形、生成图像、生成矢量图，所述生成波形包括生成视频数据测试波形和音频数据测试波形。视频数据测试波形生成方式为，将采集到的视频数据进行处理，得到RGB或YCbCr格式的三通道波形数据，抽取一行或多行视频数据，生成视频数据测试波形。音频数据测试波形生成方式为，将采集到的音频数据进行处理，得到多通道波形数据，生成音频数据测试波形。生成图像方式为，利用交织一维数组函数将RGB格式的三通道波形视频数据交织成一维数组，再将所述一维数组转化为8bit值，输入至绘制平化像素图函数，生成图像。视频数据矢量图生成方式为，对视频数据的行波形进行处理，通过XY图得到该行视频数据的矢量图，所述矢量图用于反映被测视频信号的色度信息。本发明通过生成视频数据测试波形、音频数据测试波形、生成图像、生成矢量图，并在显示装置上显示，进一步保证测试的准确性和便利性。

本发明视频测量模块对被测数字视频信号进行测试，获得的测试结果包括测量视频数据参数和测量音频数据参数。测量视频数据参数可通过面向参数的测量方式和/或面向信号的测量方式获得，所述面向参数的测量方式为，针对选定的视频参数进行测试，视频参数包括视频电平、亮度电平、色度电平、色度相位、平均图像电平、非线性失真、K系数、多波群频响、sinx/x频响和群时延、视频信噪比；所述面向信号的测量方式为，针对选定的特定信号数据进行测试，获得所述特定信号数据的相关参数，所述特定信号数据包括彩条信号、极限八灰度信号、全白场信号、全黑场信号、黑白窗口信号、全红场信号、全绿场信号、全蓝场信号、白窗口信号、全灰场信号、棋盘格信号、色度视角测试图、黑窗口信号、三百两黑信号。测量音频数据参数包括音频数据的频率、电平和失真参数的测量结果，显示在人机交互界面中。本发明对测量视频数据参数和测量音频数据参数进行测试，测量视频数据参数可通过面向参数的测量方式和/或面向信号的测量方式获得，并将测试数据参数在显示装置上显示，进一步保证测试的准确性、全面性和便利性。

附图说明

图1为本发明数字视频测量装置电路原理图；

图2为10bitRGB视频流的数据结构示意图；

图3为10bitRGB视频流的数据处理程序图；

图4为100％彩条信号的矢量图；

图5为五阶梯测试信号波形图；

图6为非线性失真测试结果示意图；

图7为K系数测试波形图；

图8为K系数测试结果示意图；

图9为多波群波形图；

图10为多波群频响测试结果示意图；

图11为sinx/x测试信号波形图；

图12为sinx/x频响测试结果示意图；

图13为sinx/x群时延测试结果示意图；

图14为彩条信号视频电平测试结果示意图；

图15为彩条信号亮度电平、色度电平、色度相位测试结果示意图；

图16为极限八灰度九窗口测试信号示意图；

图17为九窗口中心位置——横坐标测试结果示意图；

图18为九窗口宽度测试结果示意图；

图19为九窗口中心位置——纵坐标测试结果示意图；

图20为九窗口高度测试结果示意图；

图21为九窗口电平测试结果——Y通道示意图；

图22为九窗口电平测试结果——Cb通道示意图；

图23为九窗口电平测试结果——Cr通道示意图；

图24为九窗口亮度电平测试结果示意图；

图25为九窗口色度电平测试结果示意图；

图26为九窗口色度相位测试结果示意图；

图27为灰阶中心位置——横坐标测试结果示意图；

图28为灰阶宽度测试结果示意图；

图29为灰阶中心位置——纵坐标测试结果示意图；

图30为灰阶高度测试结果示意图；

图31为灰阶电平测试结果——Y通道示意图；

图32为灰阶电平测试结果——Cb通道示意图；

图33为灰阶电平测试结果——Cr通道示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明数字视频测量装置，包括：

(一)视频采集模块

所述视频采集模块用于采集被测数字视频信号，所述数字视频信号包括SDI接口和HDMI接口的视频信号。

视频采集模块采集的数字视频信号包括SDI接口和HDMI接口的标清、高清、超高清的视频信号，采集方式分为单路SDI、单路HDMI、四路SDI、四路HDMI四种方式。

本发明采用Blackmagic公司的DeckLink 8K Pro和DeckLink Quad HDMIRecorder视频采集卡作为视频采集模块硬件，分别用来采集SDI和HDMI接口的视频信号，视频采集程序在visual studio环境下使用C++语言编写。

音视频信号的采集通过DeckLink 8K Pro和DeckLink Quad HDMI Recorder视频采集卡的SDI和HDMI接口实现，程序在visual studio环境下使用C++语言在视频采集卡厂家提供的SDK基础上开发，有配置硬件、设置音视频输入接口、读取视频协议、采集并保存音视频数据等步骤。所述视频协议主要包括像素格式、视频格式、色域空间、HDR模式及参数。像素格式分为RGB和YCbCr两种格式；视频格式分为标清、高清、4k超高清、8k超高清四大类；色域空间分为REC601、REC709、BT2020四种空间；HDR模式分为PQ和HLG两种模式，HDR参数包括ReferencePrimaries.RedX、ReferencePrimaries.RedY、ReferencePrimaries.GreenX、ReferencePrimaries.GreenY、referencePrimaries.BlueX、referencePrimaries.BlueY、referencePrimaries.WhiteX、referencePrimaries.WhiteY、maxDisplayMasteringLuminance、minDisplayMasteringLuminance、maxCLL、maxFALL。所述音视频数据是指采集到的音视频原始数据流。

(二)视频测量模块

所述视频测量模块用于对被测数字视频信号的视频数据和音频数据进行处理并测试，生成信号处理结果，获得信号测试结果。

1.生成信号处理结果

视频测量模块生成的信号处理结果包括，生成波形、生成图像、生成矢量图。

1.1生成波形。所述生成波形包括生成视频数据测试波形和音频数据测试波形。视频数据测试波形生成方式为，将采集到的视频数据进行处理，得到RGB或YCbCr格式的三通道波形数据，抽取一行或多行视频数据，生成视频数据测试波形。音频数据测试波形生成方式为，将采集到的音频数据进行处理，得到多通道波形数据，生成音频数据测试波形。

具体实施时，生成波形程序在LabVIEW环境下编写，通过LabVIEW调用保存的音视频数据，并对数据进行处理，分别得到视频测试波形和音频测试波形。所述对视频数据进行处理是指通过采集卡采集到的视频数据是无符号长整型数据格式(32位二进制格式)的一维数组，而实际上视频数据是三个通道(RGB或YCbCr)视频数据，也就是三个一维数组，这三个数组信息都包含在采集到的一维数组中，以10bitRGB格式为例，需要按照图2中的数据结构对采集到的视频数据进行处理，得到G、B、R三路视频数据，数据处理程序见图3。得到三个通道的视频数据后，利用LabVIEW中的“波形生成”函数生成视频测试波形，函数中的“dt”可以通过视频格式计算。

所述对音频数据处理是指通过采集卡采集到的音频数据是一个一维数组，而通常音频数据是多通道的(2通道、8通道、16通道等)，以2通道为例，音频数据(0,1,2,3,4,5,6,7,8…)中(0,2,4,6,8…)为1通道音频数据，(1,3,5,7…)为2通道音频数据，通过LabVIEW中的“抽取一维数组”函数可以分别得到每个通道的音频数据，利用LabVIEW中的“波形生成”函数生成视频测试波形，函数中的“dt”为音频采样率的倒数。

1.2生成图像。生成图像方式为，利用交织一维数组函数将RGB格式的三通道波形视频数据交织成一维数组，再将所述一维数组转化为8bit值，输入至绘制平化像素图函数，生成图像。

具体实施时，生成图像程序在LabVIEW环境下编写，利用交织一维数组函数将RGB波形数据(如果波形数据格式为YCbCr则需转换成RGB格式)三通道的数据交织成一维数组，再将该数组转化为8bit值发送给绘制平化像素图函数。

所述YCbCr格式向RGB格式的转换公式为：

色域空间为REC601时，

R＝(Cr-pow(2,n-1))*219/224/0.713+Y，

B＝(Cb-pow(2,n-1))*219/224/0.564+Y，

G＝(-0.299*R-0.114*B+Y)/0.587；

色域空间为REC709时，

R＝1.5748*(Cr-pow(2,n-1))*219/224+Y，

B＝1.8556*(Cb-pow(2,n-1))*219/224+Y，

G＝(-0.2126*R-0.0722*B+Y)/0.7152；

色域空间为BT2020时，

R＝1.4746*(Cr-pow(2,n-1))*219/224+Y，

B＝1.8814*(Cb-pow(2,n-1))*219/224+Y，

G＝(-0.2627*R-0.0593*B+Y)/0.6780。其中n为bit数。

将视频数据转化为8bit的方法是：

如果视频数据是10bit，那么数组除以4后取整，如果视频数据是12bit，则数组除以16后取整。

除视频数据为RGBFull色域外，三通道的RGB数据还需要转换成Full范围即0～255范围，转换公式为RGBFull＝INT((RGBNarrow-16)*255/219)。

1.2生成视频数据矢量图。视频数据矢量图生成方式为，对视频数据的行波形进行处理，通过XY图得到该行视频数据的矢量图，所述矢量图用于反映被测视频信号的色度信息。

具体实施时，生成图像程序在LabVIEW环境下编写，将YCbCr三通道视频数据流中的Cb和Cr数据进行换算得到ECb和ECr分别输入至“XY图”控件的X和Y输入端，在设计好的矢量图上显示。

YCbCr格式下，所述ECb和ECr的换算公式为：

Ecb＝(Cb-pow(2,n-1))/(224*pow(2,n-8))，ECr＝(Cr-pow(2,n-1))/(224*pow(2,n-8))。其中n为bit数。

RGBNarrow格式下，色域空间为REC601时，所述ECb和ECr的换算公式为：Er＝(R-pow(2,n-4))/(219*pow(2,n-8))，Eg＝(G-pow(2,n-4))/(219*pow(2,n-8))，Eb＝(B-pow(2,n-4))/(219*pow(2,n-8))；Ey＝0.299*Er+0.587*Eg+0.114*Eb，Ecb＝0.564*(Eb-Ey)，Ecr＝0.713*(Er-Ey)。其中n为bit数。

RGBNarrow格式下，色域空间为REC709时，所述ECb和ECr的换算公式为：Er＝(R-pow(2,n-4))/(219*pow(2,n-8))，Eg＝(G-pow(2,n-4))/(219*pow(2,n-8))，Eb＝(B-pow(2,n-4))/(219*pow(2,n-8))；Ey＝0.2126*Er+0.7152*Eg+0.0722*Eb，Ecb＝(Eb-Ey)/1.8556，Ecr＝(Er-Ey)/1.5748。其中n为bit数。

RGBNarrow格式下，色域空间为REC2020时，所述ECb和ECr的换算公式为：Er＝(R-pow(2,n-4))/(219*pow(2,n-8))，Eg＝(G-pow(2,n-4))/(219*pow(2,n-8))，Eb＝(B-pow(2,n-4))/(219*pow(2,n-8))；Ey＝0.2627*Er+0.6780*Eg+0.0593*Eb，Ecb＝(Eb-Ey)/1.8814，Ecr＝(Er-Ey)/1.4746。其中n为bit数。

如果视频格式为RGBFull，则需先换算成RGBNarrow，再计算ECb和Ecr，转换公式为RGBNarrow＝INT(RGBFull*219*pow(2,n-8)/(pow(2,n)-1)+pow(2,n-4))。其中n为bit数。

所述设计好的矢量图，在LabVIEW环境下编写。调用LabVIEW中的“XY图”显示控件，图中每一个小方块的中心点代表彩条中相应颜色对应的标准位置，方块代表误差限，幅度±3％，相位±2°，软件根据不同色域空间来确定标准位置。图4为100％彩条信号的矢量图。

2.获得信号测试结果

视频测量模块对被测数字视频信号进行测试，获得的测试结果包括测量视频数据参数和测量音频数据参数。

2.1测量视频数据参数

测量视频数据参数可通过面向参数的测量方式和/或面向信号的测量方式获得。

2.1.1面向参数的测量方式

所述面向参数的测量方式为，针对选定的视频参数进行测试，视频参数包括视频电平、亮度电平、色度电平、色度相位、平均图像电平、非线性失真、K系数、多波群频响、sinx/x频响和群时延、视频信噪比。

所述视频电平是指被测通道(G、B、R、Y、Cb、Cr)的某一测试点或测试区间的电平值，测量方法是直接在被测通道的指定波形、指定位置、指定测量区间内的所有像素点的电平的平均值再减去参考电平，其中参考电平为pow(2,n-4)(G、B、R、Y通道)(RGBFull格式下，参考电平为0)，pow(2,n-1)(Cb、Cr通道)，n为bit数。

所述亮度电平是指Y通道的视频电平，测量方法同视频电平，如果视频格式为RGB则需要转换成YCbCr后再计算。

所述色度电平反映矢量图中某一个测试点或测试区间的矢量幅度，计算方法是Cb和Cr的视频电平的平方和再取根号。

所述色度相位为矢量图中某一个测试点的矢量相位，计算方法是Cr和Cb的视频电平的比值和再取反正切。

所述平均图像电平是指整个视频信号中的所有像素点的亮度电平平均值与满电平的比值，用％表示，它是能效测试信号中的非常重要的一项参数，测量方法是计算被测信号整个视频数据中的Y通道所有测试点的视频电平的平均值与满电平的比值，满电平为219＊pow(2,n-8)。

所述非线性失真主要针对五阶梯信号进行测试，测量方法是测五阶梯底部的视频电平L0，并以每个台阶的中心点作为测量位置，台阶的宽度的1/2作为测量宽度，测量每一个台阶的视频电平L1～L5，L0～L5依次做差可以得到五个台阶高度A1～A5，利用非线性失真的计算公式，非线性失真＝(Amax-Amin)/Amax*100％，测试波形见图5，测量结果见图6。

所述K系数包括Kp和Kpb，其中Kp也称为K2T，被测波形中包含一个尖脉冲和一个条脉冲，Kp反映的是尖脉冲的产生的回波效应，Kpb反映的是尖脉冲和条脉冲的幅度关系。要得到K系数，首先要测量尖脉冲和条脉冲的高度L和P，以及尖脉冲的脉冲半度宽度HAD(2T)，调用LabVIEW中的“获取波形子集”函数可以得到单独的尖脉冲和条脉冲波形，然后使用“幅值和电平”函数即可得到尖脉冲和条脉冲的高度以及尖脉冲的高电平和低电平，高电平和低电平的平均值即为尖脉冲的半幅度，再利用两个“基本电平触发检测”函数(触发斜率分别设置为上升沿和下降沿)可以得到尖脉冲的上升沿和下降沿的半幅度位置，下降沿的半幅度位置减去上升沿的半幅度位置即为尖脉冲的脉冲半度宽度HAD(2T)。根据Kpb的计算公式Kpb＝|(P-L)/(4L)|*100％可以计算出Kpb。Kp的测量方法是取所有回波幅度的绝对值Ai除以尖脉冲幅度L，再除以加权值K，不同位置的K值也不同，在离主脉冲±2T、±4T、±8T处：K分别为4、2、1。生成加权曲线，位置从2T～4T～8T～10T，加权值从4～2～1～1，点之间用直线连接。测量尖脉冲底部的视频电平，用尖脉冲子波形减去这个电平再取绝对值，调用LabVIEW中的“获取波形子集”获取距脉冲中心位置2T～10T的子波形，然后通过加权曲线进行加权，然后利用“获取波形成分”函数获取Y数组，利用“数组最大值与最小值”函数获取最大值作为尖脉冲右侧波形的KL(+)，同理获得尖脉冲右侧波形的KL(-)，用KL(+)和KL(-)中的最大值除以尖脉冲幅度L乘以100％得到Kp，测试波形见图7，测量结果见图8。

所述多波群频响的测量方法是首先以旗脉冲的顶部的中心作为测量位置、顶部宽度的1/2作为测量宽度，测量出旗脉冲顶部的视频电平，同样方法测量出底部的测量电平，顶部和底部的视频电平做差得到旗脉冲幅度，调用LabVIEW中的6个“获取波形子集”函数，分别得到多波群中的每一个正弦波，调用“提取单频信息”函数可以得到这6个正弦波的频率，再调用幅值和电平函数得到他们的幅度，正弦波的幅度除以旗脉冲幅度取对数再乘以20即为该频率下的频响，测试波形见图9，测量结果见图10。

所述sinx/x频响和群时延的测量方法是调用LabVIEW中的“获取波形子集”函数得到sinx/x脉冲测试波形，调用FFT频谱(幅度－相位)函数将时域波形转换成频域波形，得到幅度谱和相位谱，将幅度谱线波形减去其在1MHz点的幅度，即可得到sinx/x的频响曲线，将相位谱展开并求导，将求导后的谱线波形减去其在1MHz点的幅度，即可得到sinx/x的群时延曲线，利用LabVIEW中“波形图”的游标功能可以得到任意频率下的sinx/x频响和群时延，测试波形见图11，测试结果见图12和图13。

所述视频信噪比的测量方法是调用LabVIEW中的“基本平均直流－均方根”函数得到该波形的直流值，并用该波形减掉这个直流值，得到去直流后的波形，再次调用“基本平均直流－均方根”函数得到去直流后的波形的均方根值，用视频满电平除以这个均方根值，取对数，乘以20得到视频信噪比。

2.1.2面向信号的测量方式

所述面向信号的测量方式为，针对选定的特定信号数据进行测试，获得所述特定信号数据的相关参数，所述特定信号数据包括彩条信号、极限八灰度信号、全白场信号、全黑场信号、黑白窗口信号、全红场信号、全绿场信号、全蓝场信号、白窗口信号、全灰场信号、棋盘格信号、色度视角测试图、黑窗口信号、三百两黑信号。

所述全白场信号、全黑场信号、全红场信号、全绿场信号、全蓝场信号、全灰场信号、色度视角测试图的测量方法是将图像的中心点作为测试点，图像宽度的90％作为测量宽度，分别对三个通道的视频电平(GBR或YCbCr)的视频电平进行测量，并进行多行测试取平均值，将所测结果与标准中的要求值进行比对，必要时进行RGB与YCbCr、RGBFull与RGBNarrow以及不同bit值之间的转换；测量平均图像电平；测量信噪比。

进一步的，所述彩条信号的测量方法是将彩条中的白、黄、青、绿、紫、红、蓝、黑8个色度条的中心位置作为测量位置，条宽度的一半作为测量宽度，分别对三个通道(GBR或YCbCr)的视频电平进行测量，并进行多行测试取平均值；利用视频电平的测试结果计算每一个色度条的亮度电平、色度电平、色度相位，视频电平测试结果见图14，亮度电平、色度电平、色度相位测试结果见图15。

进一步的，所述极限八灰度九窗口测试信号如图16、测量项目包括九窗口中心位置——横坐标、九窗口宽度、九窗口中心位置——纵坐标、九窗口高度、九窗口电平－Y、九窗口电平－Cb、九窗口电平-Cr、九窗口亮度电平、九窗口色度电平、九窗口色度相位、灰阶中心位置——横坐标、灰阶宽度、灰阶中心位置——纵坐标、灰阶高度、灰阶电平——Y、灰阶电平——Cb、灰阶电平——Cr。

这里以1920×1080i 50Hz、8bitYCbCr的测试信号为例，介绍测量原理及方法。

首先根据标准要求，计算出上述测量项目的标称值。然后通过测量得到实测值，标称值减去实测值得到误差。

所述九窗口中心位置——横坐标和九窗口宽度的测量方法是分别获取视频信号中Y通道的第120行、第540行和第960行波形(九窗口中心位置——纵坐标的标称值)，然后将每一个波形在587和746索引处(横向相邻两个窗口的中心位置的平均值)截断得到三个子波形，在每一个子波形中调用两个LabVIEW中的“瞬态特性测量”函数，“极性”分别设置为“下降沿”和“上升沿”，“参考电平”中的“低电平”设置为50％，将第一个函数得到的“结束时间1”减去第二个函数的“开始时间2”即为该窗口的宽度，单位pixel，结束时间1与开始时间2的平均值即为该窗口的中心位置——横坐标，单位pixel，如果是第二列和第三列的窗口，中心位置需要分别加上587和746，测量结果见图17和图18。

所述九窗口中心位置——纵坐标和九窗口高度的测量方法是分别获取视频信号中Y通道的第213列、第960行和第1707列波形(九窗口中心位置——纵坐标的标称值)，然后将每一个波形在331和420索引处(P0与P4窗口以及P0与P2窗口中心位置——横坐标实测值的平均值)截断得到三个子波形，在每一个子波形中调用两个LabVIEW中的“瞬态特性测量”函数，“极性”分别设置为“下降沿”和“上升沿”，“参考电平”中的“低电平”设置为50％，将第一个函数得到的“结束时间1”减去第二个函数的“开始时间2”即为该窗口的高度，单位Line，结束时间1与开始时间2的平均值即为该窗口的中心位置——纵坐标，单位Line，如果是第二行和第三行的窗口，中心位置需要分别加上587和746，在测量P3窗口时，由于子波形开始电平过高，会影响“瞬态特性测量”函数的测量结果，因此需要将开始的高电平替换成低电平16后再进行测试，测量结果见图19和图20。

所述九窗口电平的测量方法是根据九窗口中心位置、宽度和高度(实测值)，可以得到九个窗口在图中的区域坐标，以九窗口中心位置为中心选取九个窗口大小的80％区域作为被测区域，通过LabVIEW中的“数字子集”函数，获取该区域内的所有测试点数据(Y、Cb、Cr通道)，并计算该区域内的视频电平平均值作为最终测试结果。背景电平的测量方法是选取一块背景区域作为被测区域，通过LabVIEW中的“数字子集”函数，获取该区域内的所有测试点数据(Y、Cb、Cr通道)，并计算该区域内的视频电平平均值作为最终测试结果。平均图像电平测量方法是计算该信号整个视频数据中的Y通道所有测试点的视频电平的平均值与满电平219的比值，单位％，测量结果见图21、图22和图23。

所述九窗口亮度电平、九窗口色度电平、九窗口色度相位可以根据九窗口视频电平实测值计算得出，测量结果图24、图25和图26。

所述灰阶中心位置——横坐标和灰阶宽度的测量方法是分别获取视频信号中Y通道的第P0与P1的中心位置——纵坐标的平均值行以及P1与P3的中心位置——纵坐标的平均值行的子波形，然后将每一个波形在672、864、1056和1248索引处(灰阶中心位置——纵坐标的标称值)截断得到五个子波形，在每一个子波形中调用LabVIEW中的“瞬态特性测量”函数，子波形1～4“极性”设置为“上升沿”，“参考电平”中的“低电平”设置为50％，子波形5“极性”设置为“下降沿”，“参考电平”中的“高电平”设置为50％，函数得到的开始记时间1～5相邻取平均可以得到灰阶1～4的中心位置——横坐标，依次相减可以得到灰阶1～4的宽度，单位pixel，如果是第二列、第三列、第四列的窗口，中心位置需要分别加上672、864、1056(由于灰阶1电平与背景电平相同，因此不需要测量)。灰阶5～8的测量方法同上，测量结果见图27和图28。

所述灰阶中心位置——纵坐标和灰阶高度的测量方法是首先根据九窗口的中心位置、宽度和高度实测值得到九个窗口信号的区域，为了防止这些窗口信号影响后面的测量，将这这些区域的中Y通道的数据全部替换成低电平16，然后分别获取灰阶5～8的中心位置——横坐标对应的Y通道列波形，然后将每一个波形在540索引处截断得到两个子波形，在每一个子波形中调用两个LabVIEW中的“瞬态特性测量”函数，“极性”分别设置为“下降沿”和“上升沿”，“参考电平”中的“低电平”设置为50％，将第一个函数得到的“结束时间1”减去第二个函数的“开始时间2”即为该灰阶的高度，单位Line，结束时间1与开始时间2的平均值即为该窗口的中心位置——纵坐标，单位Line，第二行灰阶的中心位置需要加上540，测量结果见图29和图30。

所述灰阶电平测量方法同九窗口电平的测量方法，测量结果见图31、图32和图33。

2.2测量音频数据参数

测量音频数据参数包括音频数据的频率、电平和失真参数的测量结果，显示在人机交互界面中。

测量音频参数程序在LabVIEW环境下编写，直接调用“提取单频信息”函数可以得到音频波形的频率和幅度，用幅度除以满刻度电平即可得到音频电平(单位dBFS)，调用“谐波失真分析”函数可以得到音频信号的失真。

本发明中可以可以对SDI和HDMI接口的数字视频信号及其伴音进行测试，尤其是数字视频信号内容进行测试和验证，测试结果可用于数字视频信号产生设备/仪器的检测、计量和数字视频测试信号的认证。

(三)显示装置

所述显示装置用于显示人机交互界面，所述人机交互界面显示被测数字视频信号的信号处理结果和信号测试结果。

(四)控制模块

所述控制模块与所述视频采集模块、视频测量模块、显示装置通讯连接，控制模块用于接收用户输入指令，向所述视频采集模块、视频测量模块输出控制指令，实现人机交互。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (10)

1.一种数字视频测量装置，其特征在于，包括：

视频采集模块，所述视频采集模块用于采集被测数字视频信号，所述数字视频信号包括SDI接口和HDMI接口的视频信号；

视频测量模块，所述视频测量模块用于对被测数字视频信号的视频数据和音频数据进行处理并测试，生成信号处理结果，获得信号测试结果；

显示装置，所述显示装置用于显示人机交互界面，所述人机交互界面显示被测数字视频信号的信号处理结果和信号测试结果；

控制模块，所述控制模块与所述视频采集模块、视频测量模块、显示装置通讯连接，控制模块用于接收用户输入指令，向所述视频采集模块、视频测量模块输出控制指令，实现人机交互。

2.根据权利要求1所述的数字视频测量装置，其特征在于：视频采集模块采集的数字视频信号包括SDI接口和HDMI接口的标清、高清和/或超高清的视频信号，采集方式包括单路SDI、单路HDMI、四路SDI、四路HDMI中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的数字视频测量装置，其特征在于：视频测量模块生成的信号处理结果包括波形、图像和/或矢量图，所述波形包括视频数据测试波形和音频数据测试波形。

4.根据权利要求3所述的数字视频测量装置，其特征在于，所述视频数据测试波形的生成方式为：将采集到的视频数据进行处理，得到RGB或YCbCr格式的三通道波形数据，抽取一行或多行视频数据，生成视频数据测试波形。

5.根据权利要求3所述的数字视频测量装置，其特征在于，所述音频数据测试波形的生成方式为：将采集到的音频数据进行处理，得到多通道波形数据，生成音频数据测试波形。

6.根据权利要求3所述的数字视频测量装置，其特征在于，所述图像的生成方式为：利用交织一维数组函数将RGB格式的三通道波形视频数据交织成一维数组，再将所述一维数组转化为8bit值，输入至绘制平化像素图函数，生成图像。

7.根据权利要求3所述的数字视频测量装置，其特征在于，所述矢量图的生成方式为：对视频数据的行波形进行处理，通过XY图得到该行视频数据的矢量图，所述矢量图用于反映被测视频信号的色度信息。

8.根据权利要求1所述的数字视频测量装置，其特征在于：所述视频测量模块对被测数字视频信号进行测试，获得的测试结果包括测量视频数据参数和测量音频数据参数。

9.根据权利要求8所述的数字视频测量装置，其特征在于：通过面向参数的测量方式和/或面向信号的测量方式获得所述测量视频数据参数，其中

所述面向参数的测量方式为，针对选定的视频参数进行测试，视频参数包括视频电平、亮度电平、色度电平、色度相位、平均图像电平、非线性失真、K系数、多波群频响、sinx/x频响和群时延、视频信噪比；

所述面向信号的测量方式为，针对选定的特定信号数据进行测试，获得所述特定信号数据的相关参数，所述特定信号数据包括彩条信号、极限八灰度信号、全白场信号、全黑场信号、黑白窗口信号、全红场信号、全绿场信号、全蓝场信号、白窗口信号、全灰场信号、棋盘格信号、色度视角测试图、黑窗口信号、三百两黑信号。

10.根据权利要求8所述的数字视频测量装置，其特征在于：所述测量音频数据参数包括音频数据的频率、电平和失真参数的测量结果。

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