CN116527878B - 一种高清音视频校准信号的生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及视频测量仪器校准技术领域，具体公开了一种高清音视频校准信号的生成方法，包括：步骤S10：接受用户输入的波形参数；步骤S20：根据波形参数生成信号文件；步骤S30：通过任意波发生卡、视频采集卡或者数字视频信号发生器读取信号文件，生成高清音视频校准信号，用以对模拟高清视频分析仪和数字高清视频分析仪的音视频参数进行校准；高清音视频校准信号包括模拟高清视频校准信号、模拟高清视频校准信号复合测试信号、数字高清视频校准信号、数字高清视频校准信号复合测试信号、数字音频校准信号和数字音频校准信号复合测试信号中的一个或多个。

Description

一种高清音视频校准信号的生成方法

技术领域

本发明涉及视频测量仪器校准的技术领域，尤其涉及一种高清音视频校准信号的生成方法。

背景技术

高清视频分析仪是彩色电视信号测量和分析的专用仪器，它可以对模拟高清视频分量接口、视频信号和数字高清视频分量接口、视频信号进行测量分析，是视频领域的重要测量仪器。为了保证高清视频分析仪的测量结果准确可靠，必须定期对其进行校准。

目前，高清视频分析仪的模拟高清视频分量接口的校准依据《JJF 1983-2022 高清视频信号分析仪校准规范》进行。该规范中使用的主要校准信号是在SDP2000软件平台下编辑产生，并依托TG700或TG8000硬件平台发送。利用SDP2000软件编辑校准信号过程较为繁琐，需要经过编辑行信号->编辑场信号->生成信号文件三个步骤，生成的信号文件还要通过接口发送给TG700或TG8000硬件平台才能发送出去。

现有技术只能通过TG700和TG8000这两个平台才能发送，无法应用在其他硬件平台，随着TG700和TG8000的陆续停产，该方法的弊端也愈加明显；再加上在编辑非线性失真、多波群频响、K系数、行同步脉冲幅度、行同步脉冲宽度、行同步脉冲上升/下降、通道延时等测试信号的过程中，对人员专业水平要求较高，因此该方法不利于检测计量仪器的使用和普及。

由于缺少校准信号，目前高清视频分析仪的数字高清视频分量接口的校准往往都是对其主要功能进行验证，并没有对视频电平、非线性失真、多波群频响、K系数、信噪比等项目的测量结果进行校准，相比计量校准更像是功能正常性检查。

因此，需要一套技术先进，应用性强的信号生成方法，满足高清视频分析仪的模拟高清视频分量接口和数字高清视频分量接口的校准要求。

发明内容

为解决上述至少一种现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种高清音视频校准信号的生成方法，可以产生标准的高清视频校准信号、带有指定失真特征的视频校准信号、数字音频校准信号，这些信号可以应用在任意波形发生卡、数字视频信号发生设备中，产生模拟高清视频校准信号、数字高清视频校准信号、数字音频校准信号，实现对高清视频分析仪的全面校准。

本发明提供了一种高清音视频校准信号的生成方法，包括：

步骤S10：接受用户输入的波形参数；

步骤S20：根据所述波形参数生成信号文件；

步骤S30：通过任意波发生卡、视频采集卡或者数字视频信号发生器读取所述信号文件，生成高清音视频校准信号，用以对模拟高清视频分析仪和数字高清视频分析仪的音视频参数进行校准；所述高清音视频校准信号包括模拟高清视频校准信号、模拟高清视频校准信号复合测试信号、数字高清视频校准信号、数字高清视频校准信号复合测试信号、数字音频校准信号和数字音频校准信号复合测试信号中的一个或多个；

其中，当所述高清音视频校准信号为模拟高清视频校准信号时，所述步骤S20还包括：根据所述波形参数创建第一数量的行信号波形；所述行信号波形包括有效行和辅助行；以及在所述辅助行中添加辅助测试的行波形，在所述有效行中添加有效测试的行波形，生成双精度数据格式的信号文件；

当所述高清音视频校准信号为数字高清视频校准信号时，所述步骤S20还包括：

根据所述波形参数在视频的所有行波形中添加有效测试行波形，生成长整型的信号文件；

当所述高清音视频校准信号为模拟高清视频校准信号复合测试信号或数字高清视频校准信号复合测试信号时，所述步骤S20还包括：根据所述波形参数创建黑场信号；以及在所述黑场信号的有效行中的不同行中，分别添加带有不同视频参数校准点的测试信号，生成双精度数据格式的信号文件；

当所述高清音视频校准信号为数字音频校准信号或数字音频校准信号复合测试信号时，所述步骤S20还包括：根据所述波形参数调用正弦波生成函数，并根据采样位数和数字音频电平设置正弦波幅度；以及利用交织一维数组函数将所有通道的波形数据交织成一个数组，得到二进制格式的信号文件；或者利用写入声音文件函数将所述数组生成声音格式的信号文件。

在一种可能的实现方式中，所述行波形包括条脉冲、尖脉冲、副载波和斜波。

在一种可能的实现方式中，当所述高清音视频校准信号为模拟高清视频校准信号时，所述步骤S30还包括：通过任意波发生卡的模拟视频分量接口读取所述信号文件，生成模拟高清视频校准信号，用以对模拟高清视频分析仪的音视频参数进行校准。

在一种可能的实现方式中，所述模拟高清视频校准信号由多个通道的分量信号组成。

在一种可能的实现方式中，所述模拟高清视频校准信号包括以下信号中的一个或多个：指定视频电平的彩条测试信号，指定同步脉冲幅度、行同步脉冲宽度、行同步脉冲上升/下降时间的黑场测试信号，指定非线性失真的五阶梯 5 Step测试信号，指定K系数失真的2T和条测试信号，指定多波群频响的多波群测试信号，指定通道间延迟的多波群测试信号。

在一种可能的实现方式中，当所述高清音视频校准信号为模拟高清视频校准信号复合测试信号时，所述模拟高清视频校准信号复合测试信号包括指定视频电平的彩条测试信号、指定同步脉冲幅度、行同步脉冲宽度、行同步脉冲上升/下降时间的黑场测试信号、指定非线性失真的五阶梯 5 Step测试信号、指定K系数失真的2T和条测试信号、指定多波群频响的多波群测试信号、指定通道间延迟的多波群测试信号。

在一种可能的实现方式中，所述数字高清视频校准信号包括以下信号中的一个或多个：指定视频电平的数字彩条测试信号、指定非线性失真的数字五阶梯 5 Step测试信号、指定K系数失真的数字2T和条测试信号、指定多波群频响的数字多波群测试信号、指定通道间延迟的数字多波群测试信号。

在一种可能的实现方式中，当所述高清音视频校准信号为数字高清视频校准信号复合测试信号时，所述数字高清视频校准信号复合测试信号包括：指定视频电平的彩条测试信号、指定非线性失真的五阶梯 5 Step测试信号、指定K系数失真的2T和条测试信号、指定多波群频响的多波群测试信号、指定通道间延迟的多波群测试信号。

在一种可能的实现方式中，当所述高清音视频校准信号为数字音频校准信号或数字音频校准信号复合测试信号时，所述步骤S20还包括：

调用Labview中的提取单频信息函数和谐波失真测量函数对所述数字音频校准信号的频率、电平、失真参数进行测量，并将测量结果作为这些参数的实际值。

在一种可能的实现方式中，当所述高清音视频校准信号为数字音频校准信号复合测试信号时，所述步骤S20还包括：

根据时间划分所述数字音频校准信号；

用静音信号将需要播放的所述数字音频校准信号连接成一个长信号，得到数字音频校准信号复合测试信号。

本发明提供的高清音视频校准信号的生成方法，具有以下有益效果：

（1）本发明可以直接产生标准的高清视频校准信号和带有指定失真特征的视频校准信号，这些信号满足校准规范要求，应用在任意波形发生卡中，可以产生模拟高清视频分量接口的模拟高清视频校准信号，对模拟高清视频分析仪的视频电平、非线性失真、多波群频响、K系数、行同步脉冲幅度、行同步脉冲宽度、行同步脉冲上升/下降时间、通道延时等视频参数进行校准，相比于传统方法，省去了编辑行信号->编辑场信号->生成信号文件->下载信号等步骤，方便快速测试；

（2）本发明可以直接产生bmp和dat格式的标准的高清视频校准信号和带有指定失真特征的视频校准信号，这些信号满足校准规范，应用在数字视频信号发生设备中，可以产生数字高清视频分量接口的数字视频校准信号，对数字视频分析仪的视频电平、非线性失真、多波群频响、K系数、通道延时等视频参数进行校准；

（3）本发明可以直接产生wav和dat格式的数字音频校准信号，这些信号满足校准规范，应用在数字音视频信号发生设备中，可以产生数字音频校准信号，对数字视频分析仪的音频频率、音频电平、音频失真等音频参数进行校准；

（4）本发明可以产生带有指定视频失真的视频测试信号，省去了传统方法的编辑行信号->编辑场信号->生成信号文件等繁琐过程，使用方便；

（5）本发明产生的音视频校准信号包括bmp、dat、wav等格式，可以用在不同的硬件平台中，相比于传统方法只能生成CMP格式并且只能用在指定的TG2000、TG700等硬件平台，应用更加广泛；

（6）本发明在产生数字音视频校准信号的同时通过计算得出校准信号中音视频参数的实际值，有效的减小了由于采样位数不够引起的量化误差，增加了校准信号的准确度；

（7）本发明支持使用者自定义视频复合测试信号和音频复合测试信号，方便自动化测试和个性化测试。

附图说明

图1为本发明提供的高清音视频校准信号的生成方法的流程示意图；

图2为本发明提供的条脉冲波形；

图3为本发明提供的尖脉冲波形图；

图4为本发明提供的副载波波形图；

图5为本发明提供的Ramp波形图；

图6为本发明提供的H波形图；

图7为本发明提供的HAFLH-1波形图；

图8为本发明提供的HAFLH-2波形图；

图9为本发明提供的HAFLH-3波形图；

图10为本发明提供的HAFLH-4波形图；

图11为本发明提供的彩条100-0-100-0波形图；

图12为本发明提供的白场波形图；

图13为本发明提供的红场波形图；

图14为本发明提供的五阶梯波形图；

图15为本发明提供的斜坡波形图；

图16为本发明提供的2T和条波形图；

图17为本发明提供的多波群波形图；

图18为本发明提供的数字彩条100-0-100-0波形图；

图19为本发明提供的数字白场波形图；

图20为本发明提供的数字5 Step波形图；

图21为本发明提供的数字斜坡信号波形图；

图22为本发明提供的数字2T和条信号波形图；

图23为本发明提供的数字多波群波形图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“第一”“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

相关技术如背景技术，发明人基于此提供了一种高清音视频校准信号的生成方法，可以产生标准的高清视频校准信号、带有指定失真特征的视频校准信号、数字音频校准信号，这些信号可以应用在任意波形发生卡、数字视频信号发生设备中，产生模拟高清视频校准信号、数字高清视频校准信号、数字音频校准信号，实现对高清视频分析仪的全面校准。

图1为本发明提供的高清音视频校准信号的生成方法的流程示意图，如图1所示，本发明的高清音视频校准信号的生成方法，包括步骤S10－S30：

步骤S10：接受用户输入的波形参数；

步骤S20：根据波形参数生成信号文件；

步骤S30：通过任意波发生卡、视频采集卡或者数字视频信号发生器读取信号文件，生成高清音视频校准信号，用以对模拟高清视频分析仪和数字高清视频分析仪的音视频参数进行校准；

本发明中利用Labview环境编写波形，本发明生成的高清音视频校准信号包括模拟高清视频校准信号、模拟高清视频校准信号复合测试信号、数字高清视频校准信号、数字高清视频校准信号复合测试信号、数字音频校准信号和数字音频校准信号复合测试信号中的一个或多个。

其中，模拟高清视频校准信号支持GBR、YpbPr像素格式，dat二进制数据流形式；数字高清视频校准信号支持8bit、10bit、12bit、16bit采样位数，RGB、YCbCr像素格式，BMP图、dat二进制数据流两种形式。音频校准信号包括8bit、16bit、24bit、32bit等采样位数，wav文件和dat二进制数据流两种形式。下面结合附图分别说明这6种校准信号的生成过程。

第一、说明模拟高清视频校准信号的生成过程。

根据波形参数创建第一数量的行信号波形；

作为一种可能的实现方式，行信号波形包括：有效行和辅助行。对于不同场信号，辅助行是一致的，只是有效行不同。

在辅助行中添加辅助测试的行波形，在有效行中添加有效测试的行波形，生成作为模拟高清视频校准信号的双精度数据格式的信号文件；行波形包括：条脉冲、尖脉冲、副载波和斜波；

作为一种可能的实现方式，行波形包括：条脉冲、尖脉冲、副载波和斜波。双精度数据格式的二进制文件为dat格式。辅助测试的行波形包括：H、HAFLH-1、HAFLH-2、HAFLH-3、HAFLH-4共5种。

如图2所示，条脉冲波形为一个梯形，脉冲信号的上升沿和下降沿分别用Labview中的斜坡信号产生，整个波形由上升沿和下降沿、条的顶部和底部组合产生，该函数具有采样率、行周期、开始时间、结束时间、上升时间（下降时间）和幅度共5个可变参数。

如图3所示，为尖脉冲波形图，由于上升沿和下降沿采用斜坡信号会使过冲和下冲对波形有一定的影响，故此处采用正弦波信号（以波谷-波峰-波谷为一个周期），底部用数值为0的数组，整个波形由这两部分组合而成。该函数具有中心位置、脉冲宽度HAD（大小为正弦波的半个周期）、幅度、采样率、行周期共5个可变参数。

如图4所示，为副载波波形图，由一个采样数与条脉冲相同，幅度为1的正弦波与一个条脉冲相乘产生。该函数具有开始时间、结束时间、上升时间（下降时间）、幅度、频率、相位、采样率、行周期、共8个可变参数。

如图5所示，为斜波Ramp波形图，上升沿和下降沿分别用Labview中的斜坡信号产生，底部用数值为0的数组，整个波形由这两个部分组合而成。该函数具有开始时间、结束时间、采样率、行周期、开始幅度和结束幅度共6个可变参数。

如图6所示，为H波形图，Y通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（0μs，0.593μs，0.054μs，-300mV），（0.539μs，1.032μs，0.054μs，300mV），的2个条脉冲信号波形叠加产生。Pb和Pr都是大小为5280，数值全为0的波形数组。

如图7所示，为HAFLH-1波形图，Y通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度、上升时间分别为（0μs，0.593μs，0.054μs，-300mV），（0.539μs，1.032μs，0.054μs，300mV），（2.371μs，14.185μs，0.054μs，-300mV），（17.778μs，18.371μs，0.054μs，-300mV），（18.317μs，18.81μs，0.054μs，300mV），（20.125μs，32.963μs，0.054μs，-300mV）的6个条脉冲信号波形叠加产生。Pb和Pr都是大小为5280，数值全为0的波形数组。

如图8所示，为HAFLH-2波形图，Y通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度、上升时间分别为（0μs，0.593μs，0.054μs，-300mV），（0.539μs，1.032μs，0.054μs，300mV），（17.778μs，18.371μs，0.054μs，-300mV），（18.317μs，18.81μs，0.054μs，300mV）的4个条脉冲信号波形叠加产生。Pb和Pr都是大小为5280，数值全为0的波形数组。

如图9所示，为HAFLH-3波形图，Y通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度、上升时间分别为（0μs，0.593μs，0.054μs，-300mV），（0.539μs，1.032μs，0.054μs，300mV），（17.778μs，18.371μs，0.054μs，-300mV），（18.317μs，18.81μs，0.054μs，300mV），（20.125μs，32.963μs，0.054μs，-300mV）的5个条脉冲信号波形叠加产生。Pb和Pr都是大小为5280，数值全为0的波形数组。

如图10所示，为HAFLH-4波形图，Y通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度、上升时间分别为（0μs，0.593μs，0.054μs，-300mV），（0.539μs，1.032μs，0.054μs，300mV），（2.371μs，14.185μs，0.054μs，-300mV），（17.778μs，18.371μs，0.054μs，-300mV），（18.317μs，18.81μs，0.054μs，300mV）的5个条脉冲信号波形叠加产生。Pb和Pr都是大小为5280，数值全为0的波形数组。

通过任意波发生卡的模拟视频分量接口读取信号文件，生成模拟高清视频校准信号，用以对模拟高清视频分析仪的音视频参数进行校准；

作为一种可能的实现方式，高清视频校准信号由GBR或YpbPr 3个通道的分量信号组成，其中YpbPr为最常用接口形式。模拟高清视频校准信号是指满足《JJF 1983-2022 高清视频信号分析仪校准规范》要求的视频校准信号，这些信号应用在任意波形发生卡中可以实现模拟高清视频分析仪的校准。

高清视频校准信号的具体生成过程是：选择设备->初始化设备->设置输出通道->读取信号文件（.dat）-写入波形数据->开始输出信号->停止输出信号->删除设备。

在一个具体的实施例中，以1920×1080i 50Hz视频格式为例概述音视频校准信号的产生过程。1920×1080i 50Hz模拟高清视频校准信号由1125个行信号组成，这些行信号除了包括有效行外，还包括H、HAFLH-1、HAFLH-2、HAFLH-3、HAFLH-4共5种辅助行，在1920×1080i 50Hz视频格式中，这些辅助行分别分布在第（7..20， 561， 562， 569..582，1121..1125）、第（1..5， 564..567）行、第6行、第563行、第568行，其余行为有效行。

根据1920×1080i 50Hz制高清视频信号的要求，分别在1125行中的第（7..20，561， 562， 569..582， 1121..1125）、第（1..5， 564..567）行、第6行、第563行、第568行添加H、HAFLH-1、HAFLH-2、HAFLH-3、HAFLH-4辅助测试行波形，其余行添加有效测试行波形，最终生成双精度数据格式的二进制文件（.dat），这些dat文件作为模拟高清视频校准信号可以用在任意波发生卡中，通过任意波发生卡的GBR、YpbPr等模拟视频分量接口发送，即可得到模拟高清视频校准信号。

这里以YpbPr接口形式为例概述信号具体产生过程。所述行信号波形主要由条脉冲、尖脉冲、副载波、Ramp这4个子波形变换、叠加实现，1920×1080i 50Hz视频格式下行周期约为35.55555555556μs，以148.5M采样率为例，约有5280个采样点。具体的波形图及其可编辑参数见图2至图5。

在一种可能实现方式中，模拟高清视频校准信号包括以下信号中的一个或多个：指定视频电平的彩条测试信号、指定同步脉冲幅度、行同步脉冲宽度、行同步脉冲上升/下降时间的黑场测试信号、指定非线性失真的五阶梯 5 Step测试信号、指定K系数失真的2T和条测试信号、指定多波群频响的多波群测试信号、指定通道间延迟的多波群测试信号。

下面对模拟高清视频校准信号的产生过程进行逐一描述。

对彩条100-0-100-0波形中的各通道的各脉冲幅度进行重新设定可以得到指定视频电平的彩条测试信号，实现模拟高清视频分析仪的视频电平参数的校准。

对H波形中的Y通道的2个脉冲波形的起始时间、结束时间、上升时间、脉冲幅度进行重新设定可以得到指定同步脉冲幅度、行同步脉冲宽度、行同步脉冲上升/下降时间的黑场测试信号，实现模拟高清视频分析仪的行同步脉冲幅度、行同步脉冲宽度、行同步脉冲上升/下降时间参数的校准。

根据非线性失真的测量原理，非线性失真，其中A _max是最大阶梯高度，A _min是最小阶梯高度，这里把第五个阶梯作为A _min，其余阶梯都为140mV，则，因此要得到非线性失真为D的校准信号，需要将5 Step波形中各通道的最后一个脉冲幅度调整为/>。

根据K系数失真的测量原理，要得到K系数失真为Kp的校准信号可以在2T和条波形的各通道距离尖脉冲中心点±8T的位置分别增加幅度为Kp×700mV的一个正尖脉冲和一个负尖脉冲。

根据多波群频响的测量原理，，其中A为副载波幅度（峰峰值），则，因此要得到多波群频响为F的校准信号需要修改多波群波形各通道的6个副载波中的1个或多个副载波的幅度调整为/>。

根据通道间延迟的测量原理，将多波群波形中Pb和Pr通道的波形整体前移或后移，可以得到指通道间延迟的多波群测试信号。

在一种可能实现方式中，带有指定失真特征的模拟高清视频校准信号包括以下信号中的一个或多个类型：彩条100-0-100-0信号、彩条75-0-75-0信号、白场信号、灰场信号、黑场信号、红场信号、绿场信号、蓝场信号、五阶梯 5 Step信号、斜坡 Ramp信号、2T和条信号、多波群信号。

下面对带有指定失真特征的模拟高清视频校准信号的产生过程进行逐一描述。

如图11所示，为彩条100-0-100-0波形图，Y通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（0μs，0.593μs，0.054μs，-300mV），（0.539μs，1.032μs，0.054μs，300mV），（3.18μs，6.412μs，0.054μs，700mV），（6.412μs，9.644μs，0.054μs，649.5mV），（9.644μs，12.876μs，0.054μs，551.2mV），（12.876μs，16.108μs，0.054μs，500.6mV），（16.108μs，19.34μs，0.054μs，199.4mV），（19.34μs，22.572μs，0.054μs，148.8mV），（22.572μs，25.804μs，0.054μs，50.5mV）的9个条脉冲信号波形叠加产生；Pb通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（6.412μs，9.644μs，0.054μs，-350mV），（9.644μs，12.876μs，0.054μs，80.2mV），（12.876μs，16.108μs，0.054μs，-269.8mV），（16.108μs，19.34μs，0.054μs，269.8mV），（19.34μs，22.572μs，0.054μs，-80.2mV），（22.572μs，25.804μs，0.054μs，350mV）的6个条脉冲信号波形叠加产生；Pr通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（6.412μs，9.644μs，0.054μs，32.1mV），（9.644μs，12.876μs，0.054μs，-350mV），（12.876μs，16.108μs，0.054μs，-317.9mV），（16.108μs，19.34μs，0.054μs，317.9mV），（19.34μs，22.572μs，0.054μs，350mV），（22.572μs，25.804μs，0.054μs，-32.1mV）的6个条脉冲信号波形叠加产生。

彩条75-0-75-0波形与彩条100-0-100-0的实现过程基本相同。

如图12所示，为白场波形图，Y通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（0μs，0.593μs，0.054μs，-300mV），（0.539μs，1.032μs，0.054μs，300mV），（3.18μs，29.039μs，0.054μs，700mV）的3个条脉冲信号波形叠加产生。Pb和Pr都是大小为5280，数值全为0的波形数组。

灰场波形与白场波形的实现过程基本相同。

黑场波形与H波形相同。

如图13所示，为红场波形图，Y通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（0μs，0.593μs，0.054μs，-300mV），（0.539μs，1.032μs，0.054μs，300mV），（3.18μs，29.039μs，0.054μs，148.8mV）的3个条脉冲信号波形叠加产生；Pb通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（3.18μs，29.039μs，0.054μs，-80.2mV）的1个条脉冲信号波形叠加产生；Pr通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（3.18μs，29.039μs，0.054μs，350mV）的1个条脉冲信号波形叠加产生。

绿场波形和蓝场波形与红场波形的实现过程基本相同。

如图14所示，为五阶梯波形图，Y通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（0μs，0.593μs，0.054μs，-300mV），（0.539μs，1.032μs，0.054μs，300mV），（7.489μs，11.799μs，0.054μs，140mV），（11.799μs，16.108μs，0.054μs，280mV），（16.108μs，20.417μs，0.054μs，420mV），（20.417μs，24.727μs，0.054μs，560mV），（24.727μs，29.039μs，0.054μs，700mV）的7个条脉冲信号波形叠加产生；Pb和Pr通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（3.18μs，29.039μs，0.054μs，-350mV），（7.489μs，11.799μs，0.054μs，140mV），（11.799μs，16.108μs，0.054μs，280mV），（16.108μs，20.417μs，0.054μs，420mV），（20.417μs，24.727μs，0.054μs，560mV），（24.727μs，29.039μs，0.054μs，700mV）的6个条脉冲信号波形叠加产生。

如图15所示，为斜坡波形图，Y通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（0μs，0.593μs，0.054μs，-300mV），（0.539μs，1.032μs，0.054μs，300mV）的2个条脉冲信号波形和开始时间、结束时间、开始幅度、结束幅度分别为（7.2μs，25μs，0 mV，700mV），（24.999μs，28.012μs，700 mV，700mV），（28.012μs，28.036μs，700 mV，0mV）的3个Ramp波形叠加产生；Pb和Pr通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（3.18μs，29.039μs，0.054μs，-350mV）的1个条脉冲信号波形和开始时间、结束时间、开始幅度、结束幅度分别为（7.2μs，25μs，0 mV，700mV），（24.999μs，28.012μs，700 mV，700mV），（28.012μs，28.036μs，700 mV，0mV）的3个Ramp波形叠加产生。

如图16所示，为2T和条波形图，Y通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（0μs，0.593μs，0.054μs，-300mV），（0.539μs，1.032μs，0.054μs，300mV），（11.93μs，24.86μs，0.054μs，700mV）的3个条脉冲信号波形和中心位置、脉冲宽度、幅度分别为（8.13μs，0.333μs，700mV）的1个尖脉冲波形叠加产生；Pb和Pr通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（11.93μs，24.86μs，0.054μs，700mV）的1个条脉冲信号波形和开始时间、结束时间、幅度分别为（8.13μs，0.333μs，700mV）的1个尖脉冲波形叠加产生。

如图17所示，为多波群波形图，Y通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（0μs，0.593μs，0.054μs，-300mV），（0.539μs，1.032μs，0.054μs，300mV），（3.18μs，4.68μs，0.054μs，210mV），（4.68μs，6.18μs，0.054μs，-210mV），（3.18μs，29.039μs，0.054μs，350mV）的5个条脉冲信号波形和开始时间、结束时间、上升时间、幅度、频率、相位分别为（7μs，10μs，0.135μs，420mV，1MHz、0°），（10.5μs，13.5μs，0.135μs，420mV，2MHz、0°），（14μs，17μs，0.135μs，420mV，4MHz、0°），（17.5μs，20.5μs，0.135μs，420mV，6MHz、0°），（21μs，24μs，0.135μs，420mV，8MHz、0°），（24.5μs，27.5μs，0.135μs，420mV，10MHz、0°）的6个副载波波形叠加产生；Pb和Pr通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（3.18μs，4.68μs，0.054μs，210mV），（4.68μs，6.18μs，0.054μs，-210mV）的2个条脉冲信号波形和开始时间、结束时间、上升时间、幅度、频率、相位分别为（7μs，10μs，0.135μs，420mV，0.5MHz、0°），（10.5μs，13.5μs，0.135μs，420mV，1MHz、0°），（14μs，17μs，0.135μs，420mV，2MHz、0°），（17.5μs，20.5μs，0.135μs，420mV，3MHz、0°），（21μs，24μs，0.135μs，420mV，4MHz、0°），（24.5μs，27.5μs，0.135μs，420mV，5MHz、0°）的6个副载波波形叠加产生。多波群中6个副载波频率不限于上述几种。

第二、说明模拟高清视频校准信号复合测试信号的生成过程。

通常一个模拟高清视频校准信号只可以对模拟高清视频分析仪的1个校准参数的1个校准点进行校准，依据《JJF 1983-2022 高清视频信号分析仪校准规范》对模拟高清视频分析仪进行校准需要校准上百个校准点，这就需要产生上百个校准信号，工作量大，并且校准过程中需要不断切换校准信号，工作量大，为了提高工作效率，本发明可以产生复合测试信号，一个信号即可实现多参数、多校准点的校准。具体方法是：

在Labview中根据波形参数创建黑场信号；

在黑场信号的有效行中的不同行中，分别添加带有不同视频参数校准点的测试信号，生成作为模拟高清视频校准信号复合测试信号的双精度数据格式的信号文件（.dat）。模拟高清视频校准信号复合测试信号包括：指定视频电平的彩条测试信号、指定同步脉冲幅度、行同步脉冲宽度、行同步脉冲上升/下降时间的黑场测试信号、指定非线性失真的五阶梯 5 Step测试信号、指定K系数失真的2T和条测试信号、指定多波群频响的多波群测试信号、指定通道间延迟的多波群测试信号；

由此，1个校准信号中涵盖了多个校准参数和多个校准点，在校准模拟高清视频分析仪时只需更改测试行即可实现不同参数、不同校准点的校准，而不需要切换校准信号。

第三、说明数字高清视频校准信号的生成过程。

数字高清视频校准信号同步方式与模拟高清视频校准信号不同，它不需要在Y或G通道加同步脉冲，并且视频采集卡、数字视频信号发生器等数字视频信号发生设备在产生数字视频信号时会自动产生辅助测试行，因此数字高清视频校准信号的产生方法与模拟高清视频校准信号有一定区别。要产生数字高清视频校准信号，只需产生有效像素区域的波形。在产生的过程中同样需要调用条脉冲、尖脉冲、副载波、Ramp这4个子波形，但与模拟高清视频校准信号不同，数字高清视频校准信号中的时间不是以us为单位，而是以像素为单位，幅度也不以mV为单位，所有子波形的幅度设置范围是0~255。具体为：

在Labview中根据波形参数在视频的所有行波形中添加有效测试行波形，生成作为数字高清视频校准信号的长整型的信号文件；

通过视频采集卡读取长整型的信号文件，生成数字高清视频校准信号，用以对数字视频分析仪的音视频参数进行校准。

在数字高清视频校准信号自动生成后，还可以：依据视频参数的测量原理对数字高清视频校准信号的视频参数进行测量，并将测量值作为该视频参数的实际值。

利用视频采集卡产生数字音视频校准信号的具体过程实际是：初始化硬件（视频采集卡）->设置视频格式->读取视频信号（bmp或dat）并将数据写入视频采集卡的缓存->读取视频信号（wav或dat）并将数据写入视频采集卡的缓存->设置像素格式（8bit RGB、10bitRGB、8bit YCbCr、10bit YCbCr等）->开始播放视频和音频数据。

作为一种可能的实现方式，数字高清视频校准信号是指满足数字视频分析仪校准要求的视频校准信号，这些信号应用在视频采集卡、数字视频信号发生器等数字视频信号发生设备可以实现数字视频分析仪的校准。

在一个具体的实施例中，以1920×1080i 50Hz视频格式为例，只需产生1920×1080个像素数据，而不需要产生有效像素以外的数据，比如辅助行等。

数字高清视频校准信号的电平范围是：RGB（full）：8bit ：0~255；10bit：0~1023；12bit：0~4095；RGB（limited）：8bit ：64~235；10bit：64~940；12bit：256~3760；YCbCr：8bit：Y：16~235，CbCr：16~240；10bit：Y：64~940，CbCr：64~960；12bit：Y：256~3760，CbCr：256~3840；

这里以8bit RGB（limited）为例概述数字高清视频校准信号的产生过程。

本发明中利用Labview环境编写这些行信号波形，根据1920×1080i 50Hz制高清视频信号的要求，在1~1080行直接添加有效测试行波形，生成长整型的二进制文件（.dat），这些dat文件作为模拟高清视频校准信号可以用在视频采集卡中，通过频采集卡的HDMI、SDI等失真视频接口发送，即可得到数字高清视频校准信号。

另外8bit RGB格式的数字视频信号还可以生成BMP格式的图片信号，该图片不仅可以用在视频采集卡中，还可以直接加载在一些如TG45AX等数字视频信号发生器中，利用该设备产生8bit RGB格式的数字视频测试信号。

在一种可能实现方式中，数字高清视频校准信号包括以下信号中的一个或多个：指定视频电平的数字彩条测试信号、指定非线性失真的数字五阶梯 5 Step测试信号、指定K系数失真的数字2T和条测试信号、指定多波群频响的数字多波群测试信号、指定通道间延迟的数字多波群测试信号。

下面对标准的数字高清视频校准信号的产生过程进行逐一描述。

如图18所示，为数字彩条100-0-100-0波形图，G通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（2，960，2.4，219）的1个条脉冲信号波形与大小为1920数值都为16的1维数组叠加产生；B通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（2，240，2.4，219），（480，720，2.4，219），（960，1200，2.4，219），（1440，1680，2.4，219）的4个条脉冲信号波形与大小为1920数值都为16的1维数组叠加产生；R通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（2，480，2.4，219），（960，1440，2.4，219）的2个条脉冲信号波形与大小为1920数值都为16的1维数组叠加产生。

数字彩条75-0-75-0波形与数字彩条100-0-100-0的实现过程基本相同。

如图19所示，为数字白场波形图，G、B、R通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（2，1917，2.4，219）的1个条脉冲信号波形与大小为1920数值都为16的1维数组叠加产生。

数字灰场、数字黑场、数字红场、数字绿场波形、数字蓝场波形与数字红场波形的实现过程基本相同。

如图20所示，为数字5 Step波形图，G、B、R通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（320，640，2.4，44）、（640，960，2.4，88）、（960，1280，2.4，131）、（1280，1600，2.4，175）、（1600，1912，2.4，219）的5个条脉冲信号波形与大小为1920数值都为16的1维数组叠加产生。

如图21所示，为数字斜坡信号波形图，G、B、R通道波形由开始时间、结束时间、开始幅度、结束幅度分别为（320，1600，0，219）的1个Ramp波形与大小为1920数值都为16的1维数组叠加产生。

如图22所示，为数字2T和条信号波形图，G、B、R通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（650，1130，2.4，219）的1个条脉冲信号波形和中心位置、脉冲宽度、幅度分别为（368，3，219）的1个尖脉冲波形与大小为1920数值都为16的1维数组叠加产生。

如图23所示，为数字多波群波形图，G、B、R通道波形由开始时间、结束时间、上升时间、幅度分别为（8，119，2.4，176），（119，230，2.4，44），（230，1911，2.4，110），的3个条脉冲信号波形和开始时间、结束时间、上升时间、幅度、频率、相位分别为（297，520，2.4，132，1MHz、0°），（557，780，2.4，132，2MHz、0°），（817，1040，2.4，132，4MHz、0°），（1077，1300，2.4，132，6MHz、0°），（1366，1559，2.4，132，8MHz、0°），（1596，1819，2.4，132，10MHz、0°）的6个副载波波形与大小为1920数值都为16的1维数组叠加产生。多波群中6个副载波频率不限于上述几种。

在一种可能的实现方式中，带有指定失真特征的数字高清视频校准信号包括以下信号中的一个或多个：数字彩条100-0-100-0信号、数字彩条75-0-75-0信号、数字白场信号、数字灰场信号、数字黑场信号、数字红场信号、数字绿场信号、数字蓝场信号、数字五阶梯 5 Step信号、数字斜坡 Ramp信号、数字2T和条信号、数字多波群信号。

下面对带有指定失真特征的数字高清视频校准信号的产生过程进行逐一描述。

对数字彩条100-0-100-0波形中的各通道的各脉冲幅度进行重新设定可以得到指定视频电平的彩条测试信号，实现数字高清视频分析仪的视频电平参数的校准。

首先对数字5 Step波形的每个阶梯的幅度调整为40，即波形中每个条脉冲幅度分别调整为40、80、120、160、200，这样可以得到非线性失真为0%的5阶梯校准信号，根据非线性失真的测量原理，非线性失真，这里把第五个阶梯作为A _min，其余阶梯都为40，则/>，因此要得到非线性失真为D的校准信号，需要将5 Step波形中各通道的最后一个脉冲幅度调整为/>，round()为取整函数，以8bit为例，会产生较大的量化误差，为了减小量化误差，在生成校准信号的同时需要重新计算非线性失真实际值，计算公式为：/>。

根据K系数失真的测量原理，要得到K系数失真为Kp的校准信号可以在数字2T和条波形的各通道距离尖脉冲中心点±8T的位置分别增加幅度为round（Kp×219）的2个正尖脉冲，为了减小量化误差，在生成校准信号的同时需要重新计算K系数失真实际值，计算公式为：。

根据多波群频响的测量原理，，其中A为副载波幅度（峰峰值），则，因此要得到多波群频响为F的校准信号需要修改数字多波群波形各通道的6个副载波中的1个或多个副载波的幅度调整为/>，为了减小量化误差，在生成校准信号的同时需要重新计算非线性失真实际值，计算公式为：/>。

根据通道间延迟的测量原理，要得到通道间延迟为t的校准信号将数字多波群波形中Cb和Cr通道的波形整体前移或后移个像素，其中△是像素时间间隔，为了减小量化误差，在生成校准信号的同时需要重新计算非线性失真实际值，计算公式为。

第四、说明数字高清视频校准信号复合测试信号的生成过程。

在一种可能实现方式中，在高清视频校准信号为数字高清视频校准信号复合测试信号时，步骤S20包括：

在Labview中根据波形参数创建黑场信号；

在黑场信号的有效行中的不同行分别添加带有不同视频参数校准点的测试信号，生成作为数字高清视频校准信号复合测试信号的双精度数据格式的信号文件（.dat）或图片（.bmp）。

其中，数字高清视频校准信号复合测试信号包括：指定视频电平的彩条测试信号、指定非线性失真的五阶梯 5 Step测试信号、指定K系数失真的2T和条测试信号、指定多波群频响的多波群测试信号、指定通道间延迟的多波群测试信号；

由此，1个校准信号中涵盖了多个校准参数和多个校准点，在校准数字高清视频分析仪时只需更改测试行即可实现不同参数、不同校准点的校准，而不需要切换校准信号。

第五、说明数字音频校准信号的生成过程。

数字音频校准信号通过Labview环境实现。具体过程为：在Labview中根据波形参数调用正弦波生成函数，根据采样位数和数字音频电平设置正弦波幅度；

利用交织一维数组函数将所有通道的波形数据交织成一个数组，得到作为数字音频校准信号的二进制文件；或者利用写入声音文件函数将数组生成作为数字音频校准信号的声音文件，用以对数字视频分析仪的音频频率和音频电平进行校准。

在一个具体的实施例中，这里以通道为2、采样位数为32bit、采样率为48kHz为例概述产生过程。 两个通道分别调用Labview中的正弦波生成函数，采样率设置为48000，频率f按照具体要求设定。根据数字音频电平单位dBFS定义，在32bit采样位数下，0dBFS对应的正弦波幅度是2³¹-1即2147483647，因此要设定数字音频的电平为L（dBFS），则需要将正弦波幅度设置为：，最后利用交织一维数组函数将两个通道的波形数据交织成一个数组，最后将这个数组保存为二进制文件（.dat），或者对该数组进行处理后，利用写入声音文件函数生成声音文件（.wav）。音视频失真为E的音频校准信号，可以在交织一维数组前在每个通道的波形基础上叠加1个频率为f，幅度为/>，其余参数相同的一个正弦波实现。

在一种可能的实现方式中，为了减小量化误差，在利用交织一维数组函数将所有通道的波形数据交织成一个数组，得到作为数字音频校准信号的二进制文件；或者利用写入声音文件函数将数组生成作为数字音频校准信号的声音文件，用以对数字视频分析仪的音频频率和音频电平进行校准之后，还包括：

调用Labview中的提取单频信息函数和谐波失真测量函数对数字音频校准信号的频率、电平、失真参数进行测量，并将测量结果作为这些参数的实际值。

第六、说明数字音频校准信号复合测试信号的生成过程。

为了提高工作效率，本发明可以产生数字音频校准信号复合测试信号，一个信号即可实现数字音频多参数、多校准点的校准。具体方法是：在利用交织一维数组函数将所有通道的波形数据交织成一个数组，得到作为数字音频校准信号的二进制文件；或者利用写入声音文件函数将数组生成作为数字音频校准信号的声音文件，用以对数字视频分析仪的音频频率和音频电平进行校准之后，根据时间划分数字音频校准信号；用静音信号将需要播放的数字音频校准信号连接成一个长信号，得到数字音频校准信号复合测试信号。每一个校准信号以及静音信号的播放时间由使用人自行定义。

由此，在校准数字视频分析仪的数字音频时不再需要手动切换测试信号，只需要按照事先定义好的信号顺序记录视频分析仪读数就可以完成校准。

本发明提供的高清音视频校准信号的生成方法，具有以下有益效果：

（1）本发明可以直接产生标准的高清视频校准信号和带有指定失真特征的视频校准信号，这些信号满足校准规范要求，应用在任意波形发生卡中，可以产生模拟高清视频分量接口的模拟高清视频校准信号，对模拟高清视频分析仪的视频电平、非线性失真、多波群频响、K系数、行同步脉冲幅度、行同步脉冲宽度、行同步脉冲上升/下降时间、通道延时等视频参数进行校准，相比于传统方法，省去了编辑行信号->编辑场信号->生成信号文件->下载信号等步骤，方便快速测试；

（2）本发明可以直接产生bmp和dat格式的标准的高清视频校准信号和带有指定失真特征的视频校准信号，这些信号满足校准规范，应用在数字视频信号发生设备中，可以产生数字高清视频分量接口的数字视频校准信号，对数字视频分析仪的视频电平、非线性失真、多波群频响、K系数、通道延时等视频参数进行校准；

（3）本发明可以直接产生wav和dat格式的数字音频校准信号，这些信号满足校准规范，应用在数字音视频信号发生设备中，可以产生数字音频校准信号，对数字视频分析仪的音频频率、音频电平、音频失真等音频参数进行校准；

（4）本发明可以产生带有指定视频失真的视频测试信号，省去了传统方法的编辑行信号->编辑场信号->生成信号文件等繁琐过程，使用方便；

（5）本发明产生的音视频校准信号包括bmp、dat、wav等格式，可以用在不同的硬件平台中，相比于传统方法只能生成CMP格式并且只能用在指定的TG2000、TG700等硬件平台，应用更加广泛；

（6）本发明在产生数字音视频校准信号的同时通过计算得出校准信号中音视频参数的实际值，有效的减小了由于采样位数不够引起的量化误差，增加了校准信号的准确度；

（7）本发明支持使用者自定义视频复合测试信号和音频复合测试信号，方便自动化测试和个性化测试。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高清音视频校准信号的生成方法，其特征在于，包括：

步骤S10：接受用户输入的波形参数；

步骤S20：根据所述波形参数生成信号文件；

步骤S30：通过任意波发生卡、视频采集卡或者数字视频信号发生器读取所述信号文件，生成高清音视频校准信号，用以对模拟高清视频分析仪和数字高清视频分析仪的音视频参数进行校准；所述高清音视频校准信号包括模拟高清视频校准信号、模拟高清视频校准信号复合测试信号、数字高清视频校准信号、数字高清视频校准信号复合测试信号、数字音频校准信号和数字音频校准信号复合测试信号中的一个或多个；

其中，当所述高清音视频校准信号为模拟高清视频校准信号时，所述步骤S20还包括：根据所述波形参数创建第一数量的行信号波形；所述行信号波形包括有效行和辅助行；以及在所述辅助行中添加辅助测试的行波形，在所述有效行中添加有效测试的行波形，生成双精度数据格式的信号文件；

当所述高清音视频校准信号为数字高清视频校准信号时，所述步骤S20还包括：根据所述波形参数在视频的所有行波形中添加有效测试行波形，生成长整型的信号文件；

当所述高清音视频校准信号为模拟高清视频校准信号复合测试信号或数字高清视频校准信号复合测试信号时，所述步骤S20还包括：根据所述波形参数创建黑场信号；以及在所述黑场信号的有效行中的不同行中，分别添加带有不同视频参数校准点的测试信号，生成双精度数据格式的信号文件；

当所述高清音视频校准信号为数字音频校准信号或数字音频校准信号复合测试信号时，所述步骤S20还包括：根据所述波形参数调用正弦波生成函数，并根据采样位数和数字音频电平设置正弦波幅度；以及利用交织一维数组函数将所有通道的波形数据交织成一个数组，得到二进制格式的信号文件；或者利用写入声音文件函数将所述数组生成声音格式的信号文件。

2.根据权利要求1所述的高清音视频校准信号的生成方法，其特征在于，所述行波形包括条脉冲、尖脉冲、副载波和斜波。

3.根据权利要求1所述的高清音视频校准信号的生成方法，其特征在于，当所述高清音视频校准信号为模拟高清视频校准信号时，所述步骤S30还包括：通过任意波发生卡的模拟视频分量接口读取所述信号文件，生成模拟高清视频校准信号，用以对模拟高清视频分析仪的音视频参数进行校准。

4.根据权利要求3所述的高清音视频校准信号的生成方法，其特征在于，所述模拟高清视频校准信号由多个通道的分量信号组成。

5.根据权利要求1所述的高清音视频校准信号的生成方法，其特征在于，所述模拟高清视频校准信号包括以下信号中的一个或多个：指定视频电平的彩条测试信号，指定同步脉冲幅度、行同步脉冲宽度、行同步脉冲上升/下降时间的黑场测试信号，指定非线性失真的五阶梯 5 Step测试信号，指定K系数失真的2T和条测试信号，指定多波群频响的多波群测试信号，指定通道间延迟的多波群测试信号。

6.根据权利要求1所述的高清音视频校准信号的生成方法，其特征在于，当所述高清音视频校准信号为模拟高清视频校准信号复合测试信号时，所述模拟高清视频校准信号复合测试信号包括指定视频电平的彩条测试信号、指定同步脉冲幅度、行同步脉冲宽度、行同步脉冲上升/下降时间的黑场测试信号、指定非线性失真的五阶梯 5 Step测试信号、指定K系数失真的2T和条测试信号、指定多波群频响的多波群测试信号、指定通道间延迟的多波群测试信号。

7.根据权利要求1所述的高清音视频校准信号的生成方法，其特征在于，所述数字高清视频校准信号包括以下信号中的一个或多个：指定视频电平的数字彩条测试信号、指定非线性失真的数字五阶梯 5 Step测试信号、指定K系数失真的数字2T和条测试信号、指定多波群频响的数字多波群测试信号、指定通道间延迟的数字多波群测试信号。

8.根据权利要求1所述的高清音视频校准信号的生成方法，其特征在于，当所述高清音视频校准信号为数字高清视频校准信号复合测试信号时，所述数字高清视频校准信号复合测试信号包括：指定视频电平的彩条测试信号、指定非线性失真的五阶梯 5 Step测试信号、指定K系数失真的2T和条测试信号、指定多波群频响的多波群测试信号、指定通道间延迟的多波群测试信号。

9.根据权利要求1所述的高清音视频校准信号的生成方法，其特征在于，当所述高清音视频校准信号为数字音频校准信号或数字音频校准信号复合测试信号时，所述步骤S20还包括：

调用Labview中的提取单频信息函数和谐波失真测量函数对所述数字音频校准信号的频率、电平、失真参数进行测量，并将测量结果作为这些参数的实际值。

10.根据权利要求1所述的高清音视频校准信号的生成方法，其特征在于，当所述高清音视频校准信号为数字音频校准信号复合测试信号时，所述步骤S20还包括：

根据时间划分所述数字音频校准信号；

用静音信号将需要播放的所述数字音频校准信号连接成一个长信号，得到数字音频校准信号复合测试信号。