CN1585497A - 数字电视复合测试图及其生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数字电视测试信号和测试图及其生成方法，具体讲是涉及数字电视复合测试图及其生成方法。为提供可以对数字电视综合、便捷、快速进行评价的复合测试图其生成方法，本发明采用的技术方案是：一种数字电视复合测试图，由用于调整与检查图形位置和大小的边框和背景、位于测试图中部的大圆和圆内10种测试信号、用来测定图像边缘清晰度电视线数的四角小圆和圆内4簇清晰度测试线组、左右两侧垂直清晰度测试线组、用来测定图像四角清晰度电视线数的四角相互垂直的清晰度测试线组构成，测试图虚拟中心与屏幕几何中心重合。本发明主要用于制作数字电视复合测试图。

Description

数字电视复合测试图及其生成方法

技术领域

本发明涉及数字电视测试信号和测试图及其生成方法，具体讲是涉及数字电视复合测试图及其生成方法。

背景技术

数字电视进入了实用化阶段，测试电视设备质量和监测电视系统运行状态，迫切需要综合、便捷、直观观测的手段。国际、国内相关标准，对电视系统和接收机用综合评价测试图，只进行一般性描述，不建议具体设计。而数字电视在时间和幅度方面，通过取样和量化，已经离散化为数字量，因而传统的模拟电视系统复合测试图，已不适用于数字电视系统。研究数字电视复合测试图设计、建模、生成原理，面向不同电视系统，解决特定要求复合测试图的设计、生成技术，已十分迫切。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供可以对数字电视综合、便捷、快速进行评价的复合测试图其生成方法。

本发明采用的技术方案是，一种数字电视复合测试图，由用于调整与检查图形位置和大小的边框和背景、位于测试图中部的大圆和圆内10种测试信号、用来测定图像边缘清晰度电视线数的四角小圆和圆内4簇清晰度测试线组、左右两侧垂直清晰度测试线组、用来测定图像四角清晰度电视线数的四角相互垂直的清晰度测试线组构成，测试图虚拟中心与屏幕几何中心重合。

其中，所述边框是由黑白相间矩形块组成，并设白色三角形满屏标记，用于调整、检查图形位置和大小等；所述的灰底白格背景：白线宽、高均为2个像素，背景为50％白电平，用来检查几何失真、非线性失真及会聚、色纯性能。

所述大圆用来检查几何失真、非线性失真，所述大圆内10种测试信号包括：

a 图名或台名：用于标志测试图名称或台名，兼测汉字显示效果；

b 肤色和图号或台号：用于调整显示屏的色度，两肤色区之间的数字，标示测试图号或台号，兼测数字显示效果；

c 图像水平清晰度测定信号：设若干分区，分别对应不同的图像水平清晰度电视线数，并以电视线数标注；

d 灰度级测试信号；从黑到白等分为若干级，用来检测亮度信道线性和白平衡性能；

e 黑底白十字线：圆内、外水平白线不等高时，表明隔行扫描性能不良，垂直白线与绿-红彩条过渡沿对正；两侧各分布若干条竖线，在显示的图像中，凭借与其下方的彩色条过渡沿与其中某条线对正，来测定亮色时延差的ns数，这些信号还能用来确定测试图中心，检查会聚性能等；

f 彩条信号：为100/0/100/0标准彩条信号，用来调整、检查电视系统或设备的彩色性能，检查系统是否工作于彩色运动图像处理状态；

g 方波：检查亮度通道瞬态响应；

h 黑底白色矩形中的两条黑色2T正弦平方波脉冲和英文测试图名称：2T正弦平方波脉冲半幅点宽度对应亮度信号上限截止频率，用来检查亮度通道线性波形响应以及信号通道匹配或多径接收性能；

i 时间标志：示意标准时间，兼测数字显示效果；

j 灰度线性变化信号：灰度从黑到白线性变化，用于检查图像灰度变化的连续性。

所述左右两侧图像垂直清晰度测试信号：左侧从上到下，右侧从下到上，分布若干测试区，清晰度电视线数逐区增加。

一种数字电视复合测试图生成方法，包括下列步骤：

初始化测试图：在这个过程中，需要对整个测试图进行图层的初始化工作，其中测试图中的大圆作为第二层，四角小圆和圆内楔形清晰度测试信号作为第三层，左右两侧图像垂直清晰度测试信号和四角相互垂直排列的清晰度测试信号作为第四层，余下的部分作为第一层，初始化过程中先初始化整个测试图左上角四分之一的部分，然后再分别进行X轴、Y轴和圆心对称生成其它的部分；

按照程序宏定义中所指定的方格的大小生成背景方格；

按照程序宏定义中所指定的格线的像素数生成背景格线；

生成测试图的边框检测信号：先生成整个测试图左上角四分之一的部分边框检测三角块，然后分别进行X轴、Y轴和圆心对称生成其它部分；

生成测试图大圆中的灰度阶梯波信号：测试图中亮度信号的变化范围为0～255，取六级灰度的变化各级之间的灰度差基本相等；

生成大圆内图像水平清晰度测试信号：高清电视的图像水平最高清晰度为1080电视线，分别生成216电视线、270电视线、360电视线、540电视线和1080电视线的清晰度测试线簇，不同清晰度测试线簇宽度近似相等，为保证线簇始终为黑白相间，应适量调整各个部分的宽度；

生成大圆中的文字标题部分：按指定大小生成文字标题部分，背景为白色，文字部分由图像处理的方法完成；

生成大圆中的肤色测试信号：按指定大小生成肤色测试信号，肤色测试信号的色度坐标遵照GB3175-82取值。

生成大圆中的亮色时延差检测信号：根据不同彩条信号的交界线位置来确定时延差检测信号的位置；

生成大圆中的彩条测试信号：按照IEC107-7标准生成8条彩条信号，各彩条信号的宽度近似相等。然后将彩条信号下半部分的数据，逐帧左移，移出部分补入右侧，按相应电视系统的帧频计算，1秒循环1周；

生成大圆中线性连续变化的灰度信号：选定255个像素，每个像素设定一个灰度等级生成灰度连续变化的信号，255像素之外的部分用灰色进行填充；

生成大圆中的时钟、数字显示部分：按指定大小生成时钟、数字显示部分，背景为白色，文字部分由图像处理的方法完成；

生成测试图大圆中的2T正弦平方波脉冲信号，其数学表达式：

$e\left(t\right)={\sin }^2[\frac{\mathrm{\π}}{2}\×(1-\frac{n{T}_s}{{\mathrm{\τ}}_u})]={\sin }^2(\frac{\mathrm{\π}}{2}-n\frac{\mathrm{\π}}{4}\×\frac{f_u}{f_c}),(n=0,\±1,\±2)$

其中e(t)为对应像素的亮度值，fu为实际数字电视系统视频信号标称带宽上限频率，fc为数字电视系统带宽的理论最高值，τ_u＝1/fu；

生成大圆中的方波部分：按照检查亮度通道瞬态响应，由所需信号的带宽换算出待生成信号的宽度，然后编程逐像素写入黑、白信号值；

生成测试图左右两侧图像垂直清晰度测试信号：高清电视的图像垂直最高清晰度为1080电视线，分别生成216电视线、270电视线、360电视线、540电视线和1080电视线的清晰度测试线簇，不同清晰度测试线簇宽度近似相等，为保证线簇始终为黑白相间，应适量调整各部分宽度，先生成左半部信号，然后关于Y轴对称生成右半部信号；

生成测试图四角小圆和圆内楔形清晰度测试信号：由公式计算并且编程生成小圆，先生成测试图左上角小圆，然后分别对称于X轴、Y轴和圆心，生成其它小圆；

生成测试图四角相互垂直排列的清晰度测试信号：高清电视的图像垂直最高清晰度为1080电视线，水平最高清晰度为1080电视线，斜向最高清晰度为1527电视线，编程生成过程中先生成测试图左上角四分之一部分清晰度测试块组，然后分别对称于X轴、Y轴和圆心，生成其它部分；

生成测试图数据文件，RGB格式或者YUV格式。

本发明提供的数字电视复合测试图及其生成方法可以带来如下效果：

由于复合测试图由5个主要部分组成各测试单元，按在直角坐标系或极坐标系建立的数学模型，分别由计算机依数学方程，计算各像素的数字分量信号值生成，因而本发明提供的数字电视复合测试图可以对数字电视设备或系统综合、便捷、快速和直观地进行评价，且具很大灵活性，适用于不同制式电视系统。

附图说明

图1为本发明数字电视复合测试图，并作为摘要附图。

图2为本发明数字电视复合测试图生成流程图。

具体实施方式

本发明的测试图由5个主要部分组成：边框和背景、中部大圆和圆内11种测试信号、四角小圆和圆内4簇清晰度测试线组、左右两侧垂直清晰度测试线组、四角相互垂直的清晰度测试线组。测试图虚拟中心与屏幕几何中心重合。测试图各测试单元，按在直角坐标系或极坐标系建立的数学模型，分别由计算机依数学方程，计算各像素的数字分量信号值生成。先生成左上四分之一部分，然后分别按X轴、Y轴和圆心对称生成其余部分。各测试单元分别占据整个测试图的一层，各层叠加，整合成复合测试图。

本项发明为综合评价、测定电视系统和接收机图像质量提供复合测试图。它包含：肤色、清晰度、灰度级、亮色时延差、彩条、水平滚动彩条、方波、2T正弦平方波脉冲、亮度斜坡、圆周、方格、汉字、英数字、边框、满屏标志等多种测试信号单元。

本发明设计、生成数字电视复合测试图的特点是按不同数字电视系统，建立复合测试图数学模型，依数学方程，通过编程、计算，来精确、灵活地生成。

本发明的核心技术包括：测试图布局数字化离散设计；肤色色坐标与数字分量电视信号换算；虚拟圆心建立及其与屏幕几何中心重合；以电视线为单位，编程计算、生成和标定图像不同部位、不同方向、不同测试范围数字化图像清晰度测试线组；亮色时延差数字标定、测试方法；彩条信号局部运动实现；按数学方程编程方式限定信号带宽方法；通过标定坐标轴比例尺，进行计算机方像素与电视显示屏非方像素之间的预校正，实现不同图像格式、不同像素形状几何失真校正；对称法编程实现方案；分层编程实现方案。

下面参照附图和实施例，进一步具体说明本发明。

数字电视复合测试图由用于调整与检查图形位置和大小的边框和背景、位于测试图中部的大圆和圆内10种测试信号、用来测定图像边缘清晰度电视线数的四角小圆和圆内4簇清晰度测试线组、左右两侧垂直清晰度测试线组、用来测定图像四角清晰度电视线数的四角相互垂直的清晰度测试线组构成，测试图虚拟中心与屏幕几何中心重合。

其中，所述边框是由黑白相间矩形块组成，并设白色三角形满屏标记，用于调整、检查图形位置和大小等；所述的灰底白格背景：白线宽、高均为2个像素，背景为50％白电平，用来检查几何失真、非线性失真及会聚、色纯性能。

所述大圆用来检查几何失真、非线性失真，所述大圆内10种测试信号包括：

a 图名或台名：用于标志测试图名称或台名，兼测汉字显示效果；

b 肤色和图号或台号：用于调整显示屏的色度，两肤色区之间的数字，标示测试图号或台号，兼测数字显示效果；

c 图像水平清晰度测定信号：设若干分区，分别对应不同的图像水平清晰度电视线数，并以电视线数标注；

d 灰度级测试信号；从黑到白等分为若干级，用来检测亮度信道线性和白平衡性能；

e 黑底白十字线：圆内、外水平白线不等高时，表明隔行扫描性能不良，垂直白线与绿-红彩条过渡沿对正；两侧各分布若干条竖线，在显示的图像中，凭借与其下方的彩色条过渡沿与其中某条线对正，来测定亮色时延差的ns数，这些信号还能用来确定测试图中心，检查会聚性能等；

f 彩条信号：为100/0/100/0标准彩条信号，用来调整、检查电视系统或设备的彩色性能，检查系统是否工作于彩色运动图像处理状态；

g 方波：检查亮度通道瞬态响应；

h 黑底白色矩形中的两条黑色2T正弦平方波脉冲和英文测试图名称：2T正弦平方波脉冲半幅点宽度对应亮度信号上限截止频率，用来检查亮度通道线性波形响应以及信号通道匹配或多径接收性能；

i 时间标志：示意标准时间，兼测数字显示效果；

j 灰度线性变化信号：灰度从黑到白线性变化，用于检查图像灰度变化的连续性。

所述左右两侧图像垂直清晰度测试信号：左侧从上到下，右侧从下到上，分布若干测试区，清晰度电视线数逐区增加。

图1为本发明数字电视复合测试图，其水平方向和垂直方向有效像素数分别为1920×1080，适用于1125/25/2∶1/16∶9隔行扫描、图像宽高比16∶9的高清晰度电视系统设计的复合测试图之一例。改变设计参数，同样可得到1280×720像素点阵、图像宽高：16∶9逐行扫描高清晰度电视系统复合测试图；720×576像素点阵的隔行扫描、图像宽高比4∶3的标准清晰度电视系统复合测试图；720×480像素点阵的隔行扫描，图像竟高比4∶3的标准清晰度电视系统复合测试图等各种扫描标准和不同图像格式数字电视系统复合测试图。

图2为本发明数字电视复合测试图生成流程图，如图2所示，一种数字电视复合测试图生成方法，包括下列步骤：

初始化测试图：在这个过程中，需要对整个测试图进行图层的初始化工作。其中测试图中的大圆作为第二层，四角小圆和圆内楔形清晰度测试信号作为第三层，左右两侧图像垂直清晰度测试信号和四角相互垂直排列的清晰度测试信号作为第四层，余下的部分作为第一层。初始化过程中先初始化整个测试图左上角四分之一的部分，然后再分别进行X轴、Y轴和圆心对称生成其它的部分。

生成测试图的背景方格部分：按照程序宏定义中所指定的方格的大小生成背景方格。

生成测试图的背景格线部分：按照程序宏定义中所指定的格线的像素数生成背景格线。

生成测试图的边框检测信号：先生成整个测试图左上角四分之一的部分边框检测三角块，然后分别进行X轴、Y轴和圆心对称生成其它部分。

生成测试图大圆中的灰度阶梯波信号：测试图中亮度信号的变化范围为0～255，取六级灰度的变化各级之间的灰度差基本相等。

生成大圆内图像水平清晰度测试信号：高清晰度电视的图像水平最高清晰度为1080电视线，分别生成216电视线、270电视线、360电视线、540电视线和1080电视线的清晰度测试线簇，不同清晰度测试线簇宽度近似相等，为保证线簇始终为黑白相间，应适量调整各个部分的宽度。

生成大圆中的文字标题部分：按指定大小生成文字标题部分，背景为白色，文字部分由图像处理的方法完成。

生成大圆中的肤色测试信号：按指定大小生成肤色测试信号，肤色测试信号的色度坐标遵照GB3175-82取值。

生成大圆中的亮色时延差检测信号：根据不同彩条信号的交界线位置来确定时延差检测信号的位置，

生成大圆中的彩条测试信号：按照IEC107-7标准生成8条彩条信号，各彩条信号的宽度近似相等。然后将彩条信号下半部分的数据，逐帧左移，移出部分补入右侧，按相应电视系统的帧频计算，1秒循环1周。

生成大圆中线性连续变化的灰度信号：选定255个像素，每个像素设定一个灰度等级生成灰度连续变化的信号，255像素之外的部分用灰色进行填充。

生成大圆中的时钟、数字显示部分：按指定大小生成时钟、数字显示部分，背景为白色，文字部分由图像处理的方法完成。

生成测试图大圆中的2T正弦平方波脉冲信号，其数学表达式：

$e\left(t\right)={\sin }^2[\frac{\mathrm{\π}}{2}\×(1-\frac{n{T}_s}{{\text{\τ}}_u})]={\sin }^2(\frac{\mathrm{\π}}{2}-n\frac{\mathrm{\π}}{4}\×\frac{f_u}{f_c}),(n=0,\±1,\±2)$

其中e(t)为对应像素的亮度值，fu为实际数字电视系统视频信号标称带宽上限频率，fc为数字电视系统带宽的理论最高值，τ_u＝1/fu。

生成大圆中的方波部分：按照检查亮度通道瞬态响应，由所需信号的带宽换算出待生成信号的宽度，然后编程逐像素写入黑、白信号值。

生成测试图左右两侧图像垂直清晰度测试信号：高清晰度电视的图像垂直最高清晰度为1080电视线，分别生成216电视线、270电视线、360电视线、540电视线和1080电视线的清晰度测试线簇，不同清晰度测试线簇宽度近似相等，为保证线簇始终为黑白相间，应适量调整各部分宽度。先生成左半部信号，然后关于Y轴对称生成右半部信号。

生成测试图四角小圆和圆内楔形清晰度测试信号：由公式计算并且编程生成小圆，先生成测试图左上角小圆，然后分别对称于X轴、Y轴和圆心，生成其它小圆。

生成测试图四角相互垂直排列的清晰度测试信号：高清晰度电视的图像垂直最高清晰度为1080电视线，水平最高清晰度为1080电视线，斜向最高清晰度为1527电视线，编程生成过程中先生成测试图左上角四分之一部分清晰度测试块组，然后分别对称于X轴、Y轴和圆心，生成其它部分。

生成测试图数据文件，RGB格式或者YUV格式：最后生成所需要的数据文件，或者按照RGB的格式，或者按照YUV的格式。

数字电视已进入实用化阶段，我国及世界各主要国家，先后制定了由模拟电视向数字电视过渡的时间表，大部分国家，预计在本世纪头十或二十年内，将全面进入数字电视时代。不仅在模拟向数字化过渡期间，而且在全面实现数字化后，研制、生产数字电视设备，监测系统运行状态，维修数字电视设备，都需要综合、便捷、快速进行评价的复合测试图。本发明提供的原理和技术，具很大灵活性，适用于不同制式电视系统。本发明面向不同需要，特别是数量极大的数字电视接收机和数字电视显示器，应用空间广阔，有巨大应用前景。本发明的应用，对保证数字电视产品质量，规范数字电视产品市场，维护消费者利益等，都有重要作用，并在相关产品生产、销售，以及数字电视系统运营中，凸显其经济效益。

Claims (6)

1.一种数字电视复合测试图，其特征是：由用于调整与检查图形位置和大小的边框和背景、位于测试图中部的大圆和圆内10种测试信号、用来测定图像边缘清晰度电视线数的四角小圆和圆内4簇清晰度测试线组、左右两侧垂直清晰度测试线组、用来测定图像四角清晰度电视线数的四角相互垂直的清晰度测试线组构成，测试图虚拟中心与屏幕几何中心重合。

2.根据权利要求1所述的一种数字电视复合测试图，其特征是，所述边框是由黑白相间矩形块组成，并设白色三角形满屏标记，用于调整、检查图形位置和大小等；所述的灰底白格背景：白线宽、高均为2个像素，背景为50％白电平，用来检查几何失真、非线性失真及会聚、色纯性能。

3.根据权利要求1所述的一种数字电视复合测试图，其特征是，所述大圆用来检查几何失真、非线性失真，所述大圆内10种测试信号包括：

a图名或台名：用于标志测试图名称或台名，兼测汉字显示效果；

b肤色和图号或台号：用于调整显示屏的色度，两肤色区之间的数字，标示测试图号或台号，兼测数字显示效果；

c图像水平清晰度测定信号：设若干分区，分别对应不同的图像水平清晰度电视线数，并以电视线数标注；

d灰度级测试信号；从黑到白等分为若干级，用来检测亮度信道线性和白平衡性能；

e黑底白十字线：圆内、外水平白线不等高时，表明隔行扫描性能不良，垂直白线与绿红彩条过渡沿对正；两侧各分布若干条竖线，在显示的图像中，凭借与其下方的彩色条过渡沿与其中某条线对正，来测定亮色时延差的ns数，这些信号还能用来确定测试图中心，检查会聚性能等；

f彩条信号：为100/0/100/0标准彩条信号，用来调整、检查电视系统或设备的彩色性能，检查系统是否工作于彩色运动图像处理状态；

g方波：检查亮度通道瞬态响应；

h黑底白色矩形中的两条黑色2T正弦平方波脉冲和英文测试图名称：2T正弦平方波脉冲半幅点宽度对应亮度信号上限截止频率，用来检查亮度通道线性波形响应以及信号通道匹配或多径接收性能；

i时间标志：示意标准时间，兼测数字显示效果；

j灰度线性变化信号：灰度从黑到白线性变化，用于检查图像灰度变化的连续性。

4.根据权利要求1所述的一种数字电视复合测试图，其特征是，所述左右两侧图像垂直清晰度测试信号：左侧从上到下，右侧从下到上，分布若干测试区，清晰度电视线数逐区增加。

5.一种数字电视复合测试图生成方法，其特征是，包括下列步骤：

初始化测试图：在这个过程中，需要对整个测试图进行图层的初始化工作，其中测试图中的大圆作为第二层，四角小圆和圆内楔形清晰度测试信号作为第三层，左右两侧图像垂直清晰度测试信号和四角相互垂直排列的清晰度测试信号作为第四层，余下的部分作为第一层，初始化过程中先初始化整个测试图左上角四分之一的部分，然后再分别进行X轴、Y轴和圆心对称生成其它的部分；

按照程序宏定义中所指定的方格的大小生成背景方格；

按照程序宏定义中所指定的格线的像素数生成背景格线；

生成测试图的边框检测信号：先生成整个测试图左上角四分之一的部分边框检测三角块，然后分别进行X轴、Y轴和圆心对称生成其它部分；

生成测试图大圆中的灰度阶梯波信号：测试图中亮度信号的变化范围为0～255，取六级灰度的变化各级之间的灰度差基本相等；

生成大圆内图像水平清晰度测试信号：高清晰度电视的图像水平最高清晰度为1080电视线，分别生成216电视线、270电视线、360电视线、540电视线和1080电视线的清晰度测试线簇，不同清晰度测试线簇宽度近似相等，为保证线簇始终为黑白相间，应适量调整各个部分的宽度；

生成大圆中的文字标题部分：按指定大小生成文字标题部分，背景为白色，文字部分由图像处理的方法完成；

生成大圆中的肤色测试信号：按指定大小生成肤色测试信号，肤色测试信号的色度坐标遵照GB3175-82取值。

生成大圆中的亮色时延差检测信号：根据不同彩条信号的交界线位置来确定时延差检测信号的位置；

生成大圆中的彩条测试信号：按照IEC 107-7标准生成8条彩条信号，各彩条信号的宽度近似相等。然后将彩条信号下半部分的数据，逐帧左移，移出部分补入右侧，按相应电视系统的帧频计算，1秒循环1周；

生成大圆中线性连续变化的灰度信号：选定255个像素，每个像素设定一个灰度等级生成灰度连续变化的信号，255像素之外的部分用灰色进行填充；

生成大圆中的时钟、数字显示部分：按指定大小生成时钟、数字显示部分，背景为白色，文字部分由图像处理的方法完成；

生成测试图大圆中的2T正弦平方波脉冲信号，其数学表达式：

$e\left(t\right)={\sin }^2[\frac{\mathrm{\π}}{2}\×(1-\frac{{\mathrm{nT}}_S}{{\mathrm{\τ}}_u})]={\sin }^2(\frac{\mathrm{\π}}{2}-n\frac{\mathrm{\π}}{4}\×\frac{f_u}{f_c}),(n=0,\±1,\±2)$

其中，e(t)为对应像素的亮度值，fu为实际数字电视系统视频信号标称带宽上限频率，

fc为数字电视系统带宽的理论最高值，τ_u＝1/fu；

生成大圆中的方波部分：按照检查亮度通道瞬态响应，由所需信号的带宽换算出待生成信号的宽度，然后编程逐像素写入黑、白信号值；

生成测试图左右两侧图像垂直清晰度测试信号：高清电视的图像垂直最高清晰度为1080电视线，分别生成216电视线、270电视线、360电视线、540电视线和1080电视线的清晰度测试线簇，不同清晰度测试线簇宽度近似相等，为保证线簇始终为黑白相间，应适量调整各部分宽度，先生成左半部信号，然后关于Y轴对称生成右半部信号；

生成测试图四角小圆和圆内楔形清晰度测试信号：由公式计算并且编程生成小圆，先生成测试图左上角小圆，然后分别对称于X轴、Y轴和圆心，生成其它小圆；

生成测试图四角相互垂直排列的清晰度测试信号：高清电视的图像垂直最高清晰度为1080电视线，水平最高清晰度为1080电视线，斜向最高清晰度为1527电视线，编程生成过程中先生成测试图左上角四分之一部分清晰度测试块组，然后分别对称于X轴、Y轴和圆心，生成其它部分；

6.生成测试图数据文件，RGB格式或者YUV格式。