絕對專業(yè)內(nèi)容 平板電視評測絕招

1 前言

    評價、測試一直是廣播電視工程中一項非常重要的工作，而可視化的測試圖由于提供了更為直觀、快捷的方法，方便了電視工作者了解系統(tǒng)或設(shè)備運行的質(zhì)量狀況得到了廣泛的應(yīng)用。 GB2097-1997《彩色電視廣播測試圖》是目前廣泛用于模擬彩色電視廣播工程中的國家標(biāo)準(zhǔn)，無論是在電視節(jié)目制作、播出中心，還是電視發(fā)射臺、有線傳輸臺，甚至在電視設(shè)備的生產(chǎn)或維修部門，都用得非常之廣泛。事實上每天早上，在大多數(shù)的電視臺、大多數(shù)的電視節(jié)目頻道，在正式節(jié)目播出之前，都在播放這種類似功能的測試圖，其目的在于用這種測試圖來觀察評價整個電視系統(tǒng)（包括播出系統(tǒng)、發(fā)送/傳輸系統(tǒng)和接收顯示系統(tǒng)）的質(zhì)量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，為正式節(jié)目播出做好準(zhǔn)備。因為這種測試圖綜合了彩色電視測量中使用的主要測試信號，包括格子信號、圓信號、亮度多波群信號或掃頻信號、階梯波信號、彩條信號、膚色及各種特殊的色塊信號等等，這正是該測試圖應(yīng)用得如此廣泛的主要原因。

    然而，這種模擬彩色電視環(huán)境中十分通用的綜合測試圖卻不能滿足數(shù)字電視系統(tǒng)有效測試的要求，其原因除了在某些基本參數(shù)上（例如在有效圖像尺寸或行、場消隱脈沖寬度、基色或彩色信號電平、色差信號的壓縮系數(shù)及視頻帶寬等方面）數(shù)字電視與模擬電視有所差別以外，更重要的還由于數(shù)字電視系統(tǒng)主要技術(shù)環(huán)節(jié)采用了與常規(guī)模擬電視完全不同的電路技術(shù)，其中特別是對系統(tǒng)質(zhì)量有決定性影響的高效視頻壓縮的信源編、解碼技術(shù)環(huán)節(jié)，它對圖像引人失真的機(jī)理和失真的表現(xiàn)與常規(guī)模擬電視也有很大差別。因此，傳統(tǒng)模擬電視評價測量方法及測試圖像和信號已經(jīng)不能完全或正確反映壓縮圖像主觀質(zhì)量的變化。鑒于視頻壓縮圖像質(zhì)量除了與視頻壓縮編、解碼的算法及視頻信息的壓縮程度有關(guān)以外，同時還與源圖像素材信息的復(fù)雜程度緊密相關(guān)。所以測試圖像素材對于壓縮圖像質(zhì)量主觀評價結(jié)果具有重大影響。因此，研究制作適合于數(shù)字電視的綜合測試圖像，除了考慮包含一般彩色電視測試所需要的測試信號以外，還需要包含視頻壓縮編、解碼系統(tǒng)質(zhì)量評價的測試圖像序列，因為采用具有某些特點的運動圖像序列來測試視頻壓縮編、解碼系統(tǒng)質(zhì)量，已經(jīng)成為當(dāng)前視頻壓縮系統(tǒng)測試領(lǐng)域的共識。這也是我們研究制作數(shù)字電視綜合測試圖的重要意義之所在。

數(shù)字電視綜合測試圖的方案設(shè)計和組成內(nèi)容

    2 數(shù)字電視綜合測試圖的研究及制作方法

    l)  數(shù)字電視綜合測試圖的研究及制作方法

    (1) 研究制作的數(shù)字電視綜合測試圖的視頻參數(shù)應(yīng)滿足ITU-R BT.601建議和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14857-93《演播室數(shù)字電視編碼參數(shù) 規(guī)范》625/50/2:1 4：2 SDTV系統(tǒng)基本參數(shù)主要包括：

  ①編碼信號形成式：EY'＝0.299ER'＋0.587EG'＋0.114EB'
                     ECB'＝0.564(EB'－EY')
                     ECB'＝0.713(ER'－EY')

  ②取樣頻率：亮度信號(Y)13.SMHz   色差信號(CB/CR)6.75MHz

  ③每行總?cè)�樣像素�?shù)：亮度信號(Y)864個，色差信號(CB/CR)432個，總?cè)�樣�?shù)1728個。

  ④每行有效圖像取樣數(shù)：亮度信號720個，色差信號360個，總?cè)�樣�?shù)1440個。

  ⑤取樣結(jié)構(gòu)：正交取樣，CB/CR與Y隔點重合。

  ⑥編碼方式：亮度和色差信號都采用線性量化的PCM。

  ⑦量化分辨率：對每個信號取樣值都以8或10比特量化。

  ⑧模擬視頻帶寬：亮度信號(Y)5.75MHz 色差信號(CB/CR)2.75MHz。

    2) 數(shù)字電視綜合測試圖的組成內(nèi)容

     數(shù)字電視也是彩色電視（只是信號的表示形式及信號的處理方法與模擬電視有所不同），因此在考慮數(shù)字電視測試圖包含哪些（測試信號）內(nèi)容時，我們根據(jù)彩色電視的基本特點，首先應(yīng)考慮包含一般彩色電視廣播測試圖的基本內(nèi)容，例如觀察顯示設(shè)備掃描非線性失真和幾何失真的格子信號和圓信號，觀察圖像清晰度和分辨率的多波群或掃頻信號，觀察亮度非線性失真情況以及顯示器白平衡調(diào)整是否正確的灰度級（或階梯波）信號，觀察彩色重現(xiàn)是否正確的彩條信號及各種特殊色塊（包括膚色）信號等等；另外我們還考慮增加了在視頻測量中最常用的2T脈沖信號、彩色多波群信號和彩色階梯波信號，以及更為直觀的清晰度楔形條信號、斜波信號等，以便全面地觀察和評價彩色電視系統(tǒng)或設(shè)備的基本質(zhì)量。同時，還根據(jù)數(shù)字電視系統(tǒng)采用了MPEG2視頻壓縮的信源編、解碼技術(shù),其系統(tǒng)圖像質(zhì)量除與壓縮編碼算法及視頻信息壓縮程度有關(guān)之外，同時還與源圖像素材信息的復(fù)雜程度密切相關(guān)的特點，數(shù)字電視綜合測試圖還應(yīng)包含一定長度和具有某些特點，對視頻壓縮編碼系統(tǒng)比較嚴(yán)格的運動測試圖形和圖像序列，這對于數(shù)字視頻壓縮系統(tǒng)主觀圖像質(zhì)量的有效評價是極其重要的。

    3) 測試圖中各種信號的技術(shù)要求及主要功能

    數(shù)字電視綜合測試圖各種測試信號和圖像序列的技術(shù)要求及主要功能分述如下：

   ◆灰底白格或黑格背景圖案

    A、 要求：灰底白格或灰底黑格背景圖案是由8條等距離的水平白線或黑線（線寬為1行/場,即2行幀）和11條等距離的垂直白線或黑線（線寬約為2個像素）把整個電視有效圖像劃分成水平12格和垂直9格的方格背景，其白線或黑線的亮度電平為100%或0%視頻幅度，灰底的亮度電平為50%視頻幅度。

    B、 主要用途：主要用以評價電視顯示器和接收機(jī)圖像的幾何失真和掃描非線性失真，白格線和灰底還可分別檢查顯示器的會聚和色純是否良好。

    ◆圓信號

     A、 要求：在灰底白格或黑格的背景圖案的中央疊加了圓信號，其圓心位于有效圖像的垂直第288行、水平第360像素點的位置，垂直方向圓的幅度約為圖像的高度（即575行），水平方向圓的幅度為539個像素寬。

     B、 主要用途：主要用以檢查顯示器和接收機(jī)的幾何失真和掃描非線性失真。

    ◆亮度多波群信號

     A、 要求：根據(jù)625/50 SDTV系統(tǒng)亮度信號視頻帶寬(5.75MHz) 位于測試圖水平第1、4、5格/垂直第2格以及水平第3格/垂直第4、5、6格中，安排了亮度多波群信號，其頻率分別為：1MHz、2MHz、3MHz、4MHz、5MHz和5.75MHz。正弦信號的峰峰值約為100%視頻電平。

     B、 主要用途：主要用以觀察和評價電視系統(tǒng)或接收、顯示設(shè)備模擬亮度通道頻率響應(yīng)。

    ◆楔形條信號

     A、 要求：

     a：根據(jù)625/50 SDTV的取樣頻率和有效圖像分辨率(720×576)情況，位于測試圖水平方向第10格/垂直方向第3、4、5、6、7格內(nèi)安排了4.5個正弦周期的垂直楔形條信號。楔形條從上端到下端的正弦信號頻率范圍為：l.75MHz～6.75MHz，即相當(dāng)于水平清晰度 140TVL～54OTVL。楔形條正弦信號的峰峰值約為100%視頻幅度。

      b：位于測試圖水平第8、9格/垂直第2格中,安排了4.5個正弦周期的水平楔形條信號。楔形條從左端到右端的正弦信號頻率范圍為：7.8125kHz～2.3777kHz，即相當(dāng)于垂直清晰度575TVL～175TVL。清晰度楔形條正弦信號的峰峰值約為100%視頻幅度。

      B、 主要用途：主要用以觀察和評價電視系統(tǒng)或設(shè)備模擬通路及顯示器件的圖像水平清晰度和垂直清晰度。

     ◆灰度級信號

      A、 要求:位于大圓內(nèi)圖像垂直第8格的下半格/水平第4、5、6、7、8、9格內(nèi)安排了從白到黑按電平等分為6電平的五階梯信號，其電平分別為100%、80%、60%、40%、20%和0%視頻幅度。

      B、 主要用途：主要用以調(diào)整顯示設(shè)備圖像的白平衡，評價電視系統(tǒng)模擬亮度通道的非線性失真及檢查顯示器的白平衡是否 正確。

     ◆2T脈沖信號

     A、 要求：根據(jù)SDTV系統(tǒng)或設(shè)備的視頻帶寬（或截止頻率5.75MHz），位于測試圖的垂直方向第4格/水平方向第1格和第12格中,分別安排了半幅值寬度為174ns、幅度為80%視頻幅度的2T正弦平方正脈沖和負(fù)脈沖信號；位于測試圖垂直方向第6格/水平方向第1格和第12格中，分別安排了半幅值寬度為174ns、幅度為100%視頻幅度的2T正弦平方正脈沖和負(fù)脈沖信號。

     B、 主要用途：主要用以評價電視系統(tǒng)或設(shè)備的脈沖響應(yīng)。

     ◆亮度斜波信號

     A、 要求:位于測試圖垂直第9格下半格/水平第1、2、3格中安排了亮度斜波（鋸齒波）信號。其斜
波信號峰峰值為100%視頻幅度。

     B、 主要用途：主要用以觀察和評價模擬亮度通道非線性失真和接收機(jī)、顯示器白平衡是否良好。

     ◆彩條信號

    A、 要求：位于大圓內(nèi)圖像垂直第8格的上半格/水平第3、4、5、6、7、8、9、10格內(nèi)安排了白、黃、青、綠、紫、紅、藍(lán)、黑的100%彩條信號；位于圖像垂直第1格上半格/水平第1、2、3、4、9、10、11、12格內(nèi)安排了75%彩條信號。其彩條信號電平分別符合100/0/100/0和100/0/75/0彩條信號國際標(biāo)準(zhǔn)。

    B、 主要用途：主要用以調(diào)整電視接收機(jī)或顯示器的“色調(diào)”和“色飽和度”以及評價電視系統(tǒng)或設(shè)備的色彩重現(xiàn)是否正確。

    ◆彩色多波群信號

    A、 要求：根據(jù)數(shù)字電視色差信號帶寬(2.75MHz)要求，位于測試圖垂直方向第1格的下半格/水平方向第1、2、3、10、11格以及垂直方向第9格的上半格/水平方向第1、2、3、10、11格中， 分別安排了色差(CB/CR)多波群信號， 其頻率分別為0.5MHz、1MHz、1.5MHz和2.75MHz。其信號電平峰峰值約為100%視頻信號幅度。

    B、 主要用途：主要用以評價電視系統(tǒng)或設(shè)備模擬色差通道的頻響或彩色清晰度。

    ◆膚色信號

     A、 要求：根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB3175-87推薦的中國青年女性膚色的有關(guān)數(shù)據(jù)，位于測試圖大圓內(nèi)、垂直方向第1格/水平方向第4、5、8、9格內(nèi)，安排了中國青年女性膚色色塊信號。

     B、  主要用途：主要用以觀察和評價電視系統(tǒng)或設(shè)備膚色重現(xiàn)能力以及調(diào)整接收或顯示設(shè)備膚色的重現(xiàn)效果。

     ◆特殊的色塊信號

     A、 要求：特殊色塊信號電平均為亮度電平在50%視頻幅度下的最大飽和度電平。

     a、B-Y=0信號位于水平方向第2格/垂直方向第2格中為R-Y<0的B-Y=0信號；位于水平方向第2格/垂直方向第8格中為R-Y>0的B-Y=0信號。

     b、R-Y=0信號位于水平方向第11格/垂直方向第2格中為B-Y<0的R-Y=0信號；位于水平方向第11格/垂直方向第8格中為B-Y>0的R-Y=0信號。

     c、G-Y=0信號位于水平方向第1格/垂直方向第5格中為B-Y<0、R-Y>0的G-Y=0信號;位于水平方向第12格/垂直方向第5格中為B-Y>0、R-Y<0的G-Y=0信號。

     B、 主要用途：主要用以評價電視系統(tǒng)或設(shè)備特殊色彩的重現(xiàn)性能和重現(xiàn)效果。

     ◆色亮?xí)r延差觀察信號

     A、 要求：根據(jù)黃、紅色亮度電平相差較大及便于觀察等因素，位于測試圖水平方向第12格/垂直方向第8格中安排了飽和度為100%的黃、紅相連的信號作為色亮?xí)r延差觀察信號。其紅黃交界處與其上面的2T脈沖峰值點在測試圖中的水平方向位置相一致。

     B、 主要用以評價電視系統(tǒng)或設(shè)備模擬通道的色亮?xí)r延差。

     ◆彩色階梯波信號

     A、 要求：位于測試圖垂直第9格下半格/水平第10、11、12格中安排了色差(CB/CR)五階梯信號，其五階梯信號峰峰值為100%視頻幅度。

     B、 主要用途：主要用以評價模擬色差通道的非線性失真。

     ◆斜線信號

     A、 要求:根據(jù)電視系統(tǒng)隔行掃描的特點,位于測試圖垂直方向第7格/水平方向第2格和水平方向第11格中分別安排了約為135度和45度角的白色斜線信號，線寬約為兩個像素點，其白線電平為100%視頻幅度。

     B、 主要用途：主要用以觀察和評價接收機(jī)或顯示器的隔行掃描是否良好。

    ◆邊框信號

    A、 要求：根據(jù)有效圖像分辨率為720×576像素。位于測試圖的四邊各安排了兩個白色等腰三角形（共八個）作為有效圖像的邊框識別信號。其中上邊兩個等腰三角形的頂點分別與垂直第1行/水平第210個像素點和水平第510個像素點相重疊;下邊兩個等腰三角形的頂點分別與垂直第576行/水平第210個像素點和水平第510個像素點相重疊；左邊兩個等腰三角形的頂點分別與垂直第160行和垂直第416行/水平第1個像素點相重疊；右邊兩個等腰三角形的頂點分別與垂直第160行和垂直第416行/水平第720個像素點相重疊,作為有效圖像的邊框識別。白色等腰三角形的電平為100%視頻幅度。

    B、 主要用途：主要用以觀察和調(diào)整電視接收機(jī)或顯示器標(biāo)準(zhǔn)幅型比4:3的圖像尺寸、圖像中心位置和掃描幅度等。

    ◆測試圖名稱及研制單位名稱

     另外位于測試圖垂直方向第1格的下半格和第2格/水平方向第6、7格中安排了數(shù)字電視綜合測試圖的名稱：625/50 SDTV。位于測試圖的垂直方向第9格的上半格/水平方向第6、7格中安排了研制單位的名稱“廣電檢測中心”。其文字分別為白色字體和黑色字體，電平分別為100%和0%視頻幅度。也可根據(jù)電視臺等使用單位的需求，上述位置用以顯示電視臺的名稱、地址等。

    ◆運動圖像序列

    A、 要求：根據(jù)MPEG2視頻壓縮的基本原理及其引入圖像失真的機(jī)理和失真表現(xiàn),我們挑選了一些具有復(fù)雜快速運動、場景切換、色彩鮮艷和細(xì)節(jié)豐富等特點素材的標(biāo)準(zhǔn)（暫用）測試圖像序列和測試圖形，置于測試圖中央的水平方向第4、5、6、7、8、9格/垂直方向第3、4、5、6、7格中，序列總長度約3分鐘。包括以下8個圖形和圖像序列：

  a、運動波帶圖：是滿屏運動波帶圖的約四分之一畫面，主要用以評價系統(tǒng)動態(tài)清晰度。

  b、運動射線圖：是滿屏運動射線圖的約四分之一畫面，主要用以評價系統(tǒng)動態(tài)清晰度。

  c、乒乓球運動：是兩個乒乓球運動場景快速切換的圖像序列，其中含攝像機(jī)變焦拍攝和水平搖鏡頭拍攝的場景，以及含多重快速運動和色彩鮮艷的景物。主要評價系統(tǒng)清晰度損失和高飽和色彩的重現(xiàn)能力。

  d、花園：是攝像機(jī)做水平低速搖鏡頭拍攝的花園全景序列，圖中色彩和細(xì)節(jié)豐富。主要評價系統(tǒng)動態(tài)亮度和色度細(xì)節(jié)的損失。

  e、日歷和小火車：前景為攝像機(jī)跟蹤拍攝玩具火車水平方向慢速行進(jìn)，背景是色彩鮮艷的動畫圖案和上下移動的掛歷。主要評價系統(tǒng)清晰度損失和高飽和色彩的重現(xiàn)能力以及系統(tǒng)運動估值、補償能力。

  f、籃球運動：是典型的籃球運動場景序列，前景為快速籃球運動場面，背景是眾多觀眾的高細(xì)節(jié)背景看臺。主要評價清晰度損失和高飽和色（金黃色）球衣色彩重現(xiàn)能力（如塊效應(yīng)）。

  g、馬術(shù)：是兩個馬術(shù)運動場景的切換序列，攝像機(jī)跟蹤馬匹快速搖攝，背景為高細(xì)節(jié)的風(fēng)景。主要評價動態(tài)清晰度損失和系統(tǒng)運動估值、補償能力。

  h、帶噪聲的仙人掌和梳子：是攝像機(jī)變焦（推出）拍攝的帶有隨機(jī)噪聲的仙人掌和梳子的圖像序列。主要評價系統(tǒng)對含有 隨機(jī)噪聲畫面的處理能力，以及畫面清晰度損失。

     B、 主要用途：活動圖形和圖像序列主要用以評價視頻壓縮（MPEG2）系統(tǒng)的主觀圖像質(zhì)量。

數(shù)字電視綜合測試圖的生成制作方法

    2)

    本數(shù)字電視測試圖主要使用計算機(jī)程序和Photoshop軟件相結(jié)合的生成制作方法。 如灰底白（或黑）格的背景圖上疊加圓信號、各種單頻信號、清晰度楔形條信號、2T 脈沖信號、五階梯信號、斜波信號以及彩色信號的過渡特性等均用C語言編制程序生成，這樣生成的圖像信號具有生成和修改方便、靈活等特點。

 (1) 首先對于測試圖中包含的各種測試信號、特別是膚色及各種特殊色塊電平(R、G、B)值進(jìn)行計算。

 (2) 確定測試圖中各種信號生成的數(shù)學(xué)模型。

 (3) 以根據(jù)測試圖包括的測試信號內(nèi)容及其相應(yīng)的生成數(shù)學(xué)模型和計算數(shù)據(jù)，按照ITU-R BT.601建議的視頻參數(shù)有關(guān)規(guī)范， 用C語言編制生成程序。

 (4) 對編制的程序進(jìn)行調(diào)試，逐個生成各種測試信號圖像。

 (5) 用Photoshop軟件著色和修改局部圖像等。

 (6) 加人運動圖形和圖像序列，并用625/50 SDTV標(biāo)準(zhǔn)視頻處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成SDI視頻信號進(jìn)行顯示和評價測試。

 (7) 根據(jù)評價測試結(jié)果存在的問題，對測試圖進(jìn)行修改，直至獲得滿意的結(jié)果。

 (8) 最后將測試圖的視頻數(shù)據(jù)保存在計算機(jī)的移動硬盤中和記錄在D5數(shù)字錄像帶上，以便提供電視臺及有關(guān)部門使用。

    3 綜合測試圖的技術(shù)指標(biāo)和測試結(jié)果

 測試結(jié)果：

     該綜合測試圖的視頻參數(shù)符合ITU-R BT.601建議書中標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視（SDTV）625/50/2:1系統(tǒng)有效圖像720×576像素、4：2取樣格式、圖像寬高比為4:3的圖像信號的有關(guān)規(guī)范。由于測試圖用計算機(jī)數(shù)據(jù)生成，其測試圖信號幅度及時間關(guān)系都非常精確、穩(wěn)定。

    4 結(jié)束語

    我們研究制作的數(shù)字電視綜合視測試圖，由于綜合了模擬彩色電視客觀測量的主要測試信號和更為直觀、明了的清晰度楔形條信號、斜波信號等以及MPEG2視頻壓縮系統(tǒng)圖像質(zhì)量主觀評價的標(biāo)準(zhǔn)測試圖像序列,因此用它不僅可以直觀、快捷、全面地評估數(shù)字電視系統(tǒng)或設(shè)備的基本質(zhì)量，特別適合用于電視臺（數(shù)字節(jié)目）播出前對系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行測試評價及接收、顯示設(shè)備的調(diào)整，同時也適合電視臺其他技術(shù)部門以及數(shù)字電視設(shè)備生產(chǎn)流水線上或維修部門等用于對系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢測；另外還可以借助選行視頻測試儀對系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行模擬視頻指標(biāo)的測量，作為低成本的數(shù)字電視測試信號源具有廣泛的應(yīng)用前景。

綜合測試圖的技術(shù)指標(biāo)和測試結(jié)果

   3

 測試結(jié)果：

     該綜合測試圖的視頻參數(shù)符合ITU-R BT.601建議書中標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視（SDTV）625/50/2:1系統(tǒng)有效圖像720×576像素、4：2取樣格式、圖像寬高比為4:3的圖像信號的有關(guān)規(guī)范。由于測試圖用計算機(jī)數(shù)據(jù)生成，其測試圖信號幅度及時間關(guān)系都非常精確、穩(wěn)定。

    4 結(jié)束語

    我們研究制作的數(shù)字電視綜合視測試圖，由于綜合了模擬彩色電視客觀測量的主要測試信號和更為直觀、明了的清晰度楔形條信號、斜波信號等以及MPEG2視頻壓縮系統(tǒng)圖像質(zhì)量主觀評價的標(biāo)準(zhǔn)測試圖像序列,因此用它不僅可以直觀、快捷、全面地評估數(shù)字電視系統(tǒng)或設(shè)備的基本質(zhì)量，特別適合用于電視臺（數(shù)字節(jié)目）播出前對系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行測試評價及接收、顯示設(shè)備的調(diào)整，同時也適合電視臺其他技術(shù)部門以及數(shù)字電視設(shè)備生產(chǎn)流水線上或維修部門等用于對系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行調(diào)整和檢測；另外還可以借助選行視頻測試儀對系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行模擬視頻指標(biāo)的測量，作為低成本的數(shù)字電視測試信號源具有廣泛的應(yīng)用前景。

平板電視評測測試圖片