專利名稱：數字電視二維掃頻測試圖卡及其生成方法
技術領域：
本發明涉及數字電視測試信號和圖卡及其生成方法，具體講是涉及數字電視二維掃頻測試圖卡及其生成方法。
背景技術：
數字電視進入了實用化階段，測試電視設備質量和檢測電視系統運行狀態需要各種精確、便捷和直觀的測試方法。數字電視在時間和幅度方面，通過取樣和量化，已經離散化為數字量，數字信號的處理與傳輸也與模擬信號有很大不同，因而傳統的模擬電視系統測試信號，已不適用于數字電視系統，需要設計、生成一系列新的測試信號和圖卡。同時，數字電視系統是基于DCT(離散余弦變換)和DCT系數量化過程，來最大限度地去除圖像的空間冗余度，這種信源編碼方式，對水平、垂直空間頻率同時變化的圖像細節，難以處理，因而信源編碼對圖像的損傷以及重建圖像的水平、垂直清晰度是數字電視系統的重要質量指標。
發明內容
為克服現有技術的不足，本發明的目的是提供可以直觀、精確地同時施測水平、垂直清晰度，評價壓縮編碼帶來圖像劣化程度的數字電視二維掃頻測試圖卡及其生成方法。
本發明采用的技術方案是，一種數字電視二維掃頻測試圖卡，測試圖卡在水平、垂直兩個方向上，從測試圖卡邊緣向中間，空間頻率線性連續變化，測試圖卡各像素的灰度，在水平、垂直兩個方向上，同時按正弦函數連續改變。
其中，測試圖卡上像素灰度值由下列值域映射方程確定Y1＝YH+YV，Y＝Y1-16 32≤Y1≤250或Y＝486-Y1251≤Y1≤470式中YH水平雙向掃頻測試圖卡各像素的灰度值；YV垂直雙向掃頻測試圖卡各像素的像素灰度值；Y1；水平、垂直雙向掃頻測試圖卡各像素灰度值的疊加值；Y測試圖卡上像素灰度值。
所述的空間頻率線性連續變化，其變化函數為kx＝π×L/LHkxx＝π×[LH-L]/[LH×SUM×2]ky＝π×L/LVkyy＝π×[LV-L]/[LV×SUM×2]式中LH為水平晰度理論最高值，LV為垂直晰度理論最高值，kx為決定水平最低空間頻率的參數，kxx為決定水平空間頻率遞增速率的參數，ky為決定垂直最低空間頻率的參數，kyy為決定垂直空間頻率遞增速率的參數，L為任一像素點對應的清晰度電視線數，SUM為從最低到最高清晰度電視線數所歷經的像素數。
所述的按正弦函數連續改變其變化函數為水平Tx＝sin(kxx×i×i+kx×i) i＜LINE/2；Tx＝sin[kxx×(i-LINE/2)×(i-LINE/2)+kx×(i-LINE/2)]LINE/2≤i＜LINE；垂直Tx＝sin(kxx×i×i+kx×i) i＜COLUMN/2；Tx＝sin[kxx×(i-LINE/2)×(i-LINE/2)+kx×(i-LINE/2)]
COLUMN/2≤i＜COLUMN式中i為像素的水平或垂直坐標，kx為決定水平最低空間頻率的參數，kxx為決定水平空間頻率遞增速率的參數，ky為決定垂直最低空間頻率的參數，kyy為決定垂直空間頻率遞增速率的參數，LINE為總行數，COLUMN為總列數。
上述的水平、垂直清晰度理論最高值LH＝NH×(H/W)；LV＝NV；式中NH為圖像水平方向有效像素數，NV為圖像垂直方向有效像素數，W為圖像有效寬度的歸一化值，H為圖像有效高度的歸一化值所述測試圖卡的空間分解力NH×NV，單位像素式中NH為圖像水平方向有效像素數，NV為圖像垂直方向有效像素數。
所述的測試圖卡上設有把空間頻率換算為電視圖像清晰度，并按電視線數予以標度的刻度標記。
一種數字電視二維掃頻測試圖卡生成方法，依次包括下列步驟確定測試圖大小；根據測試要求確定相關參數kx、kxx、ky、kyy；同時使水平亮度信號在i＜LINE/2時按公式fx＝sin(kx×i+kxx×i×i)變化，在LINE/2≤i＜LINE時按公式fx＝sin[kxx×(i-LINE/2)×(i-LINE/2)+kx×(i-LINE/2)]變化；使垂直亮度信號在i＜COLUMN/2時按公式fy＝sin(ky×j+kyy×j×j)變化，在COLUMN/2≤i＜COLUMN時按公式fy＝sin[kxx×(i-LINE/2)×(i-LINE/2)+kx×(i-LINE/2)]變化；將水平亮度信號和垂直亮度信號進行疊加，即二維信號疊加f＝fx+fy；將信號數字化；進行信號限值處理；確定色差信號計算并寫出制作測試圖卡的Y、Cr(V)、Cb(U)文件；上述公式中kx是決定最低空間頻率的參數，kxx決定空間頻率遞增速率的參數，ky，kyy。
上述信號限值處理是指二維信號疊加值≥252時，使y(i，j)＝y1(i，j)-235；二維信號疊加值≤252時，使y(i，j)＝267(i，j)-y1，式中，i代表水平坐標，j代表垂直坐標，y1(I，j)為二維信號疊加值，y(i，j)為坐標為(i，y)的點的灰度值。
本發明提供的數字電視二維掃描測試圖卡及其生成方法可以帶來如下效果本發明提供的數字電視二維掃頻測試圖卡，其空間頻率、圖卡上各像素規律性地變化，因能檢驗數字電視系統處理二維空間頻率同時變化圖像的能力，同時測定水平、垂直兩個方向的清晰度電視線數。本發明用計算機編程方法，精確、靈活地針對不同制式數字電視系統、不同圖像格式，方便地生成不同參數二維掃頻測試圖。
圖1為本發明數字電視二維掃描測試圖卡，并作為摘要附圖。
圖2為本發明數字電視二維掃描測試圖卡計算機生成流程圖。
具體實施例方式
下面參照附圖和實施例，進一步說明本發明。
圖1為縮小了的數字電視二維掃頻測試圖卡之一例。其水平、垂直方向有效像素為1920×1080，圖像寬高比為16∶9，適用于各種幀頻的隔行掃描高清晰度電視系統。通過改變設計參數，同樣可得到有效像素為1280×720、圖像寬高比16∶9、幀頻為59.94Hz的逐行掃描高清晰度電視系統的二維掃頻測試圖；有效像素為720×576、圖像寬高比4∶3、幀頻為25Hz的隔行掃描標準清晰度電視系統的M維掃頻測試圖；有效像素為720×480、圖像寬高比4∶3、幀頻為29.97Hz的隔行掃描標準清晰度電視系統的二維掃頻測試圖。
測試圖在水平、垂直兩個方向上，從圖像邊緣向中間，空間頻率線性連續變化。測試圖各像素的灰度，在水平、垂直兩個方向上，同時按正弦函數連續改變，因而不包含帶外頻譜成分；測試圖已把空間頻率換算為電視圖像清晰度，并按電視線數予以標度，以求使用直觀、方便；測試圖四邊設置滿屏標志，保證所讀清晰度值的正確。
主要技術特征1 像素灰度值沿水平、垂直方向均按正弦函數連續變化；2 空間頻率沿水平、垂直方向均由邊緣向中心線性增加，在屏幕中心達清晰度測試范圍最大值；3 將圖像灰度在水平、垂直兩個方向上的空間變化頻率換算為表征電視圖像清晰度的電視線數，并標注在相應的直角坐標位置；4 水平、垂直雙向掃頻測試圖分別設計、計算、生成，再予以線性疊加；5 水平、垂直雙向掃頻測試圖各像素灰度值疊加后，按16～235t化級，進行值域的換算；6 設置滿屏標志，使清晰度測試在正確圖像尺寸下進行。
圖2為二維掃頻測試圖生成程序流程圖。
程序之始，首先定義擬生成測試圖的大小。對高清晰度電視系統，以水平、垂直有效像素數表示的測試圖卡，本發明中大小為1920*1080或1280*720。對標準清晰度電視系統，以水平、垂直有效像素數表示的測試圖卡大小為720*576或720*480。然后根據測試圖所需提供的圖像清晰度電視線數測量范圍，確定相關參數kx、kxx、ky、kyy。其中，kx和ky是與水平和垂直方向決定最低空間頻率的參數；kxx和kyy是與水平和垂直方向決定空間頻率遞增速率的參數。設定這些參數后，就確定了測試圖的數學模型。按其編程計算出各像素的值，然后把水平、垂直掃頻變化的信號值疊加，即可獲得數字化測試圖信號數據。但是，根據相關標準規定的信號取值范圍，亮度信號Y應在16~235之內，而以上經過疊加的信號范圍會超過這一限制，所以還要進行限值處理。由于本測試圖是黑白信號，所以兩個色差信號Cb和Cr都為128。按演播室標準規定，Y、Cb、Cr在水平方向上的取樣比為4∶2∶2；在垂直方向上的有效行數之比為1∶1∶1，于是程序可計算并寫出Y、Cr(V)、Cb(U)文件。這些數據的排列次序，與圖像由左到右、由上到下的掃描順序一致。
數字電視已進入實用化階段，我國及世界各主要國家，先后制定了由模擬電視向數字電視過渡的時間表，大部分國家，預計在本世紀頭十或二十年內，將全面進入數字電視時代。在由模擬向數字化過渡期間，需要設計、研制、測試、生產、驗收、維護大量數字電視設備和監測系統運行質量，在全面實現數字化后，將需要更大量的一系列信號源。本發明提供的二維掃頻測試圖，能檢驗數字電視系統處理二維空間頻率同時變化圖像的能力，同時測定水平、垂直兩個方向的清晰度電視線數。本發明用計算機編程方法，精確、靈活地針對不同制式數字電視系統、不同圖像格式，方便地生成不同參數二維掃頻測試圖，在數字電視發展歷程中，將不斷擴大應用空間，具有廣闊應用和發展前景。
權利要求
1.一種數字電視二維掃頻測試圖卡，其特征是，測試圖卡在水平、垂直兩個方向上，從測試圖卡邊緣向中間，空間頻率線性連續變化，測試圖卡各像素的灰度，在水平、垂直兩個方向上，同時按正弦函數連續改變。
2.根據權利要求1所述的一種數字電視二維掃頻測試圖卡，其特征是，測試圖卡上像素灰度值由下列值域映射方程確定Y1＝YH+YV，Y＝Y1-16 32≤Y1≤250或Y＝486-Y1251≤Y1≤470式中YH水平雙向掃頻測試圖卡各像素的灰度值；YV垂直雙向掃頻測試圖卡各像素的像素灰度值；Y1水平、垂直雙向掃頻測試圖卡各像素灰度值的疊加值；Y測試圖卡上像素灰度值。
3.根據權利要求1所述的一種數字電視二維掃頻測試圖卡，其特征是，所述的空間頻率線性連續變化，其變化函數為kx＝π×L/LHkxx＝π×[LH-L]/[LH×SUM×2]ky＝π×L/LVkyy＝π×[LV-L]/[LV×SUM×2]式中LH為水平晰度理論最高值，LV為垂直晰度理論最高值，kX為決定水平最低空間頻率的參數，kXX為決定水平空間頻率遞增速率的參數，ky為決定垂直最低空間頻率的參數，kyy為決定垂直空間頻率遞增速率的參數，L為任一像素點對應的清晰度電視線數，SUM為從最低到最高清晰度電視線數所歷經的像素數。
4.根據權利要求1所述的一種數字電視二維掃頻測試圖卡，其特征是，所述的按正弦函數連續改變其變化函數為水平Tx＝sin(kxx×i×i+kx×i) i＜LINE/2；Tx＝sin[kxx×(i-LINE/2)×(i-LINE/2)+kx×(i-LINE/2)] LINE/2≤i＜LINE；垂直Tx＝sin(kxx×i×i+kx×i) i＜COLUMN/2；Tx＝sin[kxx×(i-LINE/2)×(i-LINE/2)+kx×(i-LINE/2)]COLUMN/2≤i＜COLUMN；式中i為像素的水平或垂直坐標，kX為決定水平最低空間頻率的參數，kXX為決定水平空間頻率遞增速率的參數，ky為決定垂直最低空間頻率的參數，kyy為決定垂直空間頻率遞增速率的參數，LINE為總行數，COLUMN為總列數。
5.根據權利要求1所述的一種數字電視二維掃頻測試圖卡，其特征是，水平、垂直清晰度理論最高值LH＝NH×(H/W)；LV＝NV；式中NH為圖像水平方向有效像素數，NV為圖像垂直方向有效像素數，W為圖像有效寬度的歸一化值，H為圖像有效高度的歸一化值。
6.根據權利要求1所述的一種數字電視二維掃頻測試圖卡，其特征是，所述測試圖卡的空間分解力NH×NV，單位像素，式中NH為圖像水平方向有效像素數，NV為圖像垂直方向有效像素數。
7.根據權利要求1所述的一種數字電視二維掃頻測試圖卡，其特征是，所述的測試圖卡上設有把空間頻率換算為電視圖像清晰度，并按電視線數予以標度的刻度標記。
8.一種數字電視二維掃頻測試圖卡生成方法，其特征是，依次包括下列步驟，確定測試圖大小；根據測試要求確定相關參數kx、kxx、ky、kyy；同時使水平亮度信號在i＜LINE/2時按公式fx＝sin(kx×i+kxx×i×i)變化，在LINE/2≤i＜LINE時按公式fx＝sin[kxx×(i-LINE/2)×(i-LINE/2)+kx×(i-LINE/2)]變化；使垂直亮度信號在i＜COLUMN/2時按公式fy＝sin(ky×j+kyy×j×j)變化，在COLUMN/2≤i＜COLUMN時按公式fy＝sin[kxx×(i-LINE/2)×(i-LINE/2)+kx×(i-LINE/2)]變化；將水平亮度信號和垂直亮度信號進行疊加，即二維信號疊加f＝fx+fy；將信號數字化；進行信號限值處理；確定色差信號；計算并寫出制作測試圖卡的Y、Cr(V)、Cb(U)文件，上述公式中kX為決定水平最低空間頻率的參數，kXX為決定水平空間頻率遞增速率的參數，ky為決定垂直最低空間頻率的參數，kyy為決定垂直空間頻率遞增速率的參數，LINE為總行數，COLUMN為總列數。
9.根據權利要求8所述的一種數字電視二維掃頻測試圖卡生成方法，其特征是，上述信號限值處理是指二維信號疊加值≥252時，使y(i，j)＝y1(i，j)-235；二維信號疊加值≤252時，使y(i，j)＝267(i，j)-y1，式中，i代表水平坐標，j代表垂直坐標，y1(i，j)為二維信號疊加值，y(i，j)為坐標為(i，j)的點的灰度值。
全文摘要
本發明涉及數字電視測試信號和圖卡及其生成方法，具體講是涉及數字電視二維掃頻測試圖卡及其生成方法。為提供可以直觀、精確地同時施測水平、垂直清晰度，評價壓縮編碼帶來圖象劣化程度的數字電視二維掃頻測試圖卡及其生成方法，本發明采用的技術方案是一種數字電視二維掃頻測試圖卡，測試圖卡在水平、垂直兩個方向上，從測試圖卡邊緣向中間，空間頻率線形連續變化，測試圖卡各像素的灰度，在水平、垂直兩個方向上，同時按正弦函數連續改變。本發明主要用于制作數字電視二維掃頻測試圖卡。
文檔編號H04N17/02GK1585496SQ20041001944
公開日2005年2月23日 申請日期2004年5月28日 優先權日2004年5月28日
發明者李桂苓, 李春濤, 鄭冰洋, 李秀敏, 李彥, 徐巖 申請人:天津大學