专利名称：数字电视二维扫频测试图卡及其生成方法
技术领域：
本发明涉及数字电视测试信号和图卡及其生成方法，具体讲是涉及数字电视二维扫频测试图卡及其生成方法。
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检测电视系统运行状态需要各种精确、便捷和直观的测试方法。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，数字信号的处理与传输也与模拟信号有很大不同，因而传统的模拟电视系统测试信号，已不适用于数字电视系统，需要设计、生成一系列新的测试信号和图卡。同时，数字电视系统是基于DCT(离散余弦变换)和DCT系数量化过程，来最大限度地去除图像的空间冗余度，这种信源编码方式，对水平、垂直空间频率同时变化的图像细节，难以处理，因而信源编码对图像的损伤以及重建图像的水平、垂直清晰度是数字电视系统的重要质量指标。
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直观、精确地同时施测水平、垂直清晰度，评价压缩编码带来图像劣化程度的数字电视二维扫频测试图卡及其生成方法。
本发明采用的技术方案是，一种数字电视二维扫频测试图卡，测试图卡在水平、垂直两个方向上，从测试图卡边缘向中间，空间频率线性连续变化，测试图卡各像素的灰度，在水平、垂直两个方向上，同时按正弦函数连续改变。
其中，测试图卡上像素灰度值由下列值域映射方程确定Y1＝YH+YV，Y＝Y1-16 32≤Y1≤250或Y＝486-Y1251≤Y1≤470式中YH水平双向扫频测试图卡各像素的灰度值；YV垂直双向扫频测试图卡各像素的像素灰度值；Y1；水平、垂直双向扫频测试图卡各像素灰度值的叠加值；Y测试图卡上像素灰度值。
所述的空间频率线性连续变化，其变化函数为kx＝π×L/LHkxx＝π×[LH-L]/[LH×SUM×2]ky＝π×L/LVkyy＝π×[LV-L]/[LV×SUM×2]式中LH为水平晰度理论最高值，LV为垂直晰度理论最高值，kx为决定水平最低空间频率的参数，kxx为决定水平空间频率递增速率的参数，ky为决定垂直最低空间频率的参数，kyy为决定垂直空间频率递增速率的参数，L为任一像素点对应的清晰度电视线数，SUM为从最低到最高清晰度电视线数所历经的像素数。
所述的按正弦函数连续改变其变化函数为水平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为像素的水平或垂直坐标，kx为决定水平最低空间频率的参数，kxx为决定水平空间频率递增速率的参数，ky为决定垂直最低空间频率的参数，kyy为决定垂直空间频率递增速率的参数，LINE为总行数，COLUMN为总列数。
上述的水平、垂直清晰度理论最高值LH＝NH×(H/W)；LV＝NV；式中NH为图像水平方向有效像素数，NV为图像垂直方向有效像素数，W为图像有效宽度的归一化值，H为图像有效高度的归一化值所述测试图卡的空间分解力NH×NV，单位像素式中NH为图像水平方向有效像素数，NV为图像垂直方向有效像素数。
所述的测试图卡上设有把空间频率换算为电视图像清晰度，并按电视线数予以标度的刻度标记。
一种数字电视二维扫频测试图卡生成方法，依次包括下列步骤确定测试图大小；根据测试要求确定相关参数kx、kxx、ky、kyy；同时使水平亮度信号在i＜LINE/2时按公式fx＝sin(kx×i+kxx×i×i)变化，在LINE/2≤i＜LINE时按公式fx＝sin[kxx×(i-LINE/2)×(i-LINE/2)+kx×(i-LINE/2)]变化；使垂直亮度信号在i＜COLUMN/2时按公式fy＝sin(ky×j+kyy×j×j)变化，在COLUMN/2≤i＜COLUMN时按公式fy＝sin[kxx×(i-LINE/2)×(i-LINE/2)+kx×(i-LINE/2)]变化；将水平亮度信号和垂直亮度信号进行叠加，即二维信号叠加f＝fx+fy；将信号数字化；进行信号限值处理；确定色差信号计算并写出制作测试图卡的Y、Cr(V)、Cb(U)文件；上述公式中kx是决定最低空间频率的参数，kxx决定空间频率递增速率的参数，ky，kyy。
上述信号限值处理是指二维信号叠加值≥252时，使y(i，j)＝y1(i，j)-235；二维信号叠加值≤252时，使y(i，j)＝267(i，j)-y1，式中，i代表水平坐标，j代表垂直坐标，y1(I，j)为二维信号叠加值，y(i，j)为坐标为(i，y)的点的灰度值。
本发明提供的数字电视二维扫描测试图卡及其生成方法可以带来如下效果本发明提供的数字电视二维扫频测试图卡，其空间频率、图卡上各像素规律性地变化，因能检验数字电视系统处理二维空间频率同时变化图像的能力，同时测定水平、垂直两个方向的清晰度电视线数。本发明用计算机编程方法，精确、灵活地针对不同制式数字电视系统、不同图像格式，方便地生成不同参数二维扫频测试图。
图1为本发明数字电视二维扫描测试图卡，并作为摘要附图。
图2为本发明数字电视二维扫描测试图卡计算机生成流程图。
具体实施例方式
下面参照附图和实施例，进一步说明本发明。
图1为缩小了的数字电视二维扫频测试图卡之一例。其水平、垂直方向有效像素为1920×1080，图像宽高比为16∶9，适用于各种帧频的隔行扫描高清晰度电视系统。通过改变设计参数，同样可得到有效像素为1280×720、图像宽高比16∶9、帧频为59.94Hz的逐行扫描高清晰度电视系统的二维扫频测试图；有效像素为720×576、图像宽高比4∶3、帧频为25Hz的隔行扫描标准清晰度电视系统的M维扫频测试图；有效像素为720×480、图像宽高比4∶3、帧频为29.97Hz的隔行扫描标准清晰度电视系统的二维扫频测试图。
测试图在水平、垂直两个方向上，从图像边缘向中间，空间频率线性连续变化。测试图各像素的灰度，在水平、垂直两个方向上，同时按正弦函数连续改变，因而不包含带外频谱成分；测试图已把空间频率换算为电视图像清晰度，并按电视线数予以标度，以求使用直观、方便；测试图四边设置满屏标志，保证所读清晰度值的正确。
主要技术特征1 像素灰度值沿水平、垂直方向均按正弦函数连续变化；2 空间频率沿水平、垂直方向均由边缘向中心线性增加，在屏幕中心达清晰度测试范围最大值；3 将图像灰度在水平、垂直两个方向上的空间变化频率换算为表征电视图像清晰度的电视线数，并标注在相应的直角坐标位置；4 水平、垂直双向扫频测试图分别设计、计算、生成，再予以线性叠加；5 水平、垂直双向扫频测试图各像素灰度值叠加后，按16～235t化级，进行值域的换算；6 设置满屏标志，使清晰度测试在正确图像尺寸下进行。
图2为二维扫频测试图生成程序流程图。
程序之始，首先定义拟生成测试图的大小。对高清晰度电视系统，以水平、垂直有效像素数表示的测试图卡，本发明中大小为1920*1080或1280*720。对标准清晰度电视系统，以水平、垂直有效像素数表示的测试图卡大小为720*576或720*480。然后根据测试图所需提供的图像清晰度电视线数测量范围，确定相关参数kx、kxx、ky、kyy。其中，kx和ky是与水平和垂直方向决定最低空间频率的参数；kxx和kyy是与水平和垂直方向决定空间频率递增速率的参数。设定这些参数后，就确定了测试图的数学模型。按其编程计算出各像素的值，然后把水平、垂直扫频变化的信号值叠加，即可获得数字化测试图信号数据。但是，根据相关标准规定的信号取值范围，亮度信号Y应在16~235之内，而以上经过叠加的信号范围会超过这一限制，所以还要进行限值处理。由于本测试图是黑白信号，所以两个色差信号Cb和Cr都为128。按演播室标准规定，Y、Cb、Cr在水平方向上的取样比为4∶2∶2；在垂直方向上的有效行数之比为1∶1∶1，于是程序可计算并写出Y、Cr(V)、Cb(U)文件。这些数据的排列次序，与图像由左到右、由上到下的扫描顺序一致。
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。在由模拟向数字化过渡期间，需要设计、研制、测试、生产、验收、维护大量数字电视设备和监测系统运行质量，在全面实现数字化后，将需要更大量的一系列信号源。本发明提供的二维扫频测试图，能检验数字电视系统处理二维空间频率同时变化图像的能力，同时测定水平、垂直两个方向的清晰度电视线数。本发明用计算机编程方法，精确、灵活地针对不同制式数字电视系统、不同图像格式，方便地生成不同参数二维扫频测试图，在数字电视发展历程中，将不断扩大应用空间，具有广阔应用和发展前景。
权利要求
1.一种数字电视二维扫频测试图卡，其特征是，测试图卡在水平、垂直两个方向上，从测试图卡边缘向中间，空间频率线性连续变化，测试图卡各像素的灰度，在水平、垂直两个方向上，同时按正弦函数连续改变。
2.根据权利要求1所述的一种数字电视二维扫频测试图卡，其特征是，测试图卡上像素灰度值由下列值域映射方程确定Y1＝YH+YV，Y＝Y1-16 32≤Y1≤250或Y＝486-Y1251≤Y1≤470式中YH水平双向扫频测试图卡各像素的灰度值；YV垂直双向扫频测试图卡各像素的像素灰度值；Y1水平、垂直双向扫频测试图卡各像素灰度值的叠加值；Y测试图卡上像素灰度值。
3.根据权利要求1所述的一种数字电视二维扫频测试图卡，其特征是，所述的空间频率线性连续变化，其变化函数为kx＝π×L/LHkxx＝π×[LH-L]/[LH×SUM×2]ky＝π×L/LVkyy＝π×[LV-L]/[LV×SUM×2]式中LH为水平晰度理论最高值，LV为垂直晰度理论最高值，kX为决定水平最低空间频率的参数，kXX为决定水平空间频率递增速率的参数，ky为决定垂直最低空间频率的参数，kyy为决定垂直空间频率递增速率的参数，L为任一像素点对应的清晰度电视线数，SUM为从最低到最高清晰度电视线数所历经的像素数。
4.根据权利要求1所述的一种数字电视二维扫频测试图卡，其特征是，所述的按正弦函数连续改变其变化函数为水平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为像素的水平或垂直坐标，kX为决定水平最低空间频率的参数，kXX为决定水平空间频率递增速率的参数，ky为决定垂直最低空间频率的参数，kyy为决定垂直空间频率递增速率的参数，LINE为总行数，COLUMN为总列数。
5.根据权利要求1所述的一种数字电视二维扫频测试图卡，其特征是，水平、垂直清晰度理论最高值LH＝NH×(H/W)；LV＝NV；式中NH为图像水平方向有效像素数，NV为图像垂直方向有效像素数，W为图像有效宽度的归一化值，H为图像有效高度的归一化值。
6.根据权利要求1所述的一种数字电视二维扫频测试图卡，其特征是，所述测试图卡的空间分解力NH×NV，单位像素，式中NH为图像水平方向有效像素数，NV为图像垂直方向有效像素数。
7.根据权利要求1所述的一种数字电视二维扫频测试图卡，其特征是，所述的测试图卡上设有把空间频率换算为电视图像清晰度，并按电视线数予以标度的刻度标记。
8.一种数字电视二维扫频测试图卡生成方法，其特征是，依次包括下列步骤，确定测试图大小；根据测试要求确定相关参数kx、kxx、ky、kyy；同时使水平亮度信号在i＜LINE/2时按公式fx＝sin(kx×i+kxx×i×i)变化，在LINE/2≤i＜LINE时按公式fx＝sin[kxx×(i-LINE/2)×(i-LINE/2)+kx×(i-LINE/2)]变化；使垂直亮度信号在i＜COLUMN/2时按公式fy＝sin(ky×j+kyy×j×j)变化，在COLUMN/2≤i＜COLUMN时按公式fy＝sin[kxx×(i-LINE/2)×(i-LINE/2)+kx×(i-LINE/2)]变化；将水平亮度信号和垂直亮度信号进行叠加，即二维信号叠加f＝fx+fy；将信号数字化；进行信号限值处理；确定色差信号；计算并写出制作测试图卡的Y、Cr(V)、Cb(U)文件，上述公式中kX为决定水平最低空间频率的参数，kXX为决定水平空间频率递增速率的参数，ky为决定垂直最低空间频率的参数，kyy为决定垂直空间频率递增速率的参数，LINE为总行数，COLUMN为总列数。
9.根据权利要求8所述的一种数字电视二维扫频测试图卡生成方法，其特征是，上述信号限值处理是指二维信号叠加值≥252时，使y(i，j)＝y1(i，j)-235；二维信号叠加值≤252时，使y(i，j)＝267(i，j)-y1，式中，i代表水平坐标，j代表垂直坐标，y1(i，j)为二维信号叠加值，y(i，j)为坐标为(i，j)的点的灰度值。
全文摘要
本发明涉及数字电视测试信号和图卡及其生成方法，具体讲是涉及数字电视二维扫频测试图卡及其生成方法。为提供可以直观、精确地同时施测水平、垂直清晰度，评价压缩编码带来图象劣化程度的数字电视二维扫频测试图卡及其生成方法，本发明采用的技术方案是一种数字电视二维扫频测试图卡，测试图卡在水平、垂直两个方向上，从测试图卡边缘向中间，空间频率线形连续变化，测试图卡各像素的灰度，在水平、垂直两个方向上，同时按正弦函数连续改变。本发明主要用于制作数字电视二维扫频测试图卡。
文档编号H04N17/02GK1585496SQ20041001944
公开日2005年2月23日 申请日期2004年5月28日 优先权日2004年5月28日
发明者李桂苓, 李春涛, 郑冰洋, 李秀敏, 李彦, 徐岩 申请人:天津大学