专利名称：高精度hdtv图像清晰度测试图及其生成方法
技术领域：
本发明涉及数字视频技术。具体讲，涉及高精度HDTV图像清晰度测试图及其生成方法。
背景技术：
近年来，LCD(液晶显示器)、PDP(等离子体显示器)、DLP(数字微镜显示器)、LCoS(硅基液晶显示器)和OLED(有机发光二极管显示器)等新型显示器(屏)，陆续投入实用。它们区别于传统的CRT(阴极射线管)显像管，不再像CRT那样基于电子束扫描工作，而是按寻址方式，可分别访问各个像素，是一类固有分辨率显示器(屏)。
固有分辨率显示器(屏)全屏各处的像素大小一致，分布均匀，可用多种方式激励，与CRT相比，成像机制发生了根本性变化。这种变化在提高数字图像清晰度方面，效果尤为突出。另一方面，由于数字图像格式多种多样，终端设备中一般需具有图像格式转换功能。只有最终送去显示的图像信号格式与显示屏有效像素点阵数一致时，重显图像才能达到该屏的最佳分辨率。因此，不仅显示屏本身的像素点阵数，而且数字图像的中心与固有分辨率显示屏的几何中心对准程度(同心度)、重显率或过扫描状态等，都会引起固有分辨率显示屏像素数与所能显示的数字图像信号像素数发生变化，从而影响重显图像的清晰度。
新型固有分辨率显示器(屏)的上述一系列特点，对评价和测试其显示图像的质量，提出了新要求。用清晰度测试图测定电视图像清晰度是常用的测试方法之一。但所见Philips和芝测等公司的测试仪，以及发明人曾申请的专利“数字电视复合测试图及其生成方法(申请号200410019445.0)”和“数字电视清晰度和过扫描测试图及其生成方法(申请号200410019448.4)”，均未提供为LCD、PDP等测试所需的极限8级灰度、各种显示器和各种图像格式所能呈现的图像清晰度特征值、多组精细测定特征值附近清晰度值测定单元、同时调整和测试同心度及重显率和过扫描值的标示以及监视测试是否在系统处于正常运动和彩色状态等的手段。另外，已见的测试图中的楔形线组线条数过少或过多，不仅不利于迅速判断清晰度值，特别是线条数过少时，还会把清晰度电视线数错误地读高，对LCD、PDP等显示器，甚至使测出的结果超出相应系统的理论最高值。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高精度HDTV图像清晰度测试图，主要面向LCD、PDP、DLP、LCoS和OLED等新型固有分辨率显示器(屏)，针对固有分辨率显示器(屏)自身特点、显像机制、与图像格式变换以及图像呈现状态等的关系，以提供精确测定高清晰度电视图像清晰度的高精度数字式清晰度测试图设计原理和方法。
本发明采用的技术方案是一种高精度HDTV图像清晰度测试图，包括下列组成部分(1)数字图像清晰度的表征及理论最高值1)空间分辨力NH×NV[像素]图像格式标注在测试图上方两侧；
2)水平、垂直和斜向清晰度LH＝NH×(H/W)[电视线]LV＝NV[电视线]Lθ＝Lπ/2/sinθ[电视线](NH、NV、W、H同上；θ斜向与水平方向夹角)标注在测试图中部大圆和四角小圆内相应楔形清晰度线组的对应位置旁，测试图各清晰度测试线簇间的测定范围需部分重叠，并设置多组精细标度的清晰度测试线组；3)视频基带信号上限频率(fu)受限，即标称带宽下数字图像水平清晰度LH＝2TEH×fu×(H/W)[电视线](TEH[us]行正程时间；W、H同上)标注在相应楔形清晰图测试线组对应位置旁；(2)清晰度测试线灰度连续分布；(3)水平、垂直和总的重显率顶部重显率RT＝2aT/HN×100％底部重显率RB＝2aB/HN×100％左部重显率RL＝2aL/WN×100％右部重显率RR＝2aR/WN×100％总的垂直重显率RH＝HS/HN×100％＝(1/2)(RT+RB)总的水平重显率RW＝WS/WN×100％＝(1/2)(RL+RR)(aT、aB、aL、aR分别为测试图显示图像中心到屏幕顶、底、左和右边的距离；HN、WN分别为测试图原始图像的高度和宽度；HS、WS分别为测试图显示图像的高度和宽度)重显率测试标度线按外侧对应水平、垂直重显率百分比值计算和标度；(4)水平、垂直和总的过扫描顶部垂直过扫描OT[(1/2)HN/aT-1]×100％＝(1/RT-1)×100％底部垂直过扫描OB＝[(1/2)HN/aB-1]×100％＝(1/RB-1)×100％左部水平过扫描OL＝[(1/2)WN/aL-1]×100％＝(1/RL-1)×100％右部水平过扫描OR＝[(1/2)WN/aR-1]×100％＝(1/RR-1)×100％总的垂直过扫描OH＝(HN/HS-1)×100％总的水平过扫描OW＝(WN/WS-1)×100％(各参数的意义同3)过扫描测试标度线按外侧对应水平、垂直过扫描百分比值计算和标度；(5)同心度水平方向同心度CW＝2a/WS×100％＝|aL-aR|/(aL+aR)×100％垂直方向同心度CH＝2b/HS×100％＝|aT-aB|/(aT+aB)×100％a测试图显示图像中心对屏幕中心在水平方向上的偏离量；b测试图显示图像中心对屏幕中心在垂直方向上的偏离量；WS屏幕宽度；HS屏幕高度；aT、aB、aL、aR分别为测试图显示图像中心到屏幕顶、底、左和右边的距离，测试图标示图像中心。
一种高精度HDTV图像清晰度测试图生成方法，包括下列步骤开始先根据整体布局及数字图像和数字电视图像清晰度和过扫描测试范围，定义图像水平方向及垂直方向的像素数，像素的宽高比，中心大圆及四周小圆的几何半径等参数；然后依次进行判断，如果属于第一层，就实现大圆中心清晰度测试线组的生成；然后进行下一个判断，如果属于第二层，则写四角小圆中的楔形清晰度测试线组；再进入下一个判断，判断是否属于第三层，如果是就写极限八级灰度和十级灰度测试信号；再进入下一个判断，如果属于第四层，就写大圆内部的特殊功能块和精细楔形线组以及四角小圆中心的彩色十字；继而进入下一个判断，判断是否属于第五层，如是，就写过扫描和重显率标记，并进行下一个判断；然后判断是否属于第六层，如果属于，写其它标记，最后在以上判断均为假时写入背景及背景线，最后结束程序的运行。
本发明具备以下效果本发明提供的用来把固有分辨率终端显示设备调整到其最佳分辨率状态，并测定这类设备的图像质量。
设计并生成新型高精度图像清晰度测试图。
图1为高精度HDTV图像清晰度测试图例图2生成高精度HDTV图像清晰度测试图的流程3高精度HDTV图像清晰度测试图右上角部分放大4高精度HDTV图像清晰度测试图左上角部分放大图具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
1数字图像清晰度的表征及理论最高值1)空间分辨力NH×NV[像素](NH图像水平有效像素数；NV图像垂直有效像素数)本项发明测试图例按我国HDTV图像格式设计，其空间分辨力为1920×1080，图像宽高比16∶9，帧率25Hz，每帧总行数1125。图像格式已标注在测试图上方两侧。
2)水平、垂直和斜向清晰度LH＝NH×(H/W)[电视线]LV＝NV[电视线]Lθ＝Lπ/2/sinθ[电视线](NH、NV、W、H同上；θ斜向与水平方向夹角)我国HDTV系统图像格式为1920×1080，图像宽高比为16∶9，三者的理论最高值分别为1080、1080和1527电视线，斜向清晰度的最高值出现在45°和225°方向。这些值以及其它一些特征值已用电视线为单位，标注在测试图中部大圆和四角小圆内相应楔形清晰度线组的对应位置旁。
测试图各清晰度测试线簇间的测定范围需部分重叠，以防止某段数值漏测。
为提高图像清晰度测试图测量精度，特别是对应不同数字图像和数字电视系统的特征值附近，需设置多组精细标度的清晰度测试线组。
3)视频基带信号上限频率(fu)受限，即标称带宽下数字图像水平清晰度LH＝2TEH×fu×(H/W)[电视线](TEH[us]行正程时间；W、H同上)我国HDTV系统视频标称带宽为30MHz，行正程时间为25.9us，图像宽高比为16∶9，视频标称带宽下可以达到的图像水平清晰度最高值为872.73电视线，并已标注在相应楔形清晰图测试线组对应位置旁。
2清晰度测试线灰度连续分布，以抑制测试图信号带外分量。
3水平、垂直和总的重显率顶部重显率RT＝2aT/HN×100％底部重显率RB＝2aB/HN×100％左部重显率RL＝2aL/WN×100％右部重显率RR＝2aR/WN×100％总的垂直重显率RH＝HS/HN×100％＝(1/2)(RT+RB)总的水平重显率RW＝WS/WN×100％＝(1/2)(RL+RR)(aT、aB、aL、aR分别为测试图显示图像中心到屏幕顶、底、左和右边的距离；HN、WN分别为测试图原始图像的高度和宽度；HS、WS分别为测试图显示图像的高度和宽度)重显率测试标度线按外侧对应水平、垂直重显率百分比值计算和标度。
4水平、垂直和总的过扫描顶部垂直过扫描OT＝[(1/2)HN/aT-1]×100％＝(1/RT-1)×100％底部垂直过扫描OB＝[(1/2)HN/aB-1]×100％＝(1/RB-1)×100％左部水平过扫描OL＝[(1/2)WN/aL-1]×100％＝(1/RL-1)×100％右部水平过扫描OR＝[(1/2)WN/aR-1]×100％＝(1/RR-1)×100％总的垂直过扫描OH＝(HN/HS-1)×100％总的水平过扫描OW＝(WN/WS-1)×100％(各参数的意义同3)过扫描测试标度线按外侧对应水平、垂直过扫描百分比值计算和标度。
5同心度水平方向同心度CW＝2a/WS×100％＝|aL-aR|/(aL+aR)×100％垂直方向同心度CH＝2b/HS×100％＝|aT-aB|/(aT+ab)×100％(a测试图显示图像中心对屏幕中心在水平方向上的偏离量；b测试图显示图像中心对屏幕中心在垂直方向上的偏离量；WS屏幕宽度；HS屏幕高度；aT、aB、aL、aR分别为测试图显示图像中心到屏幕顶、底、左和右边的距离)。
为调整和检测显示图像与屏幕中心的重合状态，测试图需标示图像中心。
附图1是以我国HDTV系统为例设计和生成的高精度HDTV图像清晰度测试图。图3、图4是其局部放大图。其图像格式为1920×1080，图像宽高比为16∶9，水平、垂直和斜向图像清晰度的理论最高值分别为1080、1080和1527电视线，斜向清晰度的最高值出现在45°和225°方向。
我国HDTV系统视频标称带宽为30MHz，视频标称带宽下可以达到的图像水平清晰度最高值为872.73电视线。
测试图各清晰度测试线簇间的测定范围部分重叠，可防止某段数值漏测。
为提高图像清晰度测试图测量精度，特别是对应不同数字图像和数字电视系统的特征值附近，设置了14组精细标度的清晰度测试线组。
测试图背景为灰底白格，其主要组成包括中部大圆及圆内多组图像清晰度测试线组、四角小圆及圆内图像清晰度测试线组、两侧极限8级极限灰度和10级灰度、四周过扫描及重显率标尺、图像格式标注等。
中部大圆内90°、270°；0°、180°；45°、225°共6簇电视图像清晰度楔形测试线组，分别用来测定电视图像中部的水平、垂直及斜向清晰度电视线数。大圆内第一、三象限分别设置水平和垂直4簇清晰度测试功能块，它们的测试范围分布在4个清晰度特征值附近，用来在这些特征值附近，精确地读取清晰度电视线数。大圆内第二、四象限分别设置垂直和水平3簇楔形清晰度线组，它们的施测范围也设计在我国HDTV系统和不同类型显示器(屏)相应的几个图像清晰度特征值附近，用于精细判定电视图像的垂直和水平清晰度电视线数能否达到特征值要求。大圆圆心十字位于测试图几何中心，用来调整和测试图像同心度。
四角小圆内90°、270°；0°、180°共4簇电视图像清晰度楔形测试线组，分别用来测定电视图像四角的水平和垂直清晰度电视线数。4个小圆圆心不同色调的彩色十字用于监视测试过程中，系统的色通道工作是否正常，以免在只开通亮度信号通道的非正常工作状态下，实测图像清晰度。
两侧极限8级灰度用于调整屏幕亮度和对比度，并检测LCD等新型显示器(屏)激励特性的线性和显示器的白平衡。两侧10级灰度主要检测CRT显示器(屏)激励特性的线性和显示器的白平衡，也可用于调整屏幕亮度和对比度。边缘的图像过扫描和重显率标尺用来调整和测定图像的过扫描和重显率的百分数。下方靠中部的图号及研制单位字符随时间交替呈现，可兼做系统是否处于正常运动工作状态的监视。
附图2为生成高精度HDTV图像清晰度测试图的流程图。程序设计采用逐层嵌套的方式和一些“if...else if...else...”判断语句。程序开始先定义图像水平方向及垂直方向的像素数，像素的宽高比，中心大圆及四周小圆的几何半径等参数。这些参数根据整体布局及数字图像和数字电视图像清晰度和过扫描测试范围设定。然后依次进行判断。如果属于第一层，就实现大圆中心清晰度测试线组的生成。然后进行下一个判断，如果属于第二层，则写四角小圆中的楔形清晰度测试线组。再进入下一个判断，判断是否属于第三层，如果是就写极限八级灰度和十级灰度测试信号。再进入下一个判断，如果属于第四层，就写大圆内部的特殊功能块和精细楔形线组以及四角小圆中心的彩色十字。继而进入下一个判断，判断是否属于第五层，如是，就写过扫描和重显率标记，并进行下一个判断。然后判断是否属于第六层，如果属于，写其它标记。最后在以上判断均为假时写入背景及背景线，最后结束程序的运行。
把生成的数据载入测试信号发生器，可以输出基带测试信号。将数据编码成不同标准，不同层次的数据流，配备码流读出器(卡)，可提供测试码流。基带信号源和码流发生器可分别用于测试显示器和终端接收、解码设备。
将数字电视图像清晰度测试图数据流送入数字电视前端，可用来监测整个数字电视系统的运行状态，为广播网提供高质量服务。
权利要求
1.一种高精度HDTV图像清晰度测试图，其特征在于，包括下列组成部分(1)数字图像清晰度的表征及理论最高值1)空间分辨力NH×NV[像素]图像格式标注在测试图上方两侧；2)水平、垂直和斜向清晰度LH＝NH×(H/W)[电视线]LV＝NV[电视线]Lθ＝Lπ/2/sin θ[电视线](NH、NV、W、H同上；θ斜向与水平方向夹角)标注在测试图中部大圆和四角小圆内相应楔形清晰度线组的对应位置旁，测试图各清晰度测试线簇间的测定范围需部分重叠，并设置多组精细标度的清晰度测试线组；3)视频基带信号上限频率(fu)受限，即标称带宽下数字图像水平清晰度LH＝2TEH×fu×(H/W)[电视线](TEH[us]行正程时间；W、H同上)标注在相应楔形清晰图测试线组对应位置旁；(2)清晰度测试线灰度连续分布；(3)水平、垂直和总的重显率顶部重显率RT＝2aT/HN×100％底部重显率RB＝2aB/HN×100％左部重显率RL＝2aL/WN×100％右部重显率RR＝2aR/WN×100％总的垂直重显率RH＝HS/HN×100％＝(1/2)(RT+RB)总的水平重显率RW＝WS/WN×100％＝(1/2)(RL+RR)(aT、aB、aL、aR分别为测试图显示图像中心到屏幕顶、底、左和右边的距离；HN、WN分别为测试图原始图像的高度和宽度；HS、WS分别为测试图显示图像的高度和宽度)重显率测试标度线按外侧对应水平、垂直重显率百分比值计算和标度；(4)水平、垂直和总的过扫描顶部垂直过扫描OT＝[(1/2)HN/aT-1]×100％＝(1/RT-1)×100％底部垂直过扫描OB＝[(1/2)HN/aB-1]×100％＝(1/RB-1)×100％左部水平过扫描OL＝[(1/2)WN/aL-1]×100％＝(1/RL-1)×100％右部水平过扫描OR＝[(1/2)WN/aR-1]×100％＝(1/RR-1)×100％总的垂直过扫描OH＝(HN/HS-1)×100％总的水平过扫描OW＝(WN/WS-1)×100％(各参数的意义同3)过扫描测试标度线按外侧对应水平、垂直过扫描百分比值计算和标度；(5)同心度水平方向同心度CW＝2a/WS×100％＝|aL-aR|/(aL+aR)×100％垂直方向同心度CH＝2b/HS×100％＝|aT-aB|/(aT+aB)×100％a测试图显示图像中心对屏幕中心在水平方向上的偏离量；b测试图显示图像中心对屏幕中心在垂直方向上的偏离量；Ws屏幕宽度；Hs屏幕高度；aT、aB、aL、aR分别为测试图显示图像中心到屏幕顶、底、左和右边的距离，测试图标示图像中心。
2.一种高精度HDTV图像清晰度测试图生成方法，其特征在于，包括下列步骤开始先根据整体布局及数字图像和数字电视图像清晰度和过扫描测试范围，定义图像水平方向及垂直方向的像素数，像素的宽高比，中心大圆及四周小圆的几何半径等参数；然后依次进行判断，如果属于第一层，就实现大圆中心清晰度测试线组的生成；然后进行下一个判断，如果属于第二层，则写四角小圆中的楔形清晰度测试线组；再进入下一个判断，判断是否属于第三层，如果是就写极限八级灰度和十级灰度测试信号；再进入下一个判断，如果属于第四层，就写大圆内部的特殊功能块和精细楔形线组以及四角小圆中心的彩色十字；继而进入下一个判断，判断是否属于第五层，如是，就写过扫描和重显率标记，并进行下一个判断；然后判断是否属于第六层，如果属于，写其它标记，最后在以上判断均为假时写入背景及背景线，最后结束程序的运行。
全文摘要
本发明涉及数字视频技术。具体讲，涉及高精度HDTV图像清晰度测试图及其生成方法。为提供一种高精度HDTV图像清晰度测试图，主要面向LCD、PDP、DLP、LCoS和OLED等新型固有分辨率显示器(屏)，针对固有分辨率显示器(屏)自身特点、显像机制、与图像格式变换以及图像呈现状态等的关系，以提供精确测定高清晰度电视图像清晰度的高精度数字式清晰度测试图设计原理和方法，本发明采用的技术方案是，图像清晰度测试图包括数字图像清晰度的表征及理论最高值；清晰度测试线灰度连续分布；水平、垂直和总的重显率；水平、垂直和总的过扫描；同心度。生成上述测试图的方法。本发明主要用于HDTV高精度图像清晰度测试图。
文档编号H04N17/02GK1791232SQ20051001612
公开日2006年6月21日 申请日期2005年11月16日 优先权日2005年11月16日
发明者李桂苓, 赵希, 李秀敏, 王立, 郑冰洋 申请人:天津大学