电视测量系统

2024-07-03

电视测量系统（共7篇）

电视测量系统篇1

0 前言

随着数字电视的推广和普及, 数字电视技术已深深植入广播电视领域, 新技术的应用使得用于测评广播电视系统 (包括电视播出系统、发射/传输系统和接收显示系统) 的质量情况有了新的测量标准。尤其是对于数字电视图象质量的测量就显得更加重要, 下面就数字电视图像质量测量的方法和标准进行了探讨。

1 数字电视图像质量的客观测量

数字电视系统图像质量测量主要是使用图像质量分析系统对数字视频系统进行测量和分析的方法。为了更好地测试压缩视频系统, 人们研究开发了多种图像质量客观测试方法, 总体来说, 这些方法大致可以分为两类:特征提取法 (如图1) 和图像差值法 (如图2) 。

整体来说, 影响数字电视系统视频图像质量的因素有输入视频的质量、输入视频的特性、使用的编码算法和编码参数。视频损伤常出现在高速运动、高度细节、圆周性运动、高频噪音、圆片颗粒和纹状等中, 常见的损伤类型有块状、模糊/污损状、边缘嘈杂、块状出错、飞虫噪音、量化噪声等。但是, 人的视觉图像质量的等级度量并不完全取决于这些, 在主观上, 画面亮度的差异比色度上的更易察觉, 前景上的差异比背景上的更易觉察, 平坦场面上的差异比活动场面上的更易察觉。只能参照原始基准图像来测量图像质量的好坏, 并且当客观测量的结果与主观评估基本一致时才有效。编码测量的理论和方法要充分考虑人眼对比的敏感度、空间时间的响应、色度的感觉灵敏度等特点。

根据运用最普遍的数字电视编码系统MPEG-2视频的基本原理及其引入图像失真的机理和失真表现, 可挑选了一些具有复杂快速运动、场景切换、色彩鲜艳和细节丰富等特点的素材作为测试图像序列, 要具有非常容易实现和精确的压缩编码的特性, 以此来进行主观画面编码测量 (如表1所示) 。

2 TS码流测量

数字电视信号都要编码打包成传送流 (TS) 形式, 通过异步串行接口ASI传输播出, 其可以有不同数据速率, 因此可发送和接受不同速率的MPEG-2数据。根据DVB标准TR101290的要求, 将TS码流测试按照其重要性分为三个优先等级, 第一级是可正确解码所必须的几个参数;第二级是达到同步后可连续工作必须的参数和需要周期检测的参数;第三级是依赖于应用的几个参数。这是数字电视质量的客观技术指标, 尽管它们不能直接用于图像质量的主观评价, 但影响着数字信号的质量和整个系统的稳定性, 其中第一、二直接关系到传送流能否被正确解码, 以及解码后节目图像和伴音的效果 (如表2所示) 。

3 传输测量

网络上传输的数字电视信号都要采用调制技术, 这是由信道噪声、带宽等客观因素引发的。最主要采用的就是正交幅度调制QAM、它同时利用载波的幅度和相位联合调制来传递信号。其调制阶次是传输频带利用率和载波抗干扰性取舍的综合性产物, 高阶的传输码率高, 而低阶的抗干扰性表现尤佳。调制阶次的选择与有限网络的模拟性能指标息息相关。

QAM调制是平衡调幅, 数字电视的调制信号是均匀的散布于指定带宽的, 也无峰值可言。在传输通道存在非线性失真的情况下, 使得非线形产物对模拟频道的干扰较重, 这需要调整数字频道的信号电平, 使数字电视视频质量处于最优状态。信号电平是用该频道信号平均功率来表达。

数字信号是离散的, 接收的信号有“断崖效应”, 要么稳定, 要么中断, 它只与传输误码率有关, 所以此指标是测量传输信号的重点。而在调制传输系统中一般采用载噪比指标, 载噪比差的数字频道会出现马赛克, 严重的图像不连续甚至不能解码。载噪比与调制阶次m的关系:C/N=Eb/No+101gm, Eb/No为每个有用比特能量和两倍噪声功率谱密度的比率, m是每个符号的比特率 (对64QAM来说, m=6) 。在QAM调制系统中, 信号的幅度、相位都会导致误码的产生。

调制误差率是理想符号矢量幅度的平方和除以符号误差矢量幅度的平方和, 用dB表示。它并非意味着此信号已经误码, 而是表征它在尚未误码时的质量。它用来早期检测非突发性的噪声 (或称做无用信号) 的影响, 如各种噪声、失真、交调制产物、干扰等。这些噪声它不像模拟信号那样直接产生雪花、滚动等, 但它表征信号质量, 警告系统将出现故障。

噪声余量是传输通道富裕程度和可靠性的一种表示方法, 是接收信号的载噪比与误码率为10E-4 (拐点) 时的载噪比之差。它是一种简易方便的测量方法。

以下为QAM传输测量的技术指标

(1) 输出电平

数字频道电平比模拟频道电平≤10dB

相邻数字频道间最大电平差≤3dB

相邻数字和模拟频道最大电平差≤13dB

(2) 调制误差率

调制误差率 (MER) 值为35～37dB

(3) 系统噪声余量

系统输出口噪声余量应>6dB

(4) 误码率/载噪比

误码率 (BER) <10E-4 64QAM

载噪比 (C/N) >31dB 64QAM

这四个方面构成了一个完整的要素, 分别对应流域的各个环节, 缺一不可。我们在测量数字电视的信号时要想全面的衡量数字电视图像信号的质量, 就要进行全面的测量, 由下而上的展开, 切实运用, 灵活掌握, 且在过程中尤其要考虑突发性因素的影响。

参考文献

[1]汪章瑞.DVB-C　QAM调制主要参数的选择与测试.2003.

[2]卜瑞峰.浅谈95122有线数字电视系统的参数及测量.中国有线电视.2004.

[3]向天明.DVB-C数字电视的测试.国外电子测量技术.2005.

[4]苏志武, 林定祥, 章文辉.数字电视系统测量与监测.电子工业出版社.2009.

电视测量系统篇2

可见光电视跟踪测量系统主要用于对可见光波段的目标进行成像跟踪和测量,即将视场中目标偏离光轴的角度大小检测出来,送伺服系统,形成闭环,由跟踪架带动电视测量系统跟踪目标,使得脱靶量减小,将目标始终锁定在电视视场之中.在无外引导设备的状态下,电视自动跟踪系统也可实施对穿过视场目标的自动捕获.电视测量系统作为光电经纬仪的主镜系统,其视轴精度将直接影响到经纬仪角度测量精度.图1为光电经纬仪电视自动捕获跟踪框图,由电视测量分系统、伺服控制分系统和监视器等组成[1].

1 系统结构设计

此可见光电视测量分系统设计要求如下:焦距f≥800 mm;相对孔径D/f≥1/4.5;对角线视场≥0.7°;具有自动调光、温度和距离调焦功能.此分系统包括:800 mm定焦距镜头(光学设计),自动调光、距离及温度调焦机构,高灵敏度CCD摄像机等[2].

1.1光学系统结构

可见光测量电视光学系统的作用是将被测目标成像到探测器靶面上,为测量提供图像和数据.对于800 mm的长焦距光学系统,为了缩短镜筒长度、减轻质量及减少二级光谱,系统选用折反式结构,其组成包括前校正镜组、主反射镜、次反射镜组、变密度片、滤光片及后校正镜组.其光学系统结构如图2所示.

1.2机械结构设计

根据光学设计,将镜头结构设计分为4大板块:镜头遮光罩组、镜筒组、变密度片-滤光片组、CCD摄像机组.机械结构外形示意图如图3所示.

1.2.1镜头遮光罩组

为了限制杂光进入成像系统和适应不同的外界光强环境要求,本镜头将其遮光罩设计为2节,且可随意拆卸和安装,遮光罩内壁设计有消光纹,并染黑处理,尽可能减小杂光对成像系统的影响.

1.2.2镜筒组

(1)前校正镜组和次反射镜

前校正镜组由2片光学玻璃组成,分别装在2个镜框中,镜框材料选用优质钢,以减小由于热变形引起的镜片应力变形.各镜框加工中除保证同心度要求以外,每个镜片在装入镜框后,还应进行定心加工.设计时,镜框的径向及轴向尺寸应留有对心加工的余量,定心完成后将光学镜片固定.隔圈、压圈及镜筒内壁设有消杂光的遮光齿纹.

次反射镜口径的大小直接影响光学系统的通光量,因此结构设计在保证光学有效通光口径的前提下,遮拦要尽可能的小.设计中,采用了轮箍式结构,这种结构主要是通过轴向尺寸的延伸来保证结构的刚度,而径向尺寸延伸较小,以减少对通光的遮拦.图4为前校正镜组和次反射镜结构图.

(2)主反射镜和后校正镜组

主反射镜为光学镜头最关键零件.其镜座必须为球面主反射镜提供稳定、无应力的固定支撑.考虑到温度变化对主反射镜的影响,采用优质钢为主反射镜内轴,主反射镜座采用铸铁材料.后校正镜组装在主反射镜内轴的内孔中,其光学间隔由隔圈来保证.

结构设计时在主反射镜座及主镜筒间留有可调整的间隙量,这样既保证了固定可靠,又防止了由于温度变化时主反射镜会产生过大应力,使主反射镜变形,从而影响成像质量.图5为次反射镜和后校正镜组结构图.

1.2.3变密度片-滤光片组

调光调焦系统对于保证CCD的成像质量起着非常重要的作用.为使在摄影过程中像面照度能保持在一个恒定数值上,自动调光系统中采用可变密度片,来自动调节像面背景照度,使CCD冷平面始终获得均匀的正确光照度.

自动调光系统的作用是当光电经纬仪对飞行目标进行摄影时,天空背景亮度尽管有较大的变化,但通过调光系统的调光元件(变密度片)自动调节CCD冷平面上背景光的照度,使目标像与背景有一最佳的对比度,以提高对远距离小目标像点的发现能力,得到尽可能清晰的像点.

采用电机驱动变密度片,其电机所带齿轮与变密度片座所带齿轮的转速比为9:1.变密度片可调光范围约为32倍左右.4种滤光片由箱体外手轮转动切换,箱体外有明显标志.变密度片和滤光片构成一组件,装配在基板上,基板与壳体相连,调节完成后定位并连接.

1.2.4 CCD摄像机组

光电经纬仪对飞行目标进行跟踪摄影的过程中,由于目标距经纬仪的距离不断发生变化,致使目标像点位置也随之变化,这样就造成像点离散,能量扩散,产生像点离焦现象,使目标像点和背景的对比度下降,影响成像质量.调焦系统的作用就是根据给出的目标距离信号,利用调焦系统的调焦装置自动调节目标像点的位置,使CCD冷平面始终位于光学系统的焦面上,以获得最佳的清晰像.表1给出了不同作用距离时的调焦量.

光电经纬仪在不同环境温度下工作,望远物镜由于温度变化会引起成像物镜的变形和机械零件的变形,从而使像面产生移位,也将产生离焦,使像点弥散、边缘模糊、像面能量扩散,导致目标与背景的对比度下降.为此还应设有温度调焦机构,温度调焦的目的是按照预先设计好的温度变化量,调节CCD的位置,从而补偿由温度变化而引起的离焦量.表2给出了温度不同时的调焦量.

CCD摄像机固定在一调节板上,由轴向精密丝杆带动进行温度和距离调焦.摄像机在调节板上可作轴向移动,调节垫片使其满足光学径向要求.精密丝杆与外部手轮连接,根据温度及距离调焦量设计其轴向调焦量为-2～+3 mm.

2 视轴精度分析

视轴是可见光电视测量分系统的光学系统主点与CCD靶面十字丝中心的连线,即为电视测量分系统的轴线.视轴误差是实际视轴与理想视轴不相重合而产生的误差,即为由于加工及装配误差,实际光学系统的主光轴与CCD靶面中心并不在一条直线上,而存在一个共线偏差[3,4,5].其产生的原因主要有:(1)机械零部件加工和装配的不完善,如透镜的位置有上下位移、CCD靶面的上下位移等引起视轴变化;(2)调焦装置的运行误差.由于调焦装置的运行不正确,不是沿视轴方向直线运动,而是不规则运动或有上下跳动而改变视轴的方向;(3)调光变密度片-滤光片的随机晃动误差;(4)CCD靶面本身的误差;(5)热变形误差;(6)镜头变形误差[4].

2.1机械零件的加工误差及零部件的装配误差σ1

镜头各零件由于机床本身的加工精度、零件的装卡及加工人员的操作技能等都会造成零件本身的误差.其中机床本身的加工精度属于系统误差;而零件的装卡和加工人员的操作技能属于随机误差.装配误差在视轴误差中处于重要地位,而且还可以对零件在加工过程中的误差进行补偿.装配误差主要跟装配仪器的精度和人员的经验水平有关,造成装配误差的主要原因有:各镜片装好之后的定心差、CCD相机的调整差、定心后的光轴与CCD调焦丝杆的平行度误差及变密度片和滤光片的安装倾斜度都属于系统误差.

定心加工即为在将每个镜片装入其相应的镜框后,用胶和压圈固定,使其成为一个整体,然后对其进行加工,使光学零件的光轴和机械零件的主轴同轴,这个过程相当于一次组合加工,这样可以将之前零件的加工误差减小,消除了误差的累积效应.

由装配误差带来的视轴晃动误差σ1的表达式为:σ1=σ1S.

设此项误差按等概率分布,则均方根误差表达式为:undefined

2.2调焦装置的运行误差σ2

由于调焦丝杆与螺母之间运行的不平稳性和垂直度误差及轴承间有间隙、轴承钢球的不圆度等都将造成CCD在调焦时的运行轨迹不是直线,或跳动而引起视轴的随机晃动,改变视轴的方向,从而造成视轴误差[3],其误差公式为:undefined

设此项误差按等概率分布,则均方根误差表达式为:undefined.式中,c是调焦过程中的CCD靶面中心偏差;f是镜头焦距;α′为弧度换算成角度的换算值,α′为2.063×105,c和f的单位均为mm.

2.3调光变密度片-滤光片的视轴晃动误差σ3

调光变密度片-滤光片由于在旋转时的晃动所造成的视轴误差σ3,如图6所示,其最大晃动误差为:σ3=σ3S+σ3R.式中,σ3S是系统晃动误差;σ3R是随机晃动误差.由图6得:undefined,其中,undefined,设此项误差按等概率分布,则其均方根表达式为

undefined

式中,i是入射角;i′是折射角;d是变密度片和滤色片的厚度;θ是晃动角;ΔZ是晃动引起的目标移动量;L是变密度片-滤色片距CCD耙面的距离;n是变密度片和滤色片所用光学材料的折射率;α′是弧度换算成角度的换算值,α′为2.063×105.

2.4 CCD靶面的本身误差σ4

CCD的制造误差如靶面与其安装底面之间的垂直度误差σ41、十字丝中心的坐标误差σ42等,这些误差对于本系统来说都属于系统误差,可以通过装配修整来消除.误差表达式为:σ4=σ4S=σ41+σ42.

设此项误差按等概率分布,则均方根误差表达式为:undefined

2.5热变形误差σ5

由于镜头内各元件的材料不同,各材料的热膨胀系数的差异导致各元件变形量的不一致,形成镜头视轴误差,属于系统误差[3].热变形引起的最大视轴晃动误差σ5为

σ5=σ5S(系统误差)

设此项误差按高斯分布,则均方根误差表达式为:σ5S=σ5/3

2.6镜头自重变形误差σ6

镜头内部的所有零件质量及镜筒自身的质量都会引起镜筒结构变形,形成视轴倾斜误差,此误差也属于系统误差[3].其引起的的最大视轴晃动σ6为

σ6=σ6S(系统误差)

设此项误差按等概率分布,则均方根误差表达式为:undefined

综上述分析,可得出可见光电视测量系统视轴均方根误差值σ为

undefined

3 结论

对可见光电视测量分系统的设计进行了详细的介绍,并定性分析了影响可见光电视镜头视轴精度的各种因素,并得出视轴误差公式和产生视轴误差的误差源,在理论和实践上都有较强的借鉴和指导作用.

摘要：可见光电视测量系统主要用于对可见光波段的目标进行实时测量,即将视场中目标偏离光轴的角度大小检测出来,送伺服系统,形成闭环,由跟踪架带动电视测量系统跟踪目标,使得脱靶量减少,将目标始终锁定在电视视场之中.详细介绍800 mm可见光测量电视分系统的各个部分的机械结构设计,并对其视轴精度进行了定性分析,得出了视轴误差公式和产生视轴误差的误差源.

关键词：电视测量系统,视轴精度,装配精度

参考文献

[1]朱焕文,赵治平.电视跟踪器的实时输出精度分析[J]光电工程,1990,17(6):31-46.

[2]冯小荣,张建新,樊秋林.电视跟踪系统误差分析[J].光电技术应用,2006,21(3):14-16.

[3]闻生.单指标经纬仪竖盘偏心差的精确测定及改正[J]长沙铁道学院学报,2000,18(1):25-30.

[4]刘敏,雷斌.靶场光电经纬仪测量数据的误差分析及数据处理[J].理论与方法,2007,26(11):12-14.

[5]光学仪器设计手册[M].北京:国防工业出版社,1972.

电视测量系统篇3

对广大广播电视新闻工作者来说, 如果在新闻采访现场用上一款携带方便并可随处使用的直播设备将能极大提高新闻采播的及时性。3G移动互联网的出现使这种愿望变成了现实。

自2009年工信部批准中国移动、联通和电信三家企业经营第三代移动通信 (3G移动互联网) 业务以来, 中国移动互联网市场保持持续增长的繁荣状态, 截至2012年底, 移动互联网的接入数量已经超过了PC, 达到惊人的4.2亿[1], 3.7亿互联网视频用户中有49.4%通过移动互联网收看互联网视频[2]。

笔者依托所在的广电总局广播电视计量检测中心, 有幸参与了对国内主流的7款3G直播系统产品的比对测试, 结果发现其中虽不乏优秀产品, 但也有部分产品存在各种各样的问题, 离满足实际应用的要求尚有一段距离, 例如传输稳定性不高、图像质量偏低、音视频流畅度不好。不同于普通用户使用的互联网视频, 广播电视行业对3G直播系统的音视频技术指标、系统功能、系统安全可靠性均有特殊的要求。为了提高3G直播系统的研究和应用水平, 笔者认为非常有必要根据3G直播应用的需求建立一套科学的3G直播系统评价方法, 其评价结果既可为用户提供选型参考, 也可为产品研发厂家提供改进依据。

1 3G直播系统评价

3G直播系统通常由3G移动终端、3G无线传输信道、固定互联网接入专线、局域网和录播服务器等组成, 如图1所示, 其中, 3G移动终端完成音视频信号采集、编码、封装和上传, 录播服务器完成直播节目数据的接收、解码、呈现、收录存储、分发和输出等功能。

当3G直播系统用于新闻节目现场直播时, 通常从功能、性能和可靠性三个方面评价其优劣程度。

1.1功能评价

对于3G直播系统, 由于使用环境的特殊性, 电视台用户更关心系统的操作便利性和移动应用环境下的适应性。根据电视台用户的使用需求, 建立了3G直播系统功能评价主要内容。

1.2性能评价

对于3G直播系统, 其最重要的功能是在有限的移动通信网络传输带宽下传输满足电视台用户质量要求的节目。根据电视台用户的要求, 3G直播系统性能评价的内容通常包括以下内容。

1.2.1传输性能评价

1.终端固定时的传输性能

3G移动终端处于静止状态, 调整系统配置, 使图像画面处于流畅、声音不间断的最佳状态。统计系统此时的数据传输平均速率, 建议的统计周期为2分钟。更高的传输速率, 说明系统能传输更高质量的图像画面。

测试中, 可调整的配置包括编码方式, 是CBR编码还是VBR编码, 以及用于传输的3G卡数组合情况, 例如是纯粹的联通卡还是联通卡与电信卡的混插, 卡数是1+1还是2+2等情况。

2.终端移动时的传输性能

终端移动情况下的传输性能测试, 用于评价大数据量、实时性高的应用场景下, 3G移动通信网络对高码率视音频数据传输的效果。

本项测试中, 使3G移动终端以80km/h的速度移动 (城市快速路的最高限速) , 调整系统配置, 使图像画面处于流畅、声音不间断的最佳状态。统计系统此时的数据传输平均速率, 建议的统计周期为2分钟。测试中可调整的配置与终端固定测试项的相同。

3.直播时延

IP网络数据传输具有突发性, 为了使视频数据速率平滑到可用的程度, 大多数的3G直播系统都需要开设一个足够大的接收数据缓冲区, 这也是导致直播时延的主要原因。更大的缓冲区, 通常可以获得更好的直播效果, 但是引入的直播时延也更大, 两者需取得平衡。

通过本项测试, 可以评价3G直播系统在正常工作状态下的直播时延。在保证图像画面连续的条件下, 该值越小越好。

1.2.2音视频特性评价

3G移动终端处于静止状态, 调整系统配置, 使图像画面处于流畅、声音不间断的最佳状态。

1.音频特性

测试3G直播系统大通路 (3G移动终端信号源输入到录播服务器的信号输出链路) 的嵌入音频特性, 被测指标包括幅频特性、信噪比、谐波失真和最大输出电平等。

2视音频相对延时

测试经编解码后的视音频信号的同步性能。按GB/T 22150-2008, 该值要求音频超前小于22.5ms, 滞后小于30ms。

3.录播服务器SDI输出接口特性

测试录播服务器解码输出的SDI接口特性, 被测指标包括信号幅度、上升时间、下降时间、上冲、下冲、直流电平偏移、10Hz、1k Hz高通滤波器下的抖动, 以及SDI信号格式, 其值需符合GY/T 243-2010、GB/T17953-2000和GB/T14857-1993的要求。

4.标清通道视频特性

测试3G直播系统大通路标清通道视频特性, 被测指标包括介入增益、幅频特性、非线性失真、信噪比、K系数、色度和亮度信号时延差和彩条信号矢量相位误差, 其值需符合GY/T 243-2010的要求。

5.标清图像质量

测试无损的图像序列经3G直播系统大通路传输后的质量损伤情况。测试中采用的图像序列取自广播电视行业标准GY/T228-2007, 常用的图像包括花坛、京剧舞旗、转盘、女排、秋叶、水松、旋转鸟笼和演播室访谈。测试方式为客观化的主观评价, 技术指标通常包括PQR (Picture Qulity Rating) 、DMOS (Diff erence Mean Opinion Score) 和PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) 。

1.3可靠性评价

对于3G直播系统, 最有可能面临的可靠性问题是3G移动网络的接入稳定性和IP传输网络的损伤。根据电视台用户的要求, 3G直播系统可靠性评价的内容通常包括以下内容。

1.3G卡移除/插入对3G直播系统的影响

就目前而言, 单张联通3G上网卡的理论速率完全能满足标清视频实时传输的要求。但是, 在实际应用中, 情况并不这么简单, 3G基站与移动通信运营商数据中心之间采用专线连接, 且速率有限。例如, 联通公司部署在央视新址附近的某些3G基站的专线带宽为7个E1 (每个E1的标称速率为2.048Mbps) , 共约14Mbps。如果3G直播系统所连接的基站同时服务其它的数据用户, 按照IP网络尽力、公平处理数据包的原则 (这里假设普通用户的数据包没有优先级别) , 单张3G能够抢占到的网络资源往往无法满足视频直播的要求。在3G直播系统中采用多卡、多运营商并发连接/传输的方法, 可有效解决上述问题。由于3G直播系统中有多家运营商的多张上网卡在同时工作, 且移动通信网络的接入具有不稳定性, 常因信号盲区等原因造成上网卡出现随机掉线, 需要测试直播过程中出现上网卡移除 (掉线) 、插入 (上线) 等事件对3G直播系统的传输性能和系统稳定性的影响。

2.网络损伤对3G直播系统的影响

3G移动终端处于静止状态, 调整系统配置, 使图像画面处于流畅、声音不间断的最佳状态。使用网络损伤模拟器串接在互联网专线与录播服务器之间, 模拟网络出现数据包延迟、丢失和乱序的异常情况, 测试3G直播系统的图像和声音质量的变化。

测试内容包括:

1) 抗数据包延时及抖动的性能:测试中, 对每个IP数据包施加服从Internet分布、范围在[min, max]间的延时量, 记录图像和声音质量的变化, 其中, 延时量[min, max]的建议取值分别为[0, 2], [0, 50]和[0, 100], 单位为毫秒。

2) 抗数据包丢弃的性能:测试中, 将每n个IP数据包丢弃1个, 被丢弃的数据包在n个数据包中的位置服从Poisson分布, n的建议取值分别为100、1000和10000。

3) 抗数据包乱序的性能:测试中, 每n个IP数据包中产生1个数据包乱序, 乱序偏移范围为1至5个数据包, 偏移量服从Poisson分布, n的建议取值分别为100、1000和10000。

2基准测试与分析

当下, 国内不少企业在向广播电视台推广3G直播系统, 但产品性能良莠不齐。为了摸清当前行业发展情况, 在2011年~2013年, 我们抽取了其中的7款产品, 按照本文评价方法进行结果可比对的基准测试, 即测试内容一致、测试地点一致、测试的技术环境一致——指测试仪器、互联网接入能力等技术环境一致。为保护厂家隐私, 本文隐去被测产品的生产厂家和型号, 部分数据的精度也做了技术处理, 但取值不影响用于对当前产品技术发展水平的说明。

2.1功能分析

测试后, 我们分别对终端、录播服务器及网络传输的功能进行了统计, 如表1、表2和表3。

从移动终端的测试情况来看, 开机时间在1分钟的2台, 1至2分钟的3台, 2分钟以上的2台, 分别占28.5%、43.0%和28.5%, 可见部分产品的开机时间还有提升的空间。在重要的信号接口方面, 有5款产品除了提供专业的SDI接口, 还提供了CVBS等常见视音频接口, 但仍有2款产品仅支持单一的复合视频输入。提供电池热插拔功能的产品3台, 占42.8%, 是通过在移动终端上设计专用的摄像机电池插口来实现的。在帧率和码率调整方面, 除1款产品采用固定帧率设计外, 其余的帧率均可调, 而全部被测产品具备码率预置和VBR/CBR选择功能。所有被测产品都具备网络接口, 具备工作状态监视和自适应动态编码功能, 其中的3款产品还实现了HD-SDI接口, 但在比较实用的本地保存和前后端通信功能上, 分别有2款产品未实现。

从录播服务器的测试情况来看, 虽然数量不尽相同, 但每台服务器可以管理的终端数量都比较可观, 直播画面的预览功能也比较人性化, 都具备SDI输出接口, 但也有遗憾, 实用的延时播功能仅在1款产品上得到了实现。

网络传输方面, 各产品虽然支持的3G网络数量不同和可插卡数量不同, 但都具备多网混合传输功能, 可见多网混合传输是增强传输性能和安全可靠性的一个有效方案。

2.2传输性能分析

在数据传输性能测试过程中, 我们对每款产品的插卡进行了组合, 例如3张联通卡同时工作、2张联通卡加1张电信卡混插等多种组合, 系统状态也通过参数调优被调整到最佳, 因此, 表4中的数值的是测得的产品最优性能。在该测试结果下, 直播图像画面流畅、声音不间断。

通过测试我们发现多卡多网混合使用对提高系统的传输性能有重要作用, 但如果系统中插入同一3G网络上网卡的数量过多 (例如3个以上) , 则其中的单卡信道利用率反而有较大的降低。测试结果表明, 多卡多网混合使用不但可以提高系统的传输性能, 还可以在其中某个3G网络覆盖不良的情况下完成直播, 提高了直播安全可靠性。按常规的思维理解, 系统中并行工作的3G上网卡数量越多, 则传输性能越高, 但多款产品的测试结果并未验证这个道理, 甚至有些厂家的产品在测试中出现了多卡混合传输时系统不能稳定工作的现象, 3G上网卡无故掉线, 严重的竟然无法完成测试。实际上, 每张上网卡相当于一个物理信道, 在发送端, 待传的音视频数据需要按照一定的算法均衡到各信道上, 但是3G信道极易受外界环境干扰, 每个信道的可用传输带宽不仅不稳定, 而且大小也不一致, 因此对均衡算法和数据可靠传输提出了极高的要求。插卡数越多, 信道数量越多, 挑战越大。

2.3直播延时

信号传输延时取值对视音频数据传输的稳定性有影响, 两者间需取得平衡。从表5可见目前的延时值基本在数秒的量级范围内, 但要保证图像画面的连续性, 延时3s以上效果较好。除I、III号可直接从软件界面调整延时值外, 其余产品亦可通过修改软件内部的接收缓存来达到调整延时值的目的。

注:√表示支持, ×表示不支持, ——表示未知。

注:√表示支持但无数值, ×表示不支持。

2.4图像质量与音视频特性

我们还分别对音频特性、视音频相对延时、SDI输出接口特性、标清通道视频特性和标清图像质量进行了测试, 结果在表6至表10中。

从音频测试结果来看, 仅1款产品的频响达到了16k Hz, 其余的均在10k Hz以下, 甚至有3款产品在3k Hz以下, 有4款产品的失真大于1%, 总体表现欠佳, 原因除了音频码率过低以外, 还有数据传输不稳定的原因。从视音频相对延时测试结果来看, 大部分产品的相对延时偏大, 达到了观众可明显觉察声画不同步的地步, 需要改进。从SDI输出接口特性测试结果来看, 超过3款产品的低频抖动超标 (10Hz高通滤波) , 其中包括了2款整体表现最好的产品, 可见产品设计中除了要提高系统的传输性能和稳定性, 还要做好电磁兼容设计, 减少对基带数字信号的扰动。从最能代表系统视频处理能力的通道视频特性测试结果来看, 只有5款产品合格, 有2款产品出现了亮度信号幅度降低、高亮部分压缩、高频衰减过大、视频通道带宽不足等现象, 影响到了图像的亮度和清晰度。受限于3G网络的传输带宽, 测得的几款产品稳定的视频码率都不高, 反映到图像质量上则表现为大多数情况图像平滑连续, 但图像质量总体表现都不佳, 测得的PQR值在11.9~20.3之间, DMOS值在47.2~70.5之间, PSNR值在20.2~28.1之间, 图像质量有很大的提升空间。

3可靠性分析

经过测试, 具备多卡或混合插卡的产品基本实现了动态拔卡和插卡的功能, 动态插拔卡不会造成传输中断, 但插拔过程会对系统的传输性能产生影响。插拔测试过程中, 我们对传输速率进行了实时监测, 可观察到插拔动作发生后, 系统的传输速率发生了改变, 通常需要数10s才趋于稳定。

此外在网络损伤测试中, 我们将网络损伤模拟器串接到录播服务器与互联网专线之间, 按1.3小节的规则人为地对IP数据包施加了丢弃、误码、乱序和抖动等损伤行为。除在极端损伤 (如按1/100随机丢弃数据包) 条件下, 被测产品对网络损伤的容忍性总体表现良好, 施加轻微网络损伤时, 视音频传输状态未见明显变化。

注:-号表示音频滞后于视频。

注:不合格原因均为10Hz高通滤波下抖动超标。

注:不合格原因:IV号为亮度幅度降低, 信号带宽约2MHz, VII号为亮度幅度降低, 带宽2MHz, 高亮部分出现压缩。

4思考和建议

从测试的总体情况来看, 部分产品表现良好, 音视频指标基本满足标清行业标准的要求, 说明基于3G移动网络进行电视新闻直播完全可行, 但也有表现不佳的产品, 主要表现为3G上网卡无故掉线、数据传输速率偏低、音视频指标劣化严重等问题, 尚未达到实用水平。

然而, 即便是表现良好的产品, 其图像质量、声画同步、声音质量仍不能满足观众的收视需要, 这一方面说明现实中的3G移动互联网的传输性能与其理论性能还有很大的差距, 另一方面说明基于3G移动互联网实现的电视直播系统中仍存在很多待解的技术问题。

要提高3G直播系统的视音频传输质量, 改善视听主观感受, 可以有以下几种途径:

1.改进编码算法, 如对目前普遍采用的H.264编码进行参数调优, 使之更适合于移动网络环境, 或采用自适应于传输链路带宽的动态编码, 甚至可以考虑采用更先进、效率更高的其它编码算法, 如H.265。

2.优化传输算法, 如通过附加的冗余数据包提高数据传输的可靠性, 牺牲带宽换取音视频质量, 或在传输环节中引入网络链路的动态检测技术, 通过在链路的两端植入网络探针的方式, 动态探测链路的可用带宽, 系统可以根据探测到的实时值来优化数据传输。

无论采取什么方式, 提高编码效率、提高音视频码率、提高数据传输稳定性都是改善3G直播系统性能的必经之路, 也许在不久的将来, 4G移动互联网辅以接入移动基站的更高速互联网专线将会彻底解决目前3G移动互联网电视直播系统所面临的难题。

5结束语

笔者有幸作为第三方检测机构的工程技术人员对国内外生产的多款3G直播系统进行了测试, 较全面地掌握了当前3G直播系统的技术发展水平。在此过程中, 深刻地体会到了广大技术人员对深入掌握3G直播系统测量评价方法相关知识的迫切需要。本文在讨论3G直播系统的音视频特性、功能和可靠性的技术要求的基础上, 给出了3G直播系统的测量和评价方法, 分析对比了7种产品的检测结果, 讨论了性能劣化的可能原因, 并提出优化系统设计的合理化建议。

摘要：本文通过讨论3G直播系统的音视频特性、功能和可靠性的技术要求, 提出了3G直播系统的测评方法, 分析了7款产品的检测结果, 研究了系统性能劣化的可能原因, 给出了优化设计的建议。

关键词：3G,直播,电视,测量

参考文献

[1]中国互联网络信息中心 (CNNIC) , 中国移动互联网发展状况报告[R].2013年4月.

数字电视测量指标分析篇4

数字电视信号传输通过以下几项指标可以判断是否劣化并影响到传输质量, 介绍如下:

1 星座图

当数字流分成I和Q两组, 经量化以相位相差90°进行调制, 这便使信号在坐标图上有一个相应位置, 构成所谓星座图。星座图可以直观的判断数字电视故障。

2 误码率BER

误码率BER是指发生误码的位数与传输的总位数之比。当信号质量很好的情况下, 纠错前与纠错后的误码率数值是相同的, 但有一定干扰存在的情况下, 两者不同, 纠错后误码率要更低。典型目标值为1E-09, 对于数字电视而言, 这时观看效果清晰、流畅;准无误码BER为2E-04, 偶然开始出现局部马赛克, 还可以观看;临界BER为1E-03, 大量马赛克出现, 图像播放出现断续;BER大于1E-03, 完全不能观看。

3 调制误差率MER

调制误差率MER是精确表明数字信号在调制和传输过程中所受到的损伤。QAM调制信号从前端输出, 经各级网络传输、入户, 其MER指标会逐渐恶化, MER的经验门限值对于64QAM为23.5dB, 对于256QAM为28.5dB, 低于此值, 星座图将无法锁定。MER可为接收机对传输信号进行正确解码的能力提供一个早期预警。当信号质量降低时, MER将会减小。随着噪声和干扰的增大, MER逐渐降低, 而BER仍保持不变, 只有当干扰增加到一定程度, MER继续下降, BER才开始恶化。

我们平时有多种仪器来分析数字电视指标, 以下是使用带QAM分析功能的场强仪—860DSP来测试数字电视传输指标。

电视测量系统篇5

为了保证有线数字电视播出时的安全, 跟随广播数字电视的发展潮流, 需要对广播电视的各个方面实施监测, 能够及时的发现问题、解决问题, 从而使有线数字电视的安全播出有了保障;对广播电视的各个方面实施监测, 维护了电视用户的切身利益, 使有线数字电视的各个环节和谐、有效地发展, 创造了一个有利于有线数字电视发展的环境;对广播电视的各个方面实施监测, 既能够对市场秩序加以维持, 又能够更好地服务于广播电视用户, 防止播出中有重大停播、劣播事故的发生, 使有线数字电视正常播出, 加快数字化电视的发展。

一、对有线数字电视实施监测的必要性

1. 提高电视频道质量的需要

有线数字电视可以同时传送5—6套的电视节目, 其质量可与DVD相媲美, 或可传送1—2套的高清晰版的电视节目, 对电视频道作了充分的利用, 提高了用户对电视节目的可选性, 更好地服务于用户。电视节目多了以后, 对监管部门是一个不小的挑战。

2. 提高网络传播质量的需要

随着生活水平的不断提高, 人们对广播电视的传播质量也有了越来越高的要求, 我国的广播电视还处在模拟转数字的过渡期, 有线数字电视技术缺乏稳定性, 经常发生故障, 接收器接收不到信号, 有线数字电视的信号不稳定引起了观众的极度不满。因此要提高网络传播质量, 必须要确保有线数字电视信号传输的稳定, 离不开对数字电视的监测技术。

3. 节目多样化发展的需要

随着节目频道的增多, 节目的形式也随之丰富多样起来, 数字电视可以为大众提供多功能的服务, 网络成为主要的承载平台, 信号传输与接收器之间的关系更加复杂。为了数字电视传播秩序的正常维持, 需要加强对有线数字电视信号的测量与监测。

二、有线数字电视网络传输机理

根据MPEG—2的标准, 对有线数字电视网络中的模拟视音频信号进行抽样, 并压缩形成ES基本码流。在对基本码流进行分段处理, 进行打包以形成打包的基本码流PES。在传输过程中, 再将PES分成传输包码流TS, 传输包码流有固定的长度是188B。TS在流经系统时, 被加入PSI/SI和加密信息形成了多路节目传输流, 再通过64QAM的作用, 最后就形成了数字射频信号。只要是MPEG—2的基带信号传输流, TS都是以基带信号的身份进行传输的。

三、有线数字电视的监测内容

1. 分析TS码流与图像质量的关系

传输信号在传输过程中容易产生误码, 导致数字电视信号质量下降。只要是MPEG—2的基带信号传输流, TS都是以基带信号的身份进行传输的。因此要对MPEG—2传输流进行监测, 以检查MPEG—2传输流的完整性、EPG节目指南、QAM等。电视频道的不断增多, EPG节目指南也显得越来越重要。在对视频进行测试时, 需要先确定光纤的损耗程度和色散程度, 并对视频内容进行测试, 以确保它及时、准确地到达目的地。

依据数字电视信号的特点和ETR101290中的标准, 把错误分成:第一、第二、第三优先级。这三个优先级对数字电视的节目解码有着决定性影响, 第一优先级对节目图像和伴音的内容有直接影响, 第二优先级影响传输的可靠性和稳定性, 第三优先级则对显示结果有影响, 数字电视系统监测可把这3个优先级的参数作为技术基础, 来构建数字电视监测系统。分析图像质量过程如图所示, 能够对被测系统进行全面地、准确地评估。

2. 测试传输系统

监测传输链对于“原始”数据包的传输作用很大, 在传输过程中, 出现的误码等问题, 将影响传输流的所有内容。如果传输流是通过ATM/SDH网进行分配的, 那么就要对自身的报警系统进行监测, 在有线数字信号应用前, 监测误码, 在错误还可以纠正时, 及时地检测出和传输相关的问题, 进行有效地纠正, 防止错误影响进一步扩大化。

3. 测试视音频的指标

数字信号中最终起作用的还是视音频信号, 它仍然保持着与模拟音视频类似的技术指标, 电视信号发生器首先发出测试信号, 通过D/A转变成模拟复合信号, 进行视音频的测试。目前视音频测试分析系统的最高水平是VM700T, 既能够实现数字视音频的各项测试, 也能够实行模拟视音频的各项测试, 可供选择的测试程序也有很多, 但是测试费用较高, 价格昂贵。

结语:综上所述, 随着有线数字电视推广的深入, 数字电视已经进入到平常百姓家, 不仅为大众带来了丰富多彩的娱乐节目和容量大的资讯, 让大众亲身体会到科技发展带来的生活的变化。数字化和网络化的广播电视技术, 对中国的广播电视行业来说既是机遇, 也是挑战。因此, 要做好对有线数字电视信号的监测工作, 让它更好的为人们的生活服务。

参考文献

[1]包勇.有线数字电视信号监测监管体系建设[J].广播与电视技术, 2009 (12)

电视测量系统篇6

1 简述国标地面数字电视单频网的结构

电视覆盖网主要包括单频覆盖网和多频覆盖网两种, 与多频网对比, 单频网最大的特点在于具备多个不同地点的、同步状态的无线电发射台, 无线电发射台在同一时间以相同的频率发射相同的信号, 就可以对一定区域进行全面的、有效的覆盖。

将兆帧初始化包 (M IP) 插入TS流, 保证D V B-T单频网发射端在频率、比特、时间方面同步。当TS流进入单频网适配器的时候, 就会自发的进行适配, 适配会形成包含秒帧初始化包 (SIP) 的TS流, 再由节目分配网络将包含秒帧初始化包 (SIP) 的TS流传送到各个发射台, 在对网络传输时间进行补偿的时候, 主要依据是单频网同步所需的时间, 地面数字电视激励器会根据单频网适配器特有的工作模式发送相关的节目。国标地面数字电视单频网结构与D V B单频网的主要区别在于, D V B单频网中的M IP可以随意进入兆帧位置, 就国标单频网而言, SIP的插入就不那么“随意”了, 因为单频网适配器每秒插入SIP的时候, 必须保证与G PS的1PPS对齐。在D V B单频网中, 想要确定兆帧的起始位置就必须借助指针定位第 (n+1) 个兆帧, 然而由于单频网适配器中的空包问题存在, 计算的正确性难以保证, 在国标单频网中, M IP包被SIP包代替, 由于SIP与1PPS的同步性, 所以可以以1PPS来确定输出SIP包, 此过程中不需要使用指针, 更有效的避免了计算的问题。

2 选择传输系统的参数

系统参数是衡量单频网性能的重要参数。系统参数不仅包括调制编码方式、纠错码率, 还包括符号交织和保护间隔等, 这些因素共同决定了系统的有效码率、覆盖半径、移动速度等性能。系统的工作模式选择是根据实际情况来确定的, 一般情况下, 组建单频网的半径都应超过16 km, 而在相关工作者建设过程中, 如果单频网的覆盖重叠区域过大, 载噪比不可避免的会降低, 继而导致某些区域出现场强大却收不到信号的不良现象。因此, 在组建单频网的时候, 要充分考虑场强重合的问题, 尽可能的减小重叠区面积, 减小覆盖区域因发射点不同步相互干扰。通过以上的讨论可知在落实单频网传输模式选择的时候, 我们需要严格的遵循如下的三个原则:

第一, 子发射台的距离尽量小于且接近于单频网理论覆盖半径;

第二, 选择具有较低载噪比门限的模式以减小发射机的功率;

第三, 选择净荷速率较高的传输模式保证在有限的频率资源下传输最多的码流。

值得一提的是, 如果单频网的搭建受到空间或者其他特殊情况限制时, 可以从天线的角度出发考虑, 减小信号覆盖的重叠区域, 选择方向性天线进行发射, 通过调整方向图来改变覆盖重叠区大小。当然在对天线的传输系统参数进行选择的时候, 也需要从覆盖半径、移动/固定接收方式、载噪比和净荷速率等角度出发综合考虑。

3 单频网组网测试

保证单频网内各个子发射机同步发出信号是单频网组网过程中最关键的问题, 但是实际情况下, 由于子发射台和中心台之间的距离想要都保持相等是十分困难的, 所以我们也很难使得发射机在接收到输入TS包的时间也一致。因此, 我们需要采取一定的措施以保证发射机接、收输入TS包时间一致, 一般情况下, 我们让那些收到信号较早的发射机不立刻发射信号, 而是等待一段时间后再进行信号的发射。如果我们能将发射机的信号发射时间调整到正常水平时, 就能够取得时延补偿的最好效果, 也能更好地实现网内各子发射器的同步发射。然而实际情况下也会也会出现时延补偿调整不当的情况, 此时单频网就会出现“失步”, 各个子发射机的信号就会受到不同程度的干扰。当子发射机受到的干扰程度突破了接收机的解调解码的能力范围时, 信号接收过程将无法完成。基于以上讨论我们可知发射机的时延补偿对于单频网意义非凡。在实际的单频网调试过程中, 我们只有通过对时延补偿进行一定的实验测试活动, 才能对其具体的补偿情况有所了解, 这样一来, 才能根据需要进行相关的修正活动。实验室中单频网发射机时延补偿测试主要有三种:

第一, 时域测量:对频道脉冲响应进行测量。对于接收机来说, 其接收到的来源于单频网子发射机的信号是多径信号的一种, 所以完全可以将其看作是多径信道的一个径, 将单频网建模成为等幅多径信道。各个子发射机的延迟时间数据可以通过C IR观测取得。时域测量:测量频道脉冲响应的这种测试方法有其优势也有其弊端。就优势而言, 它能直接确定时延值, 而弊端则表现在其需要配备具有调节功能的C IR测试仪。

第二, 频域测量:对频谱变化进行观察。当接收信号频谱出现波动时, 说明信号中存在多径信号, 若接收信号频谱出现波瓣, 并且带宽与时延值成反比, 则说明信号中存在路径时延。基于此, 可以利用频谱分析仪观察接收信号确定有无路径时延。频域测量:观察频谱变化这种测量方法的优点在于可以直接看出时延对频谱的影响, 而缺点在于对延时的测量要求较为严格, 过大或者过小不都不易观测频谱图, 因为外界环境的变化都会严重的影响频谱图, 频谱图的不清晰会影响测量结果。

第三, 参考接收机测量。这种测量方法主观忽略了信号发射、接收之间的时间差, 落实测量需要有两台一模一样的接收机, 一台接收机将作为实验的对照设备, 最终测量的结果是发射机时延和接收机处理时延的总和。参考接收机测量方法的优点显而易见, 但其缺点也很突出。这一方法不但实验操作过程相对复杂, 而且其结果得到的时间值是发射机时延的相对值, 缺乏直观性。

4 结束语

国标地面数字电视单频网是我国的地面数字电视单频网发展的必然趋势, 虽然现阶段此项技术的落实还存在一些问题, 但是相信通过相关工作者的努力一定可以合理的解决问题, 为我国的地面数字电视单频网事业添加助力。

参考文献

[1]郭发云.国标地面数字电视单频网的组网与建设[J].山西电子技术, 2011.

[2]温娜.国标地面数字电视单频网测量方法[J].电视技术, 2008.

电视测量系统篇7

一般显示器的色域覆盖率主要取决于显像三基色的色度坐标在色度图中构成的基色三角形面积,三角形色域称为常规色域,它所能重显的彩色只能在这个三角形之内,三角形之外的颜色不可能被重显。为追求更完美的色彩重显,国际标准组织研究制定了比常规色域更宽的色域标准。Pointer色域是实测的“物体真实表面色色域”,《未来电视和图像系统的国际统一色度和相关特性》建议书ITU-R BT.1361[1,2]将Pointer色域作为目标色域,ITU BT.709和我国GY/T 155-2000中的扩展色域部分均采用了ITU-R BT.1361。此外,国际电工委员会也制定了IEC 61966-2-4《多媒体系统和设备—彩色测量与管理2-4:彩色管理—面向视频应用的扩展色域YCC彩色空间—xvYCC》标准[3]。同时,近年来出现的发光二极管(LED)显示器、数字光学处理投影显示器、采用LED做背光源的液晶显示器等能够重显比常规色域更宽的色域。

为构建三维色域图,需对被测样机进行多个色块的色坐标测量。由于这些色块不只是常规色域测试所采用的R,G,B基色,而是具有不同色调、亮度(明度)和色饱和度的色块,为保障测试结果的准确性,需对使用的亮色度计进行校准,得到多个色块的修正值。本文首先介绍了数字电视显示器的亮色度计校准方法,然后介绍了宽色域测量多个色块的校准方法。

1 光谱亮度计校准方法

使用光谱亮度计测量电视显示器的方法如图1所示。

用X,Y,Z表示1931 CIE-XYZ色品图中任意色光的三刺激值,若被测电视显示器发出的彩色光具有光谱功率分布ϕ(λ),则该彩色光的三刺激值分别为[4]

式中:是CIE标准观察者光谱三刺激值。由X,Y,Z再进行归一化处理,就可以求出任意色光的色度坐标x,y,z为

由式(1)可以看出,光谱亮度计的测量值与被测电视显示器发出的彩色光的光谱功率分布ϕ(λ)有关,因此,对用于测量电视机显示器的光谱亮度计进行校准时,除了用标准光源进行校准,还应进一步通过利用与被测样机相似光谱形状的标准光源进行校准。根据显示器发光原理不同,电视发出彩色光的光谱功率分布不同,电视显示器相对光谱功率分布如图2所示。

采用CCFL背光、LED背光的LCD与CRT的相对光谱功率分布有明显不同的特征。虽然3种谱线都呈线状,但LED背光的光谱功率峰值在450 nm附近,CRT的峰值在625 nm附近,而CCFL背光的光谱功率峰值在550 nm附近,在610 nm附近也有较高的谱线。这说明不同发光器件的显示器发出彩色光的光谱功率分布不同。而且由图2可以看出,A光源光谱呈连续分布,无线谱特性,与电视显示器的相对光谱功率分布差异很大,因此,除了采用国际通用的A光源对测量电视机显示器的光谱亮度计进行校准,还应该使用与被测样机光谱接近的标准屏,减小由于光谱分布不同所引入的不确定度,如图3所示。

选取光谱功率分布稳定的显示器作为标准显示屏,采用标准测量仪器对标准屏的量值进行标定,然后用待校准的光谱亮度计对标准显示屏进行测量,测量结果与标准显示屏的准确值进行比较,得出修正值。该校准方法通过标准屏完成量值传递。

2 宽色域测量的色块校准方法

为构建精确的三维色域图,需对大量具有不同色调、亮度(明度)和色饱和度的色块进行测量。为保证测量结果的准确性,需要对使用的光谱亮度计进行校准,得到该仪器测量这些色块的修正值。光谱亮度计的校准通过采用标准光谱亮度计传递量值来实现,该校准方法需保证标准光谱亮度计测量电视显示器这种光谱分布的样机能够得到正确结果,这需要通过修正光谱亮度计的光谱响应度来实现。通常采用标准A光源对测光仪器的光谱响应度进行可见波长范围内逐个波长段的标定。这就引发一个思考,如前面所述,校准时所用的光源光谱应与被校准光谱亮度计所测的样机光谱一致,采用标准A光源校准的标准光谱亮度计测量光谱完全不同并具有一定线光谱特征的电视显示器,得到的测量值是否是准确的?通过计算证明,理论上进行仪器的光谱响应度修正时,各个波长段的修正值与采用的标准光源光谱谱形无关。证明如下:

1)图4为校准光谱图,假设用测光仪器对准A光源进行测量,则测量后测光仪器得到B光谱,然而正常应该得到A光谱,所以需要对B光谱响应度进行修正使其得到C光谱。

设光谱响应度的修正系数为a1(λ),则

2)假设用另一F光源对同一测光仪器校准,则有光谱图如图5所示。

设光谱响应度的修正系数为a2(λ),则

由于探测器的光谱响应度是单位光(辐射)量产生的电流(电压)量[5],该参数是仪器固有参数,与其输入激励无关,因此有则有

将式(3)和式(4)代入式(5),则

推出a1(λ)=a2(λ),即上述2种校准方法在波长λ处的修正值相等。

理论上不同光谱类型的标准光源对测光仪器的光谱响应度进行修正都能够得到相同的修正值。标准A光源光谱为连续光谱,无典型的特征谱线,通过精确控制光源电压和电流,保持其光谱辐射功率分布稳定,因此通常采用标准A光源进行光谱响应度校准。校准后的测光仪器测试其他光谱的光源时能够得出准确结果。

按照上述方法完成标准光谱亮度计光谱响应度修正后,进行测量色块的光谱亮度计校准,如图6所示。首先,采用中国计量科学研究院的标准光谱亮度计对样机显示出的色块进行测量,得到准确值A,然后在被测屏的相同测量面积内用被校准设备对色块进行测量,得到测量值B,则测量结果的修正值是A和B的差值。

3 小结

测量电视显示器使用的光谱亮度计应采用光谱与被测样机接近的光源进行校准。理论上不同光谱类型的标准光源对测光仪器的光谱响应度进行修正都能够得到相同的修正值。三维色域的色块测量可采用光谱响应度经修正后的标准光谱亮度计进行校准。

摘要：数字电视显示器的宽色域技术是显示领域的发展方向。近年来,宽色域显示器件和显示方式有长足进步,以发光二极管为背光源的液晶显示器等已商品化。采用三维色域测量方法,可以比传统测量方法更加准确地衡量产品的色域。提出了利用显示器宽色域色块校准方法,解决三维色域测量的准确性问题。