专利名称：一种检测数字视频系统丢帧裂像的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种检测数字视频系统丢帧裂像的系统和方法，是一种使用数字信号 检测计算机数字视频图像采集、编辑、播出系统运行质量的系统和方法，是一种检测计算机 数字视频系统对图像处理能力的系统和方法。
背景技术：
电视节目的制作需要稳定的视音频信号来源，作为信号源的视频播出系统在长时 间运行中，由于系统其自身的稳定性等问题，部分视音频帧数据未能及时到达接收设备，造 成了视频信息的损失，这种现象称为丢帧。不仅信号的视频播出系统会出现丢帧，视频采 集系统如电视节目的收录系统在采集视频数据时同样可能因为数据无法及时处理产生丢 帧。这些数字视频系统工作中时常需要对视频数据进行缩放、编解码(压缩或解压缩)或特 效渲染等处理，而这类操作大都比较消耗时间和计算机资源，以特效渲染为例，假如CPU无 法在一帧时间内完成对一幅画面的特效渲染，导致处理不实时(没有在一定的严格时限内 完成)，那么就可能会出现后一帧覆盖前一帧图像的情况，或者由于数字视频系统的本身问 题，造成部分图像在水平方向上偏移了几列，或者画面中的某个区域发生图像的错位，这些 都被视为裂像。丢帧和裂像的出现与数字视频系统本身的质量和处理能力密切相关，因此，是否 会产生丢帧和裂像是检验数字视频系统质量和性能的两个重要指标。目前，检验丢帧、裂像 主要靠人工的检测，靠肉眼在实际工作中观察图像质量的变化。而数字视频系统在工作时， 丢帧又往往很难在第一时间被发现，这对节目质量要求很高的工作来说是难以容忍的。靠 肉眼观察裂像也是十分困难的，必须盯住屏幕观看，眨眼的功夫，可能就错过一帧裂像，漏 检率很高。因此，需要一种能够自动检测数字视频系统丢帧、裂像的测试方法。
发明内容
为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种检测数字视频系统丢帧、裂像的系 统和方法。所述的系统是信号发生系统与被测数字视频系统以及信号接收系统依次连接。 所述的方法通过一套专用的检测系统与被测数字视频系统连接，用专用的检测信号对被测 数字视频系统进行检测，自动检测被测数字视频系统是否出现丢帧、裂像。本发明的目的是这样实现的一种检测数字视频系统丢帧裂像的系统，包括带 有测试序列生成器的信号发生装置，所述的信号发生装置带有一个输出原始测试序列的输 出接口，输出接口与被测数字视频系统连接；信号接收装置具有一个输入接口，与被测数字 视频系统的输出接口连接，接收处理后的测试序列，所述的信号接收装置中设置有利用处 理后的测试序列检测丢帧的丢帧检测器、利用处理后的测试序列检测裂像的裂像检测器。一种使用上述系统的检测数字视频系统丢帧裂像的方法，所述方法的步骤如下 生成原始测试序列的步骤用于在信号发生装置的测试序列生成器产生原始测试序
列；发送原始测试序列的步骤用于信号发生装置将原始测试序列发送至被测数字视频系
统；
原始测试序列进行处理的步骤用于原始测试序列发送至被测数字视频系统，在被测 数字视频系统中处理运行，产生处理后的测试序列，并将处理后的测试序列输出处至信号 接收装置；
接收的步骤用于信号接收装置接收被测数字视频系统发出的处理后的测试序列； 检测的步骤用于信号接收装置对处理后的测试序列进行丢帧、裂像检测 裂像检测处理后的测试序列进入裂像测试器进行检测各帧图像是否裂像，如果“否” 则继续检测下一帧图像，并不断循环，如果“是”则将裂像帧进行标记，并进入“记录的步 骤，，;
丢帧检测处理后的测试序列进入丢帧检测器中检测是否丢帧，如果“否”则继续检测 下一序列，如果“是”则将丢帧序列进行标记，并进入“记录的步骤”； 记录的步骤用于根据标记记录处理后测试序列的丢帧和裂像； 本发明产生的有益效果是本发明通过专用的原始测试序列通过被测视频系统，对处 理后的测试序列精确计算以确定被测视频系统的质量，克服了现有技术用肉眼不能发现的 视频图像处理的问题，使视频系统的质量检验更加科学合理，在检测环节提前发现并弥补 被测数字视频系统可能存在的缺陷，预先规避出现丢帧、裂像的潜在风险。本发明所述系统 和方法复杂度低、可应用在各种视频处理系统的检测上，运行中不需要人工干预，被测数字 视频系统有丢帧或裂像产生时本发明所述系统可及时发现并记录相关的出错信息。同时大 大提高了对数字视频系统的检测效率，降低了成本。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是本发明的实施例一所述系统的原理示意图； 图2是本发明的实施例二所述方法的流程图3是本发明的实施例三所述方法的视频图像的测试序列划分； 图4是本发明的实施例三所述方法的二进制代码图像； 图5是本发明的实施例三所述方法的二进制代码图像生成十进制的编码过程； 图6是本发明的实施例四所述方法的检测点选择示意图； 图7是裂像示意图8是本发明的实施例五所述方法的检测点选择示意图； 图9是本发明的实施例五所述方法的测试序列解码示意图。
具体实施例方式实施例一
本实施例是一种检测数字视频系统丢帧裂像的系统，如图1所示。本实施例包括带有 测试序列生成器的信号发生装置，所述的信号发生装置带有一个输出原始测试序列的输出 接口，输出接口与被测数字视频系统连接；信号接收装置具有一个输入接口，与被测数字视 频系统的输出接口连接，接收处理后的测试序列，所述的信号接收装置中设置有利用处理后的测试序列检测丢帧的丢帧检测器、利用处理后的测试序列检测裂像的裂像检测器。本实施例所述的信号接收装置和信号发生装置可以是软件也可以是硬件。如果是 软件则信号发生装置和信号接收装置可以分别运行在普通的PC机或服务器中，只要有适 当的接口，甚至可以运行在同一台PC机或服务器中。如果是硬件则可以设计专门的信号发 生装置及信号接收装置，或设计一个专门的既可以发射信号，也可以接收信号的装置。或者 通过软件加硬件的方式实现。因此无论是硬件还是软件都可以实现这样一个检测系统。本实施例所述系统包括两个装置，三个模块信号发生装置、信号接收装置，测试 序列生成器、丢帧检测器、裂像检测器。信号发生装置利用测试序列生成器产生测试信号，测试信号通过待测数字视频系 统后被信号接收装置接收，接收后的处理后测试序列分别传送给丢帧检测器和裂像检测 器。丢帧检测器进行丢帧检测，裂像检测器进行裂像的检测，丢帧检测器和裂像检测器相互独立。以采用上述结构模型检测一套数字视频系统的稳定性为例。需要用到两台设备 一台稳定的信号播出系统(带有信号发生装置)和一台稳定的信号采集系统(带有信号接收 装置)，这两套系统均由视音频I/O卡及相应的驱动、应用程序构成。测试序列生成器位于作 为信号源的信号播出系统中，而信号接收装置则位于信号采集系统中。信号播出系统输出 信号至待测数字视频系统，而待测数字视频系统的输出则连接采集系统的输入I/O接口， 如图1。这样搭建的一套系统可以用来检测待测数字视频系统的稳定性。实施例二
本实施例是使用实施例一所述系统的检测数字视频系统丢帧裂像的方法，图2是本实 施的流程图。本实施例所述方法的步骤如下
生成原始测试序列的步骤用于在信号发生装置的测试序列生成器产生原始测试序列。发送原始测试序列的步骤用于信号发生装置将原始测试序列发送至被测数字视 频系统。原始测试序列被处理的步骤用于原始测试序列发送至被测数字视频系统，在被 测数字视频系统中进行视频处理，产生处理后的测试序列，并将处理后的测试序列输出处 至信号接收装置。该被测数字视频系统可以对视频数据进行处理，处理方式可以是编码和 解码、图像缩放等，凡是改变原始视频数据流且未改变图像布局的系统均可使用本方法进 行测试。接收的步骤用于信号接收装置接收被测数字视频系统发出的处理后的测试序 列。检测的步骤用于信号接收装置对处理后的测试序列进行丢帧、裂像检测
裂像检测处理后的测试序列进入裂像测试器检测各帧图像是否裂像，如果“否”则继 续检测下一帧图像，并不断循环，如果“是”则将裂像帧进行标记，并进入“记录的步骤”。丢帧检测处理后的测试序列进入丢帧检测器中检测是否丢帧，如果“否”则继续 检测下一序列，如果“是”则将丢帧序列进行标记，并进入“记录的步骤”。丢帧和裂像的检测可以同时进行，也可以按照先检测裂像后检测丢帧的次序，通 常情况下视频处理如果出现裂像则丢帧的检测质量无法保证。
记录的步骤用于根据标记记录处理后的测试序列丢帧和裂像。记录内容可以包 括丢帧或裂像的时间、第几帧在处理过程中丢失、第几帧有裂像发生等等。记录完成后，如 果处理后的测试序列还未全部完成检测，则返回“检测的步骤”；如果处理后的测试序列全 部完成检测，则检测结束。实施例三
本实施例是实施例二的改进，是实施例二关于原始测试序列的细化。本实施例所述的 原始测试序列构成的方法如下
将一帧图像在水平方向平均分为N个矩形条区域，N是正整数，N大于2。N的取值还应 小于被检测设备最终输出的视频每帧图像的横向分辨率，以保证每个矩形区域至少有一个 像素点的宽度。最左侧的矩形条区域用除了黑色或白色外的任何一种颜色填充，作为检测 起始标识，最右侧的矩形条区域用与最左侧相同的颜色填充，作为检测结束标识。在起始标识和结束标识之间的矩形条区域为有效检测区域，将有效检测区域中的 各个矩形条区域分别用黑色或白色填充，黑色代表1，白色代表0，黑白相间的有效检测区 域形成一帧二进制代码图像。将第零帧的矩形条区域均设为白条，定义为图像代码0，
将第一帧的第一矩形条区域设为黑条，其他为白条，定义为图像代码1， 将第二帧的第二矩形条区域设为黑条，其他为白条，定义为图像代码10， 将第三帧的第一、二矩形条区域设为黑条，其他为白条，定义为图像代码11， 将第四帧的第三矩形条区域设为黑条，其他为白条，定义为图像代码100，
以此类推，直至/_2-1帧图像，定义出各帧图像的二进制代码； 将上述/-2-1帧图像按顺序连接形成原始测试序列。原始测试序列的生成是将一幅图像在水平方向平均分为#GV> 2)个矩形区域，如 图3所示。用一种颜色填充一帧图像的最左侧和最右侧的矩形，表示检测的起始区域和结 束区域。中间的多个矩形组成的区域为有效检测区域，这个区域用另外两种颜色填充。两 种颜色表示不同的数值。为了简化检测，两侧的起始区域和结束区域用彩色，即除黑色和白 色以外的任何一种彩色填充。中间的有效检测区域用黑或白填充。图3中的斜线填充的矩 形表示为彩色填充的矩形，为检测的起始区域和结束区域，有效检测区域中的斜交叉线填 充的表示为黑色矩形，空白表示为白色矩形。检测中发现为彩色区域到白色/黑色区域跳 变则表明开始进入检测。当再次跳变到彩色区域则表明退出检测。在彩色区域中间的Ν-2块有效矩形区域中，每个矩形通过填充黑、白不同的颜色 表示1或0。不难发现，图3中的6个矩形可用来表示二进制的000000b到111111b，转化 为十进制则为0到63，所以这组图形可表示0 — (2N_2-1)这样2n_2个整数。按照公式1定 义的Vn (η表示信号源的帧计数)，显然0彡Vn彡2Ν_2_1。以图3 (Ν=8，下同)为例，该组矩形可表示64个整数，序列的产生规律为按照从0 到63 (Illlllb)递增的顺序循环变化，如图4。矩形序列的最高有效位(MSB)在右，最低 有效位(LSB)在左，实际表示的二进制数情况恰好相反，即MSB在左，LSB在右，以图4中的 (e)为例，从矩形块序列读到的组合为010100，实际二进制组合则为001010，即10。编码过程便是按照0 — (2N_2-1)循环的规律分别编码成对应的矩形组合，如图5描 述了十进制37 (100101b)的编码过程。
实施例四
本实施例是实施例三的改进，是实施例三关于裂像检测细化。本实施例所述的裂像检 测的方法
在处理后的测试序列的有效检测区域的各个矩形条区域内某一列，从上到下的选择多 个检测点。检测点的选择如图6所示，图中每个矩形中间从上到下的黑点，表示为检测点。对于所选的多列监测点，对比矩形条各自区域内检测点的亮度值Y是否相同，如 果“是”则没有裂像，如果“否”则说明有裂像。严格说来，检测一帧画面每一列各点的Y值 是否相等能确保检测结果的绝对正确，但从执行效率和实际情况来看，选取多列不同位置 具有代表性的点已经基本可以检测出实际环境中的各种裂像。根据裂像的特点，当有裂像发生时，测试序列每一列的像素点都可能发生变化，图 7描述了一种裂像的情况。于是需要检查每一列的所有像素点是否一致，若有不一致则表明 有裂像产生。所以，检查裂像时所用的解码方法和检测丢帧时有所不同，不同之处在于此时 对于一帧视频数据不能只看一行上的编码，而应该得到多行甚至每一行的值进行比较才能 进行判定。图7只是其中一种比较简单且最为常见的一种裂像情况。由于裂像不难避免发 生在小块区域，所以增大#值将画面分为更多个矩形区域，即细化检测区域，可以增加检测 出裂像的几率，当然这种现象发生概率很小。另外，当发生裂像时序列解码得到的值可能有 误，所以丢帧检测的正确性便没法保证了。
在生成测试序列时选择黑白色为填充色可以提高检测效率，因为对于YUV颜色格式的 图像来说，黑色和白色的像素点不同之处在于Y的值，U和V的值都是一样的，所以在检测 各像素点的不同时就只需比较各像素点的Y值即可。图像保存在内存中的每个Y、U、V均占 用1个字节的大小，只检测Y值可以大大简化工作量，提高了效率。实施例五
本实施例是实施例二、三的改进，是实施例二、三关于丢帧检测的细化。本实施例是丢 帧检测的方法，所述方法使用设置在信号接收装置中的测试序列解码器，所述方法如下
测试序列解码器按照二进制代码图像的定义将处理后的测试序列中各帧图像的有效 检测区域中的黑白条解译为二进制代码。对处理后的测试序列，通过分析其相应矩形区域中的颜色便可得到该序列所表示 的整数值。因为在每个矩形区域中各位置颜色易知(为了减少边界可能造成的影响，从每一 个矩形的中心点取值，判断该像素点的颜色即可确定该区域所表示的数值，如图8所示，图 中横线和竖线的交点的黑点表示取像素点位置)。由颜色可得该矩形区域表示的数值，得到 各矩形所表示的数值后，根据编码原理很容易可以逆推得到当前序列对应的整数值，如图 9。监测处理后的测试序列任意两个连续帧的二进制代码的数值差，如果为1，或者为 1-/_2，则无丢帧，若为其他差值则表明有丢帧，差值即为丢帧数。根据编码原理，每帧视频数据所代表的整数值的变化遵循如下规律 数值每次递增1 (除了 /_2-1 — 0的跳变)；
从/-2-1跳变到0时，数值变化为I-/-2。即
权利要求
1.一种检测数字视频系统丢帧裂像的系统，其特征在于，包括带有测试序列生成器 的信号发生装置，所述的信号发生装置带有一个输出原始测试序列的输出接口，输出接口 与被测数字视频系统连接；信号接收装置具有一个输入接口，与被测数字视频系统的输出 接口连接，接收处理后的测试序列，所述的信号接收装置中设置有利用处理后的测试序列 检测丢帧的丢帧检测器、禾Ij用处理后的测试序列检测裂像的裂像检测器。
2.一种使用权利要求1所述系统的检测数字视频系统丢帧裂像的方法，其特征在于所 述方法的步骤如下生成原始测试序列的步骤用于在信号发生装置的测试序列生成器产生原始测试序列；发送原始测试序列的步骤用于信号发生装置将原始测试序列发送至被测数字视频系统；原始测试序列进行处理的步骤用于原始测试序列发送至被测数字视频系统，在被测 数字视频系统中处理运行，产生处理后的测试序列，并将处理后的测试序列输出处至信号 接收装置；接收的步骤用于信号接收装置接收被测数字视频系统发出的处理后的测试序列； 检测的步骤用于信号接收装置对处理后的测试序列进行丢帧、裂像检测 裂像检测处理后的测试序列进入裂像测试器进行检测各帧图像是否裂像，如果“否” 则继续检测下一帧图像，并不断循环，如果“是”则将裂像帧进行标记，并进入“记录的步 骤，，;丢帧检测处理后的测试序列进入丢帧检测器中检测是否丢帧，如果“否”则继续检测 下一序列，如果“是”则将丢帧序列进行标记，并进入“记录的步骤”；记录的步骤用于根据标记记录处理后测试序列的丢帧和裂像；记录完成后，如果处 理后的测试序列还未全部完成检测，则返回“检测的步骤”；如果处理后的测试序列全部完 成检测，则检测结束。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的原始测试序列产生的方法如下 将一帧图像在水平方向平均分为N个矩形条区域，N是正整数，N大于2，同时N的取值还应小于被检测设备最终输出的视频每帧图像的横向分辨率；最左侧的矩形条区域用除黑色和白色外任何一种颜色填充，作为检测起始标识，最右 侧的矩形条区域用与最左侧相同的颜色填充，作为检测结束标识；在起始标识和结束标识之间的矩形条区域为有效检测区域，将有效检测区域中的各个 矩形条区域分别用黑色或白色填充，黑色代表1，白色代表0，黑白相间的有效检测区域形 成一帧二进制代码图像；将第零帧的矩形条区域均设为白条，定义为图像代码0， 将第一帧的第一矩形条区域设为黑条，其他为白条，定义为图像代码1， 将第二帧的第二矩形条区域设为黑条，其他为白条，定义为图像代码10， 将第三帧的第一、二矩形条区域设为黑条，其他为白条，定义为图像代码11， 将第四帧的第三矩形条区域设为黑条，其他为白条，定义为图像代码100， 余此类推，直至/_2_1帧图像，定义出各帧图像的二进制代码； 将上述/_2-1帧图像按顺序连接形成原始测试序列。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的裂像检测的方法在处理后的测试序列的有效检测区域的各个矩形条区域内某一列，从上到下的选择多 个检测点；对于所选的多列监测点，对比矩形条各自区域内检测点的亮度值Y是否相同，如果 “是”则没有裂像，如果“否”则有裂像。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的丢帧检测的方法，所述方法使 用设置在信号接收装置中的测试序列解码器，所述方法如下测试序列解码器按照二进制代码图像的定义将处理后的测试序列中各帧图像的有效 检测区域中的黑白条解译为二进制代码；监测处理后的测试序列任意两个连续帧的二进制代码的数值差，如果为1，或者为 1-/_2，则无丢帧，若为其他差值则表明有丢帧，差值即为丢帧数。
全文摘要
本发明涉及一种检测数字视频系统丢帧裂像的系统和方法。本发明包括信号发生装置，带有产生原始测试序列的测试序列生成器，所述的信号发生装置带有一个输出原始测试序列的输出接口，输出接口与被测数字视频系统连接，所述的信号接收装置具有一个输入接口，与被测数字视频系统的输出接口连接接收处理后的测试序列；所述的信号接收装置中设置有利用处理后的测试序列检测丢帧的丢帧检测器、利用处理后的测试序列检测裂像的裂像检测器。本发明通过专用的原始测试序列通过被测视频系统，对原始测试序列和缩放测试序列精确对比测定以确定被测视频系统的质量，克服了现有技术用肉眼不能发现的视频图像的问题，使视频系统的质量检验更加科学合理。
文档编号H04N17/00GK102065318SQ20101061864
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者孔鑫, 张亚中, 王琪, 王雨, 许春凤, 黄德智, 齐晓轩 申请人:北京中科大洋科技发展股份有限公司