立体电视综合测试卡设计一例

徐康兴，王学宏，柳玉华，武晓光，温 娜，刘 诚

（1.北京牡丹电子有限责任公司，北京 100191；2.中国电子科技集团公司第三研究所，北京 100015；3.北京邮电大学，北京 100876）

1 电视综合测试卡简介

电视综合测试卡是直观检验电视显示质量的常用手段。图1为HDTV综合测试卡之一例，其各部位所安置的图形都经精心设计，能分别突出显现某类缺陷的存在乃至程度，从而通过直接观察就能对其显示质量做出基本判断。由于综合测试卡具有直观、简便、快捷、价廉等突出优点，在电视机生产、调整、检测领域得到广泛应用，还常常被用作电视广播的起始和结束图标。

普通电视综合测试卡的设计已十分成熟。立体电视本身尚处起步阶段，3D综合测试卡的设计则刚提上日程，国内还未见相关研发成果的报道。图2是少见的一款由美国国家仪器公司（NI）发布的立体电视综合测试卡[1]，它以2DTV综合测试卡为基础，在其两侧增加了6组立体小球，以考察立体显示效果。

自2010年参加我国立体电视机显示质量测量方法标准工作组，笔者就开始进行立体电视综合测试卡的策划与设计。同样以2D综合测试卡为基础，并尝试将诸多与3D要素相关的图形安置在卡的中央，以突出检测3D性能的效能。如此安置也考虑到空间集中易于调度，而且屏幕两侧边缘，仅有一个视图，不能呈现立体图像，不宜安置3D元素[2]。

2 检测项目及相应的图形设计

限于版面，图3和图4给出测试卡左右两个视图经过亚取样后的概貌，为看清用于清晰度测量楔形条纹的细节，图5呈现此区一行图形块未经压缩的原貌。比较图3和图4，许多部位特别是两侧左右视图的图形是相同的，反映的是成像在屏幕上的性能；位于中间部位的一些图形左右视图的位置稍有不同，以其视差的不同性质和大小，分别成像于屏前、屏上及屏后的不同层面上，或展现立体效果或用以测量不同成像面上的清晰度，有些位置上的图形，左右视图全然不同，专门用来检测与3D相关的特定性能；现就其中间部分，以从上到下为序，对检测项目及相应的图形设计逐一加以说明。

2.1 左右视图亮度差

黑白亮度差会使立体感觉不真实、不舒适，基色亮度差还会造成色调失真。左右视图最上部12列色块构成的图形组专门用来检测此类缺陷。它们在水平方向分成4个色区，每区3列，依次对应于灰度和绿、红、蓝三基色。以灰度区为例说明亮度的设置及其检测原理。左视图中间一列RGB三基色亮度均为50%，两侧列则全为0；右视图中列的RGB全为0，左列的亮度上下分为3级，RGB同为50%，45%，40%，右列也分3级，分别为50%，55%和60%。观察它们的合成图像，由于中列和两侧列的亮度分别由左右视图贡献，通过比较中列与两侧列的亮暗，就能判定亮度是否存在差别及差别的大致程度。绿区G的取值与灰度区相同，但R和B全为0。根据HDTV的亮度方程Y=0.212 6R+0.715 6G+0.072 2B，对亮度的贡献R仅20%稍多，B则不足10%，它们5%的级差所造成的亮度变化绝对量极微，人眼难以察觉，因此设计中将R和B区的变化级差增大到10%。因此，使用中需要留意，相对灰绿区而言，类似的感觉效果下，红蓝区的实际差别要扩大一倍。此外，如不戴眼镜观察，直接检查的是屏的性能；戴眼镜观察则包含了眼镜的影响，不过由于此区域左右视图差别太大，戴镜不宜久视。

2.2 不同成像层面上的清晰度

普通电视的图像都处于显示屏幕上，立体电视的图像会感觉到成像在不同的层面上，测量立体电视的清晰度应在多个成像层面上进行。用于3D清晰度测量的图形组由3行4列带有楔形条纹的12个白块构成。每个块上有垂直与水平两组楔形条纹，分别用于测量水平和垂直清晰度。按规定，为了确保测量的正确性，楔形条的数目不得少于10白9黑，由于采用了不对称条纹的设计方案（对称条纹之半），5白5黑即能达到同样要求，减小了3D条件下数清条纹数目的困难。楔形条疏密对应于清晰度的低高，在楔形条纹的左（或上）边界上每隔一定距离作有一个标记，相当于清晰度变化了30电视线。同一行上4白块所含楔形条疏密程度各不相同，实现覆盖1 080～900，900～720，720～540，540～360电视线的测量范围。就左右单个视图而言，3行图形具有相同的技术要素，但仔细观察左右视图，可发现不同行图形的相对位移是不相同的。中间一行位移为0，成像在屏幕上；上面一行左图右移、右图左移，成像在屏幕前；下面一行右图右移、左图左移，成像在屏幕后，于是实现了测量屏前、屏上及屏后3层面清晰度的目标。

2.3 直观立体效果

中部的6个彩色小球，其亮暗色泽的变化模拟透视效果设计，加上左右视图的视差及与之相匹配的前后掩盖，正常情况下会轻松形成如下立体视觉：下球在屏前、中球在屏上、上球在屏后，且它们大小大致相同。如果由于屏或眼镜的某种原因造成左右视图倒置，视差与掩盖的立体效果就相互矛盾，于是极难产生立体的感觉，即使艰难地出现了立体感，也不自然（后球竟然会遮挡前球），并且会感到前后球的大小差别极大。

此外，如图3和图4所示，在左视图的左半圆下部黄色区有一个字符“L”，在右视图的右半圆下部黄色区有一个字符“R”。带着立体眼镜观察，闭上右（左）眼，在正常情况下，左（右）眼看到的图像上协调地呈现一个字符“L（R）”。如左右视图倒置，呈现的字符却是不相协调的“R（L）”，据此可更加直观地判断左右视图位置的对错。

2.4 左右视图中心重合度

一般中心位置用“十”字标志，但线条的宽度至少2个像素。本卡的中央是个小圆，上下左右构成黑白相间的4个扇形，无宽度的交界精确地标志了中心位置所在。左右视图相叠时，根据交界模糊宽窄可大致判断中心重合度的好坏。

2.5 “3DTV”图标

采用立体字体，恰当的左右视差使它们成像于屏前（位于下球和中球之间），与6彩球一起构成4个立体层次。根据需要，可用不同的电视台标替代。

2.6 双眼串扰

双眼串扰是立体电视的关键指标之一，对立体观看效果和舒适程度有严重影响。根据LCD，PDP等类显示屏的特性，普遍主张多灰阶测量。太多的灰阶，同一卡上难以安排，本卡只选了中高（_zg）、中低（_zd）两个典型状态。用以检查串扰的图形组位于“3DTV”图标之下，从左至右分成4区，分别检测右对左_zd、右对左_zg、左对右_zd和左对右_zg的串扰程度。以右串左_zd为例（对于_zg的亮度设置，则将25%与75%相互交换）说明图形设计和测量方法。

此区右视图的左侧亮度全为25%，其右侧则上下分成12条块，亮度75%和25%相间。即使左视图此区亮度全相同（25%），当有串扰存在时，通过左眼镜（右眼闭）注视此区域右侧的图像，会因串扰而隐约察觉到有亮暗相间的12条块存在，这些条块的亮暗差别大小，反映了串扰程度。因此设计中，将左视图此区的左侧同样分成12块，它们的亮度如下设置：上4块全为25%，模拟无串扰的效果；中4块的第一块设置成在原有亮度上增加5%的串扰亮度，模拟5%串扰的效果，第三块设置成在原有亮度上减少5%的串扰亮度，模拟-5%串扰的效果，第二、四块仍取25%，作为亮度对比的基础；下4块的亮度设置与中4块基本相同，不过需将串扰量由5%改为10%，以模拟±10%串扰的效果。如此安排之下，左视图此区左侧图形就像一组串扰率标尺。通过左镜注视此区图形时，只要将右侧实际串扰效果与左侧模拟串扰效果相比较，就可对串扰程度做出大致的数量估计。

由于此区域左右视图差别甚大，专为戴眼镜但闭单眼的使用场合设计，检查立体效果时不宜注视此区图形。

2.7 音视频同步性

电影制作中的“对口型”，电视制作中的“唇音同步”都是需要关注的性能。由于模拟电视机在还原声音和图像过程中引入额外的时间差一般甚小[3]，只要信号的音视频是同步的，还原的音视频也是同步的，因而模拟电视机并无此指标要求。到了数字电视、接收机的声音与图像所需处理时间的差别加大，特别3D成像，大大加长了图像处理时间，声音通道如不加恰当地延迟补偿，就会造成图像落后于声音的严重后果，于是音视频是否同步也成了考查项目之一，称“音视频同步性”。按ITU-R BT 1729—2005[4]的建议和国标GB/T 26273—2010[5]的要求，本测试卡增加了用来检查音视频同步性的信号，它由特定的运动图形和特定的声音联合组成。其图形见卡的中间最下部，在黑背景上设置了上、中、下3组垂直白线段：上组含5条短线，称作上刻度，其中央线是同步基准，向外的两线给出显示器合格范围（-120 ms～45 ms），最外两线则给出一体机合格范围（-160 ms～65 ms）；中组仅含1条短线，但它从左向右作匀速运动，达最右位置时立即复位到最左位置继续向右运动，每个周期为960 ms，称作动标；下组含等间隔的11条短线，称作下刻度，其中央线同样是同步的基准，每间隔对应100 ms。声音信号为左声道400 Hz连续单音，右声道600 Hz有间断的单音。每当动标与同步基准线相合的瞬间，右声道即刻停止发声，25 ms后恢复，以实现音视频信号的严格同步。将此信号加到待测机上，倾听待测机发出的声音，同时注视显示图像上的动标，听到声音瞬变时，确定动标的位置，如正好与基准线重合，待测机的音视频时间差为0，如在基准线左侧，音频超前（计作“+”）；反之，音频落后（计作“-”）。根据上刻度判断是否合格，根据下刻度粗略读出再现声音对图像的时间差。

3 试用效果

该卡的设计在一款信号发生器上已实施，在试用中进行改进，逐步达到了比较实用的目标。试用中曾发现某一款进口品牌立体电视左右亮度差明显超过10%。通过多台样本测试发现，左右模式情况下水平清晰度只有540电视线，垂直清晰度则因机而异，好的能达1 080线；上下模式情况下的结果正相反，垂直清晰度只有540线，水平清晰好的能达1 080线；帧封装模式下，水平、垂直清晰度都因机而异，好的两者都达1 080线。测试结果表明，偏振式LCD立体电视的串扰率一般要比同步开关式小，但受视角的影响较大。试测中发现，进口品牌立体电视机的音视频同步性一般较好，但某台国产机声音比图像超前了120 ms以上，需从设计上加以改进。

[1]HDMI 1.4 3D视频分析与测试[EB/OL].[2012-06-09].http://zone.ni.com/devzone/cda/pub/p/id/1122.

[2]温娜.智能电视技术与评价标准探讨[J].电视技术，2011，35（20）：41-42.

[3]徐康兴.音频与视频信号时间差及其测量[J].电视技术，2009，33（2）：85-87.

[4]ITU-R BT 1729—2005，16比9及4比3数字电视图像通用测试图形[S].2005.

[5]GB/T 26273—2010，地面数字电视音视频同步性技术要求及测量方法[S].2010.