本發(fā)明涉及數(shù)字高清接口圖像采集技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種圖像采集檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

數(shù)字高清傳輸接口是用于傳輸高清音視頻的數(shù)字管道，能兼容傳輸很多格式的視頻，比如1080P、2K、4K等等，可以接高清播放設(shè)備，比如：DVD播放機，藍光DVD播放機，硬盤高清播放器，電腦、衛(wèi)星接收器、機頂盒等節(jié)目源。數(shù)字高清傳輸接口可以同時傳送音頻和影音信號，由于音頻和視頻信號采用同一條電纜，所以能克服VGA(Video Graphics Array)、DVI(Digital Display Working Group)等接口音頻視頻數(shù)據(jù)無法通過一根線傳輸?shù)膯栴}，接口的連接器采用單線連接，取代了產(chǎn)品背后的復(fù)雜的線纜，大大簡化了系統(tǒng)的安裝。

但是，由于數(shù)字高清傳輸接口的接口技術(shù)復(fù)雜，各個廠商的技術(shù)水平和實現(xiàn)方式存在著差別。特別是在中國，各種未經(jīng)授權(quán)或者標準符合性測試的產(chǎn)品推向市場，導(dǎo)致目前數(shù)字高清傳輸設(shè)備的互聯(lián)互通性差。而且，應(yīng)用數(shù)字高清傳輸接口的設(shè)備種類和數(shù)量非常多，但是測試效率低，也限制了接口的進一步發(fā)展。

在實現(xiàn)過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)中至少存在如下問題：傳統(tǒng)的高清接口視頻信號優(yōu)劣分析主要依據(jù)觀察者的主觀評價，即由觀察者對高清傳輸接口傳輸至屏幕的圖像質(zhì)量進行評估。但是主觀質(zhì)量評價耗時、昂貴，且非常容易受到實驗環(huán)境、觀察者的知識水平、自身喜好等自身條件等因素的影響，評價結(jié)果往往不準確且不穩(wěn)定。其次，液晶屏幕的質(zhì)量對最終主觀評分結(jié)果的影響非常大，而傳統(tǒng)方法無法避免液晶屏幕的干擾，不能準確的衡量數(shù)字高清傳輸接口的視頻傳輸質(zhì)量并定位缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對傳統(tǒng)技術(shù)無法準確衡量數(shù)字高清接口圖像質(zhì)量的問題，提供一種圖像采集檢測系統(tǒng)及方法。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案的實施例為：

一方面，提供了一種圖像采集檢測系統(tǒng)，包括分別連接數(shù)字高清傳輸接口宿端的信號采集模塊、測試源模塊，以及連接在信號采集模塊和測試源模塊之間的視頻圖像評估模塊；

測試源模塊向數(shù)字高清傳輸接口宿端輸出測試源，由數(shù)字高清傳輸接口宿端基于測試源輸出相應(yīng)的視頻圖像信號；

信號采集模塊根據(jù)視頻圖像評估模塊相應(yīng)的控制信號，實時采集視頻圖像信號，并將視頻圖像信號發(fā)送給視頻圖像評估模塊；

視頻圖像評估模塊對視頻圖像信號進行質(zhì)量檢測處理，得到圖像質(zhì)量檢測結(jié)果；質(zhì)量檢測處理包括對視頻圖像信號的單幀/多幀采集處理、圖像客觀評價處理、差異性定位處理以及對比分析。

另一方面，提供了一種圖像采集檢測方法，包括以下步驟：

向數(shù)字高清傳輸接口宿端輸出測試源；

實時采集由數(shù)字高清傳輸接口宿端基于測試源輸出的LVDS信號；

對LVDS信號進行質(zhì)量檢測處理，得到圖像質(zhì)量檢測結(jié)果；質(zhì)量檢測處理包括對LVDS信號的單幀/多幀采集處理、圖像客觀評價處理、差異性定位處理以及對比分析。

上述技術(shù)方案具有如下有益效果：

本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)及方法，通過使用數(shù)字高清傳輸接口宿端設(shè)備中接口板與液晶屏連接的傳輸接口作為測試的邊界，避免了液晶屏對測試結(jié)果的干擾，準確的衡量數(shù)字高清傳輸接口的視頻傳輸質(zhì)量，更高效地定位缺陷，在降低測試成本的同時，節(jié)省了測試工程師大量的時間和精力，使得測試變得更加簡單易行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1中信號采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1中視頻圖像評估模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1中視頻圖像評估模塊中圖像視頻單幀采集模塊的功能流程示意圖；

圖5為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1中視頻圖像評估模塊中圖像視頻多幀采集模塊的功能流程示意圖；

圖6為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1中視頻圖像評估模塊中圖像視頻分析模塊的功能流程示意圖；

圖7為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例2的功能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例2中視頻圖像分析測試示意圖；

圖9為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例2的音頻傳輸質(zhì)量測試示意圖；

圖10為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例2的圖像差異化定位示意圖；

圖11為本發(fā)明圖像采集檢測方法實施例1的流程示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的首選實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。

為了清楚的說明本發(fā)明的技術(shù)方案，特對本發(fā)明各實施例中涉及的縮略語和關(guān)鍵術(shù)語進行解釋說明：

LVDS：Low-Voltage Differential Signaling，低電壓差分信號。采用極低的電壓擺幅高速差動傳輸數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)點對點或一點對多點的連接，具有低功耗、低誤碼率、低串?dāng)_和低輻射等特點，其傳輸介質(zhì)可以是銅質(zhì)的PCB連線，也可以是平衡電纜。

MSE：Mean Squared Error，均方誤差，是衡量“平均誤差”的一種較方便的方法，可以評價數(shù)據(jù)的變化程度。

PSNR：Peak Signal to Noise Ratio，峰值信噪比，一種全參考的圖像質(zhì)量評價指標，是基于對應(yīng)像素點間的誤差，即基于誤差敏感的圖像質(zhì)量評價。

SSIM：Structural Similarity Index，結(jié)構(gòu)相似性，是一種衡量兩幅圖像相似度的指標。結(jié)構(gòu)相似度指數(shù)從圖像組成的角度將結(jié)構(gòu)信息定義為獨立于亮度、對比度的，反映場景中物體結(jié)構(gòu)的屬性，并將失真建模為亮度、對比度和結(jié)構(gòu)三個不同因素的組合。

D-SSIM：動態(tài)結(jié)構(gòu)相似性，是基于SSIM基礎(chǔ)上加入色彩模型的客觀評價算法，更適用于高清圖像的評價。

宿端：數(shù)字高清傳輸接口的接收端，如電視機、平板、智能手機、筆記本等。

客觀質(zhì)量評價：圖像質(zhì)量的客觀評價方法是相對與主觀評價而言的，根據(jù)使用數(shù)學(xué)方法，建立數(shù)學(xué)模型，并通過具體的公式計算圖像的質(zhì)量。

本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1：

為了解決傳統(tǒng)技術(shù)無法準確衡量數(shù)字高清接口圖像質(zhì)量的問題，本發(fā)明提供了一種圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1；圖1為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖1所示，可以包括分別連接數(shù)字高清傳輸接口宿端的信號采集模塊、測試源模塊，以及連接在信號采集模塊和測試源模塊之間的視頻圖像評估模塊；

測試源模塊向數(shù)字高清傳輸接口宿端輸出測試源，由數(shù)字高清傳輸接口宿端基于測試源輸出相應(yīng)的視頻圖像信號；

信號采集模塊根據(jù)視頻圖像評估模塊相應(yīng)的控制信號，實時采集視頻圖像信號，并將視頻圖像信號發(fā)送給視頻圖像評估模塊；

視頻圖像評估模塊對視頻圖像信號進行質(zhì)量檢測處理，得到圖像質(zhì)量檢測結(jié)果；質(zhì)量檢測處理包括對視頻圖像信號的單幀/多幀采集處理、圖像客觀評價處理、差異性定位處理以及對比分析。

具體而言，如圖1所示，整個技術(shù)方案由兩部分組成。右邊是測試評估系統(tǒng)，主要由LVDS信號采集模塊、視頻圖像評估模塊和測試源模塊組成。左邊是數(shù)字高清傳輸接口宿端，作為被測對象。本發(fā)明提供了一種把LVDS與液晶屏的連接點作為測試邊界，避免了液晶屏幕的色差、色偏、模糊等缺陷對測試結(jié)果的影響，實現(xiàn)了對數(shù)字高清接口傳輸?shù)膱D像的無損采集以及快速檢測的方法。系統(tǒng)主要由LVDS信號采集模塊、視頻圖像評估模塊和測試源模塊。

這種使用LVDS作為測試邊界的方式可以很大程度上省去主觀測試效率低、屏幕對測試結(jié)果的干擾等麻煩，在降低測試成本的同時，節(jié)省了測試工程師大量的時間和精力，使得針對數(shù)字高清傳輸接口的圖像傳輸質(zhì)量的測試變得更加簡單易行。

圖2為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1中信號采集模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖2所示，在一個具體的實施例中，信號采集模塊為LVDS信號采集模塊；LVDS信號采集模塊與數(shù)字高清傳輸接口宿端的LVDS輸出接口相連接；視頻圖像信號為LVDS信號。

LVDS信號采集模塊的相關(guān)技術(shù)指標可以如下所示：

模擬信號通道：采集數(shù)據(jù)的通道數(shù)為32通道，可擴展到64通道；

采樣字長：16位；

信號幅度：0-5V；

單通道最高采樣率：50KHz；

總采樣率：不大于2MHz；

采樣誤差：不大于千分之一；

存儲容量：不小于1Gbyte；

輸入阻抗：約2MΩ；

數(shù)據(jù)總線類型：LVDS總線。

采集模塊選取FPGA作為主控模塊，實現(xiàn)數(shù)字高清傳輸接口LVDS信號的采集、數(shù)據(jù)存儲及上傳。由于FPGA具有高速的處理、豐富的I/O和資源，可以并行處理大量的數(shù)據(jù)信號。

具體而言，通過使用數(shù)字高清傳輸接口宿端設(shè)備中接口板與液晶屏連接的LVDS接口，作為測試的邊界，避免了液晶屏對測試結(jié)果的干擾，可準確的衡量數(shù)字高清傳輸接口的視頻傳輸質(zhì)量，更高效地定位缺陷。

在一個具體的實施例中，信號采集模塊包括FPGA主控模塊；

FPGA主控模塊對LVDS信號進行并行采集及圖像重構(gòu)處理，并將處理后的LVDS信號傳輸給視頻圖像評估模塊。

具體而言，選取FPGA(Field－Programmable Gate Array)作為主控模塊，可以實現(xiàn)數(shù)字高清傳輸接口LVDS信號的采集、數(shù)據(jù)存儲及上傳。由于FPGA具有高速的處理、豐富的I/O和資源，可以并行處理大量的數(shù)據(jù)信號，實現(xiàn)了對宿端接口處理的視頻無損采集。

同時，可以使用SoC片上系統(tǒng)(System-on-a-chip)來實現(xiàn)本發(fā)明各實施例中信號采集模塊的功能，通過對LVDS信號進行并行采集及圖像重構(gòu)。FPGA采集模塊具備保存16幀圖像的緩存能力，可評估視頻流幀間抖動等特性，并具備圖像實時重構(gòu)，可外接監(jiān)視器實時觀測測試結(jié)果。

圖3為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1中視頻圖像評估模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示，視頻圖像評估模塊視頻圖像評估模塊可以包括5大模塊(圖像視頻單幀采集模塊、圖像視頻多幀采集模塊、顯示模塊、圖像視頻差異性定位模塊以及圖像視頻分析模塊)，主要是可以對采集模塊進行控制，并實現(xiàn)圖像視頻的單幀/多幀采集、圖像客觀評價、差異性定位和結(jié)果圖表顯示。

在一個具體的實施例中，視頻圖像評估模塊可以包括圖像視頻單幀采集模塊、圖像視頻多幀采集模塊以及顯示模塊；

圖像視頻單幀采集模塊向信號采集模塊輸出第一采集控制信號，信號采集模塊根據(jù)第一采集控制信號，對視頻圖像信號進行靜態(tài)視頻幀的實時采集；

圖像視頻多幀采集模塊向信號采集模塊輸出第二采集控制信號，信號采集模塊根據(jù)第二采集控制信號，對視頻圖像信號進行多幀視頻幀的實時采集；圖像視頻多幀采集模塊根據(jù)多幀視頻幀的傳輸幀率，對視頻圖像信號進行丟幀或抖動的驗證，并輸出驗證結(jié)果；

顯示模塊對采集到的靜態(tài)視頻幀或多幀視頻幀進行實時顯示。

圖4為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1中視頻圖像評估模塊中圖像視頻單幀采集模塊的功能流程示意圖；如圖4所示：信號采集模塊采用FPGA高速采集卡實現(xiàn)LVDS信號的無損采集，并通過DLL(Dynamic Link Library)上傳至上位機；啟動視頻幀采集模塊時，設(shè)備信息欄需顯示設(shè)備的標識號(非空)；上位機軟件受FPGA采集卡性能所限，每次采集上傳的1080P無損的視頻幀的時間較長，大約是16s。

圖5為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1中視頻圖像評估模塊中圖像視頻多幀采集模塊的功能流程示意圖；如圖5所示：信號采集模塊可以采用FPGA高速采集卡實現(xiàn)LVDS信號的無損采集，并通過DLL上傳至上位機；啟動視頻幀采集模塊時，設(shè)備信息欄需顯示設(shè)備的標識號(非空)；上位機軟件受FPGA采集卡性能所限，每次采集上傳的1080P無損的視頻幀的時間較長，大約是16s，故多幀視頻幀采集的時間較長，大約在2分鐘；圖像視頻多幀采集模塊主要對高清接口視頻流的傳輸幀率進行驗證，評價是否有丟幀和抖動現(xiàn)象。且由于FPGA采集卡為環(huán)形刷新采集機制，故需采集起始幀及終止幀，利用經(jīng)過的時間間隔計算相應(yīng)的幀率。

具體而言，視頻圖像評估模塊可以包括圖像視頻單幀采集模塊、圖像視頻多幀采集模塊以及顯示模塊，主要是對采集模塊進行控制，并實現(xiàn)圖像視頻的單幀/多幀采集、圖像客觀評價、差異性定位和結(jié)果圖表顯示。評估模塊主要建立了D-SSIM模型對無損采集的圖像信號與參考值進行對比分析，得到與主觀評價一致的結(jié)果；

在一個具體的實施例中，視頻圖像評估模塊還包括圖像視頻分析模塊；

圖像視頻分析模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的SSIM模型，將視頻圖像信號與測試源模塊輸出的參考源進行對比分析，得到對比分析的結(jié)果。

在一個具體的實施例中，預(yù)設(shè)的SSIM模型為D-SSIM模型。

具體而言，本發(fā)明針對SSIM的不足，結(jié)合高清傳輸接口的高分辨率、視頻圖像的色度及飽和度特征，提出了改進的視頻客觀評價算法(D-SSIM)。該模型在SSIM基礎(chǔ)上，結(jié)合了高清圖像的色彩信息，并構(gòu)造出于SSIM算法類似的因子，通過深度學(xué)習(xí)對不同的高清設(shè)備進行訓(xùn)練，使模型評價的結(jié)果準確，測試穩(wěn)定性好。

圖6為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1中視頻圖像評估模塊中圖像視頻分析模塊的功能流程示意圖；如圖6所示：參考視頻幀需在測試前通過視頻播放軟件進行幀圖像截取；由于PSNR、MSE及SSIM均通過Matlab算法與C#進行混合編程，故測試機應(yīng)安裝Matlab執(zhí)行包以及.NET4.0；視頻幀圖像及參考幀圖像均為1920x1080且32bit的靜態(tài)圖像，故PSNR、MSE及SSIM算法的執(zhí)行時間被圖像載入時間限制，載入時間較長，但是算法執(zhí)行時間均在1s以內(nèi)。

在一個具體的實施例中，視頻圖像評估模塊還包括圖像視頻差異性定位模塊；

圖像視頻差異性定位模塊對視頻圖像信號進行差異性定位處理，并輸出差異定位結(jié)果。

在一個具體的實施例中，測試源為1080p、2k4k視頻源。

具體而言，測試源可以選取了1080p、2k4k視頻源作為測試源；測試源模塊主要可以實現(xiàn)：1)作為測試源輸出給宿端設(shè)備；2)作為參考源，提供給圖像/視頻分析模塊，以便于對比。

本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例1，通過使用數(shù)字高清傳輸接口宿端設(shè)備中接口板與液晶屏連接的傳輸接口作為測試的邊界，避免了液晶屏對測試結(jié)果的干擾，準確的衡量數(shù)字高清傳輸接口的視頻傳輸質(zhì)量，更高效地定位缺陷，在降低測試成本的同時，節(jié)省了測試工程師大量的時間和精力，使得測試變得更加簡單易行。

本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例2：

為了解決傳統(tǒng)技術(shù)無法準確衡量數(shù)字高清接口圖像質(zhì)量的問題，本發(fā)明提供還提供了一種圖像采集檢測系統(tǒng)實施例2；圖7為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例2的功能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖；如圖7所示：本發(fā)明實施例2通過LVDS接口，測評系統(tǒng)把HD6M181-S-L2電視板的數(shù)字高清接口傳輸?shù)囊曨l圖像信號實時采集出來，并通過測評系統(tǒng)的對比分析模塊，可以快速、準確的實現(xiàn)對數(shù)字高清接口傳輸?shù)囊曨l圖像質(zhì)量進行評估。

其中，圖8為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例2中視頻圖像分析測試示意圖；圖9為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例2的音頻傳輸質(zhì)量測試示意圖；圖10為本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例2的圖像差異化定位示意圖；本發(fā)明提供了一種把LVDS與液晶屏的連接點作為測試邊界，避免了液晶屏幕的色差、色偏、模糊等缺陷對測試結(jié)果的影響，實現(xiàn)了對數(shù)字高清接口傳輸?shù)膱D像的無損采集以及快速檢測的方法。系統(tǒng)主要由LVDS信號采集模塊、視頻圖像評估模塊和測試源模塊。這種使用LVDS作為測試邊界的方式可以很大程度上省去主觀測試效率低、屏幕對測試結(jié)果的干擾等麻煩，在降低測試成本的同時，節(jié)省了測試工程師大量的時間和精力，使得針對數(shù)字高清傳輸接口的圖像傳輸質(zhì)量的測試變得更加簡單易行。

本發(fā)明圖像采集檢測系統(tǒng)實施例2，通過LVDS接口的方式，作為數(shù)字高清傳輸接口的測試邊界，避免液晶顯示屏的影響，準確的評估接口傳輸視頻質(zhì)量。采用高速FPGA采集LVDS接口信號，實現(xiàn)對數(shù)字高清傳輸接口宿端信號的實時和無損采集，作為實施客觀評價方法的前提條件。

本發(fā)明圖像采集檢測方法實施例1：

基于以上圖像采集檢測系統(tǒng)各實施例的技術(shù)思想，同時為了解決傳統(tǒng)技術(shù)無法準確衡量數(shù)字高清接口圖像質(zhì)量的問題，本發(fā)明還提供了一種圖像采集檢測方法實施例1；圖11為本發(fā)明圖像采集檢測方法實施例1的流程示意圖；如圖11所示，可以包括以下步驟：

步驟S110：向數(shù)字高清傳輸接口宿端輸出測試源；

步驟S110：實時采集由數(shù)字高清傳輸接口宿端基于測試源輸出的LVDS信號；

步驟S110：對LVDS信號進行質(zhì)量檢測處理，得到圖像質(zhì)量檢測結(jié)果；質(zhì)量檢測處理包括對LVDS信號的單幀/多幀采集處理、圖像客觀評價處理、差異性定位處理以及對比分析。

在一個具體的實施例中，對LVDS信號進行對比分析的步驟可以包括：

根據(jù)D-SSIM模型，將LVDS信號與預(yù)設(shè)的參考源進行對比分析，得到對比分析的結(jié)果。預(yù)設(shè)的參考源即為測試源模塊傳輸給視頻圖像評估模塊的。

本發(fā)明圖像采集檢測方法實施例1，通過使用數(shù)字高清傳輸接口宿端設(shè)備中接口板與液晶屏連接的傳輸接口作為測試的邊界，避免了液晶屏對測試結(jié)果的干擾，準確的衡量數(shù)字高清傳輸接口的視頻傳輸質(zhì)量，更高效地定位缺陷，在降低測試成本的同時，節(jié)省了測試工程師大量的時間和精力，使得測試變得更加簡單易行。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。