基于LabVIEW的HDTV主控板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
掃描二維碼
隨時(shí)隨地手機(jī)看文章
摘要:針對(duì)人工測(cè)試效率低、易受主觀影響等不足,設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的高清電視(HDTV)主控板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。利用LabVIEW豐富的信號(hào)處理、虛擬儀器等圖形化編程特點(diǎn),開(kāi)發(fā)音頻及視頻圖像評(píng)價(jià)軟件。采用基于梯度的結(jié)構(gòu)相似性圖像評(píng)價(jià)算法(GSSIM),提高了測(cè)試分析中對(duì)模糊失真圖像的判別精度。該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可大大提高測(cè)試效率,并保證產(chǎn)品測(cè)試指標(biāo)的客觀性和一致性。
高清電視(HDTV)已成為目前彩電市場(chǎng)的主力軍,其核心部件是電視主控板。目前主控板出廠測(cè)試普遍采用人工測(cè)試方法,但存在如下不足:1)測(cè)試效率低,需要人工頻繁更換測(cè)試工具,費(fèi)時(shí)費(fèi)力;2)評(píng)價(jià)主觀性強(qiáng),因依靠人的感官來(lái)評(píng)判產(chǎn)品好壞,容易造成產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。因此,開(kāi)發(fā)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已成為HDTV生產(chǎn)企業(yè)的一項(xiàng)急迫任務(wù)。
本文以市場(chǎng)上一款液晶HDTV主控板為測(cè)試對(duì)象,采用LabVIEW圖形化編程,設(shè)計(jì)測(cè)試軟件,對(duì)采集到的音頻、視頻信號(hào)進(jìn)行算法分析和評(píng)價(jià),并設(shè)計(jì)友好的人機(jī)交互界面和數(shù)據(jù)管理軟件模塊,最終提高了產(chǎn)品測(cè)試效率,并保證產(chǎn)品質(zhì)量分析的客觀性、一致性。
1 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
典型高清電視系統(tǒng)框圖如圖1所示,主控板包括控制電路和時(shí)序電路兩大部分。控制電路主要負(fù)責(zé)音視頻信號(hào)的接收和處理,并轉(zhuǎn)換為mini—LVDS標(biāo)準(zhǔn)信號(hào);時(shí)序電路產(chǎn)生脈沖時(shí)序信號(hào),實(shí)時(shí)將數(shù)字圖像信號(hào)經(jīng)行、列驅(qū)動(dòng)電路送顯示屏顯示。
主控板是高清電視的核心部件,出廠前必須嚴(yán)格測(cè)試。本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包含上位工控機(jī)、音視頻信號(hào)源、音頻采集卡、視頻采集卡和可學(xué)習(xí)性遙控模塊等,系統(tǒng)框圖如圖2所示。
圖2中,CHROMA作為音視頻信號(hào)發(fā)生源,通過(guò)RS-232與上位機(jī)通信,按照上位機(jī)命令,輸出音視頻信號(hào)。主控板輸出的音頻和視頻信號(hào)分別經(jīng)過(guò)音頻采集卡、視頻采集卡傳輸?shù)缴衔还た貦C(jī)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。在測(cè)試過(guò)程中,可學(xué)習(xí)型遙控器模塊可以模擬紅外遙控器,采用單片機(jī)開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)測(cè)試流程的自動(dòng)切換。本文將重點(diǎn)闡述基于LabVIEW的測(cè)試軟件設(shè)計(jì)。
2 自動(dòng)測(cè)試軟件設(shè)計(jì)
自動(dòng)測(cè)試軟件是該系統(tǒng)的重要組成部分,經(jīng)分析比較最終選定NI公司的LabVIEW作為開(kāi)發(fā)軟件,充分利用其豐富的信號(hào)處理、虛擬儀器等圖形化編程工具,實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)和圖像信號(hào)分析算法的軟件編程,并開(kāi)發(fā)友善的用戶界面,集控制和管理為一體,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易實(shí)用的HDTV主控板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。限于篇幅,本文將重點(diǎn)介紹自動(dòng)測(cè)試軟件中的音頻分析模塊、圖像分析模塊,以及數(shù)據(jù)處理等模塊。
2.1 音頻分析模塊
音頻分析是電視主板測(cè)試的一個(gè)重要方面,LabVIEW內(nèi)部包含信號(hào)處理和分析的函數(shù)庫(kù),如各種波形生成VI、濾波函數(shù)、頻譜測(cè)量、失真測(cè)量等函數(shù),借助LabVIEW的虛擬儀器框架,可以進(jìn)行圖形化軟件編程,搭建音頻信號(hào)的處理和分析平臺(tái)。
音頻分析模塊的輸入信號(hào)是通過(guò)音頻采集卡采集并調(diào)理的聲音信號(hào),信號(hào)源是固定頻率的單頻正弦信號(hào)。音頻測(cè)試常用指標(biāo)有:
1)信噪比(Signal to Noise):輸出信號(hào)的電壓(功率)與同時(shí)輸出的噪聲電壓(功率)的比,一般不應(yīng)低于70 dB。
2)總諧波失真率(T.H.D):輸出信號(hào)比輸入信號(hào)多出的額外諧波成分,是由于系統(tǒng)非線性造成的。當(dāng)總諧波失真在1%以下,一般人耳分辨不出。
3)總諧波失真率+噪聲(THD—N):系統(tǒng)各種諧波造成的失真及器件內(nèi)外部造成的噪聲,一般要求在10%以下。
4)頻譜分析:檢測(cè)信號(hào)的諧波成分,對(duì)于單頻信號(hào)來(lái)說(shuō),其頻譜應(yīng)只有基頻。
基于LabVIEW的音頻分析軟件模塊如圖3所示。
為測(cè)試上述軟件模塊對(duì)音頻信號(hào)分析的準(zhǔn)確性,利用LabVIEW的波形生成器來(lái)模擬標(biāo)準(zhǔn)音頻信號(hào),并加入高斯白噪聲和高頻正弦噪聲,合成為失真音頻信號(hào),再經(jīng)過(guò)信噪比、失真測(cè)量、頻譜測(cè)量等得到測(cè)試指標(biāo)。
圖4是音頻測(cè)試模塊的測(cè)試結(jié)果,給出了測(cè)試曲線并同步記錄到音頻測(cè)試文檔中。本測(cè)試采用幅值為1 V、基頻為1 kHz的正弦信號(hào),加入高斯噪聲和高頻噪聲后,經(jīng)過(guò)音頻分析得到檢測(cè)出的基頻為1 kHz,THD—N為7.34%,在允許范圍(10%)內(nèi),THD為0.99%,也在允許范圍內(nèi),信噪比為22.68dB,低于70 dB。因此,可以判定該主控板音頻質(zhì)量合格。
2.2 圖像分析模塊
高清電視主板的視頻輸入端口有多種,如HDMI端口、COMP端口、VGA端口等,雖然輸入端口很多,但測(cè)試的方法是一致的,即采用標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào),通過(guò)對(duì)比輸出質(zhì)量偏差,來(lái)確定主控板質(zhì)量是否符合出廠要求。
LabVIEW支持讀取不同格式的圖片,如JPEG、BMP、PNG格式,并且可以還原為像素圖,便于進(jìn)行算法分析。
結(jié)構(gòu)相似性(SSIM)的評(píng)價(jià)算法是目前應(yīng)用廣泛的圖像評(píng)價(jià)算法,比較符合人的視覺(jué)感受,且計(jì)算簡(jiǎn)便:
式(1)中l(wèi)(x,y)為亮度比較函數(shù),c(x,y)為對(duì)比度比較函數(shù),s(x,y)為結(jié)構(gòu)比較函數(shù);3個(gè)指數(shù)α、β和γ為各個(gè)函數(shù)的權(quán)重。
然而,SSIM對(duì)于模糊失真類圖像卻不能具有良好的評(píng)價(jià)效果。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn),人眼對(duì)于圖像的邊緣紋理結(jié)構(gòu)十分敏感,而圖像的邊緣紋理往往是圖像結(jié)構(gòu)的重要信息,在SSIM的結(jié)構(gòu)比較函數(shù)中僅考慮了標(biāo)準(zhǔn)圖像和失真圖像之間像素的相關(guān)系數(shù),而未考慮圖像的邊緣紋理信息。
梯度信息可以較好地反應(yīng)圖像的邊緣紋理信息,因此,本測(cè)試系統(tǒng)決定采用基于梯度的結(jié)構(gòu)相似度的圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法,以提高了測(cè)試分析中對(duì)模糊失真類圖像的判別精度。將SSIM中結(jié)構(gòu)對(duì)比函數(shù)替換s(x,y)為梯度相似度函數(shù)g(x.y),則得到基于梯度的結(jié)構(gòu)相似度GSSIM:
按照計(jì)算SSIM的思路一樣,利用加權(quán)窗口,逐像素地移動(dòng),則最后整幅圖像基于梯度的結(jié)構(gòu)相似度MGSSIM,可由各子塊的GSSIM求均值得到:
本文利用Matlab實(shí)現(xiàn)基于梯度的結(jié)構(gòu)相似度算法,為驗(yàn)證圖像測(cè)試程序的準(zhǔn)確性,采用如圖5所示的標(biāo)準(zhǔn)圖像和三幅不同程度的高斯噪聲失真圖像,其失真程度依次減輕。
表1給出了它們的SSIM和GSSIM值。可見(jiàn),模糊失真圖像的GSSIM相對(duì)于SSIM,更能體現(xiàn)模糊圖像的邊緣紋理結(jié)構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)圖像的差異程度,也更符合人的視覺(jué)感受。
2.3 數(shù)據(jù)處理模塊
測(cè)試軟件的一個(gè)重要功能是管理測(cè)試文檔,它需要訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù),進(jìn)行創(chuàng)建、插入、刪除、查詢等操作,并根據(jù)需要打印查詢結(jié)果等。
LabSQL支持Windows操作系統(tǒng)中基于ODBC的數(shù)據(jù)庫(kù),利用Microsoft ADO技術(shù)以及SQL語(yǔ)句來(lái)完成數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)。借助LabSQL工具包中封裝的VIs,可以方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的一些基本操作。本設(shè)計(jì)以Microsoft Access作為測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)。LabSQL工具包只能操作而不能創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù),所以需要測(cè)試前先創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù),再建立LabSQL與Access數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)程序如圖6所示。
以查詢?yōu)槔?/p>
“SELECT*
FROM TVtest
WHERE product=‘E321 VL’
AND(testdate between #2012/4/10 00:00:00# and #2012/4/10 23:59:59#)”
執(zhí)行上述SQL語(yǔ)句,則可顯示測(cè)試結(jié)果。
查詢后根據(jù)需要可以打印測(cè)試文檔,LabVIEW同樣提供了一些打印報(bào)表的子VI可供調(diào)用,如Set Report Font.vi、Set Report Header Text.vi、添加報(bào)表文本.vi、打印報(bào)表.vi等.大大簡(jiǎn)化了編程工作。
3 結(jié)束語(yǔ)
針對(duì)高清電視(HDTV)主控板人工測(cè)試存在的諸多問(wèn)題,設(shè)計(jì)了HDTV主控板自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng),詳細(xì)介紹了基于LabVIEW開(kāi)發(fā)的音頻分析軟件模塊、圖像分析軟件模塊,以及測(cè)試數(shù)據(jù)管理等功能模塊。采用基于梯度的結(jié)構(gòu)相似性圖像評(píng)價(jià)算法(GSSIM),提高了測(cè)試分析中對(duì)模糊失真類圖像的判別精度。該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)可大大提高測(cè)試效率,保證產(chǎn)品測(cè)試指標(biāo)的客觀性和一致性,具有良好的應(yīng)用價(jià)值。