视频测量及应用

20071110 周南,视频测量及应用,基础理论篇,模拟视频信号的基本测试 彩条波形 矢量 阻抗匹配 环通 黑场同步信号 数字域测试内容 物理层测量 格式检查 内容层测量 监视器调整 视频测试仪器的发展现状,内容提要,彩条信号的检测功能,模拟信号的基本测试,主要用于检查复合视频信号的幅度、周期、色调、饱和度、色同步相位和色度矢量。 作为简单的电子图像，检验电视通道信号的有无。 代替黑场信号作为系统的同步锁相信号。 作为矢量监测的信号源。,彩条信号,彩条信号的波形观测,复合视频信号的基本参数,彩条信号的矢量观察,矢量图是由两行矢量显示叠加,矢量示波器的显示原理,白,青,绿,紫,红,蓝,黑,黄,白,青,绿,紫,红,蓝,黑,黄,R-Y,B-Y,白,黄,青,绿,紫,红,蓝,黑,复合视频信号基本参数表,匹配连接原理图,75欧姆,75欧姆,2VPP,1VPP,1VPP,环通连接原理图,75欧姆,75欧姆,2VPP,1VPP,1VPP,1VPP,设备的环通连接(模拟系统),信号源,P,V,W,黑场信号BB（Black and Burst）,是一种复合全电视信号，但亮度幅度为零，用于做同步基准信号,黑场信号电平：0.45Vp-p（因色同步高出黑 电平0.15V）; 极性：正极性（同步头为负）； 传输方式：非平衡。,黑场信号波形,数字信号物理层测量：眼图,实测眼图,SDI信号眼图的主要参数,抖动（Jitter），指数字信号跳变沿在时间上对其理想位置的随机时间偏移。抖动是串行数字信号物理层测量的最重要参数。单位用ps(皮秒)或UI的百分数标记 上升时间（Rise Time）上升沿的2080%所经历的时间 眼图参数指标有： 幅度 800mVp-p 10% 抖动0.2UIP-P（1KHZ） 上升时间 0.4ns-1.5ns(以幅度20%-80%之间) 过冲(overshoot) 10% 单元间隔UI (Unit Interval) 3.7ns,误 码 的 定 义 与 来源,误码 在 信 号 源 和 接 收 机 之 间 存 在 任 何 一 个 数 据 字 的 数 值 的 改 变 就 称 之 误 码。 误 码 是 首 先 必 须 关 心 的 问 题， 因 为 误 码 不 仅 会 使 图 象 出 错， 严 重 的 误 码 还 会 造 成 失 去 图 象。 误码的产生误 码 仅 产 生 于 传 输 的 环 境， 如 信 噪 比 的 下 降、 高 频 的 抖 动、设 备 的 接 地、 电 源 的 纹 波 等。,误码分类,-全 场 误 码， 指 的 是 误 码 发 生 在 表 征 全 场 所 用 行 的 数 据 字 中， 除 了RP168 标 准 规 定 的 场 消 隐 区 中 的 图 象 切 (第6行)换 行。 -有 效 图 象 误 码， 指 的 是 误 码 发 生 在 表 征 有 效 图 象 的 数 据 字 中。提 出 有 效 图 象 误 码 是 基 于 象 数 字 帧 同 步 器、 在E-E 工 作 状 态 下 的 数 字 录 像 机 等 大 多 数 数 字 设 备 都 具 备 重 新 设 置 所 用 行 消 隐 区， 以 及 部 分 场 消 隐 区 的 功 能， 可 能 会 破 坏 没 有 误 码 的 完 整 信 号。 这 样 就 有 必 要 从 全 场 误 码 中 单 独 测 试 有 效 图 象 误 码。,误码率测试,增强测试 在模拟系统中， 信号质量的劣化是逐渐变化的。 但数字系统与此不同， 它在信号崩溃之前几乎可以是无故障地工作。为了评估系统的运行状况， 需要进行停播后的增强测试。 增强测试的内容是改变数字信号的一项或多项参数直至故障的产生。实验结果表明，加长电缆长度（或电缆仿真器）的测试，特别是在和即将介绍的SDI检验场信号联用时， 是最有效的增强测试， 因为这种测试条件代表了系统的实际运行状况,误码率与电缆长度,电缆的选用与传输质量,机房内20、30米的短距离连接，100米内带均衡器设计的系统，可放心地使用“模拟”电缆,左图是用极普通的“模拟”电缆，传输图像（含眼图）效果的一组实验照片（无均衡）。 从130米来看，“眼图”尚完整，图像中间开始有滚道出现； 197米时，“眼图”已难辨“眼开度” ，图像上出现“拉道” ； 210米时，“眼图”已“荡然无存”，图像因误码濒临散乱，开始进入“崩溃点”,经过均衡后眼图显示,如何选用分配放大器？,均衡分配放大器（DA） 这种类型的分配放大器具有内插的均衡器，它可以补偿因电缆长度造成的信号损耗，并可重建信号幅度，不过它不能消除信号中可能存在的固有抖动或噪声。在信号通道中多个放大器级联使用时不推荐使用这种类型的放大器，因为存在的抖动会沿着整个信号通道积累叠加。 重计时分配放大器,(Re-clocking Distribution Amplifier，DA) 重计时分配放大器不仅具有内插的均衡器，而且还可以提取数据流中的嵌入时钟。这样可以利用这种稳定的提取时钟以重新锁定数据流。重计时分配放大器可用于系统中多放大器级联，但级联个数要受到限制。,SDI Format(格式)检查,SDI格式是数字/数据传输规程（procedures）或协议（protocol）的重要组成部分，是发送与接收双方必须遵循的格式约定 （convention），是数字/数据传输最基本的框架（帧）结构，格式不一致将难以实现数字/数据信号的传输和处理。 SDI格式包含有视频、音频和辅助数据等多项内容，结构繁多，需要使用仪表仔细地进行检查，目前常用检测设备有Tektronix的WFM-601、VM-700T等。详细检测应使用VM700T,SDI Format(格式)检查,Data Range(数据范围):指示是否有保留值000h-003h或3FCH-3FFh 被不正确使用的错误。 SAV Placement(SAV位置):指示是否有SAV相对于前面的EAV有不适当的定位错误。 Line Length(行长度):指示从一个EAV到下一个EAV,是否有取样数不正确的错误。 Field Length(场长度):指示在一场内是否有不正确的行数。 ANC Parity(辅助数据的奇偶性):表示在辅助数据内是否出现奇偶 性错误。 ANC Checksum(辅助数据检查和):表示在辅助数据是否出现检验和错误。,抖动的定义及分类,抖动 可以定义为数字信号在重要时点上偏离理想时间位置的短期变化 定时抖动 当信号跳变的位置发生偏离时，如果它的发生速率高于规定频率（典型值为10Hz或略低）为定时抖动；低于此规定频率的位置偏离则称为漂移。 校准抖动 以从信号本身提取的时钟为参考，信号跳变位置相对于该时钟（在时间轴上）的偏离称为校准抖动。时钟提取过程的带宽决定了校准抖动的低端频率的下限。 对于SD系统，校准抖动的下限频率为1KHz,随机抖动和确定抖动,总抖动(TJ)分成两类：随机抖动(RJ)和确定抖动(DJ)。随机抖动是不能预测的定时噪声，确定抖动是可以重复的、可以预测的定时抖动。我们主要关心的是确定性抖动,抖动的主要来源,一般而言，由电缆本身的物理特性所引起的信号失真不会给系统增加明显的抖动。 在更多的情况下， 在系统的眼图显示中出现的抖动和其它缺陷，一般是由有源器件引起的 系统中的开关电源可能会产生与电源开关频率或与交 流市电主频（50Hz/60Hz）相关的确定性周期抖动。 某一器件中信号跳变中的上升时间和下落时间的差值 可能会导致系统中工作循环（duty-cycle）抖动。 某一器件在其处理视频信号的过程中可能引入与行场 频率相关的周期性抖动。例如锁定于视频基准的器件 会引起主时钟的变化。这样，与行场频率相关的抖动 分量就有可能转移到SDI输出信号中。,EDH检测和处理误差 ( Error Detecting and Handling),基本原理 一场视频信号的全场或有效场进行CRC(循环冗余码)码计算，产生一个16bit的误码检验字。将此与串行数字信号辅助数据一起，构成误码检测数据包，插入RP165标准的场消隐辅助数据区(奇数场第5行，偶数场第318行)。含有EDH误码检测下传。然后送入EDH附件移位寄存器经串并转换，通过传输系统和串并转换，重新对每场视数信号全场或有效场进行CRC计算，并提取到场辅助数据区CRC值进行对比。当与发出的CRC值不同，即指出误码并给出误码量报告。反过再将不符合CRC值误码插回串行数信号待下一个系统测试。,在SMPTE RP165文件里，将这种在标准清晰度视频格式中可选用的误码测试法定义为EDH数据错误的检测和处理。在标准清晰度视频格式中，每场发送一次16比特的CRC校验字，分别对全场和有效场的数据进行校验。全场校验包含了一场内的全部发送数据，但场消隐切换期间的前后几行（625制式为57行）不包含在内。有效视频期间的CRC校验仅包含该场内SAV与EAV之间的有效视频数据字，但不包含SAV与EAV。有效视频中的半行也不包含在有效视频检验中。在WFM601中专门有EDH检测功能，可以观察到CRC数值的显示和任何CRC错误的告警信息。,SDI检验场（SMPTE RP178）,上半场测试信号的亮度值为198h，两个色差通道的样值均为400h。下半场测试信号的亮度值为110h，而两个色差通道的样值均为200h,SDI检验场的应用,很多测试信号发生器可以单独产生这两种测试信号 利用SDI检验场进行测试时，将测试信号经过待测设备接入到带有EDH功能的数字波形监视器。当输入的测试信号为测试电缆的信号时，如果出现误码，则表示设备的电缆均衡器出现问题，另外比较常见的问题是因为电缆长度超过了设备电缆均衡器的校正能力，减短电缆长度可消除此类问题；当输入的测试信号为检查锁相环的信号时，如果出现误码，则表明设备内的时钟再生器有问题，锁相环的压控振荡器的自由振荡频率偏离了规定的频率,SDI检验场的测量价值,SDI 检 测检验场， 主 要 是 测 试 自 动 电 缆 均 衡 器 和 接 收 机 的 锁 相 环。它包含两种信号 - EQ自 动 电 缆 均 衡 器 测 试 SDI 检 测 场 的 上 半 场 测 试 信 号 的 每 一 行 都 由 1 比 特 的“1” 和 19 比 特 的“0” 的 排 列 组 成， 用 于 自 动 电 缆 均 衡 器 的 测 试。 当 这 种 测 试 信 号 通 过 被 测 的 自 动 均 衡 器 时， 会 在 每 帧 的 一 些 时 间 上 建 立 很 大 的 直 流 分 量。这 种 高 直 流 分 量 的 切 换“ 接 通、 “ 关 断”， 将 会 增 强 测 试 自 动 均 衡 器 的 模 拟 功 能 的 线 性 程 度， 线 性 不 良 的 均 衡 器 会 在 跳 变 点 产 生 误 码。,SDI检验场的测量价值,PLL 的 锁 相 测 试 SDI 检 测 场 的 下 半 场 测 试 信 号 的 每 一 行 都 由 20 比 特 的“1” 和 20 比 特 的“0” 的 排 列 组 成。 很 明 显，这 种 测 试 信 号 含 有 最 大 的 低 频 成 分 和 最 少 的 过 零 点， 给 时 钟 的 恢 复 和 PLL 的 锁 相 是 一 种“ 加 压” 测 试。PLL 的 测 试， 不 需 测 试 仪 器， 只 要 观 测 当 SDI 检 测 场 通 过 系 统 时 图 象 是 否 仍 完 美 无 损 即 可。如 果 图 象 出 现 紊 乱 或 失 去 图 象， 则 说 明 系 统 中 接 收 机 的 锁 相 环 无 法 锁 住 这 种“ 异 常”0、1 序 列 信 号。 这 种 接 收 机 用 在 系 统 中 是 不 安 全 的， 因 为 在 实 际 的 图 象 情 况 下， 输 入 的 数 据 与 加 扰 状 态 的 某 些 特 殊 组 合 也 有 可 能 很 凑 巧 地 产 生 一 长 列“0”。,内容层检查：色域,钻石形成示意图,显像三基色的重现色域图,关注R,G,B,Y,PB,PR 仅仅是中间信号, 是由数学公式产生的信号,并非是最后还原图象的信号. R,G,B信号源之于图象, 最后还原成图象.,色域监视方法 ：分离钻石显示,仪器应用篇,WFM601前面板,WFM601E无红色框内功能,仪器的连接,连接电缆建议在被测器件和测量仪器之间使用一段短电缆 （一般为1米）来测量参数，在短电缆的情况下，可以忽略噪声和频率响应跌落的影响。 与数字监视器的连接 不能直接由波形监视器的数字环通输出连接到数字监视器（数字监视器的输入反射损耗不够高会给波形带来畸变） 而应使用波形监视器的SDI OUT 连接到数字监视器，波形监视器的数字环通接口应接75终结电阻 注意末端数字监视器的终结,WFM601环通接BVM14 技监,WFM601环通接75终接电阻,上升时间的测量,上 升 时 间 的 测 量 还 必 须 注 意 到 测 量 仪 器 建 立 被 测 波 形 时 本 身 的 上 升 时 间， 它 的 修 正 公 式 为： Ta = Tm2-Ts2 式 中：Ta= 实 际 上 升 时 间，Tm= 测 量 得 到 的 上 升 时 间，Ts= 仪 器 的 上 升 时 间(WFM601带宽为450MHZ 20%-80%的上升时间为500ps)。 泰 克 的VM700 SDI 选 件 能 根 据 修 正 公 式， 作 出 精 确 的 眼 图 上 升 时 间 测 试 值。,定时基准信号（TRS）,F：场标志符 F=0 表示是在第1场期间 F=1 表示是在第2场期间 V：垂直消隐标志符 V=0 表示有效场期间 V=1 表示场消隐期间 H：行消隐标志符 H=0 有效行开始处（SAV） H=1 有效行结束处（EAV）,3FF、000和000三个16进制数是固定前缀，为定时标志符号预备的， 只为SAV和EAV同步信息的开始作出标志,SAV信号形成的振铃脉冲,a.PASS状态下放大后的SAV信号显示,b.STRIP状态,如何利用WFM601测量两路信号定时？,将这两路数字信号分别与波形监视器的通道A通道B，选择REF为EXT 通过波形监视器的配置菜单，选择 pass EAV和SAV模式， 然后返回通道A将波形监视器设置为MAG开启，开启选行功能选择第24行观察行同步字形成的振铃脉冲，将1个时间指示光标T1置于脉冲中心位置。再将输入信号切至B通道用另一个时间光标T2置于脉冲中心位置，计算T1 T2之差即可以得到两路信号的定时差 如果这两个SAV脉冲的幅度是相同的，那么它们就是同一场。,两路信号的延时差测量,EYE与EQ EYE,EYE(眼图)方式直接显示加到后面板环通输入的串行信号。此方式最适于直接监视串行数字源或短电缆。当监视一个靠近长电缆运行终端的信号时,EYE(眼图)方式会示出一个噪声带。 EQ EYE(均衡眼图)方式最适于测量经长电缆传输而衰变的信号 EQ EYE(均衡眼图)方式提供接收均衡到串行信号来将其还原。因均衡可增强信号并产生信号峰化,最适于检查信号的连贯性。你应把EQ EYE(均衡眼图)显示测量看作是非校准的定性测量。 为获取最好的测量,尽可能的使用EYE(眼图)方式。当EYE(眼图)方式不能提供有用的信号时,使用EQ EYE(均衡眼图)方式。,WFM601的STATUS 显示,FF CRC ERR SEC(满场CRC错误秒):提供视频信号内每场基于CRC计算的异步错误秒的EDH(SMPTE RP-165)测量。 AP CRC ERR SEC(有效图像CRC错误秒):提供各视频场有效图像基于CRC计算的异步错误秒的EDH(SMPTE RP-165)测量。 F1 AP CRC VALUE(有效图像CRC值):计算第一场有效视频部分的 AP CRC (有效图像CRC)值。 F2 AP CRC VALUE(有效图像CRC值):计算第二场有效视频部分的AP CRC(有效图像CRC)值。 Changed Since Reset(重置后的变化):指示从最后重置计时器起F1或F2 AP CRC VALUE(第一场或第二场有效图像CRC值)有变化。 Elapsed Time(耗用时间):表示最近一次重置计时器后的时间。 Reset(重置):将耗用时间设置为零同时清除所有检测的EDH错误。,选行测量,选行指示条 15H状态,监视器校准的重要性,不管是高清的监视器还是标清的监视器，它的任务