视频信号资料

1、视频信号的DG(微分增益)，DP（微分相位），S/N（信噪比）DG(微分增益)：在PAL制电视信号中，彩色信号是调制在频率为4.43MHz的色副载波上，而色副载波又是迭加在亮度信号上的，色副载波的幅度决定彩色信号的饱和度。视频信号的DG失真是指系统的增益特性随输入信号的电平而变化。通俗的说，由于亮度消隐电平变到白电平时，在视频通道输出端产生色度信号幅度的变化，这样，在亮的部分和暗的部分，其彩色饱和度，色调（尤其是饱和度）均有不同的变化。DP（微分相位）：在PAL制电视信号中，彩色信号是调制在频率为4.43MHz的色副载波上，而色副载波又是迭加在亮度信号上的，色副载波的相位决定彩色信号的色调。视

2、频信号的DG失真是指上系统的相移特性随输入视频信号而变化。传输线路上的相移量随不同亮度电平而变化，则色同步和色副载波之间相移就起变化，于是画面亮的部分和暗的部分的色调就不同S/N（信噪比）：在电视信号传输中，常用信号功率的峰峰值和噪声的有效值之比表示其值。当调制波形是模拟信号时，则检波后信号电平随信号频率的增高而降低，表现为非线形失真，使基波的谐波分量增加，从而影响到DG(微分增益)，DP（微分相位）。DG微分增益不满足要求。色度信号的幅度在不同的亮度电平上发生了变化，色度信号的幅度变化导致色饱和度发生变化。这样，在屏幕的亮度发生变化时，图像的色饱和度也要发生变化，亮电平时的红色在睛电平时可能

3、变为浅红或深红，造成图像失真。 DP 微分相位不满足要求。色度信号的相位在不同的亮度电平上发生了变化，色度信号相位变化导致色彩发生变化。这样，在亮度电平发生变化时，图像的颜色也要发生变化，造成失真。视频通道的失真测量分析安全优质播出是电视技术人员的中心任务。优质的意义就是向广大观众提供最低失真的图像和声音。也就是说要尽可能地减少传输过程中的失真和干扰。我们进行测量的目的就是在于定量确定系统和系统各环节引入的失真、干扰，进而确定其产生的原因，提出解决的办法。最终使观众看的满意。所以说测试是广播电视技术管理科学化的重要组成部分。 通常，我们把视频信号经处理和传输后产生的失真分为以下五类：（1）线性

4、失真；（2）非线性失真；（3）视频杂波；（4）反射损耗；（5）介入增益及其稳定度。 1 线性失真当通道的失真仅仅取决于通道的特性而与输入信号的幅度、位置及平均图像电平无关，则称之为线性失真。此时输人与输出之间存在线性关系从以上的分析可以看出，线性失真可以在时域上对比测量，在频域上分解测量。 这里必须指出的是，在实际系统中，线性往往是相对而言的。在视频通道中，对信号幅度有一定的限制，线性失真的测量，必须严格按照国标规定进行，否则将由此引起新的非线性失真。使测试结果失去意义。至此，我们可以给线性失真下一个虽不十分精确但非常简明的定义。 与信号幅度无关的波形失真属线性失真，这种失真是由于系统不能在整

5、个频率范围内均匀一致地传输幅度和相位特性造成的。 彩色全电视信号经过电视通道之后，产生的几种主要线性失真如图1所示。下面我们来分析各种失真对图像的影响及其测量方法。 1.1 长时间波形失真 长时间波形失真是由于输入端的平均图像电平阶跃变化时，输出信号的消隐电平的暂态过程。通常，它表现为极低频的阻尼振荡。 如果通路中的视频放大电路不采用箝位电路，电路中的交流耦合电路就会对阶跃信号产生阻尼。 长时间波形失真的测量通常采用可变平均图像电平的"跳变"平场信号来进行测量。如使用VM700A配套Tek148信号发生器，可在VM700A的"测量"（MEASURE）方式

6、下选择"跳变"（Bounce），就可以得到长时间失真的显示图以及峰值偏差和稳定时间。 长时间波形在图像上的反映为图像底色的突然变化，显然严重时它会影响到同步的幅度。 1.2 场时间波形失真 大家通常将场时间波形失真俗称为场倾斜。它影响信号分量的时间范围在64us20ms之间。当一个场方波信号加至被测信号的输人端时输出端方波信号顶部的形状变化，就是场时间波形失真。其失真量用最大倾斜点至中心点的倾斜幅度与中心点幅度的百分比来表示。另外，一般的仪器上均提供的K系数模板可以读出K50值，它提供了场时间波形失真结合人眼对这个失真的一个综合描述方法： 场时间波形失真的测量激励为场方波它

7、的半场信号为0V，另外半场为700mV。应该说明的是由于场时间波形失真的特点，测量时仪器应选择场频扫频，且直流恢复应该是关的位置。使用VM700A时，可在"测量"状态下选择"两场测量"（TWO FIELD MEASURE）。使用VM700A也要在菜单上选择"慢速后肩箝位"（ Slow clamp at Back Porch）并关上平均（Average）开关。场失真波形失真对图像的影响是垂直方向上的亮度不均匀。由波顶和波底的不平使一部分黑电平上升为灰电平，而另一部分白电平又下降到灰电平，如图2所示。 1.3 行时间波形失真 与场时间失真

8、不同的是，行时间波形失真反映了一种中频失真。它可以用一行信号内方波脉冲（白条）的倾斜加以衡量。其失真量也是以最大倾斜量与中心幅度的百分比表示。行时间失真也可以K系数之一Kbar描述。 与场的失真对应，它会引起水平方向上的亮度不均匀。如果监看一个黑白短横条时，黑条就在白条中引起曳尾（灰色），显然，它影响到了图像的清晰度。 l.4 短时间波形失真 短时间失真使快速上升的脉冲和2T脉冲产生振铃、幅度变化和拐点的正负冲。它反映了图像波形中高频的失真，也就是细节和边缘的失真。其测试信号为2T正弦平方波脉冲和条脉冲。 2T正弦平方波信号的数学表达式如下2T正弦平方波信号的频谱特征如图3：从频谱图（图3）我

9、们可以看出，2T信号的能量基本限制在fc之内。对于我国电视制式来说，视频带宽的上限fc=6MHz，在国标中以T定义正弦平方波T为标称上限的倒数之半：由于2T脉冲的频谱在6MHz之内，所以就可以客观地判定通道内的失真，而不至于将6MHz以外的失真量计入或不能全面衡量整个频带。而且2T信号外形简单、对称，便于在波形监示器上发觉细微的失真。 根据上面的频谱形态和博氏分析理论，我们可以将2T脉冲理解为6MHz内幅度不等、频率不同的一系列正弦波的组合。如果通道带宽小于6MHZ，那么一部分频率将无法通过，脉冲的幅度也将降低，并且在其两侧形成振荡。如果存在相位失真，则波形就会不对称。 条脉冲在数学上是2T正

10、弦平方波的积分其频率上限亦限制于6MHz之内。它代表了图像中大面积色调均匀的信号。式中：P为输出端2T脉冲幅度； L为输出端条脉冲幅度。 对于PAL制信号，短时间范畴内的失真更适合用K2T和Kp、Kpb来描述。 由于人眼么视觉特性对愈远处的振铃愈敏感，愈反感所以Kp 对不同的振荡点的振铃给了不同的敏感修正因子f： 第一振铃处 ±2T为1/8 第二振铃处 ±4T为1/4 第三振铃处 ±8T为1式中：P为2T脉冲幅度； a(i)为第i振铃处的振值； f(i)为第i振铃处的修正因子。 测出Kp中，绝对值最大者为通道Kp值从式（7）可看出，Kpb根据人眼视觉敏感性计入了1

11、/4的修正值。 行时间失真和短时间可用Tek1481的K系数刻度板读出。也可在VM700A上通过"测量"方式下的"白条行时间"（Bar Line Time）和"短时间失真"（Short Time Distortion）或直接在"测量"方式下的"K因子"（K Factor）得出。 K系数评价系统描述了2T脉冲与行条的线性失真，并按各种失真对图像的视觉损伤计权，确定图像的主观评价等级。K系数应该是K50、Kb 、Kp 、Kpb、K2T测量值中的最大值者。 1.5 色亮增益差与色亮时延差 色亮增益差是

12、信号通过一个系统后色度分量增益和亮度分量增益间的差。对于色度增益低为负值，色度增益高为正值。 色亮时延差是信号的这两个分量通过一个系统所需要的时间的差值，色度滞后为正，色度超前为负。 彩色全电视信号是亮度信号和色度信号两部分信号构成的所以就需要评价这两部分信号在线性上的关系。由前面提到线性特征之一：可加性，决定了我们可以用亮度和色度信号相叠加的方式，去研究它们之间的线性不均匀关系。 根据我国电视测试标准，应使用的测试信号为一个半幅度为Tc=10T的正弦平方波叠加一个由副载波平衡调制的Tc波，称为副载波填充正弦平方波。如图4所示 根据傅氏分析原则和可加原则，它在线性传输时的频谱形态如图5。当这样

13、的一个信号通过一个如图6所示的增益-频率特性不均匀的系统时，其输出幅度也是不同的。而系统相位特性不均匀时，各部分的相位也是不同的。这里需要说明一点是由于目前我们采用的大多数信号源和CCIR推荐625行的插入测试信号均为20T填充波，所以在计算时延时20T信号的时延值要比10T大一倍。色亮增益差失真表现色度的增益或衰减，图像表征为饱和度的失真。饱和度不足使深红色变为浅红色，使人物的肤色暗淡。如果色度增益高于亮度增益则会产生填色感，使轮廓和人物的五官显得太浅，缺乏真实感。这种现象在橙红区的失调尤为突出。 色亮时延差失真会使图像在水平方向出现粉色镶边，清晰度下降。 色亮增益差与时延差可使用Tek14

14、81的刻度来计量或实测计算，也可用VM700A"测量"方式下的"色亮增益时延"（Chrom Lum Gain Delay）来测量。 1.6 频率响应-幅频特性 频率响应的测量用以评价系统均匀一致地传各频率的信号分量而不影响其输出信号幅度的能力。测试时以信号源中的白条信号为基准。典型的频响测试信号为多波群信号和Sinxx多波群（Multiburst），包含了从0.55.8MHz 6组离散频率，可以快速评价系统频响。 SinxX是近年来十分流行的频响测试信号，这是由于国内省级电视技术部门一般都配备了VM700A或频谱分析仪的缘故。Sinxx在时域上几乎无法看

15、出幅频特征的失真情况，但在频域上，它是一个十分平坦频谱，所以在频谱分析仪或 VM700A上可以精确测量各频点的幅度失真。 1.7 群时延 由于电视传输系统对不同的频率分量会有不同的时延，就出现了由于预率变化而引起时延误差。基准低频与被测最高频事之间的时延差，称为群时延误差。 信号发生器产生多脉冲信号和Sinxx信号的能力和VM700A的出现，使群时延的测量成为了现实。VM700A可以非常方便地用"Sinxx群时延"（Group Delay Sinxx），在大量频率的基础上得到精确的群时延测试结果。 群时延失真与色亮时延差失真有其一定相似之处，但是群时延反映了整个通带内时延失

16、真的总体情况，而色亮时延差则着重反映色度对于亮度的时延关系。在严格的测试时，有必要予以区分。2 非线性失真通常人们把与输入幅度有关的失真称为非线性失真。由于放大器与其它电子线路仅在有限的范围内呈线性，这样就会对大信号形成压缩或消波，这样就形成了视频信号的非线性。非线性失真除造成亮度、色度信号本身的非正常压缩或扩张外，也会造成色度信号与亮度信号之间的交调或互调 非线性失真主要与亮度信号幅度的瞬时值、色度信号的幅度以及平均图像电平（APL）有关，因而非线性失真的各项指标，均应分别在黑白灰（12.5、50、87.5）三种不同的平均图像电平下测量，取其最大值。 这里，我们有必要对平均图像电平做一说明：

17、平均图像电平是指行有效期间图像信号幅度的平均分量在整个帧周期（除行、场消隐外）内的平均值，以亮度标称值的百分数表示。 我国电视测试信号及国际标准插入测试信号的平均图像电平一般近似于50。 通道的非线性失真对电视信号产生的各种失真，是同时发生的。通常我们根据它对图像损伤的情况，将其分为以下几类，如图8所示。 通常，亮度非线性、微分增益、微分相位三种失真，应作为设备维护的例行测试项目。由于设备正常播出时的平均图像电平近似于50%，所以使用插人测试信号测出的非线性失真的结果应该说是十分可信的。 2.1 亮度非线性失真 亮度非线性失真就是在亮度通道中输入、输出信号间的非线性关怠；痪浠八担褪橇炼鹊缙降脑

18、鲆媸芰炼鹊缙降挠跋臁颐窃谙咝晕侍庵刑傅焦桓銎氪涡缘奈侍猓聪咝园嗽鲆婢鹊母拍睿匀唬炼认低车姆窍咝允瓜低巢荒芫纫恢碌卮土炼刃畔? 亮度非线性测量是通过比较阶梯信号中各梯级的幅度来进行的，通过比较最大阶梯与最小的阶梯之间的级差，与最大梯阶的百分比，就是亮度非线性的失真值。所以我们通常采用均匀阶跃的阶梯波作为测试信号，典型的测试信号是无调制的5阶梯或10阶梯信号。 为了测量的方便，大多数的测试用电视波形监视都配备一个测量亮度非线性的专用"阶跃微分"滤波器。阶跃信号通过"阶跃微分滤波器"后，每个阶跃在波形监视器上转变为一个尖脉冲，每个尖脉冲振幅与其相应的阶梯幅度成

19、正比，这样通过比较尖脉冲的振幅，便可确定失真的大小，既准确又方便。 Tek1481提供了尖脉冲的移动功能可将最大与最小的尖脉冲移至刻度线上进行测量。 VM700A则可使用"测量"键符表上的"亮度非线性"（Luminance Nonlinearity）直接显示亮度非线性值。 亮度非线性在设备中主要由视放和调制解调以及发射机、差转机的末级非线性引起。在彩色电视的传输过程中，亮度非线性失真有明显视觉感受这是由于亮度非线性影响了红、绿、蓝三个基色分量的值，最终影响到了人眼较为敏感色饱和度，致使图像中的景物或人物层次不清，缺乏立体感。一般来讲，通路亮度非线性失真指

20、标达到甲级时人眼是不易察觉的。 2.2 亮度信号对色度信号的影响-DG失真和DP失真 彩色全电视信号是由亮度信号和色差信号组合而成。两个色差信号U和V分别正交于副载波频率率4.43MHz上，并叠加在亮度信号上。所以在系统中存在非线性失真时，色度信号与亮度信号之间将产生相互作用。 微分增益失真就是色度通道的增益受亮度电平的影响而产生的。通常，我们使用其英文缩写DG。 按照我们电视行业的习惯，微分增益失真通常使用色度振幅间的峰一峰值的偏差来计量DG失真。也就是说，我们的测量值是峰值微分增益。其计量基准为消隐电子上的色度信号的振幅值。 式中：Amax、Amin分别为各电平值上副载波幅度的最大值与最小

21、值； Ao为消隐电平上的色度副载波幅度。 通常，我们采用恒定幅度副载波叠加三角波或5阶梯或10阶梯来进行DG的测量，这些信号可用TSG271或Tekl48l等信号发生器来产生。由于在不同的亮度电平上比较副载波幅度既麻烦又不准确，所以我们通常采用4.43MHz带通波形监视法来测量DG。比如使用Tek1481将4.43MHz带通选入，则可在同一电平上比较各副载波的幅度。甚至可以最大、最小的失真点移至基准处进行计量。 由于5阶梯叠加的副载波信号为280mV（国际信号D2），所以这一信号超过了标称值140mV。同时由于我国电视标准采用负极性调制，调制深度为87.5，所以第5阶梯的调制度为 1.14&#

22、215;87.5 %=99.75 所以在有调制环节的传输通路中，第5阶梯上的色度幅度失真是不应计入总的DG之中的，而应将其去掉。 DG失真除可以用波形监视器或视频分析仪VM700A测量外，还可以使用Tek512A矢量示波器进行单踪扫描法测量。由于Tek512A采用的包络检波（平方律）输出，即由信号本身自乘而得。而不是像同步解调制器那样要与一个具有恒定相位的连续副载波相乘所以当DG与DP同时存在时，同步检波产生一个与相位相关的项，而包络检波则挥校圆捎檬噶渴静鞑饬緿G失真更为准确 DP失真与DG失真相对应，它是由于色度信号的相位受亮度电平的影响引起的。 微分相位失真-DP以副载波相位的度数来表示。

23、国内还常用的表示法为峰值偏差微分相位，DP失真的测试信号与DG相同。通常DP的测试可用矢量示波器或视频分析仪。 使用Tek5l2A进行DP的测量时，可先将512A选择于双踪"DOUBLE"，则可用移相器来对DP进行定量。首先将"已校相位"标度盘置于0点，用A中测角器使消隐电平部分为0，然后用校准的移相器使最大点的相位为0。这时，相位刻度盘上的数字就是DP失真值。 使用VM700A也可以进行DG、DP的精确测量。在VM700A的"测量"键符表中选择DG、DP，则两者同时显示于一屏。 与一般的幅度相位失真不同的是，一般的幅度相位失真与信号

24、电平无关，其失真值是固定的，易于校正。而DG、DP属非线性失真，对色度信号来讲，就相当于工作点的飘移由于色度信号处于通道的高瑞，工作点的变化使通道中的分布参数处于飘忽不定的境地，所以DG、DP的校正就十分复杂。 DG失真使电视机不能够正确地重现色饱和度。当亮度信号变化时，相应的色饱和度也会变化。就象一个切开的西瓜由暗处搬到亮处，观众就会将熟的西瓜误认为是生的西瓜 DP失真使景物或人物的色调发生随亮度的变化。由于人踉对色调变化十分敏感，为减少DP对彩色的影响，PAL制电视标准专门考虑了这一因素。由于PAL，制接收机中的延时线解码器使一场中连续两行信号进行平均而后显示，从而抵消了相当大一部分色度信

25、号的相移，其结果使微分相位转换到了微分增益，色调的失真转化为人眼不敏感的色饱和度失真。所以在PAL系统中DP的误差容限要宽一些。尽管如此，对于系统的DP、DG我们仍然需加以严格的控制。特别对于易于引起DG、DP的调制解调器、光端机等。 2.3色度信号的非线性失真 色度信号的非线性失真是指色度信号的增益和相位随色度幅度变化。 色度非线性的测量通常采用三色度电平信号来进行。色度非线性增益以百分比表示，以中间信号群的幅度为计量基准。其计算公式为：式中：Ki(2i-1)/3；Ai为输出端第i个副载波的峰一峰值；i为测试信号副载波串上的位置序号：最后，以计算结果中的最大者为失真值。色度增益非线性的测量可

26、用波形监示器来测量色度相位非线性可用矢量示波器来测量。调节矢量示波器的增益，使最大矢量伸展到刻度圆上，然后用移相器计量读出3个信号矢量的最大相位偏移。 使用VM700A时，在"测量"方式下选择色度非线性"（Chrominance Nonlinearity）即可显示出失真图表。 其中Chrominance Amplitude Error（）为色度非线性增益 Chrominance Phase Error（deg ）为色度非线性相位 Chrominance Luminance Intermodulation(%) 为色亮互调。 色度非线性增益通常表现为对色度幅度不同的

27、压缩与扩张，产生饱和度的失真，使图像彩色缺乏层次，缺乏立体感。由PAL制接收机延时线解码器对色度非线性相位的效果进行了平均，最终在图像不致引起色调的偏移。所以通常的例行测试中并不测试色度非线性相位。 2.4 色度信号对亮度信号的互调 色度信号对亮度信号的互调，亦称为交扰或交叉调制，这是由于亮度的幅度受到叠加色度信号的影响造成的。 当系统存在互调失真时，受色亮互调影响的画面，其色饱和度将不能正确重现。 通常，互调的测量使用"三电平色度"信号。在波形监示器上滤波器消除色度信号后，便可观察到色度对亮度的影响。 其计算公式按照我国国标GB-3659-83应解释为 (台阶电平 最严重

28、处的亮度电平)/ 台阶电平X100% 应该注意的是：VM700A的测试显示值为最严重处的亮度电平相应于700mV的偏差百分比。所以在最终的测试报告中应予注明或进行换算。 3 视频杂波测量 杂波我们又称之为噪声。它是任何电气系统中都存在的扰动。它可能是随机的也可能是规则的。它来源于系统外部的各种自然和人为的干扰源以及系统内部电子或载流子无规则的热运动。在视频测量时，我们一般把无用信号统称为视频杂波。通常，我们把视频杂波分为连续随机杂波、电源干扰，单频干扰、脉冲干扰和串扰五类 3.1 连续随机杂波 连续随机杂波由系列连续而且无固定电平的许多窄脉冲（或冲激脉冲）综合而成。其幅度的分布呈随机性并无瞬间

29、幅度的确切值。这些窄脉冲合成的噪声呈正态分布规律。它是由信号源以及传输过程中的电子元器件中的电子或载流子的不规则热运动产生的。 在现代通信技术中，随机杂波被分为两类。第一类是白噪声，其频谱平坦，类似于白光的频谱，其功率谱密度与频率无关。第二类是三角杂波，其功率频谱正比于频率的平方，其频谱呈三角形故称之为三角形杂波。比如电阻的热噪声呈白噪声，而调频系统（此如模拟卫星信道）则呈三角形。 由于随机杂波频谱的多样性，加之人眼对各类杂波感受不尽相同，致使测量结果与人眼的感受有较大的差别。 例如三角杂波比起白杂波而言，所含的高频分量要多，所以它的干扰在图像就显得比较细小，感觉就较轻。而白杂波具有较大的颗粒

30、结构，而且在图像上动感很强，使人十分讨厌。 所以人们提出了一种模拟人眼对不同杂波的主观感觉随频率而异这一特性的办法叫做加权。采用加权网之后，测量的结果就比较接近于实际的平均视觉效果。 我国在国标GB3680-83中规定了我国视频连续随机杂波时采用统一加权网。并对性能、特性进行了约束。这一统一加权网是在CCIR567号建议书提出的，与制式无关。所以我们在使用进口杂波测量仪器时，只要见到Unified Weighting Network，说明这个加权网是适用我国的。 由于造成问题的噪声的大小与信号幅度大小的相对关系，而不是噪声的绝对值所以我们通常采用信噪比这一概念。有公式： S/N=20lg（亮度

31、信号幅度的标称值 / 随机杂波幅度有效值）（dB） （3-1）S/N加权=20lg（亮度信号幅度的标称值 / 加权随机杂波幅度有效值）（dB） （3-2） 这里，加权随机杂波幅度有效值就是通过带宽限制网络和加权网络后的随机杂波有效值。 视频信号中含有极低的频率成份。电路中的交流耦合电路往往就会使直流和低频成分丢失。所以系统中往往采用钳位电路。而钳位电路是以行同步或消隐信号为基准的。所以在测量视频通路之前就要搞清有关箝位电路。无钳位电路则无需送住何信号；有钳位电路时，为了使其处正常工作状态，不致影响测量，则要送平均信号。 可用于视频杂波测试的仪器有RS公司的UPSF2视频杂波仪、UAF视频分析仪

32、和Tek公司的 VM700A和Tek178lR等。对于目前使用较多Tek1481波形监示器也可配接选件1480F30进行杂波测量。 在连续随机杂波的测量时，我们应遵照国标 GB3659-83要求，接入10kHz高通滤波器，视频标称带宽低通，4.43MHz陷波器。这些滤波器的特性应符合国标GB365983附录A的要求。测量加权信杂比时，还应接入统一加权网络。加入10k高通的作用是用以排除交流干扰和音频通道对视频通道的串扰。低通的作用是防止将带外的杂波计入。彩色陷波器作用是防止将副载波频率分量误计为噪声。在VM700A上进行测量时可用"测量"表上的"噪声频谱"

33、;（Noise spectrum）来测量测量时应按照要求在菜单上选入相关的滤波器。此时VM700A便会显示相应的噪声谱，并在右上角显示出信杂比值。 由于不同的颜色受杂波的主观影响也不尽相同，所以VM700A还提供了色度加权网供测试。 连续随机来被对图像的影响是大家所熟知的，即雪花点。这一指标是衡量视频通道质量的一个重要内容。为此人们还特意将按大家知道的五级评分法加以对应。 3.2电源干扰 顾名思义，电源干扰是指在1kHz内的交流声及其谐波干扰。其计算公式为 S/N=20log(亮度信号幅度标称值 / 杂波幅度峰峰值)（3一3） 其测试信号与测试连续随机杂波相同。测量时可采用RS公司的视频杂波测试仪USPF2或VM700A，测试时要加入1kHz低通。使用USPF2时，注意杂波表的读数