数字视频通道的sdi信号与眼图特性

数字视频通道的sdi信号与眼图特性

一数字视频通道的测量模拟视频通道是根据电路的一段分布模式，传输、接收和制作链接上都有不同的指标。主要原因是模型信号传输过程中波形的失真和噪声的逐渐累积。五种表现出通道性能的指标（干预、信噪比、反射损失、线性失真、非线性失真）的优点与图像质量有显著直接关系。在模拟区域，客观测量与主观评价的相关性非常高。因此，该行业通常使用三级甲和丙级考试模拟通道的性能。数字视频通道是基于SDI信号传输,SDI信号经过各个设备和电缆传输后所引入的ISI(符号间干扰)、高频衰减、抖动和噪声会使SDI信号模拟波形产生失真,但其失真并不是逐级累积。因为SDI信号通过各个设备时,它通过PLL(锁相环路)电路自动均衡幅度与修正抖动,判决再生0和1。从SDI信号的物理特性来看,SDI信号在传输层中是一种数据“载波”,而0、1数据流则表示视频信息,眼图是传送数据的模拟信号的示波器显示。虽然SD信号波形失真对传输层产生影响,但对其所携带图像内容(数据层)并没有损伤,即基于SDI接口数字视频通道,信号质量的好坏同图像质量没有直接对应关系,因此“模拟视频通道”分等级评价和五大类指标概念在数字视频通道测量中不适用。数字视频通道一般采用“眼图”的特性来表征其传输能力。二数字视频通道的传输特性基于SDI接口数字视频系统,在本质上属于数字基带传输系统。评价基带传输系统性能的一种定性而方便的方法是观察接收端的基带信号波形——眼图。因此数字视频通道采用SDI信号的模拟波形——眼图特性来表征其传输能力。眼图特性可由幅度、上升/下降时间、过冲、抖动等基本参量来表述。抖动测量是同时钟恢复带宽有关,分为定时抖动和校准抖动。图1为眼图主要技术指标。1.高频补偿均衡时信号幅度是重要的,因为它同噪声有着相对关系,还有,接收机估算必需的高频补偿(均衡)时,是基于信号到达时剩余的半时钟频率能量,这也与信号幅度密切相关。若发送端提供不正确的幅度可能会导致接收端施加不正确的均衡,从而引起信号失真。2.上升时间不恰当对于ECL逻辑器件而言,上升时间的测量是幅度的20%至80%处进行的,不正确的上升时间也可能引起信号失真,例如振铃和过冲。如果上升过于缓慢,可能会减少在眼图中抽样的可用时间。3.反射损耗太低有可能是不正确的上升时间引起,不过更多情况下则可能是由于阻抗的不连续或者接收端或发送端的终结不良以及反射损耗太低所引起。在HD-SDI系统中,由于信号的时钟速率高,因此正确的终接尤为重要。不适当的终接意味着被接收终端即接收器件所吸收的并非是全部能量,剩余的能量则被终端反射沿着电缆返回,从而产生失真的波形。这种反射可能会产生信号中的振铃,用户从波形监视器的眼图显示中可以观察到过冲和下冲,如图2所示。4.数字视频系统的三种基本特征在理想情况下,SDI信号中跳变点之间的时间间隔应当是单元间隔(UI)的整数倍。然而,在实际系统中,SDI信号中的跳变点是会随时间而变化并偏离其理想位置。这种偏离称为时间间隔错误(TIE),通常就称为抖动。这种定时偏离可能由频率、幅度以及与相位相关的因素的变化所引起。抖动一般分为定时抖动和校准抖动两种:●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。(在从10Hz延伸到时钟频率的1/10的带通中测量的抖动。)●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。在从1KHz延伸到时钟频率的1/10的带通中测量的抖动。对于SD系统,校准抖动的下限频率为1KHz;对于HD系统,校准抖动的下限频率为100KHz。数字标清信号允许的定时抖动为0.2UI(即数字分量525格式和625格式的定时抖动允许值为740ps),数字高清晰度格式允许的定时抖动为1.0UI(673.4ps或674ps)。对于校准抖动,按照规定,SD系统在1KHz以上和HD系统在100KHz以上的允许值均为0.2UI。实际系统超出图1所示的眼图指标规定,数字视频系统仍然可以很好地工作,不过,在某些点上会失效。不幸的是,究竟什么时候出现这种失效点,却难于提供其特性。因此,对波形监视器上的眼图和抖动显示的进行深入分析,确定与SDI信号传输的有关问题,保持数字SDI信的正常工作状态是至关重要的,防止因幅度过低、抖动过大等因素而导致数字系统跌落至“数字悬崖”的边缘。三眼图指标分析电视领域的数字视频系统中,常见的视频通道有:数字演播室、数字转播车、非线性编辑、硬盘播出、制作播出服务器系统等,这些视频通道都可用如图3所示的数字视频通道模型来表示。表1为行业标准中关于数字视频通道的眼图指标。如表1所示,数字视频通道特性检测标准中,并没有像模拟通道标准中给出等级评价来评估通道特性,只给出数字视频通道中A、B、C、D、E各点眼图参量指标的范围,但在实际测试和验收工作中如何分析和应用这些参量指标呢?下面谈谈几点体会:●基于SDI接口的数字视频通道为数字基带传输系统,根据数字基带传输系统的特性,数字信号可判决重生的原则,可以说整个数字视频通道的眼图指标可由最后一级的设备决定。通常在系统验收和系统维护时,对数字演播室、数字转播车、数字播控系统等视频通道测量时,一般选择D点的测量结果作为整个通道的眼图指标。●数字设备选型时经常需要检测SDI接口的特性,目前虽然没有规定相应数字设备的眼图指标,考虑到眼图均为设备输出口处所测和数字基带信号可再生特点,个人认为可把数字视频通道中各点眼图指标作为相应设备的SDI接口眼图特性评估基准,具体划分如:A点可作为数字视频矩阵、数字视频分配器等设备的SDI接口参考眼图指标;B点可作为切换台、视频服务器、非线性编辑设备、字幕机、数字录像机等设备的SDI接口参考眼图指标;C点作为选路开关、键控器等设备的SDI接口参考眼图指标;D点作为数字帧同步、行同步、重定时数字视频分配器等设备的SDI接口参考眼图指标。●在实际工作中,不好从眼图参量指标中评估出数字视频通道性能的好坏,眼图指标稍差一点,但是看到的图像质量仍是很好。另外实际所测到的眼图是设备输出的信号,因此只能从测出眼图的参量来估算该通道还有多大的传输能力,这一点在系统设计时很重要,需要考虑电缆的余量,以避免出现数字系统的“悬崖点”。另外,对于拉长SDI信号的环境下直播时,有必要使用SDI校验场信号对电缆的余量进行检测,避免出现信号经过长电缆输出后,幅度过低或抖动过大导致受信模块判决不出0与1时出现错误报警并失去信号的危险。●抖动和噪声会沿着通道积累下去,抖动可能导致眼图显示的变窄甚至闭合,使得判决门限的确定更加困难,抖动对D/A转换会产生较大失真影响。因此在工程设计上,在通道中需要多个视分级联的地方最好选用重计时分配放大器来降低时钟提取电路中锁相环路带宽以外的抖动,减小抖动对D/A的影响。特别是对1.485GHz的HD系统来说,对抖动要求更严格。因此在工程上对数字视分类型的选择要求较为严格一些,一般原则为需级联的地方和通道末级选用重计时分配放大器(Re-ClockDA),而其他的地方选用均衡分配放大器(DA)。四对sdi信号格式的监控SDI格式是数字/数据传输规程或协议的重要组成部分,是数字/数据传输最基础的框架结构,是各数字设备必须遵循的规则,只有保持格式一致,才能确保各设备之间正常互联工作。因此,检测数字视频通道的另一个重要内容,是评定该系统是否符合国际、国内有关SDI格式标准的规定。非编、字幕机、数字视频切换台、数字视频矩阵、视分、嵌入解嵌等通道上的设备都要应检查SDI格式。在GB/T179530-2000《4∶2∶2数字分量图像信号的接口》、GB/T14857-93《演播室数字电视编码参数规范》标准中规定了SDI信号格式主要包括:有效量化电平『对于10比特量化,电视亮度黑电平为64(0001000000),峰值白电平为940(1110101100);色度零电平为512(1000000000),最大负电平是64(0001000000),最大正电平是960(1111000000)』、串行传送顺序、定时基准信号(SAV、EAV)、接口数据结构、辅助数据(ANC)、复用格式(SDI数字音频嵌入、EDH数据)等。目前数字视频通道信号传输基本上嵌入音频,因此在系统验收时,需要使用VM700A/T视频测量仪或其他仪器对SDI信号格式的进行检测。因为不同厂商生产的数字视频设备对辅助数据的处理位置不一样,尤其是切换台和矩阵的切换行位置和设置需要检查,若切换行位置和设置不恰当时,对辅助数据区域的嵌入音频包的完整性产生影响,对嵌入音频的SDI信号切换时会出现瞬间咔嚓声。五误码检测及处理数字视频基带信号即SDI信号传输的特点是高质量、无损伤、传输条件稳定。实际上数字视频基带信号在传输中总是难免出现误码,这主要是由于线缆或接口处连接不良、设备内部器件不稳定、供电波动甚至设备振动等因素引入噪声或干扰而引起的。这种误码具有突发性,往往在某个时刻突然产生,持续时间很短,过后可能很长时间不再出现,在这种情况下对传输链路进行静态测试,可能得不到任何有意义的结果。另一方面,通过静态测试得到的误码率指标和视频信号质量没有直接的对应关系,也就是说,无法用以衡量视频信号的质量。在这种情况下,与其测量误码的数量,不如测量误码持续的时间及多长时间后再次出现误码。如果误码持续的时间长,出现误码的间隔时间短,就说明误码严重。对于传统的模拟视频信号,为了在不停播的情况下进行测试,采用插入测试信号的动态测试方法。而在数字视频系统中采用在辅助区域插入CRC(循环冗余校验码)运算产生的校验和(checksum)方式对传输通道进行在线误码检测,该机制称为误码检测及处理(ErrorDetectionandHandling,EDH)。EDH能准确地标识出信号传输时所发生错误的位置及类型,防止“悬崖效应”的发生。对于SD系统,EDH以视频场(Field)为对象,分别对一场中有效的图像数据(AP)、行逆程辅助数据(ANC)及全场(FF:包括行/场消隐期)的三个区域数据进行CRC校验,如图4所示。另外,对于HD系统,EDH以视频行为对象,分别对每行的亮度分量(Y)和色度分量(Cr、Cb)进行CRC校验。针对划定的3个数据区域,SMPTERP165文件EDH为每个区域设置了5个误码标志,分别是EDH(errordetectedhere)、EDA(errordetectedalready)、IDH(internalerrordetectedhere)、IDA(internalerrordetectedalready)和UES(unknownerrorstatus)。EDH表示前面的发送点到本接收点之间检出了误码;EDA表示前面的接收点已经检出误码;IDH表示本地设备内部产生了误码,这需要另外一套内部检测机制,且该检测机制能够与EDH体系进行标志的传递;IDA表示前面的设备内部已经检出误码;UES表示收到的信号中未嵌入EDH检测数据。该5个误码标志可通过TEK的VM700T的SDIFORMAT进行检测分析。对这三个数据区域的误码监测过程,AP区域出现的误码应该慎重考虑,因为这些误码在图像上是可见的。根据三个数据区域的从属关系,可有如下结论:在AP区域出现的误码,其误码标志会同时显示在FF和AP区域。在垂直消隐而不是在ANC区域出现误码,误码标志仅在FF区域显示;在ANC区域出现误码,误码标志同时在ANC和FF区域显示。数字演播转播系统和数字播出通道系统验收和通道监测中,我们可利用Tek的WVR6100或WFM6100/7100等波形监视器的status/VideoSession