電視系統中數字視頻信號的監測

吳崇玲 楊貴寶

包頭電視臺技術中心，內蒙古包頭014030

摘要 隨著數字化、網絡化技術在廣播電視領域的應用，數字電視圖像的清晰度、飽和度都有了質的飛躍，對數字電視節目系統圖像質量的監測與測量，有利于科學的進行設備選型、系統驗收，促進廣播電視技術事業的發展。

關鍵詞 監測；PLUGE信號；色域；眼圖；抖動

中圖分類號TN94 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）61-0169-02

數字電視系統運行質量好壞通常有兩種方法來進行評估，一種是測量，另一種是監測。測量可以提供較高精度的評價參數，需要用復雜的測量儀器，測量主要應用在數字電視產品的設計、制造、設備選型、驗收測試、系統安裝、系統評估等環節，要求提供較高精度的測量參數。監測主要應用于電視中心系統質量維護，在監測領域，通常只需要對有限的幾個關鍵參數進行連續、實時的評估，對測量參數的精度要求不高。

對于數字電視節目監測離不開監視器，為了使監視器準確重現原圖像，需要規范調整。根據ITU BT-818和ITU BT-815標準，首先調整監視器的亮度和對比度。亮度調整是進行黑電平調整，調整亮度電平時，視頻信號是在垂直方向整體移動。一般使用PLUGE信號中的三電平信號調整亮度，PLUGE信號中的三電平信號包括-2%黑、0%黑和+2%灰。將PLUGE信號輸入到監視器的輸入端，如果我們從屏幕上看到-2%黑的電平條，說明信號的黑電平有些偏高。如果從屏幕看不到+2%黑的電平條，表明信號的黑電平有些偏低。實際上，只要調整到從屏幕上看-2%黑和0%黑兩個條相同，同時能夠顯示出+2%黑的電平條，此時，亮度電平已經調整到適當位置。其次對比度調整是調整亮度信號的放大量。將亮度的層次拉開，信號底部的基點是不動的，對比度的調整沒有相應的標準，一般根據環境以及人眼的主觀感覺調整到一個適當位置。而顏色調整實際是色度信號幅度的調整，表現在屏幕上就是色彩飽和度的調整。調整過程中，需要輸入彩條信號，對于標準的100%彩條信號，若監視器色度的調整符合標準，相應的藍路信號在白、青、紫和藍條的電平幅度就完全一致。一般在監視器上有一個只看藍色的按鍵，按下去后，屏幕上只顯示藍色信號，此時只需要調整色度旋鈕，使相應的亮度區域一致即可。這樣就可以使監視器準確的重放出原始顏色。

在數字節目圖像信號記錄和技術質量審查時，不僅要監測復合全電視信號幅度不超過標準規定，而且要確保分量信號R、G、B色域不越限超標。這一點在進行數字節目質量監測時已經充分得以證明，有些圖像信號的復合全電視信號幅度測量時并沒有超過800mV，但在R、G、B信號色域監測時已經越限超標，而且實際觀看的圖像也是明顯偏色的。根據上面所說的監測方法，不僅要有復合全電視信號幅度監測功能，而且應具備R、G、B色域監測功能。目前具有鉆石顯示和箭頭顯示功能的監測儀，以及具有Five Bar顯示功能的監測儀，都能用于判定R、G、B信號色域是否越限超標，而且很容易區分是哪個通道色域超標。這些顯示功能上/下限指標均可以預置門限值，用戶根據不同標準任意設定使用。

不同的是：具有鉆石和箭頭顯示功能的監視儀除上/下門限值可預置外，還具有超標象素占整個畫面象素面積的百分比數值的設定，這給使用者一個寬限，即只有超標象素面積占整個畫面面積達到或超過設定的百分比時才報警，確定為超標；而具有Five Bar顯示功能的監測儀沒有此項面積百分比設定，即超標象素不管占整個畫面象素面積的百分比多大，只要超標幅度達到設定的門限值，就以紅色警示區顯示超標。

?數字信號還可以用眼圖來確定和檢驗串行數字信號的傳輸質量，把串行數字信號輸入到示波器的信號輸入端，并用本輸入數字信號作為示波器的掃描觸發信號，掃描周期選為二個時鐘周期，即兩個碼元的時間，由于輸入數字信號以掃描周期重疊顯示在熒光屏上，形成一個圖形，寬度同一個碼元寬，高度同數字信號的脈沖幅度。對于一個頻帶寬度無限寬的系統，數字信號從1到0和從0到1的轉換速度非常快，轉換時間可為零，顯示出的圖形為矩形。但實際傳輸系統的頻帶寬度有限，數字信號的0和1的轉換時間變慢，脈沖的上升沿和下降沿不再陡峭，并有上沖和下沖，相位抖動，不同寬度脈沖的幅度有了差別，甚至脈沖的頂部和底部變得傾斜了，因此顯示圖形形狀與人眼形狀相似，稱為眼圖。

如果數字信號的模擬波形是理想的，眼圖會呈現為一系列方框，但在實際系統中，由于帶寬、噪聲以及抖動等因素的影響，會造成眼圖的閉合，數字系統最終關心的是眼圖的閉合程度。通常幅度變化，噪聲等因素造成眼在垂直方向上的閉合，定時抖動影響水平閉合，整個數字系統在正常工作時，應保持眼的開度。眼圖廣泛應用于確定設備的特性和技術標準、安裝后的驗收檢測、以及系統設備維護測試，眼圖觀測和分析是對數字信號質量進行檢驗的一種較好的方法。

眼圖觀測通常包括：幅度、時鐘周期、上升和下降時間、過沖和下沖以及抖動等參量，使用專用的數字分量波形監視器或示波器可以進行觀測。SMPTE 259M規定的信號電平和參數的容限如下，對于非平衡輸出的串行接口，輸出阻抗為75Ω，反射損耗≥15dB（5MHz~270MHz）,輸出信號幅度變化在800mVpp的±10%以內，直流偏置信號半幅度點電平在0V±0.5V范圍內，20%~80%上升時間0.4~1.5ns之間，80%~20%下降時間0.4ns~1.5ns之間，上升時間與下降時間差值0.5ns，上沖小于信號幅度的10%，下沖小于信號幅度的10%。對于非平衡輸入的串行接口特性和參數容限為輸入阻抗75Ω，反射損耗≥15分貝（5MHz~270MHz）,電纜均衡1/2時鐘頻率上電纜的衰減量≤30dB。

串行數字信號監測的另一個指標是抖動。數字信號在形成、編碼、處理、傳送和變換中，數據發生跳變，由于數字信號的跳變對它們的理想位置在時間上的變化，產生了偏移。抖動是串行數字傳輸系統中最重要的參數之一，它能夠在數字數據的傳送和恢復中引起差錯，當這種偏差變得足夠大時，數據可能被譯錯。表征和測量抖動性能對串行數字系統可靠和可預測的工作非常重要。

根據不同抖動頻率成分使接收機失鎖的幅度頻率曲線，可見抖動速率越高，對設備影響越嚴重，抖動的分類要以所包含的頻率成分來劃分，大致分為絕對抖動、定時抖動、校正抖動和低頻抖動，與其它抖動相比，校正抖動是最重要的抖動測量參數，它能夠直接給出影響數字接收機正確恢復數據能力的信息。串行數字信號抖動參數和限值：定時抖動的下限頻率為10Hz，校正抖動的下限頻率為1kHz~100kHz之間，測量的上限頻率在1/10時鐘頻率以上，定時抖動限值應小于0.2UI，校正抖動限值應小于0.2UI。

電視圖像中對于數字視頻信號除了以上幾種監測指標外，還有誤碼的測試。誤碼不僅使電視圖像出錯，而且嚴重時還會造成圖像丟失，誤碼的產生主要由傳輸環境，如信噪比下降、高頻抖動、設備接地、設備間連接的電氣特性不好、電源干擾等造成，其測試主要通過固定圖形測試法和在線EDH檢測和處理。

隨著數字化進程的不斷深入，數字產品逐漸進入了電視領域，傳統的測量和監測手段已不能適應新技術的要求，如何對數字電視信號進行有效的監測和可量化的管理就成為各個電視臺普遍關心的問題。使用具有性能優良的數字圖像測試儀器對電視系統進行測試，從而客觀的、公正的對數字電視系統給出全面評價，有利于數字電視系統進行科學的設備選型、系統驗收，一個好的信號監測系統應該能夠具有良好的檢測精度、豐富的檢測內容、靈活多樣的報警方式以及操作方便的監測軟件，這樣可以更好地提高電視設備的數字化改造。

參考文獻

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