微分相位測量普遍存在的問題

韓 東

（中國電子科技集團公司第三研究所，北京 100015）

根據國家標準GB3174—1995《PAL-D制電視廣播技術規范》[1]的規定，中國彩色電視廣播制式為PAL-D（逐行倒相正交平衡調幅制）。在對符合國標的PAL制彩色視頻信號的檢測中發現，當前所進行的微分相位測量普遍存在很大的問題。筆者將就此進行分析，并給出正確的測量方法。

1 微分相位簡介

對電視視頻信號的質量檢查，一般都要分析其視頻線性失真和視頻非線性失真。其中，視頻非線性失真主要包括：亮度非線性失真、微分增益、微分相位和色度信號對亮度信號的交調失真等參數。而微分相位失真對圖像質量的影響尤為明顯。當微分相位失真較大時，會使圖像相應部分的色調（顏色）發生變化，這將給人們一種圖像不真實的感覺。

那么，什么是微分相位呢？微分相位又簡稱為DP（Differential Phase）。通俗地講，就是當視頻信號的亮度分量電平發生變化時，它上面疊加的彩色副載波信號的相位發生了變化[2]。微分相位失真對圖像的影響是：會使圖像相應部分的色調（顏色）發生變化，人眼對此十分敏感。比如，有一個畫面是一位穿著艷麗裙裝的報幕員，在聚光燈下走向舞臺中央。如果圖像信號存在嚴重的微分相位失真，那么畫面上不同亮度部分的同一服裝顏色就會發生改變。這種圖像會給人一種虛假的感覺。所以，正確測量微分相位失真的數值并進行分析，以采用相應的措施降低其失真就變得十分重要了。

2 微分相位的測量方法

在GB3659—1983《電視視頻通道測試方法》[3]國家標準中，對微分相位失真的定義和測試方法都給出了明確的規定。

定義：將未經相位調制的恒定小幅度色度副載波疊加在亮度信號上，并加至被測通道的輸入端，當亮度信號從消隱電平變到白電平，而平均圖像電平保持在某一特定值時，在輸出端副載波的相位變化稱為微分相位失真。

測試方法：

把疊加副載波的五階梯信號加至被測通道的輸入端，測量輸出端階梯波各梯級（包括消隱電平）上的副載波的相位，以消隱電平上副載波的相位Φ0為基準，微分相位失真用＋X，－Y表示。其計算公式為

微分相位失真峰-峰值由式求得

式中：Φ0為輸出端消隱電平上副載波的相位；Φmax和Φmin分別為輸出端階梯波各梯級（包括消隱電平）上副載波的相位中的最大值和最小值。

測量微分相位通常采用疊加副載波的五階梯信號和CCIR330信號，其波形如圖1和圖2所示。

測量微分相位使用的較佳設備有美國泰克（Tektro?nix）公司的VM700T視頻測量裝置等，國產儀器有四川川嘉電子有限公司的JC-MVA150型視音頻測量儀等。它們可以同時給出階梯波各梯級上微分增益和微分相位的失真值，而無須按照上述公式手動計算。其測量結果顯示如圖3所示。

圖3 微分增益和微分相位的測量顯示（儀器面板截圖）

因為中國彩色電視廣播制式為PAL-D制，彩色視頻信號的色度副載波是逐行倒相的。一行為＋V行視頻信號，下一行就是－V行視頻信號，依次反復。而且即使是同一行序號的信號，在第一場和第三場以及第二場和第四場其色度副載波也是垂直反相的。具體地說，在第一場和第二場，行序號為單數的行是非倒相行，行序號為雙數的行是倒相行。而在第三場和第四場，則剛好相反，行序號為單數的行是倒相行，行序號為雙數的行是非倒相行。對此，在國家標準GB3174—1995《PAL-D制電視廣播技術規范》中有明確的規定。

3 微分相位測量中存在的問題

如上所述，因為同一行序號的視頻信號在第一場和第三場（第二場和第四場）其色度副載波垂直反相。所以，在使用VM700T視頻測量裝置進行某一行微分相位測量時，如果不采用平均（Average）方式，那么非倒相行和倒相行的微分相位失真值就會快速交替顯示。這將無法清楚地顯示和讀取穩定的微分相位測量值。對于這種情況，人們很容易想到用“平均”的辦法來解決這個問題。但這樣做，就會造成PAL制視頻信號微分相位測量的嚴重錯誤。下面分析造成微分相位測量本質性錯誤的原因。

通常測量人員都采用疊加副載波的五階梯信號進行微分相位測試。假設被測信號消隱電平上的副載波相位為60°，而階梯波其他梯級上副載波相位最大偏離處的相位為70°。那么，根據微分相位的定義，該信號微分相位失真值就應為10°。用監視器觀察其圖像，相應色條的顏色也會發生明顯的改變。這也說明該信號的確存在較大的微分相位失真。如果把該信號加到VM700T視頻測量裝置的輸入端，采用簡單的“平均”方式進行微分相位測量，那么，得到的測量結果不是10°，而是接近于0°。這與對應的色調（顏色）偏差圖像完全不相吻合，結果顯然是錯誤的。判斷視頻測量方法是否正確的準則是測量結果應與圖像質量相一致。

下面簡單分析：假設在第99行進行測試，如果被測信號第一場第99行在消隱電平上的副載波相位為＋60°，副載波相位最大偏離處的相位為＋70°，那么，顯然其微分相位失真值應為＋10°。但對于PAL制彩色視頻信號來說，第三場第99行因是倒相行，如不考慮正交誤差，那么在消隱電平上的副載波相位應為－60°，而副載波相位最大偏離處的相位則為－70°,其微分相位失真值應為－10°。這時,如果用簡單的“平均”方式進行測量，那么，測量的就是非倒相行的微分相位失真值＋10°和倒相行的微分相位失真值－10°的平均值，當然結果會接近為零。顯然這種測量是錯誤的，但問題嚴重的是目前對微分相位的測量普遍采用的就是這種方法。

4 正確的微分相位測量方法

要掌握正確的測量方法，必須先了解一下VM700T視頻測量裝置進行微分相位測量的選單樹，如圖4所示。

圖4 微分相位測量選單樹

從圖4中可以看到，在微分相位測量選單樹的“采集子選單”中，有“僅＋V相位（＋V Phase Only）”和“僅－V相位（－V Phase Only）”兩個選項。但這里應特別注意：其中“＋V”指的是“＋V行”，即非倒相行。“僅＋V相位（＋V Phase Only）”表示在這種方式下，只測量“＋V行”也就是非倒相行的微分相位失真值。而不是指僅測量和顯示正的微分相位失真值。在“＋V行”微分相位失真值為正值和負值的出現幾率約各占50%。當然，“僅－V相位（－V Phase Only）”則指的是只測量“－V行”即倒相行在反相前的微分相位失真值。這一功能與VM700T和JC-MVA150中，彩條測量的“＋V”、“－V”功能基本相同。這兩個選項就為正確穩定地測量微分相位失真值提供了條件。具體的方法是：首先在被測行，選用“僅＋V相位（＋V Phase Only）”測量方式，在平均（Average）方式下，讀取微分相位（DP）失真值。它對應于＋V行（非倒相行）的DP值。然后再選用“僅－V相位（－V Phase On?ly）”測量方式，在平均（Average）方式下，讀取微分相位（DP）失真值。它對應于－V行（倒相行）在反相前的DP值。所讀取的微分相位（DP）失真值，都應帶有正負號。最后，用“僅＋V相位（＋V Phase Only）”方式得到的微分相位（DP）失真值減去“僅－V相位（－V Phase Only）”方式得到的微分相位（DP）失真值再除以2。其簡化公式為：[（＋V）測得值－（－V）測得值]÷2。但要特別注意：所有的失真值，都應帶有正負號。

之所以這樣測量和計算，是因為在PAL制色度信號的解碼的過程中，首先要對U，V（包括＋V和－V）分量信號進行同步解調，然后再轉換為B－Y和R－Y色差信號。所謂“同步解調”就是對U分量信號用基準副載波信號與之相乘，＋V分量信號用正向偏轉90°的基準副載波信號與之相乘，而－V分量信號用反向偏轉90°的基準副載波信號與之相乘，這就實現了－V行信號的垂直反轉。這也是上述計算公式中使用減號的原因。然后，再將對應于＋V非倒相行和－V倒相行的色差信號疊加后取其平均值。因為解調過程是這樣，所以對于PAL制信號的微分相位失真值也是取決于非倒相行和倒相行兩個失真值的綜合作用，而要取其平均值。這樣，以上測量和計算方法才能反映出實際彩色電視視頻信號的質量情況。

上述測量方法的另一特點是：它不僅能夠給出對應于彩色圖像質量的正確微分相位失真值，而且通過測量過程還能夠了解被測網絡相移特性的真實質量情況。例如，把一個標準的疊加副載波的五階梯視頻信號加到被測網絡的輸入端。輸入信號的副載波相位在非倒相行為＋60°，在倒相行為－60°。若被測網絡是一個在高亮度分量電平上副載波相移特性很差的網絡，在消隱電平上，副載波相位沒有改變，仍為＋60°和－60°，而在某一亮度分量電平上，副載波相位同向偏離，非倒相行相位由＋60°偏離到＋70°，而倒相行相位由－60°偏離到－50°。因為PAL制的逐行倒相功能對視頻信號的微分相位失真有改善作用，所以在這種情況下用上述正確方法測得的微分相位失真會相當小，相應圖像的色調也確實沒有多大變化。但從測量過程可以看到，被測網絡的相移特性確實存在很大問題，它會給其他方面的信號質量問題帶來隱患，應對其相移特性作進一步分析和改進。

5 小結

綜上所述，對PAL制視頻信號的微分相位測量應使用上述的正確測量方法。如采用現在普遍使用的簡單的“平均”方式進行微分相位測量，會使測得的微分相位失真值與實際值偏離較大。這樣，就會影響對視頻信號及其相關設備的質量評定和進一步改進。因此，正確掌握微分相位的測量方法是非常重要的。

[1]GB3174—1995，PAL-D制電視廣播技術規范[S].1995.

[2]平龍.電視圖象傳輸質量等級與主要失真指標[J].電視技術，1998，22（8）：46-48.

[3]GB3659—1983，電視視頻通道測試方法[S].1983.