如何保證數(shù)字視頻信號的質(zhì)量
從模擬體制到數(shù)字體制的過渡為幫助保持設(shè)備中視頻信號的質(zhì)量提供了許多有利條件。視頻信號轉(zhuǎn)換到數(shù)字域之后,將不再受多種可 能影響信號質(zhì)量的模擬現(xiàn)象的影響。通過數(shù)字化一個高質(zhì)量的視頻信號,可以消除該信號中的許多模擬缺陷。不過,為了在數(shù)字域中處理信號,需要改變一些常見的 工程做法。
例如,串行數(shù)字接口(SDI)通常相當(dāng)可靠,但在某些點,傳輸信號的完整性無法保證,且數(shù)據(jù)有可能發(fā)生數(shù)字突變(digital cliff)。SDI的時鐘嵌入在數(shù)據(jù)流之中,如果接收設(shè)備不能恢復(fù)時鐘,就無法恢復(fù)視頻數(shù)據(jù)和顯示圖像。不幸的是,與模擬系統(tǒng)不同(其信號的惡化是逐漸發(fā)生的),數(shù)字系統(tǒng)中圖像的劣化幾乎是瞬時發(fā)生的。因此,數(shù)字電視設(shè)備工程師的職責(zé)是維護(hù)信號質(zhì)量,防止發(fā)生數(shù)字突變。
為了檢驗安裝質(zhì)量,可以通過一個適當(dāng)?shù)臏y試模式發(fā)生器來向系統(tǒng)施加特定的壓力測試信號。SDI校驗場 (SDI Check Field)是一個專門的測試信號,它包括兩個部分,如圖1所示。SDI校驗場的一部分通過產(chǎn)生一個0000 0000 0000 0000 0001(或1111 1111 1111 1110)序列來測試均衡器的動作。當(dāng)擾頻器獲得所需的開始條件時,差不多對每個場進(jìn)行一次這種測試,并且將一直持續(xù)下去,直到被EAV數(shù)據(jù)包終止。該序 列產(chǎn)生一個較高的直流分量,充分測試設(shè)備的模擬能力和處理信號的傳輸系統(tǒng)。SDI校驗場信號的另一部分設(shè)計用來檢查鎖相環(huán)性能,它使用了一個由20個0加 上20個1組成的特殊信號,這為時鐘提取提供了最少的過零次數(shù)。
這種測試很有幫助,它能驗證數(shù)字系統(tǒng)的一致性,或者測試系統(tǒng)是否已停止服務(wù)。但是在系統(tǒng)安裝完成之后,如何監(jiān)視其狀態(tài),確保信號沒有發(fā)生數(shù)字突變,或確保某個設(shè)備沒有發(fā)生故障呢?
EDH (Error Detection and Handling,錯誤檢測與處理)的基礎(chǔ)是為垂直輔助數(shù)據(jù)區(qū)中的每個視頻場插入循環(huán)冗余碼(CRC)計算。整個場和活動圖像有單獨的CRC,它們和狀態(tài) 標(biāo)志一道,隨其他串行數(shù)據(jù)一起通過傳輸系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送。解串器中將重新計算CRC,如果計算得到的CRC值與傳輸值不一致,就報告一個錯誤。因此,這種方法 可用于在服務(wù)過程中監(jiān)視SDI信號;大部分視頻設(shè)備現(xiàn)在可支持在垂直輔助數(shù)據(jù)區(qū)嵌入EDH。各種波形監(jiān)視器和SDI分析器可以提供EDH情況的狀態(tài)報告, 并可記錄錯誤,如圖2所示。典型錯誤檢測數(shù)據(jù)的提供形式是一段時間內(nèi)的錯誤秒數(shù),以及自發(fā)生錯誤的最后一秒以來的時間數(shù)。如果監(jiān)視設(shè)備報告EDH錯誤頻繁 發(fā)生,就表示SDI信號接近發(fā)生數(shù)字突變,應(yīng)該對信號路徑作進(jìn)一步檢查,以查找和解決問題。
為了在數(shù)字系統(tǒng)中分離出這類問題,需要一臺能夠顯示SDI信號眼圖的波形監(jiān)視器。為了進(jìn)行精確測量,采用一根長度短,質(zhì)量 高的電纜是相當(dāng)重要的。眼圖是由采樣數(shù)據(jù)流中重疊的部分構(gòu)成的,直到數(shù)據(jù)變化量足以產(chǎn)生圖3所示的三眼顯示為止。在某些儀器上,也可能將眼圖顯示與數(shù)據(jù)字 邊界(SD為10個字,HD為20個字)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。這項功能對于檢測與并串轉(zhuǎn)換有關(guān)的抖動模式相當(dāng)有用。
串行接收器在每個眼圖的中央判定信號為“高”還是為“低”,從而對串行數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測。由于信號中的噪聲和抖動在傳輸信道中不斷增大,它們可能使眼圖閉合,降低接收信號的可用性。
SMPTE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了信號的發(fā)送幅度、抖動、過沖和上升/下降時間要求,如表1所示。
信號的幅度很重要,原因有兩點。一是它與噪聲有關(guān);二是因為接收端是以信號到達(dá)時剩余的半時鐘頻率能量為基礎(chǔ)來估計所需要的高頻補(bǔ)償(均衡)的。發(fā)送端如果幅度不正確,有可能導(dǎo)致接收端采用錯誤的均衡,從而令信號發(fā)生畸變。
如表1中所定義的那樣,上升時間和下降時間是在20%~80%的幅度點之間確定的。不正確的上升時間可能導(dǎo)致信號畸變,如振 蕩和過沖;如果上升時間過長,可能會減少眼圖中可用來采樣的時間。上升沿和下降沿的過沖一定不能超過信號波形的10%。過沖有可能是不正確的上升時間所導(dǎo) 致的結(jié)果,但更大的可能是由于阻抗不連續(xù)或接收、發(fā)送端接中返回?fù)p耗不良而引起的。
抖動在眼圖中表現(xiàn)為水平跡線的加粗。眼圖的展開程度將隨著抖動的加劇而減小,直到接收器無法對數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼為止。抖動用單位 間隔(UI)來度量,1UI與時鐘周期相對應(yīng):SD為3.7ns,HD為673.4ps。抖動對系統(tǒng)的影響還取決于抖動的頻率。SMPTE為測量抖動定義 了不同的頻率帶寬。定時抖動是對傳輸信號內(nèi)抖動的一個總體度量,而校準(zhǔn)抖動則可分離降低接收器恢復(fù)數(shù)據(jù)能力的抖動分量。
圖4所示的抖動畫出了與視頻行和場速率相關(guān)的峰峰值抖動對應(yīng)于時間的曲線。這樣,便可以按照視頻信號定時來將抖動進(jìn)行特征 化。許多與抖動有關(guān)的問題都是由于同步鎖相(genlock)參考抖動轉(zhuǎn)移到串行系統(tǒng)中而引起的。這類抖動通常在20Hz和幾百Hz之間。同步鎖相系統(tǒng)采 用的相位檢測過程也可能會增加噪聲,這些噪聲將影響10Hz~1kHz范圍內(nèi)的抖動。使用適當(dāng)?shù)?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/帶寬">帶寬限制濾波器,可以在抖動測量中包含或抑制特定的抖動分量。
波形監(jiān)視器的眼圖和抖動顯示是測量數(shù)字傳輸信號性能時可供選擇的工具。如果在系統(tǒng)中正確地實現(xiàn)了EDH,它可幫助監(jiān)視關(guān)鍵的信號通路,并對系統(tǒng)中潛在的問題進(jìn)行報警。維持系統(tǒng)正確運(yùn)行的關(guān)鍵是采用精心設(shè)計的設(shè)備,確保其電纜類型、電纜長度和設(shè)備端接滿足要求。
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