如何保證數(shù)字視頻信號的質量

　　從模擬體制到數(shù)字體制的過渡為幫助保持設備中視頻信號的質量提供了許多有利條件。視頻信號轉換到數(shù)字域之后，將不再受多種可 能影響信號質量的模擬現(xiàn)象的影響。通過數(shù)字化一個高質量的視頻信號，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)通常相當可靠，但在某些點，傳輸信號的完整性無法保證，且數(shù)據有可能發(fā)生數(shù)字突變(digital cliff)。SDI的時鐘嵌入在數(shù)據流之中，如果接收設備不能恢復時鐘，就無法恢復視頻數(shù)據和顯示圖像。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)字電視設備工程師的職責是維護信號質量，防止發(fā)生數(shù)字突變。

　　為了檢驗安裝質量，可以通過一個適當?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。當擾頻器獲得所需的開始條件時，差不多對每個場進行一次這種測試，并且將一直持續(xù)下去，直到被EAV數(shù)據包終止。該序 列產生一個較高的直流分量，充分測試設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。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，或確保某個設備沒有發(fā)生故障呢？

　　EDH (Error Detection and Handling，錯誤檢測與處理)的基礎是為垂直輔助數(shù)據區(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) 標志一道，隨其他串行數(shù)據一起通過傳輸系統(tǒng)進行發(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 可用于在服務過程中監(jiān)視SDI信號；大部分視頻設備現(xiàn)在可支持在垂直輔助數(shù)據區(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)據的提供形式是一段時間內的錯誤秒數(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，應該對信號路徑作進一步檢查，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。為了進行精確測量，采用一根長度短，質量 高的電纜是相當重要的。眼圖是由采樣數(shù)據流中重疊的部分構成的，直到數(shù)據變化量足以產生圖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)據字 邊界(SD為10個字，HD為20個字)進行關聯(lián)。這項功能對于檢測與并串轉換有關的抖動模式相當有用。

　　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)據進行檢測。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標準規(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；二是因為接收端是以信號到達時剩余的半時鐘頻率能量為基礎來估計所需要的高頻補償(均衡)的。發(fā)送端如果幅度不正確，有可能導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 致的結果，但更大的可能是由于阻抗不連續(xù)或接收、發(fā)送端接中返回損耗不良而引起的。

　　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)據進行解碼為止。抖動用單位 間隔(UI)來度量，1UI與時鐘周期相對應：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抖動的一個總體度量，而校準抖動則可分離降低接收器恢復數(shù)據能力的抖動分量。

　　圖4所示的抖動畫出了與視頻行和場速率相關的峰峰值抖動對應于時間的曲線。這樣，便可以按照視頻信號定時來將抖動進行特征 化。許多與抖動有關的問題都是由于同步鎖相(genlock)參考抖動轉移到串行系統(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范圍內的抖動。使用適當?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.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)視關鍵的信號通路，并對系統(tǒng)中潛在的問題進行報警。維持系統(tǒng)正確運行的關鍵是采用精心設計的設備，確保其電纜類型、電纜長度和設備端接滿足要求。