使用4000系列數(shù)字熒光示波器進(jìn)行視頻測量(二)

光標(biāo)

光標(biāo)提高了屏幕上手動(dòng)測量的速度和精度。水平光標(biāo)可以測量信號(hào)幅度，垂直光標(biāo)則可以更簡便地測量信號(hào)定時(shí)。在觸發(fā)類型設(shè)置為NTSC時(shí)，甚至可以在IRE中顯示幅度讀數(shù)。

圖7 通過4000系列的自動(dòng)設(shè)置功能，用戶只需按一個(gè)按鈕，就可以設(shè)置示波器進(jìn)行視頻測量

信號(hào)調(diào)節(jié)

端接

大多數(shù)視頻系統(tǒng)是為了以指定阻抗傳送已知幅度的信號(hào)設(shè)計(jì)的。端接不當(dāng)會(huì)劣化頻響，因此視頻測量精度取決于能否把信號(hào)端接到精確的電阻中，其通常為75Ω。在較低的頻率上，可以使用簡單的75Ω饋通端接(部件編號(hào)011-0055-02)。在較高的頻率上，端接必須與傳輸線(通常是同軸電纜)的阻抗相匹配。端接阻抗必須有精確的電阻，電抗可以忽略不計(jì)(也稱為使回波損耗達(dá)到最大，使電壓駐波比達(dá)到最小)。如圖8所示，AMT75指定帶寬為1GHz，為視頻應(yīng)用提供了精確的端接能力。

圖8 泰克AMT75(其中顯示了AFTDS適配器)為視頻應(yīng)用提供了精確的端接能力

視頻箝

在模擬視頻測量中，常見的異常信號(hào)是AC線路電壓產(chǎn)生的低頻雜音。如果沒有消除這個(gè)雜音，它會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在顯示器上來回漂移，可能會(huì)導(dǎo)致觸發(fā)點(diǎn)變化。泰克提供的視頻鉗(部件編號(hào)013-0278-01)可以有效消除AC雜音及信號(hào)上的任何DC偏置。如果信號(hào)是AC耦合信號(hào)，那么視頻鉗還會(huì)消除平均圖像電平變化產(chǎn)生的低頻變化。視頻鉗基本上作為預(yù)處理器使用，在所有標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)上提供“后沿”鉗位。

常用視頻信號(hào)測量

基本監(jiān)測

在監(jiān)測模擬視頻信號(hào)時(shí)，支持輝度等級(jí)顯示的示波器是最重要的調(diào)試工具。在DSO顯示屏上看不到的細(xì)微信號(hào)變化會(huì)直接決定視頻系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。

直播視頻的行速率輝度等級(jí)顯示

最基本的模擬視頻顯示畫面是行信號(hào)幅度隨時(shí)間變化。通過使用All Lines觸發(fā)模式，觸發(fā)同步信號(hào)前沿，可以簡便地獲得這個(gè)畫面。

支持輝度等級(jí)顯示(及擁有足夠高的波形捕獲速率，可以捕獲每一行)的數(shù)字熒光示波器提供了與波形監(jiān)測儀類似的用戶熟悉的行速率顯示畫面(參見圖9)。

圖9 數(shù)字熒光示波器上顯示的用戶熟悉的信號(hào)幅度隨時(shí)間變化和視頻行速率，其中包括的輝度等級(jí)顯示外觀與波形監(jiān)測儀類似

幅度測量

自電視問世以來，系統(tǒng)單位增益概念一直具有重要意義。視頻幅度標(biāo)準(zhǔn)化允許我們?cè)O(shè)計(jì)每個(gè)系統(tǒng)單元，實(shí)現(xiàn)最佳的信噪比性能，自由交換信號(hào)和信號(hào)路徑。在設(shè)置模擬視頻幅度時(shí)，僅僅調(diào)節(jié)信號(hào)路徑中最后一臺(tái)設(shè)備的輸出電平是不夠的。應(yīng)調(diào)節(jié)每一臺(tái)設(shè)備，相應(yīng)地從輸入到輸出傳送信號(hào)。在數(shù)字格式中，保持視頻幅度的重要性大大提高。系統(tǒng)中充足的模擬視頻幅度可以保證在數(shù)字化過程中使用最優(yōu)數(shù)量的量化電平，復(fù)現(xiàn)令人滿意的圖像。除保持正確的色彩平衡、對(duì)比度和亮度外，必須在色域極限范圍內(nèi)控制視頻幅度，以遵守傳輸法規(guī)，有效地轉(zhuǎn)換成其他視頻格式。

通過使用示波器，可以以多種方式進(jìn)行幅度測量。最簡便的方式是簡單地比較信號(hào)與IRE或mV視頻格線，進(jìn)行相應(yīng)測量。然后，可以使用示波器的水平光標(biāo)，進(jìn)行更精確的測量。最后，可以使用示波器的自動(dòng)測量套件及光標(biāo)選通，累積測量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析測量期間變化。圖10和圖11是在標(biāo)清和高清視頻信號(hào)上進(jìn)行的常見幅度測量實(shí)例。

圖10 NTSC信號(hào)上幅度測量實(shí)例。使用示波器的峰到峰測量功能測量色彩突發(fā)的峰到峰幅度

圖11 在1080i/60 HDTV 100%色條信號(hào)中，使用光標(biāo)測量Y信號(hào)白電平幅度及從0H到活動(dòng)視頻的時(shí)間

定時(shí)測量

定時(shí)和同步對(duì)保證視頻輸出信號(hào)兼容其他設(shè)備至關(guān)重要。預(yù)計(jì)在視頻信號(hào)內(nèi)會(huì)以固定間隔及特定時(shí)間發(fā)生水平和垂直視頻同步信號(hào)。這些脈沖放置不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備輸出不正確地鎖定另一臺(tái)設(shè)備，可能會(huì)導(dǎo)致圖像干擾或完全未鎖定圖像以及圖像滾動(dòng)或未同步。因此，保證輸出設(shè)備的同步信號(hào)滿足相應(yīng)視頻標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范和容限十分重要。例如，活動(dòng)圖像應(yīng)發(fā)生在特定開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間內(nèi)部，保證圖像在顯示畫面內(nèi)正確居中。如果活動(dòng)視頻開始得太快，不滿足標(biāo)準(zhǔn)定時(shí)會(huì)導(dǎo)致圖像第一部分不能顯示；如果活動(dòng)視頻結(jié)束得太遲，則會(huì)導(dǎo)致圖像的最后部分被削掉。

定時(shí)測量的方式與幅度測量類似。最簡便的方法也是使用格線進(jìn)行目視比較。如果想進(jìn)行更精確的測量，那么可以使用光標(biāo)或示波器的自動(dòng)測量套件。圖12說明了測量NTSC信號(hào)上的水平消隱間隔。

圖12 在NTSC色條信號(hào)上，測量從同步到活動(dòng)視頻開始的水平消隱間隔

在分量視頻中，傳送每個(gè)信號(hào)的信號(hào)路徑完全相同，因?yàn)椴煌L度的電纜或每條通道不同處理時(shí)間會(huì)導(dǎo)致頻道間定時(shí)錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤一般會(huì)在圖像中導(dǎo)致散射效應(yīng)或Luma-Chroma位移，如圖13a和圖13b所示，我們使用色條測試信號(hào)，測量從綠色跳變到洋紅色時(shí)頻道之間的跳變時(shí)間。這種跳變非常重要，因?yàn)樯珬l電平之間的電壓變化最大。在圖13a中，所有頻道都以希望的方式交叉在一起。但在圖13b中，我們看到Pb信號(hào)發(fā)生延遲，這可能是由于額外的電纜長度或處理時(shí)間引起的。

圖13a 在100%色條信號(hào)從綠色跳變到洋紅色的過程中，校正流明(Y)和色差信號(hào)(Pb和Pr)的定時(shí)

圖13b 測量由于額外的電纜長度或延遲時(shí)間導(dǎo)致的Pb信號(hào)延遲

視頻頻響

在模擬視頻系統(tǒng)中，會(huì)在必要的地方平衡視頻頻響，以補(bǔ)償長電纜中的高頻視頻信號(hào)損耗。其目標(biāo)是使系統(tǒng)的每個(gè)階段“平坦化”，以便所有視頻頻率都經(jīng)過系統(tǒng)，而沒有增益或損耗。在數(shù)字系統(tǒng)中，高頻損耗只影響傳送數(shù)據(jù)流(傳送層)的能量，而不影響數(shù)據(jù)數(shù)值(數(shù)據(jù)層)，因此只有在高頻損耗非常大、大到不能恢復(fù)數(shù)據(jù)數(shù)值時(shí)，才會(huì)影響視頻細(xì)節(jié)或色彩。

為測試頻響，可以對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用一個(gè)掃描測試信號(hào)，這會(huì)經(jīng)過信號(hào)的行進(jìn)行1～30MHz掃描。在理想情況下，應(yīng)在系統(tǒng)輸出上看到一個(gè)平坦的響應(yīng)，如圖14a所示。如果掃描信號(hào)中的頻率在輸出階段的幅度與圖14b不同，那么可以使用平衡視頻分布放大器進(jìn)行補(bǔ)償，把掃描測試信號(hào)恢復(fù)到原來的值。通過在信號(hào)的最大幅度和最小幅度上執(zhí)行幅度測量，可以使用下面的公式計(jì)算頻響失真：20log10|Min/-Max|=頻響失真。

圖14a 模擬HDTV信號(hào)行掃描，沒有頻率滾降，而是一個(gè)純信號(hào)

圖14b 20MHz以上滾降的影響

色度的XY顯示畫面

示波器的XY顯示模式可以與矢量顯示器類似的方式，針對(duì)另一個(gè)信號(hào)顯示一個(gè)信號(hào)。例如，在XY顯示模式下，把B-Y信號(hào)連接到頻道1，把R-Y信號(hào)連接到頻道2，會(huì)得到一個(gè)在很大程度上與矢量顯示器的顯示畫面類似的放射狀顯示畫面。使用DPO的優(yōu)勢在于，其輝度等級(jí)顯示可以顯示普通DSO上看不到的信號(hào)細(xì)節(jié)。

圖15 4000系列XY模式，用來查看與矢量顯示器類似的顯示畫面。屏幕光標(biāo)及極座標(biāo)讀數(shù)表明了紅色矢量的幅度和相位

總結(jié)

在本應(yīng)用指南中，我們演示了使用4000系列數(shù)字熒光示波器進(jìn)行標(biāo)清和高清系統(tǒng)中常見的各種視頻測量。我們演示了輝度等級(jí)顯示、高波形捕獲速率和現(xiàn)代數(shù)字示波器功能對(duì)進(jìn)行這些測量的重要意義。這些功能使得4000系列成為調(diào)試、檢定和檢驗(yàn)視頻電路和系統(tǒng)的首選工具。