使用4000系列數(shù)字熒光示波器進(jìn)行視頻測(cè)量(二)
光標(biāo)
光標(biāo)提高了屏幕上手動(dòng)測(cè)量的速度和精度。水平光標(biāo)可以測(cè)量信號(hào)幅度,垂直光標(biāo)則可以更簡(jiǎn)便地測(cè)量信號(hào)定時(shí)。在觸發(fā)類(lèi)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(guò)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(cè)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(cè)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(jiǎn)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(chēng)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(cè)量中,常見(jiàn)的異常信號(hào)是AC線路電壓產(chǎn)生的低頻雜音。如果沒(méi)有消除這個(gè)雜音,它會(huì)導(dǎo)致信號(hào)在顯示器上來(lái)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(cè)量
基本監(jiān)測(cè)
在監(jiān)測(cè)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(huà)面是行信號(hào)幅度隨時(shí)間變化。通過(guò)使用All Lines觸發(fā)模式,觸發(fā)同步信號(hào)前沿,可以簡(jiǎn)便地獲得這個(gè)畫(huà)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(cè)儀類(lèi)似的用戶熟悉的行速率顯示畫(huà)面(參見(jiàn)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(cè)儀類(lèi)似
幅度測(cè)量
自電視問(wèn)世以來(lái),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(guò)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(guò)使用示波器,可以以多種方式進(jìn)行幅度測(cè)量。最簡(jiǎn)便的方式是簡(jiǎn)單地比較信號(hào)與IRE或mV視頻格線,進(jìn)行相應(yīng)測(cè)量。然后,可以使用示波器的水平光標(biāo),進(jìn)行更精確的測(cè)量。最后,可以使用示波器的自動(dòng)測(cè)量套件及光標(biāo)選通,累積測(cè)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),分析測(cè)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(jiàn)幅度測(cè)量實(shí)例。
圖10 NTSC信號(hào)上幅度測(cè)量實(shí)例。使用示波器的峰到峰測(cè)量功能測(cè)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(cè)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(cè)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(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間內(nèi)部,保證圖像在顯示畫(huà)面內(nèi)正確居中。如果活動(dòng)視頻開(kāi)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(cè)量的方式與幅度測(cè)量類(lèi)似。最簡(jiǎn)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(cè)量,那么可以使用光標(biāo)或示波器的自動(dòng)測(cè)量套件。圖12說(shuō)明了測(cè)量NTSC信號(hào)上的水平消隱間隔。
圖12 在NTSC色條信號(hào)上,測(cè)量從同步到活動(dòng)視頻開(kāi)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(zhǎng)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(cè)試信號(hào),測(cè)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(zhǎng)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(guò)程中,校正流明(Y)和色差信號(hào)(Pb和Pr)的定時(shí)
圖13b 測(cè)量由于額外的電纜長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)系統(tǒng),而沒(méi)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(cè)試頻響,可以對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用一個(gè)掃描測(cè)試信號(hào),這會(huì)經(jīng)過(guò)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(cè)試信號(hào)恢復(fù)到原來(lái)的值。通過(guò)在信號(hào)的最大幅度和最小幅度上執(zhí)行幅度測(cè)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(méi)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(huà)面
示波器的XY顯示模式可以與矢量顯示器類(lèi)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(huà)面類(lèi)似的放射狀顯示畫(huà)面。使用DPO的優(yōu)勢(shì)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(lái)查看與矢量顯示器類(lèi)似的顯示畫(huà)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(jiàn)的各種視頻測(cè)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(cè)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。
評(píng)論