內(nèi)置測試圖案產(chǎn)生功能的數(shù)字視頻信號測試系統(tǒng)

2004年9月A版

　　數(shù)字電視機(jī)播放接收的模擬信號之前必須先將之轉(zhuǎn)為數(shù)字視頻信號，這個模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換過程先在傳輸通道內(nèi)進(jìn)行，已轉(zhuǎn)為數(shù)字格式的視頻信號再傳送到路徑選擇及生產(chǎn)控制開關(guān)系統(tǒng)，然后才傳送到錄像系統(tǒng)或發(fā)送器。在整個視頻信號傳送過程中，我們可充分利用串行數(shù)字視頻信號集成電路的內(nèi)置測試圖案產(chǎn)生功能測試電視信號的完整性。

　　數(shù)字電視機(jī)必須將視頻信號轉(zhuǎn)化為畫面影像，但由于不同格式的視頻信號有不同特性，而且需要轉(zhuǎn)換的視頻信號數(shù)量非常龐大，加上數(shù)字電視機(jī)同時采用并行及串行方式傳送數(shù)據(jù)，因此要測試視頻信號的轉(zhuǎn)換是否有訛誤并不容易。此外，視頻信號數(shù)據(jù)必須加以編碼或加密，以免圖案信號有太多直流或附帶連串的“1”或“0”信號，因此整個測試過程可說極為艱巨。已加密的 NRZ 數(shù)據(jù)必須再轉(zhuǎn)為 NRZI，以便調(diào)低實(shí)際的傳送時鐘頻率。但這樣又會產(chǎn)生另外一些原先正想解決的問題。數(shù)字電視機(jī)對數(shù)據(jù)的完整性有很高的要求。畫面的素質(zhì)至為重要，這個要求絕對不能妥協(xié)。

　　雖然要測試整個視頻信號轉(zhuǎn)換過程是一個艱巨的挑戰(zhàn)，但我們只要采用美國國家半導(dǎo)體的串行數(shù)字視頻信號芯片，便可充分利用這些芯片的內(nèi)置自我測試及測試圖案產(chǎn)生 (BIST-TPG) 功能，克服測試過程的種種問題。以下是這些功能的簡單介紹。

內(nèi)置自我測試及測試圖案產(chǎn)生 (BIST-TPG)功能

　　內(nèi)置自我測試及測試圖案產(chǎn)生系統(tǒng)必須能夠執(zhí)行以下功能，才可真正滿足測試的要求。首先，系統(tǒng)的測試圖案產(chǎn)生功能必須是芯片內(nèi)置的功能，而且系統(tǒng)必須采用真正的數(shù)字視頻信號進(jìn)行測試。所謂真正的數(shù)字視頻信號是指符合 SMPTE 測試數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。SMPTE 標(biāo)準(zhǔn)是 ANSI 承認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定測試數(shù)字電視信號的系統(tǒng)必須功能齊備、高度兼容及具有運(yùn)作互通的能力。此外，有關(guān)的測試系統(tǒng)必須可以利用串行數(shù)字視頻信號芯片內(nèi)置的錯誤檢測功能，而且也可與目標(biāo)系統(tǒng)的最高應(yīng)用速度同步執(zhí)行工作。

　　美國國家半導(dǎo)體有四款數(shù)字視頻信號芯片內(nèi)置了這些自我測試及測試圖案產(chǎn)生 (BIST-TPG) 功能。CLC030 視頻信號串聯(lián)器是其中的一款數(shù)字視頻信號芯片。這款視頻信號串聯(lián)器芯片具有 SMPTE 259M 的標(biāo)準(zhǔn)清晰度/SMPTE 292M 的高清晰度，不但可支持輔助數(shù)據(jù)先進(jìn)先出 (Ancillary Data FIFO)，而且還內(nèi)置電纜驅(qū)動器?？梢岳?CLC030 芯片進(jìn)行編碼、串聯(lián)及傳送的位并行數(shù)字視頻信號必須符合以下的視頻信號標(biāo)準(zhǔn)：SMPTE 125M 及 267M 的標(biāo)準(zhǔn)清晰度、10 位寬成份視頻信號標(biāo)準(zhǔn)以及 SMPTE 260M、274M、295M 及 296M 高清晰度、20 位寬成份視頻信號標(biāo)準(zhǔn)。這款芯片也可支持 270 Mbps 及 360 Mbps 的SMPTE 259M串行數(shù)據(jù)傳輸率、540 Mbps 的 SMPTE 334M 數(shù)據(jù)傳輸率 (建議中) 以及 1.4835 Gbps 與 1.485 Gbps 的 SMPTE 292M 串行數(shù)據(jù)傳輸率。

　　CLC030 芯片內(nèi)置的測試圖案信號發(fā)生器可以產(chǎn)生以下四種有助測試視頻信號系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電視測試圖案：采用 8 種顏色的垂直色條圖案、鎖相環(huán)路壓力測試圖案、電纜均衡器壓力測試圖案以及可用以建立其他測試圖案的平坦圖場黑圖 (flat field black picture)。這些標(biāo)準(zhǔn)圖案都采用 4x3 標(biāo)準(zhǔn)縱橫比格式及 16x9 寬屏幕格式，并且同樣適用于 NTSC 及 PAL 的電視標(biāo)準(zhǔn)。

測試種類

　　色條圖案可說是業(yè)界最常用的測試圖案。色條圖案屬于“非壓力測試圖案”，無論在直流還是頻率方面都取得適當(dāng)?shù)钠胶?，因此可用以測試顫動及電纜傳輸距離以及其他電視功能。圖 1 的色條測試圖案顯示 CLC030 芯片產(chǎn)生的視頻信號光柵的部分特性。在圖中的活躍部分，每條掃描線有 1,920 個取樣，而總線數(shù)達(dá) 1,080 條，這是高清晰度電視廣播所采用的 SMPTE 274M 或 1080i 圖像清晰度標(biāo)準(zhǔn)。CLC030 芯片產(chǎn)生的數(shù)字光柵還有其他的特色，其中包括垂直幀掃描時間、每一掃描線的活躍視頻信號終止點(diǎn)及活躍視頻信號起始點(diǎn)、以及水平輔助幀掃描時間 (即水平消隱時間)。

　　高清晰度電視與標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視都采用相同的測試圖案，但最大的分別是高清晰度電視的光柵較大，每一畫面的數(shù)據(jù)大約9Mbyte。我們只要采用算法產(chǎn)生測試圖案及數(shù)據(jù)，便可節(jié)省串行數(shù)字視頻信號芯片的存儲空間，縮小其體積，而這正是 CLC030 芯片的優(yōu)勝之處。

　　我們可以利用均衡器壓力測試圖案測試接收器鎖相環(huán)路。串聯(lián)器是負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)編碼及加密的芯片。若某些顏色占據(jù)了畫面的很大部分，會令經(jīng)由數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)系統(tǒng)傳送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)圖案出現(xiàn)缺陷，例如低轉(zhuǎn)換密度或直流比例太高。這些情況及引致這些情況出現(xiàn)的數(shù)據(jù)稱為“病態(tài)數(shù)據(jù)情況”或干脆簡稱為“病態(tài)情況”。在捕捉或直播現(xiàn)場節(jié)目時，這些顏色情況很少會出現(xiàn)。很多時候它們只是制造計算機(jī)圖像或無光背景時的副產(chǎn)品。這些圖案給接收系統(tǒng)，例如錄像機(jī)或發(fā)送器， 添加一定的壓力。直流偏移會為接收器的電纜均衡器帶來尤其大的壓力，以致會改變接收器輸入的閾值。

　　進(jìn)行均衡器測試最常用的病態(tài)情況是先以某一極性的 19 位串行數(shù)據(jù)圖案進(jìn)行測試，然后再以相反極性的 1 位串行數(shù)據(jù)圖案測試。整個圖案必須在視頻信號傳輸線由頭至尾接受測試。進(jìn)行 NRZI 編碼時，可以采用任何一種極性的數(shù)據(jù)。這些串行數(shù)據(jù)可在均衡器的交流電耦合輸入端產(chǎn)生較大的直流偏移。處于水平消隱信號時間內(nèi)的圖案會被中斷，而直流會恢復(fù)通電。設(shè)計完善的接收器及電纜均衡器應(yīng)有較廣泛的直流信號電壓處理能力，即使最壞的情況出現(xiàn)，其中的直流恢復(fù)功能應(yīng)該可以化解有關(guān)的影響，避免丟失任何數(shù)據(jù)。我們可以利用均衡器壓力測試圖案確定系統(tǒng)的極限，或找出故障所在。

　　接收器鎖相環(huán)路也會受不尋常的數(shù)據(jù)狀況所影響。某些顏色會產(chǎn)生低轉(zhuǎn)換密度的數(shù)據(jù)圖案，換言之，圖案頻率也較低。

　　其中一種看似同樣黑的顏色可以將實(shí)際的傳輸時鐘頻率降低約 4 倍。這個圖案先以某一極性的 20 位串行數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，然后再以相反極性的 20 位串行數(shù)據(jù)測試 (參看圖 3)。有關(guān)圖案必須在整條活躍掃描線由頭至尾進(jìn)行測試。若接收器鎖相環(huán)路沒有足夠的頻率轉(zhuǎn)換，每當(dāng)進(jìn)行逐行掃描時，接收器鎖相環(huán)路便會出現(xiàn)頻率偏移。若鎖相環(huán)路的頻率或相位每次轉(zhuǎn)變超過一位，便有絕大的機(jī)會丟失一些數(shù)據(jù)位，甚至鎖相環(huán)路也有可能將所有已鎖定的頻率全部解鎖。到鎖相環(huán)路重新將頻率鎖定時，可能會丟失一條或更多掃描線。

　　我們可以為系統(tǒng)添加電纜，以測試數(shù)字電視系統(tǒng)的承受度及極限，這是測試數(shù)字電視系統(tǒng)最常用的測試方式。若數(shù)字電視系統(tǒng)內(nèi)置了 CLC030 及 CLC031 這兩款芯片，便無需尋求外面的測試支持也可進(jìn)行這類測試。(CLC031 是一款與 CLC030 芯片搭配一起使用的協(xié)同解串器。)

　　圖4顯示一款可用以控制生產(chǎn)的切換開關(guān)，這是 CLC030/CLC031 串聯(lián)解串器的其中一種應(yīng)用。圖中的 CLC030 芯片用作串行信號發(fā)生器，而 CLC031 芯片則用作錯誤指示器。CLC031 解串器芯片的周期性自動檢查 (CRC) 功能以及錯誤檢測與處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)為接收器執(zhí)行檢測功能，以確定接收的數(shù)據(jù)是否有訛誤。測試路徑先通過切換開關(guān)，然后再經(jīng)由電視機(jī)廠連接外部的路徑。由于該測試路徑已加設(shè)電纜，因此一旦訛誤信號出現(xiàn)，CLC031 解串器芯片的周期性自動檢查電路的錯誤檢測系統(tǒng)便可在開始階段加以監(jiān)視。若采用像均衡器病態(tài)情況一類的壓力測試信號，便可對切換開關(guān)的每一接收信號的響應(yīng)或測試路徑上其他系統(tǒng)的響應(yīng)進(jìn)行評估。在這個情況下若出現(xiàn)錯誤，便可將 CLC030 芯片的測試圖案改為色條等非壓力測試圖案或啟動其內(nèi)部病態(tài)遞色系統(tǒng)，以便檢查為何出現(xiàn)錯誤。

　　簡言之，串行數(shù)字視頻信號 (SDV) 芯片若內(nèi)置測試圖案信號產(chǎn)生功能，便可在數(shù)字信號通道的任何位置進(jìn)行系統(tǒng)測試，大大加強(qiáng)測試方面的能力。由于測試圖案信號產(chǎn)生功能非常容易使用，因此有助縮短測試時間，降低開發(fā)成本，以及提高畫面素質(zhì)。