數(shù)字視頻通道的sdi信號(hào)與眼圖特性

數(shù)字視頻通道的sdi信號(hào)與眼圖特性

一數(shù)字視頻通道的測(cè)量模擬視頻通道是根據(jù)電路的一段分布模式，傳輸、接收和制作鏈接上都有不同的指標(biāo)。主要原因是模型信號(hào)傳輸過(guò)程中波形的失真和噪聲的逐漸累積。五種表現(xiàn)出通道性能的指標(biāo)（干預(yù)、信噪比、反射損失、線性失真、非線性失真）的優(yōu)點(diǎn)與圖像質(zhì)量有顯著直接關(guān)系。在模擬區(qū)域，客觀測(cè)量與主觀評(píng)價(jià)的相關(guān)性非常高。因此，該行業(yè)通常使用三級(jí)甲和丙級(jí)考試模擬通道的性能。數(shù)字視頻通道是基于SDI信號(hào)傳輸,SDI信號(hào)經(jīng)過(guò)各個(gè)設(shè)備和電纜傳輸后所引入的ISI(符號(hào)間干擾)、高頻衰減、抖動(dòng)和噪聲會(huì)使SDI信號(hào)模擬波形產(chǎn)生失真,但其失真并不是逐級(jí)累積。因?yàn)镾DI信號(hào)通過(guò)各個(gè)設(shè)備時(shí),它通過(guò)PLL(鎖相環(huán)路)電路自動(dòng)均衡幅度與修正抖動(dòng),判決再生0和1。從SDI信號(hào)的物理特性來(lái)看,SDI信號(hào)在傳輸層中是一種數(shù)據(jù)“載波”,而0、1數(shù)據(jù)流則表示視頻信息,眼圖是傳送數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)的示波器顯示。雖然SD信號(hào)波形失真對(duì)傳輸層產(chǎn)生影響,但對(duì)其所攜帶圖像內(nèi)容(數(shù)據(jù)層)并沒(méi)有損傷,即基于SDI接口數(shù)字視頻通道,信號(hào)質(zhì)量的好壞同圖像質(zhì)量沒(méi)有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此“模擬視頻通道”分等級(jí)評(píng)價(jià)和五大類指標(biāo)概念在數(shù)字視頻通道測(cè)量中不適用。數(shù)字視頻通道一般采用“眼圖”的特性來(lái)表征其傳輸能力。二數(shù)字視頻通道的傳輸特性基于SDI接口數(shù)字視頻系統(tǒng),在本質(zhì)上屬于數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。評(píng)價(jià)基帶傳輸系統(tǒng)性能的一種定性而方便的方法是觀察接收端的基帶信號(hào)波形——眼圖。因此數(shù)字視頻通道采用SDI信號(hào)的模擬波形——眼圖特性來(lái)表征其傳輸能力。眼圖特性可由幅度、上升/下降時(shí)間、過(guò)沖、抖動(dòng)等基本參量來(lái)表述。抖動(dòng)測(cè)量是同時(shí)鐘恢復(fù)帶寬有關(guān),分為定時(shí)抖動(dòng)和校準(zhǔn)抖動(dòng)。圖1為眼圖主要技術(shù)指標(biāo)。1.高頻補(bǔ)償均衡時(shí)信號(hào)幅度是重要的,因?yàn)樗肼曈兄鄬?duì)關(guān)系,還有,接收機(jī)估算必需的高頻補(bǔ)償(均衡)時(shí),是基于信號(hào)到達(dá)時(shí)剩余的半時(shí)鐘頻率能量,這也與信號(hào)幅度密切相關(guān)。若發(fā)送端提供不正確的幅度可能會(huì)導(dǎo)致接收端施加不正確的均衡,從而引起信號(hào)失真。2.上升時(shí)間不恰當(dāng)對(duì)于ECL邏輯器件而言,上升時(shí)間的測(cè)量是幅度的20%至80%處進(jìn)行的,不正確的上升時(shí)間也可能引起信號(hào)失真,例如振鈴和過(guò)沖。如果上升過(guò)于緩慢,可能會(huì)減少在眼圖中抽樣的可用時(shí)間。3.反射損耗太低有可能是不正確的上升時(shí)間引起,不過(guò)更多情況下則可能是由于阻抗的不連續(xù)或者接收端或發(fā)送端的終結(jié)不良以及反射損耗太低所引起。在HD-SDI系統(tǒng)中,由于信號(hào)的時(shí)鐘速率高,因此正確的終接尤為重要。不適當(dāng)?shù)慕K接意味著被接收終端即接收器件所吸收的并非是全部能量,剩余的能量則被終端反射沿著電纜返回,從而產(chǎn)生失真的波形。這種反射可能會(huì)產(chǎn)生信號(hào)中的振鈴,用戶從波形監(jiān)視器的眼圖顯示中可以觀察到過(guò)沖和下沖,如圖2所示。4.數(shù)字視頻系統(tǒng)的三種基本特征在理想情況下,SDI信號(hào)中跳變點(diǎn)之間的時(shí)間間隔應(yīng)當(dāng)是單元間隔(UI)的整數(shù)倍。然而,在實(shí)際系統(tǒng)中,SDI信號(hào)中的跳變點(diǎn)是會(huì)隨時(shí)間而變化并偏離其理想位置。這種偏離稱為時(shí)間間隔錯(cuò)誤(TIE),通常就稱為抖動(dòng)。這種定時(shí)偏離可能由頻率、幅度以及與相位相關(guān)的因素的變化所引起。抖動(dòng)一般分為定時(shí)抖動(dòng)和校準(zhǔn)抖動(dòng)兩種:●定時(shí)抖動(dòng)。當(dāng)信號(hào)跳變的位置發(fā)生偏離時(shí),如果它的發(fā)生速率高于規(guī)定頻率(典型值為10Hz或略低)為定時(shí)抖動(dòng);低于此規(guī)定頻率的位置偏離則稱為漂移。(在從10Hz延伸到時(shí)鐘頻率的1/10的帶通中測(cè)量的抖動(dòng)。)●校準(zhǔn)抖動(dòng)。以從信號(hào)本身提取的時(shí)鐘為參考,信號(hào)跳變位置相對(duì)于該時(shí)鐘(在時(shí)間軸上)的偏離稱為校準(zhǔn)抖動(dòng)。時(shí)鐘提取過(guò)程的帶寬決定了校準(zhǔn)抖動(dòng)的低端頻率的下限。在從1KHz延伸到時(shí)鐘頻率的1/10的帶通中測(cè)量的抖動(dòng)。對(duì)于SD系統(tǒng),校準(zhǔn)抖動(dòng)的下限頻率為1KHz;對(duì)于HD系統(tǒng),校準(zhǔn)抖動(dòng)的下限頻率為100KHz。數(shù)字標(biāo)清信號(hào)允許的定時(shí)抖動(dòng)為0.2UI(即數(shù)字分量525格式和625格式的定時(shí)抖動(dòng)允許值為740ps),數(shù)字高清晰度格式允許的定時(shí)抖動(dòng)為1.0UI(673.4ps或674ps)。對(duì)于校準(zhǔn)抖動(dòng),按照規(guī)定,SD系統(tǒng)在1KHz以上和HD系統(tǒng)在100KHz以上的允許值均為0.2UI。實(shí)際系統(tǒng)超出圖1所示的眼圖指標(biāo)規(guī)定,數(shù)字視頻系統(tǒng)仍然可以很好地工作,不過(guò),在某些點(diǎn)上會(huì)失效。不幸的是,究竟什么時(shí)候出現(xiàn)這種失效點(diǎn),卻難于提供其特性。因此,對(duì)波形監(jiān)視器上的眼圖和抖動(dòng)顯示的進(jìn)行深入分析,確定與SDI信號(hào)傳輸?shù)挠嘘P(guān)問(wèn)題,保持?jǐn)?shù)字SDI信的正常工作狀態(tài)是至關(guān)重要的,防止因幅度過(guò)低、抖動(dòng)過(guò)大等因素而導(dǎo)致數(shù)字系統(tǒng)跌落至“數(shù)字懸崖”的邊緣。三眼圖指標(biāo)分析電視領(lǐng)域的數(shù)字視頻系統(tǒng)中,常見(jiàn)的視頻通道有:數(shù)字演播室、數(shù)字轉(zhuǎn)播車、非線性編輯、硬盤(pán)播出、制作播出服務(wù)器系統(tǒng)等,這些視頻通道都可用如圖3所示的數(shù)字視頻通道模型來(lái)表示。表1為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于數(shù)字視頻通道的眼圖指標(biāo)。如表1所示,數(shù)字視頻通道特性檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中,并沒(méi)有像模擬通道標(biāo)準(zhǔn)中給出等級(jí)評(píng)價(jià)來(lái)評(píng)估通道特性,只給出數(shù)字視頻通道中A、B、C、D、E各點(diǎn)眼圖參量指標(biāo)的范圍,但在實(shí)際測(cè)試和驗(yàn)收工作中如何分析和應(yīng)用這些參量指標(biāo)呢?下面談?wù)剮c(diǎn)體會(huì):●基于SDI接口的數(shù)字視頻通道為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng),根據(jù)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的特性,數(shù)字信號(hào)可判決重生的原則,可以說(shuō)整個(gè)數(shù)字視頻通道的眼圖指標(biāo)可由最后一級(jí)的設(shè)備決定。通常在系統(tǒng)驗(yàn)收和系統(tǒng)維護(hù)時(shí),對(duì)數(shù)字演播室、數(shù)字轉(zhuǎn)播車、數(shù)字播控系統(tǒng)等視頻通道測(cè)量時(shí),一般選擇D點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果作為整個(gè)通道的眼圖指標(biāo)。●數(shù)字設(shè)備選型時(shí)經(jīng)常需要檢測(cè)SDI接口的特性,目前雖然沒(méi)有規(guī)定相應(yīng)數(shù)字設(shè)備的眼圖指標(biāo),考慮到眼圖均為設(shè)備輸出口處所測(cè)和數(shù)字基帶信號(hào)可再生特點(diǎn),個(gè)人認(rèn)為可把數(shù)字視頻通道中各點(diǎn)眼圖指標(biāo)作為相應(yīng)設(shè)備的SDI接口眼圖特性評(píng)估基準(zhǔn),具體劃分如:A點(diǎn)可作為數(shù)字視頻矩陣、數(shù)字視頻分配器等設(shè)備的SDI接口參考眼圖指標(biāo);B點(diǎn)可作為切換臺(tái)、視頻服務(wù)器、非線性編輯設(shè)備、字幕機(jī)、數(shù)字錄像機(jī)等設(shè)備的SDI接口參考眼圖指標(biāo);C點(diǎn)作為選路開(kāi)關(guān)、鍵控器等設(shè)備的SDI接口參考眼圖指標(biāo);D點(diǎn)作為數(shù)字幀同步、行同步、重定時(shí)數(shù)字視頻分配器等設(shè)備的SDI接口參考眼圖指標(biāo)?！裨趯?shí)際工作中,不好從眼圖參量指標(biāo)中評(píng)估出數(shù)字視頻通道性能的好壞,眼圖指標(biāo)稍差一點(diǎn),但是看到的圖像質(zhì)量仍是很好。另外實(shí)際所測(cè)到的眼圖是設(shè)備輸出的信號(hào),因此只能從測(cè)出眼圖的參量來(lái)估算該通道還有多大的傳輸能力,這一點(diǎn)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)很重要,需要考慮電纜的余量,以避免出現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)的“懸崖點(diǎn)”。另外,對(duì)于拉長(zhǎng)SDI信號(hào)的環(huán)境下直播時(shí),有必要使用SDI校驗(yàn)場(chǎng)信號(hào)對(duì)電纜的余量進(jìn)行檢測(cè),避免出現(xiàn)信號(hào)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)電纜輸出后,幅度過(guò)低或抖動(dòng)過(guò)大導(dǎo)致受信模塊判決不出0與1時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警并失去信號(hào)的危險(xiǎn)?！穸秳?dòng)和噪聲會(huì)沿著通道積累下去,抖動(dòng)可能導(dǎo)致眼圖顯示的變窄甚至閉合,使得判決門(mén)限的確定更加困難,抖動(dòng)對(duì)D/A轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生較大失真影響。因此在工程設(shè)計(jì)上,在通道中需要多個(gè)視分級(jí)聯(lián)的地方最好選用重計(jì)時(shí)分配放大器來(lái)降低時(shí)鐘提取電路中鎖相環(huán)路帶寬以外的抖動(dòng),減小抖動(dòng)對(duì)D/A的影響。特別是對(duì)1.485GHz的HD系統(tǒng)來(lái)說(shuō),對(duì)抖動(dòng)要求更嚴(yán)格。因此在工程上對(duì)數(shù)字視分類型的選擇要求較為嚴(yán)格一些,一般原則為需級(jí)聯(lián)的地方和通道末級(jí)選用重計(jì)時(shí)分配放大器(Re-ClockDA),而其他的地方選用均衡分配放大器(DA)。四對(duì)sdi信號(hào)格式的監(jiān)控SDI格式是數(shù)字/數(shù)據(jù)傳輸規(guī)程或協(xié)議的重要組成部分,是數(shù)字/數(shù)據(jù)傳輸最基礎(chǔ)的框架結(jié)構(gòu),是各數(shù)字設(shè)備必須遵循的規(guī)則,只有保持格式一致,才能確保各設(shè)備之間正?；ヂ?lián)工作。因此,檢測(cè)數(shù)字視頻通道的另一個(gè)重要內(nèi)容,是評(píng)定該系統(tǒng)是否符合國(guó)際、國(guó)內(nèi)有關(guān)SDI格式標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。非編、字幕機(jī)、數(shù)字視頻切換臺(tái)、數(shù)字視頻矩陣、視分、嵌入解嵌等通道上的設(shè)備都要應(yīng)檢查SDI格式。在GB/T179530-2000《4∶2∶2數(shù)字分量圖像信號(hào)的接口》、GB/T14857-93《演播室數(shù)字電視編碼參數(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了SDI信號(hào)格式主要包括:有效量化電平『對(duì)于10比特量化,電視亮度黑電平為64(0001000000),峰值白電平為940(1110101100);色度零電平為512(1000000000),最大負(fù)電平是64(0001000000),最大正電平是960(1111000000)』、串行傳送順序、定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)(SAV、EAV)、接口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輔助數(shù)據(jù)(ANC)、復(fù)用格式(SDI數(shù)字音頻嵌入、EDH數(shù)據(jù))等。目前數(shù)字視頻通道信號(hào)傳輸基本上嵌入音頻,因此在系統(tǒng)驗(yàn)收時(shí),需要使用VM700A/T視頻測(cè)量?jī)x或其他儀器對(duì)SDI信號(hào)格式的進(jìn)行檢測(cè)。因?yàn)椴煌瑥S商生產(chǎn)的數(shù)字視頻設(shè)備對(duì)輔助數(shù)據(jù)的處理位置不一樣,尤其是切換臺(tái)和矩陣的切換行位置和設(shè)置需要檢查,若切換行位置和設(shè)置不恰當(dāng)時(shí),對(duì)輔助數(shù)據(jù)區(qū)域的嵌入音頻包的完整性產(chǎn)生影響,對(duì)嵌入音頻的SDI信號(hào)切換時(shí)會(huì)出現(xiàn)瞬間咔嚓聲。五誤碼檢測(cè)及處理數(shù)字視頻基帶信號(hào)即SDI信號(hào)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是高質(zhì)量、無(wú)損傷、傳輸條件穩(wěn)定。實(shí)際上數(shù)字視頻基帶信號(hào)在傳輸中總是難免出現(xiàn)誤碼,這主要是由于線纜或接口處連接不良、設(shè)備內(nèi)部器件不穩(wěn)定、供電波動(dòng)甚至設(shè)備振動(dòng)等因素引入噪聲或干擾而引起的。這種誤碼具有突發(fā)性,往往在某個(gè)時(shí)刻突然產(chǎn)生,持續(xù)時(shí)間很短,過(guò)后可能很長(zhǎng)時(shí)間不再出現(xiàn),在這種情況下對(duì)傳輸鏈路進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試,可能得不到任何有意義的結(jié)果。另一方面,通過(guò)靜態(tài)測(cè)試得到的誤碼率指標(biāo)和視頻信號(hào)質(zhì)量沒(méi)有直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系,也就是說(shuō),無(wú)法用以衡量視頻信號(hào)的質(zhì)量。在這種情況下,與其測(cè)量誤碼的數(shù)量,不如測(cè)量誤碼持續(xù)的時(shí)間及多長(zhǎng)時(shí)間后再次出現(xiàn)誤碼。如果誤碼持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng),出現(xiàn)誤碼的間隔時(shí)間短,就說(shuō)明誤碼嚴(yán)重。對(duì)于傳統(tǒng)的模擬視頻信號(hào),為了在不停播的情況下進(jìn)行測(cè)試,采用插入測(cè)試信號(hào)的動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。而在數(shù)字視頻系統(tǒng)中采用在輔助區(qū)域插入CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn)碼)運(yùn)算產(chǎn)生的校驗(yàn)和(checksum)方式對(duì)傳輸通道進(jìn)行在線誤碼檢測(cè),該機(jī)制稱為誤碼檢測(cè)及處理(ErrorDetectionandHandling,EDH)。EDH能準(zhǔn)確地標(biāo)識(shí)出信號(hào)傳輸時(shí)所發(fā)生錯(cuò)誤的位置及類型,防止“懸崖效應(yīng)”的發(fā)生。對(duì)于SD系統(tǒng),EDH以視頻場(chǎng)(Field)為對(duì)象,分別對(duì)一場(chǎng)中有效的圖像數(shù)據(jù)(AP)、行逆程輔助數(shù)據(jù)(ANC)及全場(chǎng)(FF:包括行/場(chǎng)消隱期)的三個(gè)區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行CRC校驗(yàn),如圖4所示。另外,對(duì)于HD系統(tǒng),EDH以視頻行為對(duì)象,分別對(duì)每行的亮度分量(Y)和色度分量(Cr、Cb)進(jìn)行CRC校驗(yàn)。針對(duì)劃定的3個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域,SMPTERP165文件EDH為每個(gè)區(qū)域設(shè)置了5個(gè)誤碼標(biāo)志,分別是EDH(errordetectedhere)、EDA(errordetectedalready)、IDH(internalerrordetectedhere)、IDA(internalerrordetectedalready)和UES(unknownerrorstatus)。EDH表示前面的發(fā)送點(diǎn)到本接收點(diǎn)之間檢出了誤碼;EDA表示前面的接收點(diǎn)已經(jīng)檢出誤碼;IDH表示本地設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生了誤碼,這需要另外一套內(nèi)部檢測(cè)機(jī)制,且該檢測(cè)機(jī)制能夠與EDH體系進(jìn)行標(biāo)志的傳遞;IDA表示前面的設(shè)備內(nèi)部已經(jīng)檢出誤碼;UES表示收到的信號(hào)中未嵌入EDH檢測(cè)數(shù)據(jù)。該5個(gè)誤碼標(biāo)志可通過(guò)TEK的VM700T的SDIFORMAT進(jìn)行檢測(cè)分析。對(duì)這三個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域的誤碼監(jiān)測(cè)過(guò)程,AP區(qū)域出現(xiàn)的誤碼應(yīng)該慎重考慮,因?yàn)檫@些誤碼在圖像上是可見(jiàn)的。根據(jù)三個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域的從屬關(guān)系,可有如下結(jié)論:在AP區(qū)域出現(xiàn)的誤碼,其誤碼標(biāo)志會(huì)同時(shí)顯示在FF和AP區(qū)域。在垂直消隱而不是在ANC區(qū)域出現(xiàn)誤碼,誤碼標(biāo)志僅在FF區(qū)域顯示;在ANC區(qū)域出現(xiàn)誤碼,誤碼標(biāo)志同時(shí)在ANC和FF區(qū)域顯示。數(shù)字演播轉(zhuǎn)播系統(tǒng)和數(shù)字播出通道系統(tǒng)驗(yàn)收和通道監(jiān)測(cè)中,我們可利用Tek的WVR6100或WFM6100/7100等波形監(jiān)視器的status/VideoSession