使用4000系列數字熒光示波器進(jìn)行視頻測量(二)

光標

光標提高了屏幕上手動(dòng)測量的速度和精度。水平光標可以測量信號幅度，垂直光標則可以更簡(jiǎn)便地測量信號定時(shí)。在觸發(fā)類(lèi)型設置為NTSC時(shí)，甚至可以在IRE中顯示幅度讀數。

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

信號調節

端接

大多數視頻系統是為了以指定阻抗傳送已知幅度的信號設計的。端接不當會(huì )劣化頻響，因此視頻測量精度取決于能否把信號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011-0055-02)。在較高的頻率上，端接必須與傳輸線(xiàn)(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(也稱(chēng)為使回波損耗達到最大，使電壓駐波比達到最小)。如圖8所示，AMT75指定帶寬為1GHz，為視頻應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)為視頻應用提供了精確的端接能力

視頻箝

在模擬視頻測量中，常見(jiàn)的異常信號是AC線(xiàn)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 )導致信號在顯示器上來(lái)回漂移，可能會(huì )導致觸發(fā)點(diǎn)變化。泰克提供的視頻鉗(部件編號013-0278-01)可以有效消除AC雜音及信號上的任何DC偏置。如果信號是AC耦合信號，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處理器使用，在所有標準視頻信號上提供“后沿”鉗位。

常用視頻信號測量

基本監測

在監測模擬視頻信號時(shí)，支持輝度等級顯示的示波器是最重要的調試工具。在DSO顯示屏上看不到的細微信號變化會(huì )直接決定視頻系統能否正常運行。

直播視頻的行速率輝度等級顯示

最基本的模擬視頻顯示畫(huà)面是行信號幅度隨時(shí)間變化。通過(guò)使用All Lines觸發(fā)模式，觸發(fā)同步信號前沿，可以簡(jiǎn)便地獲得這個(gè)畫(huà)面。

支持輝度等級顯示(及擁有足夠高的波形捕獲速率，可以捕獲每一行)的數字熒光示波器提供了與波形監測儀類(lèi)似的用戶(hù)熟悉的行速率顯示畫(huà)面(參見(jiàn)圖9)。

圖9 數字熒光示波器上顯示的用戶(hù)熟悉的信號幅度隨時(shí)間變化和視頻行速率，其中包括的輝度等級顯示外觀(guān)與波形監測儀類(lèi)似

幅度測量

自電視問(wèn)世以來(lái)，系統單位增益概念一直具有重要意義。視頻幅度標準化允許我們設計每個(gè)系統單元，實(shí)現最佳的信噪比性能，自由交換信號和信號路徑。在設置模擬視頻幅度時(shí)，僅僅調節信號路徑中最后一臺設備的輸出電平是不夠的。應調節每一臺設備，相應地從輸入到輸出傳送信號。在數字格式中，保持視頻幅度的重要性大大提高。系統中充足的模擬視頻幅度可以保證在數字化過(guò)程中使用最優(yōu)數量的量化電平，復現令人滿(mǎn)意的圖像。除保持正確的色彩平衡、對比度和亮度外，必須在色域極限范圍內控制視頻幅度，以遵守傳輸法規，有效地轉換成其他視頻格式。

通過(guò)使用示波器，可以以多種方式進(jìn)行幅度測量。最簡(jiǎn)便的方式是簡(jiǎn)單地比較信號與IRE或mV視頻格線(xiàn)，進(jìn)行相應測量。然后，可以使用示波器的水平光標，進(jìn)行更精確的測量。最后，可以使用示波器的自動(dòng)測量套件及光標選通，累積測量統計數據，分析測量期間變化。圖10和圖11是在標清和高清視頻信號上進(jìn)行的常見(jiàn)幅度測量實(shí)例。

圖10 NTSC信號上幅度測量實(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%色條信號中，使用光標測量Y信號白電平幅度及從0H到活動(dòng)視頻的時(shí)間

定時(shí)測量

定時(shí)和同步對保證視頻輸出信號兼容其他設備至關(guān)重要。預計在視頻信號內會(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。這些脈沖放置不當，會(huì )導致設備輸出不正確地鎖定另一臺設備，可能會(huì )導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，保證輸出設備的同步信號滿(mǎn)足相應視頻標準的規范和容限十分重要。例如，活動(dòng)圖像應發(fā)生在特定開(kāi)始時(shí)間和結束時(shí)間內部，保證圖像在顯示畫(huà)面內正確居中。如果活動(dòng)視頻開(kāi)始得太快，不滿(mǎn)足標準定時(shí)會(huì )導致圖像第一部分不能顯示；如果活動(dòng)視頻結束得太遲，則會(huì )導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(lèi)似。最簡(jiǎn)便的方法也是使用格線(xiàn)進(jìn)行目視比較。如果想進(jìn)行更精確的測量，那么可以使用光標或示波器的自動(dòng)測量套件。圖12說(shuō)明了測量NTSC信號上的水平消隱間隔。

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

在分量視頻中，傳送每個(gè)信號的信號路徑完全相同，因為不同長(cháng)度的電纜或每條通道不同處理時(shí)間會(huì )導致頻道間定時(shí)錯誤。這些錯誤一般會(huì )在圖像中導致散射效應或Luma-Chroma位移，如圖13a和圖13b所示，我們使用色條測試信號，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，因為色條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信號發(fā)生延遲，這可能是由于額外的電纜長(cháng)度或處理時(shí)間引起的。

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

圖13b 測量由于額外的電纜長(cháng)度或延遲時(shí)間導致的Pb信號延遲

視頻頻響

在模擬視頻系統中，會(huì )在必要的地方平衡視頻頻響，以補償長(cháng)電纜中的高頻視頻信號損耗。其目標是使系統的每個(gè)階段“平坦化”，以便所有視頻頻率都經(jīng)過(guò)系統，而沒(méi)有增益或損耗。在數字系統中，高頻損耗只影響傳送數據流(傳送層)的能量，而不影響數據數值(數據層)，因此只有在高頻損耗非常大、大到不能恢復數據數值時(shí)，才會(huì )影響視頻細節或色彩。

為測試頻響，可以對系統應用一個(gè)掃描測試信號，這會(huì )經(jīng)過(guò)信號的行進(jìn)行1～30MHz掃描。在理想情況下，應在系統輸出上看到一個(gè)平坦的響應，如圖14a所示。如果掃描信號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)行補償，把掃描測試信號恢復到原來(lái)的值。通過(guò)在信號的最大幅度和最小幅度上執行幅度測量，可以使用下面的公式計算頻響失真：20log10|Min/-Max|=頻響失真。

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

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，針對另一個(gè)信號顯示一個(gè)信號。例如，在XY顯示模式下，把B-Y信號連接到頻道1，把R-Y信號連接到頻道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)勢在于，其輝度等級顯示可以顯示普通DSO上看不到的信號細節。

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。屏幕光標及極座標讀數表明了紅色矢量的幅度和相位

總結

在本應用指南中，我們演示了使用4000系列數字熒光示波器進(jìn)行標清和高清系統中常見(jiàn)的各種視頻測量。我們演示了輝度等級顯示、高波形捕獲速率和現代數字示波器功能對進(jìn)行這些測量的重要意義。這些功能使得4000系列成為調試、檢定和檢驗視頻電路和系統的首選工具。