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

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

信號調(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設(shè)計的。端接不當(dāng)會劣化頻響，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(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，常見的異常信號是AC線路電壓產(chǎn)生的低頻雜音。如果沒有消除這個雜音，它會導(dǎo)致信號在顯示器上來回漂移，可能會導(dǎo)致觸發(fā)點變化。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)視頻信號上提供“后沿”鉗位。

常用視頻信號測量

基本監(jiān)測

在監(jiān)測模擬視頻信號時，支持輝度等級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)微信號變化會直接決定視頻系統(tǒng)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面是行信號幅度隨時間變化。通過使用All Lines觸發(fā)模式，觸發(fā)同步信號前沿，可以簡便地獲得這個畫面。

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(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幅度隨時間變化和視頻行速率，其中包括的輝度等級顯示外觀與波形監(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)化允許我們設(shè)計每個系統(tǒng)單元，實現(xiàn)最佳的信噪比性能，自由交換信號和信號路徑。在設(shè)置模擬視頻幅度時，僅僅調(diào)節(jié)信號路徑中最后一臺設(shè)備的輸出電平是不夠的。應(yīng)調(diào)節(jié)每一臺設(shè)備，相應(yīng)地從輸入到輸出傳送信號。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測量套件及光標(biāo)選通，累積測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析測量期間變化。圖10和圖11是在標(biāo)清和高清視頻信號上進(jìn)行的常見幅度測量實例。

圖10 NTSC信號上幅度測量實例。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(biāo)測量Y信號白電平幅度及從0H到活動視頻的時間

定時測量

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

定時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)或示波器的自動測量套件。圖12說明了測量NTSC信號上的水平消隱間隔。

圖12 在NTSC色條信號上，測量從同步到活動視頻開始的水平消隱間隔

在分量視頻中，傳送每個信號的信號路徑完全相同，因為不同長度的電纜或每條通道不同處理時間會導(dǎo)致頻道間定時錯誤。這些錯誤一般會在圖像中導(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，測量從綠色跳變到洋紅色時頻道之間的跳變時間。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度或處理時間引起的。

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

圖13b 測量由于額外的電纜長度或延遲時間導(dǎo)致的Pb信號延遲

視頻頻響

在模擬視頻系統(tǒng)中，會在必要的地方平衡視頻頻響，以補償長電纜中的高頻視頻信號損耗。其目標(biāo)是使系統(tǒng)的每個階段“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，才會影響視頻細(xì)節(jié)或色彩。

為測試頻響，可以對系統(tǒng)應(yīng)用一個掃描測試信號，這會經(jīng)過信號的行進(jìn)行1～30MHz掃描。在理想情況下，應(yīng)在系統(tǒng)輸出上看到一個平坦的響應(yīng)，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(fù)到原來的值。通過在信號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算頻響失真：20log10|Min/-Max|=頻響失真。

圖14a 模擬HDTV信號行掃描，沒有頻率滾降，而是一個純信號

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，針對另一個信號顯示一個信號。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，會得到一個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，其輝度等級顯示可以顯示普通DSO上看不到的信號細(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顯示、高波形捕獲速率和現(xiàn)代數(shù)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(diào)試、檢定和檢驗視頻電路和系統(tǒng)的首選工具。