在电视台和信号传输单元中,对视频和音频的监视,多采用两种方式:一种是直观感性的监视,最简单的方法就是用监视器以显示图像和声音的形式监看视频信号,用耳朵监听音频的实际效果。对视频和音频信号幅度、相位的监视则采用专业的波形监视器、矢量仪等设备,对音频信号的幅度等指标的监视一般采用音频表等设备。可见,在机房中要使用多台不同功能的设备进行监视,占用空间,也增加了系统的复杂性。因此,技术人员早就渴望能有多功能监视设备的出现。随着计算机技术的发展,计算机技术成为视音频监视仪器的支撑性技术,这一愿望得以了实现。
一. 多功能视音频监视仪
现在,最具亮点的多功能视音频监视仪是泰克的WVR-611A,它是一款4合1的多功能视音频监视仪(见下图),主机仅1RU。其具有如下突出特点
(1)带有高分辨率的XGA输出(1024×768)接口,外接显示器。由于将显示部分和电路处理部分分开成两个相对独立的部分,这样就带来了如下好处:首先,显示器选择CRT还是LCD液晶的方式、显示器的尺寸大小都可以由用户自行决定,不仅显示清晰,也易于读出;其次,主机和显示器可以不放置在同一处,这样可以将主机放置在设备机房,而将显示器放置于值班控制机房。而且由于采用计算机XGA的输出接口,可以使用市面上便宜的XGA分配器,将XGA显示输出信号分配多路供不同的机房同时监视;第三,由于以往的示波器、矢量仪等监视设备多采用CRT真空管,一旦CRT老化影响显示精度,更换CRT费用高,不更换又影响使用,总体成本较高。而CRT的寿命有限,一旦损坏,是更换CRT还是新买一台?往往让人陷入两难境地。可能由于采用了CRT使得整机的寿命和MTBF(平均无故障工作时间)而大大降低。而采用外置的计算机通用的XGA接口显示器,由于该类显示器具备很好的通用性,市面上类似产品品牌多,品种全,价格很低,则完全可以克服原有的这些问题,显示器更换成本低且方便,而且可以预见的是,其整机的寿命和MTBF由于主要取决于机器中的数字电子电路而得以大大提高。
(2)适用于模拟和数字环境,既能监测模拟视音频,也能监测数字视音频及嵌入音频。并可同时送入A/B两路的信号。
(3)可同时以四个区域显示不同的监视项目(如下图)。这也是可称其为4合1多功能监视仪的来历。
从上图的右边可见,仪器面板上有4个选择键,对应选择4个监视区域,中间按键是用于全屏显示,即对选中的某一区域进行全屏的监视,为了能更清晰地观察。每个监测区域可由用户指定进行何种监视(如下图),每一区域可选择“波形(WFM)、矢量(VECT)、测量(MEAS)、图像(PICT)、音频(AUDIO)、其它(OTHER)、色域(GAMUT)、状态(STATUS)”等监视项目。
(4)同时,无论是波形、矢量、色域、音频显示,还是状态和图像监视显示,还可与选行,增益和放大倍数等任意组合,且其组合方式几乎是没有限制的。这与传统的示波器和矢量仪等设备的操作非常类似。
(5)尤其它可以直观监视模拟和数字音频,包括5.1和7.1多声道音频和嵌入音频等各种信息(如下图)。而且还能监视LTC和VITC时间码信息。
(6)“色域”项目,可提供三种显示方式:“箭头(Arrowhead)”、“菱形(Diamond)”和“分离菱形(Split Diamond)”。我们都知道这三种是泰克公司独有的用于直观判断SDI信号的色域信息和检测无效、非法信号的可靠方便方法(如下图)。
(7)具有醒目的状态条。状态条出现在显示屏的底部,提供大量文字和图标,方便地查看仪器和所监视的信号状态。
(8)其实WVR611A不仅仅有上述多功能和方便的监视特性,让人对其赞叹不已。它所具备的报警和日志功能是以往传统监视示波器和矢量仪所没有的。WVR611A可以由用户指定如何提示告警,即可以由用户指定是否在屏幕上显示告警、记录告警、通过仪器的蜂鸣器发声、通过网络口向网络发送SNMP的“陷阱”消息、显示弹出式通知程序等。WVR611A对许多项目的错误都可以选择进行报警,这些项目如表1所示。除了上述(7)在状态条上配目显示一些状态信息外,详尽的当前告警和错误(这些告警和错误是当前和最近几秒钟内发生的)、错误和告警的历史记录(最多可有1万个条目)、视频错误统计或音频错误统计等都可以同时在所有四个区域显示出来。
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二. WVR-611A的工作原理
(1)串行数字信号输入带无源环通输出;因此需要正确的终接。两路输入信号经复用器、电缆均衡后,加到串并转换器,输出27MHz时钟的并行数据。
(2)复合输入也带无源环通输出。二路信号经2选1电路,由用户选择那一路信号,该信号送到嵌位电路,经滤波加到A/D转换器,生成12比特的并行数字信号。同步分离器产生定时信息并对图像解码。图像解码输出的信号类似于从串行数字输入转换成并行信号。来自输入的同步信息加到WFM FPGA电路,在这里进行数字域的处理,包括副载波再生和解调。
(3)基准输入加入的是模拟信号,也带无源环通。基准信号经缓冲器后送入嵌位电路,然后数字化产生10比特的流。同步分离器产生的定时信息送入波形处理FPGA。如同复合视频信号输入处理方法一样,来自基准的同步信号送到WFM FPGA在数字域进行处理。
(4)数字波形处理引擎,分别来自三处的视频信号并行数据流加到波形处理FPGA,数据经过块过取样、插值、解调和其它处理,产生适合于显示的信号。
(5)光栅引擎,与波形处理相仿的另一个FPGA是光栅引擎,在其内部的快速静态RAM可用于生成高灵敏度的图像,为了实现清晰的显示效果。
(6)图像处理引擎,光栅引擎输出到第二大的FPGA上,该块FPGA就是图像处理引擎。该引擎将先前的帧加到现有的帧上,以减少闪烁和增加亮度。同时它将50Hz、59.94Hz转换为60Hz的帧频,以适应XGA监示器的要求。图像和波形与来自控制处理器的图形和音频条柱信息合成,并送到XGA数模转换器,以驱动外部的显示器。
(7)控制处理器接受和控制处理本仪器的所有操作方式并执行“画出”音频条柱。控制处理器通过RS232与前面板通信,内部电路采用并行或IZC总线通信。其它部分通过其它类型的总线通信,如JTAG或SPI。音频数据通过8比特HPI总线送入控制处理器。控制处理器接口通过双速率器件连接至以太网口,能以10Mb/s或100Mb/s与网络连接。
(8)控制面板含有一个小处理器,通过RS232与控制处理器通信。
(9)LTC和VITC信号经路由送到解码芯片,控制处理器从解码芯片读出时间值。在用户选择要显示时间码时,解码芯片读出的值可显示在XGA显示器上。
(10)音频板以子板的形式接在上述主电路上。该子板有三种型号,“AN”仅能处理模拟;“DG”仅能处理数字;“DA”支持数字和模拟。
上述三个版本的音频板都采取相同的音频处理引擎。用一块FPGA和两块DSP芯片计算音频峰值。音频数据有两个可用于显示的通道。音频峰值送到控制处理器“画出”可用于显示的条柱;同时通过另一通道的数据经波形处理引擎插值后“画出”李沙育图形。
(11)音频输入有三种基本的音频通路:AES、模拟和嵌入音频。AES输入可接受可变码率的AES信号,输入解码器从输入流中取出时钟。对48KHz或低于此取样频率的,FPGA两倍过取样以改进在音频DSP芯片中处理的精度。96KHz取样的AES信号不需要过取样。
模拟音频输入先以48KHz取样频率数字化后,以与输入为AES相仿的方法进行处理。嵌入音频经波形处理引擎从SDI中取出后送到音频板,其处理方法与AES相仿。用户可以选择将解嵌音频从AES B口输出。
(12)音频输出有