用SD原则测试数字HD

2002-03-02 Mike Waidson 依马狮网

术语“高清晰度”可能让人感到害怕。对某些人来说，它是与制作节目相关的费用；而对另一些人来说，它则是保持一个以高数据率运行的系统在确定的规范内工作的能力。

工程师们过去曾认为高速以太网(100Mb/s)和吉位以太网(1000Mb/s或1Gb/s)是极快的物理层系统，而他们也确实如此。但与以1.485Gb/s速率工作的串行数字HD系统相比，这些系统就显得慢了。保证在1.485Gb/s速率下良好地传输信号是一项艰巨的任务。不过，现在的HD系统是根据标准清晰度(SD)系统的原则设计的，因此这个任务就易处理些。对许多人来说，数据速率只有270Mb/s不会令人生畏，因而使这个任务看起来不那么困难。

向HD过渡

在向数字HD过渡的过程中，我们可以采用SD的基本原则并把它应用于HD的具体要求中。数字信号的取样和处理方式HD原则上与SD相同，只是使用更大的频道带宽和更高的取样率并对系统设计更精心一些，一切都是用较快的数据率和较大的带宽工作，但几乎每个原则都是我们所熟知的。

数字视频—无论是HD还是SD，都与模拟视频非常相似。数字视频的基本区别是在把模拟视频转换为数字数据的链中及早处理信号，并附加辅助数据来描述如何使用这些视频数据。对实况摄像机和电影电视机而言，灯光的模拟数值主要集中在传感器上，由传感器产生一个模拟响应信号，此信号在线路某处被转换成数字数据。我们有时可以取出这个信号供模拟波形监视器监视，但从设备里输出的视频更常见的是一个数据流。在用计算机生成视频信号的情况下，这个信号可能一开始就是数据。数据在物理层上从源设备进入目的地设备。这就是模拟传输机制，往往通过一条导线或一条光纤链路把数据传送到某些目的地。我们可以用一个大带宽示波器直接监视此数据，或使用数字波形监视器析取及监视此数据信息。

监测工具

我们知道，数字电视信号是一个流动如此之快的数字流，有时甚至不能理解。好在视频，尤其是支持视频的辅助信息，重复率相当高，所以我们只需用硬件把这些高速的数字数据转换成我们容易研究和理解的东西即可。

你也许会问，我们何不将其转换成为我们熟知的东西，如模拟视频呢？答案是转换以后可能会出现瑕疵，产生失真。然而，多格式HD设备(与模拟设备观感相似，但却包含全数字处理能力)可以解决这个问题，尤其是在这类设备越来越普及的情况下。数字处理可以提供测量的精确度和可重复性，以及巨大的用户界面灵活性。

另外，虽然HD有各种各样的格式，似乎增加了广播系统的复杂性，但如今的数字测试测量设备把这些因素都考虑进去了。现代化的HD监测工具通常可针对现在世界通用的任何一种串行分量数字HD格式配置，这样就没有必要搜集多格式工作设备了。

从运行方面来看，我们对监视视频感兴趣。我们也许想知道信号源是否正在生成正确的视频数据，辅助数据是否准确，或者我们需要对信号的物理层模拟特性进行评估。为此，我们需要一台安装有依从标准的数据接收机的波形监视器以使我们可以在熟悉的模拟显示器中观察视频。

为了便利监视工作，泰克公司开发出了工业标准的Diamond, Lightning, Arrowhead显示器。这些显示器显示的图像简单易懂，可使复杂的监视工作更容易。例如，用Diamond显示器可以很容易地识别出超出范围的RGB分量信号；用Lightning显示器可帮助设置分量录像机；Arrowhead显示器能显示出数字分量生成了一个有效信号。除了新开发的具创新性的显示器外，所有这些显示器，再加上泰克传统的显示器，都可以用在泰克 WFM700系列多格式、多标准的波形监视器上，它可同时提供物理和数据层技术评估解决方案。WFM700可配置用于现在通用的任何一种SD与HD分量数字格式。

测试工具

测试信号发生器是测试系统中使用的仪器之一。它有两种用途：一是为评估信号处理和传输路径提供理想的参考视频信号；二是提供现在高品质系统部件你希望应具有的性能范例。有些信号发生器，如泰克TG700信号发生器平台，能提供模拟、数字SD和数字HD格式。

这种多制式测试设备可以使工程技术人员产生与传输系统、视频处理设备及用户端显示器完全兼容的视频信号。或许最重要的是，这些解决方案可以透彻地了解视频系统本身的工作情况，有助于工程技术人员将其工作做得更好。

应力测试

数字电视的优点很多，但也有缺陷。与性能慢慢下降的模拟系统不同，数字系统在突然崩溃之前是无故障工作的—这通常被称为“峭壁效应”。因此我们需要做故障应力测试来评估系统的工作性能。应力测试包括改变数字信号一个或多个参数，直至故障出现。首先从相关串行数字视频标准(SMPTE 259M 或SMPTE 292M)中的规范开始，给系统加压最直观的方法是加电缆，直至故障开始发作。其它测试方法是改变信号的振幅、上升时间或抖动。

在将台内以前100%的SD系统转换成HD系统时有一点要提请注意：虽然可以使用同类型的同轴电缆，但必须注意电缆的长度。例如，SD视频(270 Mb/s)时，你可以安全地使用长达300m长的电缆(8281同轴电缆)。而HD视频(1.485Gb/s)时，使用的电缆最长不超过100m。不了解台内基础设施的具体情况，简单地用HD设备更换SD设备可能要受挫。例如，电缆太长则不能恢复信号的时钟参考。

抖动测试

由于HD视频数据没有单独的时钟，因此必须通过检测数据转换来恢复取样时钟。在抖动测量仪中，可在相位解调器内对高、低带宽摆动的取样信号进行比较，以产生一个表示抖动的输出波形。

如果精心确定了时钟，还可以用眼图来测量抖动信号。眼图是传送数据的模拟信号的示波器显示。在进行任何均衡之前，当眼图到达时对之观察。因此，在信号源附近作大多数的眼图测量，因为信号在那里不受噪声和频率下降的影响。数字HD的允许跳动值为134.7ps。数字系统会超出这个抖动规格工作，但在某些点会出现故障。数字系统的要素是遵守这些规范，以保持系统健康运行并防止发生会使系统处于崩溃边缘的故障。

眼图测试

眼图测试要求一个已知的响应远远超过物理层的数据速率，通常采用取样技术来进行测量。用眼图模式进行测试时，操作波形监视器就像操作模拟取样示波器那样，显示器以视频速率进行扫描。等效带宽必须足够宽，回程损耗足够大，测量光标必须恰当校准以测量进入的数据信号。物理层中快速变化的数据是一串叠加在一起建立一幅眼图的0和1。

数字波形监视器，如泰克WFM700多数字格式系列产品，能为眼图显示提供同步扫描，因此可以对字、行和场扰动进行相关。它还能析取和显示视频数据，并对其进行测量和提供额外物理层信息，如抖动、上升时间、眼图张开度(消光比)、反射和接收数据本身的数

泰克 WFM700