利用波形監(jiān)視器測量和保證數(shù)字傳輸信號的質(zhì)量

數(shù)字電視設(shè)備工程師在維護信號質(zhì)量的過程中，經(jīng)常遭遇數(shù)字信號的瞬時突變。本文介紹的波形監(jiān)視器的眼圖和抖動顯示是測量數(shù)字傳輸信號質(zhì)量的一種工具。如果在系統(tǒng)中正確地實現(xiàn)了錯誤檢測和處理E，就有助于監(jiān)視關(guān)鍵的信號通路，并對系統(tǒng)中潛在的問題進行報警。

從模擬體制到數(shù)字體制的過渡為幫助保持設(shè)備中視頻信號的質(zhì)量提供了許多有利條件。視頻信號轉(zhuǎn)換到數(shù)字域之后，將不再受多種可 能影響信號質(zhì)量的模擬現(xiàn)象的影響。通過數(shù)字化一個高質(zhì)量的視頻信號，可以消除該信號中的許多模擬缺陷。不過，為了在數(shù)字域中處理信號，需要改變一些常見的 工程做法。

例如，串行數(shù)字接口（SDI）通常相當(dāng)可靠，但在某些點，傳輸信號的完整性無法保證，且數(shù)據(jù)有可能發(fā)生數(shù)字突變（digital cliff）。SDI的時鐘嵌入在數(shù)據(jù)流之中，如果接收設(shè)備不能恢復(fù)時鐘，就無法恢復(fù)視頻數(shù)據(jù)和顯示圖像。不幸的是，與模擬系統(tǒng)不同（其信號的惡化是逐漸發(fā)生的），數(shù)字系統(tǒng)中圖像的劣化幾乎是瞬時發(fā)生的。因此，數(shù)字電視設(shè)備工程師的職責(zé)是維護信號質(zhì)量，防止發(fā)生數(shù)字突變。

為了檢驗安裝質(zhì)量，可以通過一個適當(dāng)?shù)臏y試模式發(fā)生器來向系統(tǒng)施加特定的壓力測試信號。SDI校驗場 （SDI Check Field）是一個專門的測試信號，它包括兩個部分，如圖1所示。SDI校驗場的一部分通過產(chǎn)生一個0000 0000 0000 0000 0001（或1111 1111 1111

1110）序列來測試均衡器的動作。當(dāng)擾頻器獲得所需的開始條件時，差不多對每個場進行一次這種測試，并且將一直持續(xù)下去，直到被EAV數(shù)據(jù)包終止。該序 列產(chǎn)生一個較高的直流分量，充分測試設(shè)備的模擬能力和處理信號的傳輸系統(tǒng)。SDI校驗場信號的另一部分設(shè)計用來檢查鎖相環(huán)性能，它使用了一個由20個0加 上20個1組成的特殊信號，這為時鐘提取提供了最少的過零次數(shù)。

這種測試很有幫助，它能驗證數(shù)字系統(tǒng)的一致性，或者測試系統(tǒng)是否已停止服務(wù)。但是在系統(tǒng)安裝完成之后，如何監(jiān)視其狀態(tài)，確保信號沒有發(fā)生數(shù)字突變，或確保某個設(shè)備沒有發(fā)生故障呢？

EDH （Error Detection and

Handling，錯誤檢測與處理）的基礎(chǔ)是為垂直輔助數(shù)據(jù)區(qū)中的每個視頻場插入循環(huán)冗余碼（CRC）計算。整個場和活動圖像有單獨的CRC，它們和狀態(tài) 標志一道，隨其他串行數(shù)據(jù)一起通過傳輸系統(tǒng)進行發(fā)送。解串器中將重新計算CRC，如果計算得到的CRC值與傳輸值不一致，就報告一個錯誤。因此，這種方法 可用于在服務(wù)過程中監(jiān)視SDI信號；大部分視頻設(shè)備現(xiàn)在可支持在垂直輔助數(shù)據(jù)區(qū)嵌入EDH。各種波形監(jiān)視器和SDI分析器可以提供EDH情況的狀態(tài)報告， 并可記錄錯誤，如圖2所示。典型錯誤檢測數(shù)據(jù)的提供形式是一段時間內(nèi)的錯誤秒數(shù)，以及自發(fā)生錯誤的最后一秒以來的時間數(shù)。如果監(jiān)視設(shè)備報告EDH錯誤頻繁 發(fā)生，就表示SDI信號接近發(fā)生數(shù)字突變，應(yīng)該對信號路徑作進一步檢查，以查找和解決問題。

為了在數(shù)字系統(tǒng)中分離出這類問題，需要一臺能夠顯示SDI信號眼圖的波形監(jiān)視器。為了進行精確測量，采用一根長度短，質(zhì)量 高的電纜是相當(dāng)重要的。眼圖是由采樣數(shù)據(jù)流中重疊的部分構(gòu)成的，直到數(shù)據(jù)變化量足以產(chǎn)生圖3所示的三眼顯示為止。在某些儀器上，也可能將眼圖顯示與數(shù)據(jù)字 邊界（SD為10個字，HD為20個字）進行關(guān)聯(lián)。這項功能對于檢測與并串轉(zhuǎn)換有關(guān)的抖動模式相當(dāng)有用。

串行接收器在每個眼圖的中央判定信號為“高”還是為“低”，從而對串行數(shù)據(jù)進行檢測。由于信號中的噪聲和抖動在傳輸信道中不斷增大，它們可能使眼圖閉合，降低接收信號的可用性。

SMPTE標準規(guī)定了信號的發(fā)送幅度、抖動、過沖和上升/下降時間要求，如表1所示。

信號的幅度很重要，原因有兩點。一是它與噪聲有關(guān)；二是因為接收端是以信號到達時剩余的半時鐘頻率能量為基礎(chǔ)來估計所需要的高頻補償（均衡）的。發(fā)送端如果幅度不正確，有可能導(dǎo)致接收端采用錯誤的均衡，從而令信號發(fā)生畸變。

如表1中所定義的那樣，上升時間和下降時間是在20％～80％的幅度點之間確定的。不正確的上升時間可能導(dǎo)致信號畸變，如振 蕩和過沖；如果上升時間過長，可能會減少眼圖中可用來采樣的時間。上升沿和下降沿的過沖一定不能超過信號波形的10％。過沖有可能是不正確的上升時間所導(dǎo) 致的結(jié)果，但更大的可能是由于阻抗不連續(xù)或接收、發(fā)送端接中返回損耗不良而引起的。

抖動在眼圖中表現(xiàn)為水平跡線的加粗。眼圖的展開程度將隨著抖動的加劇而減小，直到接收器無法對數(shù)據(jù)進行解碼為止。抖動用單位 間隔（UI）來度量，1UI與時鐘周期相對應(yīng)：SD為3.7ns，HD為673.4ps。抖動對系統(tǒng)的影響還取決于抖動的頻率。SMPTE為測量抖動定義 了不同的頻率帶寬。定時抖動是對傳輸信號內(nèi)抖動的一個總體度量，而校準抖動則可分離降低接收器恢復(fù)數(shù)據(jù)能力的抖動分量。

圖4所示的抖動畫出了與視頻行和場速率相關(guān)的峰峰值抖動對應(yīng)于時間的曲線。這樣，便可以按照視頻信號定時來將抖動進行特征 化。許多與抖動有關(guān)的問題都是由于同步鎖相（genlock）參考抖動轉(zhuǎn)移到串行系統(tǒng)中而引起的。這類抖動通常在20Hz和幾百Hz之間。同步鎖相系統(tǒng)采 用的相位檢測過程也可能會增加噪聲，這些噪聲將影響10Hz～1kHz范圍內(nèi)的抖動。使用適當(dāng)?shù)膸捪拗?a href="http://srfitnesspt.com/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器，可以在抖動測量中包含或抑制特定的抖動分量。

波形監(jiān)視器的眼圖和抖動顯示是測量數(shù)字傳輸信號性能時可供選擇的工具。如果在系統(tǒng)中正確地實現(xiàn)了EDH，它可幫助監(jiān)視關(guān)鍵的信號通路，并對系統(tǒng)中潛在的問題進行報警。維持系統(tǒng)正確運行的關(guān)鍵是采用精心設(shè)計的設(shè)備，確保其電纜類型、電纜長度和設(shè)備端接滿足要求。

責(zé)任編輯：gt