［摘要］本文论述了数字电视系统的基本原理，并结合一辆数字转播车系统，探究了串行数字系统中，误码、抖动、漂移、眼图、闪电、菱形等主要指标原理及测试方法。［关键词］数字系统，串行分量信号，Ｄ１，Ｄ２，误码，抖动，漂移，眼图数字电视系统原理及测试◎ 陕西电视台 王志龙 王新胜 杨天佑在现代电视系统中，模拟复合、模拟分量、全带宽数字串行分量及压缩编码等系统都不同程度在各电视台存在着，各个系统结构复杂，且工作机理及制式都不尽相同，其质量指标，测试方法也就不同，本文主要以串行数字分量系统的基本原理为基础，结合一辆数字转播系统，探究数字分量系统的测试方法。数字信号称为Ｄ２格式，其取样时钟频率为４倍的副载波频率，将Ｄ２格式的并行数字信号经并串转换、输出的串行码流为１７７Ｍｂｐｓ／１４４Ｍｂｐｓ，在Ｄ２串行格式中，由于色差信号是通过副载波迭加在亮度信号上，这样经过Ａ／Ｄ变换及串行处理变成数字复合信号，由于色度带宽窄，亮色串扰等因素，造成Ｄ２格式的数字信号质量较低，目前仅用于少数设备之中，演播室及转播车等系统中均采用一、数字系统基本原理图１为现代电视系统的基本流程图从图中可见，自然景物通过ＣＣＤ光电变换，输出ＲＧＢ单元信号，ＲＧＢ单元信号通过矩阵线性变换，形成Ｙ、Ｒ－Ｘ、Ｂ－Ｘ的双元色差信号，双元色差信号经过复合编码器形成 ＰＡＬ／ＮＴＳＣ格式的模拟复合信号，从模拟复合的ＰＡＬ／ＮＴＳＣ直接通过取样、量化输出的并行图１２００１ ． １１ 现代电视技术49中心技术串行分量格式（即Ｄ１），Ｄ１格式是对双元色差信号经过Ａ／Ｄ变换，串行处理而形成Ｄ１格式的码流，以下就此部分重点讨论。各有３６０个取样字，对色差信号的量化略有不同，请参考图２所示。２． 串行分量信号的水平行图３示出了串行分量数字信号格式（Ｄ１）水平取样字和位置关系，在有效行有１４４０个字，其中，７２０个Ｙ取１． Ａ／Ｄ变换串行数字分量信号标准为ＩＴＵ－ＲＢＴ６０１即４：２：２，标准规定对Ｙ信号取样频率为１３．５ＭＨｚ，Ｒ－Ｙ和Ｂ－Ｙ信号分别为６．７５ＭＨｚ，取样字输出排列顺序为：…Ｙ／Ｒ－Ｙ／Ｙ／Ｂ－Ｙ／Ｙ／…即两个亮度取样字中夹着一个色差取样字，输出为２７Ｍｂｐｓ并行格式码流。量化标准的字长为１０位，即取样电平为１０２４个台阶，对亮度信号和色差信号的量化如图２。由图可见，对每行的同步信号没必要每次都量化，通常用ＳＡＶ（０～３）表图３样字，３６０个Ｒ－Ｙ取样字，３６０个Ｂ－Ｙ取样字，行消隐中，对５２５／６０系统有２７６个取样字，对６２５／５０系统中有２８８个取样字，一个水平行共有图２示扫描开始，ＥＡＶ（１０２０～１０２３）表示结束，优点是节约３０％的取样点，可分配到信号电平上。另外在“４～６３”和“９４１～１０１９”电平台阶上分别保留６０和７９个码字的下浮和过冲保护，可见，在０～７００ｍｖ上为８７７个量化电平，其中，黑电平在０４０量化电平上，白电平在３ＡＣ量化电平上，根据４：２：２取样规则，在每个象素上，Ｙ都取样，则每个有效行上有７２０个Ｙ取样字，而Ｒ－Ｙ、Ｂ－Ｙ特功能表示如表，另外６比特表示为比特纠错。１７１６（５２５／６０）取样字和１７２８（６２５／５０）取样字，对ＳＡＶ和ＥＡＶ标志位各有４个取样字，分别安排为：其前三个取字相同，最后一个取样字ＸＹＺ的第８（Ｆ），７（Ｖ），６（Ｈ）比３． 串行分量格式（Ｄ１）格式Ｄ１格式信号处理过程如简图４，双元色差信号经Ａ／Ｄ变换，输出一个并行的数字信号，由于并行数字接口在使用中受到许多，如需多芯电缆，信号又不能环通或桥接，并行接口大等缺点，所以演播室系统中较少采用，这样就需将并行信号经过并／串转换输出一个串行数字信号格式（即Ｄ１格式），而Ｄ１格式克服了并行格式的缺点，系统安装维护方便，采用７５的ＢＮＣ头，且具有自动均衡功能，因此成为数字视频格式的主流，数字信号并／串转换原理如图５。并行信号经移位寄存器后，以十倍的速率读出一个２７０Ｍｂｐｓ不归零码（ＮＲＺ），该码有两缺点：一为抗干扰差，二有常“０”和常“１”状态，这样就为Ｄ／Ａ变换器和接收器带来了抗干扰差和锁相失步等问题，为此，对ＮＲＺ码进行扰频处50现代电视技术 ２００１ ． １１辅助数据的分析图６数字音频的格式分析图４图７放置在辅助数据区的数据必须以打包的形式进入，图６、７分别显示了用ＶＭ７００Ｔ所测试的辅助数据区的格式和嵌入的音频格式。图５理，产生一个逐行倒相的不归零码（ＮＲＺＩ），该码特点是仅把高、低电平之间的变化认作“１”和“０”，这样对高低电平的极性不在敏感，提高了抗干扰性。另外通过对ＮＲＺ码的加扰打破了常“０”和常“１”状态，使“０”和“１”的比值非常接近１，这样提高了丰富的时钟信号，使Ｄ／Ａ变换和接收机的锁相环路能够紧紧的锁住时钟，保证了同步接收。串行数字分量标准为ＩＴＵ－ＲＢＴ６５６。为标志，其间可放置２６８／２８８个辅助数据字，标准规定，首先在ＥＡＶ之后每行可放置８个ＥＡＳ／ＥＢＵ的音频数据，其次在ＳＡＶ之前放置误码检测信号ＥＤＨ码（ＲＰ１６５标准规定），行辅助数据区余下部分目前还未作标准，行辅助数据区由ＳＭＰＴＥ定义为“ＨＡＮＣ”。模拟系统中的场消隐区在Ｄ１格式中称作场或帧辅助数据区，被ＥＢＵ定义为“ＶＡＮＣ”，在６２５／５０系统中“ＶＡＮＣ”定义：第五行为ＲＰ１６５标准的ＥＤＨ码，第六行为ＲＰ１６８规定的场或帧切换点，第１０行为ＤＶＩＴＣ码。二、数字转播车系统简介该转播车属于一个大型数字视频系统，设计为１０个信道，其中８个为数字信道，２个为无线信道，全部设备选择比较先进、质量指标较高，且符合ＩＴＵ－ＲＢＴ６０１标准的串行数字系统，并符合第一部分所述数字系统的基本原理，系统采用ＳＤＩ接口，实现设备的串行连接，该系统为：主通道系统／应急系统／监测系统，系统流程如图８所示：从图可见，系统主要设备由池上公司数字摄像机（ＨＫ－３８８）、２台无线摄４． 辅助数据区模拟系统中的行消隐区，在Ｄ１格式中称作行辅助数据区，以ＥＡＶ和ＳＡＶ２００１ ． １１ 现代电视技术51中心技术可满足现场直播时精彩镜头慢动作的回放，且具有操作简便、灵活等特点。Ｄ． 同步机同步机选用ＴＥＫ公司ＳＰＧ－４２２，整个系统的同步、精度的好坏都取决于此同步机，该同步机具有ＳＤＩ接口，可输出较全的测试信号，作为切换台和矩阵开关的信号源，供系统调试使用。同步机输出的黑场信号送到视分，由视分再分配到每台设备，对系统进行同步图８锁相。输入信号路数要求多，功能要求齐全，为此我们选用了ＳＯＮＹ公司的ＤＶＳ－７２００数字切换台，此切换台具有２４路数字分量输入信号，６路辅助母线输出，并且配备了数字边沿发生器，分量色键选择等，并具有两级Ｍ／Ｅ功能，每级Ｍ／Ｅ具有相同功能，还有两层下游键，并有ＤＭＥ－ＬＩＮＫ功能，可直接控制ＤＶＥ系统特技台。数字特技台选用该公司的ＤＭＥ－３０００，可与ＤＶＳ－７２００配合使用，有多种二维和三维特技效果，可作弯曲、拖尾、马赛克，输入输出循环、光源定义等功能，这些特技的运用，丰富了节目画面的多彩包装效果。Ｃ． 录像机和硬盘机转播车系统要求信号质量高，为此在录像机的选择上不能忽视。目前，数字录像机存在格式比较多，压缩方式各异，压缩比不尽相同，选型比较困难，这样就得从上下兼容、压缩格式、压缩比、性能价格比等多方面综合考虑。我台选购了ＳＯＮＹ公司的ＤＶＷ－５００Ｐ两台、ＤＶＷ－Ａ５１０Ｐ一台，其压缩比为１．３：１，节目经多版制作，质量指标不会下降。硬盘录像机选用ＥＶＳ产品，此硬盘机具有三个通道的输入和一个输出口，串行数字分量系统的测试标准，目前我国还没有出台，只能依据有关国际标准进行测试，其中ＩＴＵ－ＲＢＴ６５６标准串行数字序列的彩条、多波群、阶梯信号等，ＩＴＵ－ＲＢＴ８０１－１还规定了一系列用于数字串行视频系统新的测试信号等，都可用于系统的测试，其主要内容为：误码、抖动、眼图、漂移、闪电、色域等测试，测试仪器选用ＴＥＫ公司ＶＭ－７００Ｔ，ＷＦＭ６０１Ｍ，ＴＳＧ－４２２，下面以十信道数字转播车系统为例，就其测试原理和方法予以简介。像机（ＨＬ－５９）、ＳＯＮＹ公司的数字录像机（ＤＶＷ－Ａ５１０Ｐ一台、ＤＶＷ－５００Ｐ二台）、切换器（ＤＶＳ－７２００）、数字特技（ＤＭＥ－３０００）、硬盘录像机（ＥＶＳ）、数字矩阵开关（ＲＳ３２×３２）、同步机（ＳＰＧ－４２２）、倒换器（ＥＣＯ－４２２）、监测仪器、字幕机及其它周边设备等组成，这些设备是本系统的关键设备，其性能指标、质量稳定性的高低，对整个节目制作的质量尤为重要，为此在这些主要设备的选择上，一定要严格。Ａ． 摄像机选择摄像机是系统的主要信号源，其质量高低对整个节目制作质量影响重大，本系统选用了池上公司最新推出的数字处理摄像机ＨＫ－３８８，该摄像机采用６０万像素、（２／３）ＦＩＴＣＣＤ、１２比特量化，使用了新开发的第三代数字图像处理专用ＡＳＩＣ，依循ＳＭＰＴＥ２５９标准，通过１０ＭＨｚ超带宽分量三同轴电缆系统进行传输，具有动态范围大、图像质量高、稳定性好等特点，具备动态细节、肤色校正、电子快门、镜头文件存储等功能。目前大型转播车系统采用此型号摄像机的比较多。Ｂ． 数字切换台和特技机该转播车系统是一个大型系统，52三、串行数字分量系统测试１． 误码的测量误码就是在信号源和接收机之间存在任何一个数据字的数值改变，这是由于系统中无源器件的存在，如电缆，接插件和串行数字信号本身无误码检测及纠错等功能所引起的，在电视系统中，通常用误码秒来进行误码统计，其特点适应脉冲误码和短脉冲干扰引起同步信号遭受的破坏，因此，在工程设计时，一般建议留６ｄＢ信噪比的余量，使其误码率得保持在１０－１３下，通常选用的数字电缆长度不应超过２１０ｍ。另外ＳＭＰＴＥ现代电视技术 ２００１ ． １１还推荐ＲＰ１６５建议文件，ＲＰ１６５也称为“ＥＤＨ”，意为误码检测和处理，可用于在线检测。其原理如图９。效区和辅助数据区的状态。见图１０ＲＰ １６５ 误码检测概念图９图１０１０位并行据经过协处理器，对每场视频信号的全场或有效场进行循环冗余码计算（ＣＲＣ），并把ＣＲＣ码计算值加入到场辅助数据区的某一行（６２５／５０系统第５行）然后一起经过移位寄存器进行并串转换，通过传输系统到达接收端，在接收端进行串／并转换，重新对每一场视频信号的全场或有效场进行ＣＲＣ值计算，另外，提取放在辅助数据区的ＣＲＣ值，将其二者在比较器中进行比较，如果与输出端的ＣＲＣ值不同，则指示出误码，并作出误码报告。使用ＲＰ１６５ ＥＤＨ测试，其优点为可在线测试，不需停播并精确地作出误码报告，如误码秒的持续时间，上一误码秒后的时间等。实际演播室系统中，由于系统设计时留有较大余量，所以误码率极低，误码率的测试非常困难，但必要性不大。常用ＥＤＨ进行通道状态判断即可。图十是用ＶＭ—７００Ｔ测试数字转播车某一通道时的误码格式表，表中显示出ＲＰ１６５ＥＤＨ在视频信号全场区、有２． 抖动测量在系统中，串行视频数字信号经过数字分配器，数字矩阵开关及各种数字视频处理器等设备处理后，就可产抖动、噪声、幅度的变化以及其它失真，相对于幅度，抖动对解码器产生的影响比较大，抖动分为定时抖动（Ｔｉｍｉｎｇ ｊｉｔｔｅｒ）和相对抖动（Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｊｉｔｔｅｒ），定时抖动是相对于无抖动时钟的抖动，相对抖动是相对于自我恢复时钟的抖动，由于数据恢复的时钟有抖动，因此，恢复的数据边沿也会产生抖动，根据这样一个原理就有两种抖动测量方法，即定时测量和相对测量，定时测量需要一个无抖动的时钟为基准，抖动的测量范围基本上包含了抖动的全部频率分量，而相对测量的基准时钟是从串行数据流中提取的时钟，抖动的测量范围不计入１０Ｈｚ以下的抖动频率分量，仅测量１０Ｈｚ－１０ＫＨｚ的抖动频率分量，ＶＭ－７００Ｔ和ＷＦＭ６０１Ｍ测试仪都能在极宽的频率范围内对所有的抖动频率分量进行详细分析和区分，图１１为数字转播车某一通道的抖动测量图。图１１２００１ ． １１ 现代电视技术53中心技术３． 眼图测量眼图是对串行数据流的模拟显示，ＳＭＰＴＥ２５９对串行数字视频的眼图波形基本指标作了规定，其指标为：眼高：８００ｍｖ±１０％，抖动：０．２ＵＩ＝０．２×３７００ＰＳ＝７４０ＰＳ眼宽：３．７ｍｓ（４：２：２），过冲：〈１０％上升时间：在２０％－８０％处为０．４－１．５ｍｓ通过这些指标的测试，可直接观察和验证串行发数据的模拟特性，从而可快速判断系统的工作状态，下图为转播车某一通道的眼图显示。对模拟分量信号的一些特性测量，选用彩条测试信号，利用ＶＭ－７００Ｔ的闪电功能、快速、方便、准确测试，可判断分量信号部的幅度、定时、白平衡、黑电平、γ校正等准确与否，其显示如图１４。６． 钻石（菱形）测试ＴＥＫ公司发明的“钻石”显示，是对分量信号ＲＧＢ或Ｙ／Ｒ－Ｙ／Ｂ－Ｙ的波形显示，钻石显示是图象中各点都正确的规范在菱形框之内，否则就为非法信号，如图１５夹在两个Ｇ座标间的亮点为非法信号。钻石显示很直观的显示了图象的实时状态，便于我们随时对系统进行调整。菱形显示中的“非法”显示图１４图１２图１５４． 漂移测量漂移是数字视频信号经过传输分配等环节时，同步定时信号的漂移，如果水平同步定时信号的变化未被控制可接受的范围内，就会出现画在彩色的轻微漂移或严重分离，利用ＶＭ－７００无需特殊检测信号，就可直接进行绝对频率补偿和频率偏移测量，并以ＰＰＭ／Ｓ和Ｈ／Ｓ ＠ Ｆｓｃ方式生成报表，如图１３。５． 闪电显示闪电法是ＴＥＫ公司专门设计的用于图１３54现代电视技术 ２００１ ． １１
