2010视频测量技术数字分量课件4(1).ppt

视频测量技术 数字信号测量 模拟视频结构特点 模拟视频 模拟视频信号通过行 场结构的设计 通过亮度信号与调制色度副载波频谱复用 采用一个波形传递所有亮 色信息 在层次结构上耦合紧密 很难在层次接口上进行分割 数字视频结构特点 数字视频系统 原本相对封闭的视频开始融入到数字信息技术领域 开始借鉴并遵从数字信息系统的结构 层次 流程 规律 以及其他特性 数字视频层次模型和标准框架 串行数字信号 串行数字分量信号形成 Y 0 30R 0 59G 0 11B亮度信号Pb 0 564 B Y 色差信号Pr 0 713 R Y 色差信号 串行数字信号形成 抽样原理 电视信号取样 1 满足取样定理 即取样频率应该大于视频带宽的两倍 亮度信号带宽是6MHz 因此有fs 12MHz 2 为了保证取样结构是固定正交的 取样频率应该是行频fH的整数倍 即 fs nfH 3 兼顾625行 50场和525行 60场 这两个行频的最小公倍数是2 25MHz 取样频率应是2 25MHz的整数倍 取m 6 亮度信号取样频率fs为13 5MHz 4 2 2 1LuminancesampleY2ChrominancesamplesCb Cr 取样结构 亮度信号的取样频率为13 5MHz 两个色差信号的取样频率均为6 75MHz 样点数 Y 13 5 106 1个 秒 64X10 6 秒 行 864 个 行 R Y 432 个 行 B Y 432 个 行 量化 量化 将抽样的样值变为在幅度上离散的有限个二进制信号抽样使时间上连续信号变为离散的信号 量化又使幅度上的连续变为离散的10比特量化 就是用十位二进制数来代表有限个 1024个 幅度值 量化范围 13 5MHz亮度信号 10bit 字节 720个样点 有效行877个量化级黑电平对应level64 白电平对应level940 51 1mv000 Excluded Excluded766 3mv3FF 700 0mv3AC 0 0mv040 Black Peak 64 0 1023d 940 3FC 1019 3 003 储备电平 储备电平 6 75MHz色差信号 10bit 字节 360个样点 有效行897量化级零信号对应level512 Excluded Zero MaxNeg MaxPos Excluded 350 0mv040 400 0mV000 0 0mv200 350 0mv3C0 399 2mv3FF 64 0 512 1023d 960 3FC 1019 003 3 电视节目各流程压缩编码参数选择 4 2 2或4 2 0 取样格式 ITU RBT 1203建议书对节目传送要求使用4 2 2 仅在一次分配 二次分配及地面 卫星 到用户 中使用4 2 0 考虑到目前的应用状况 对于低码率的高清和标清均增加了4 2 0方式 新闻类节目回传可采用4 2 0方式 体育比赛采用4 2 2方式 SDTV码率 建议SDTV传送码率为20 25Mbps 收录 编辑制作 媒资为50Mbps 播出上载为15 25Mbps 传输为3 2 8Mbps 建议4 5Mbps 为保证广播级质量的码率 HDTV码率 ITU RBO 788建议书中对HDTV 透明传输 的压缩码率进行测试的结果 1994年 在105Mbps码率下可察觉损伤 但程度很轻微 在140Mbps码率下损伤不可见 达到 透明 在60Mbps码率下 单次压缩满足图像质量下降小于12 该建议书推荐使用的码率为110Mbps 澳大利亚使用的HDTV传送码率为90Mbps 日本NHK使用的HDTV传送码率为80Mbps HDTV合理码率为SDTV的大约4倍 为保证广播级质量的码率 HDTV传送码率为80 90Mbps 收录 编辑制作 媒资为110 120Mbps 高端185Mbps播出上载为100 120Mbps 传输为16 20Mbps 常见编解码环节 传送台外信号采集后向台内的信号传递 传输台内信号收录后 在台内以及由台向用户的信号传递 收录编辑制作媒资存储播出上载新媒体分发 为减少重复编解码和转码造成的节目质量损伤 在系统业务流程设计中应当考虑以下几个方面 1 在系统链路中 尽量避免A D D A转换和YUVRGB色域转换 2 尽量采用文件传输 避免往复使用磁带进行上下载 3 合理规划各个环节的视音频文件编码格式和码流 尽量减少系统链路中编解码 转码的次数 除特殊情况外 最多不应超过4次 系统流程规划设计原则 4 对于级联编解码 尽量采用相同的编码算法和GOP结构 采样方式 建议选用具备GOP结构重用功能的高质量编解码设备 减少质量的劣化 5 提倡原码上载 原码编辑 板块之间相互调用素材文件时 尽量直接迁移源格式文件 减少反复转码造成的质量损伤 6 由于最终到户的图像会经过多次的编解码 在台内各环节应使用尽可能高的码率 或采用主流码率 7 根据ITU RBT 1203 节目制播环节对图像质量的损伤必须控制在12 之内 国标规定 数字信号行场定时关系 每行总样点数 Y 864R Y 432B Y 432每行有效样点数 Y 720R Y 360B Y 360每行总字节数 864 432 432 1728有效字节 720 360 360 1440每行消隐期间字节数 144 72 72 288 SDI的定时基准信号 定时基准信号TRS 在行消隐期间留出8个数据字位置 用于传送定时基准信号 SAV 行有效开始第1724 1727个字EAV 行有效结束第1440 1443个字 定时基准信号 每个定时基准信号由4个字组成16进制 3FF000000XYZ前3个字固定格式不变XYZ可变 包含的信息有 场标志符号 行消隐状态 垂直消隐状态 亮色数据的时分复用 亮色数据的时分复用 Y Cb Cr 13 5MHz 4 2 2 10ParallelBits 10BitParallelSamplesat27MHz ParalleltoSerialConverter ITU RBT 601 2SerialDigitalComponent270Mb s 串行信号传输 SDI接口 通道编码4 2 2串行分量数字信号的数码率 13 5 10 6 75 10 6 75 10 270 Mbps 864 2 10 625 25 NRZI 倒相的不归零码 对极性不敏感 1 有跳变 0 不变化扰码 提供足够的信号电平转换次数 利于时钟恢复 NRZ码和NRZI码特性 扰码 SDI接口传输标准 在串行接口中 每一个10比特的数据字用并 串转换电路变成串行的数据流 传输码率从27Mbps变为270Mbps 用单芯同轴电缆传输 眼图的形成 眼图形成的原理 眼图指标 单位间隔 0 8Volts 10 抖动0 2UIp p 20 to80 上升时间0 4to1 5ns 过冲 单位间隔 UI3 7ns 不良的眼图 抖动 反射 眼图测试 幅度上升 下降时间过冲抖动 影响数字信号质量的因素 传输的距离 电缆损耗 和信号的电平噪声将直接影响眼图的开启度 电缆或接口的反射将导致眼图畸变 信号的抖动和时钟的重建将影响数据判断 数字系统的关键是恢复正确的数码流 抖动的测量 抖动的定义 抖动是数字信号的跳变相对于它们理想位置在时间上的变化 抖动的测量单位为UI 单位间隔 1TU 1 270MHz 3 7ns抖动会造成时钟在时间上的瞬间偏离 以至造成接受机截取数据时错位 还会使D A产生非线性失真 抖动的影响 抖动的影响 抖动的分类 抖动的分类一般主要以抖动所包含的频率成分为依据进行划分 可大致分为绝对抖动 abso1utejitter 定时抖动 timingjitter 校正抖动 A1ignmentjitter 低频抖动 lowfrequencyjitter 抖动的分类 定时抖动是抖动速率高于规定速率 典型值为10Hz或更低 的信号跳变位置的变化 定时抖动通常用于表征整个系统的运行状况 它能够通过把时钟恢复系统环路滤波器的低频截止频率设定为f1来测量 这样 测量结果中将包括从环路滤波器截止频率到测量上限频率的所有频率的抖动 抖动的分类 校正抖动是信号的跳变位置相对于从该信号中提取的时钟跳变位置的变化 时钟提取处理的带宽确定了校正抖动的低频限值 通常这个带宽的下限截止频率可在1KHz 100KHz之间选取 校正抖动低频限值的典型值为1KHz或100KHz 与绝对抖动 定时抖动及低频抖动相比 校正抖动是最重要的抖动测量参数 校正抖动能够直接给出影响数字接收机正确恢复数据能力的信息 抖动的测量范围 抖动测量 综合测试仪中采用提取时钟测量抖动利用时钟提取器获得的时钟信号去触发示波器 抖动测量 在测量抖动时 当滤波器选择10Hz时可测得定时抖动值 当滤波器选择1KHz时可测得校正抖动值 抖动测量 VM700眼图测量 抖动直读 VM700抖动频谱显示2种模式 帧速率和行速率显示 能够显示出与帧频和行频相关的抖动 WM700测试实例 抖动的帧显示 抖动的行显示 误码检测 误码的定义在信号源和接收机之间存在任何一个数据字的数值改变称之误码 误码对图像的影响误码不仅使电视图像出错 严重时还会造成图像丢失 误码检测 误码产生的原因误码的产生很大程度上取决于传输的环境如信杂比下降 高频抖动 设备接地问题 设备间连接的电气特性不好 电源纹波 脉冲干扰等 误码率 误码率 BER 定义为错误比特数与总比特数的比率 通常用于对随机噪声引起的误码进行的概率统计 例 如果每个视频帧出现一个误码 则误码率为 1b 40 10 3s 270 106b s 0 93 10 7 误码率 数字视频信号的误码与信杂比有关 测试串行系统时一种直观方法是增加电缆长度 这也是降低信杂比的简单方法 因为电缆使信号幅度衰减 从而降低了信杂比 误码率与信噪比有一定的关系 并且可以折成某种型号的电缆长度 在实际工程设计中电缆长度应有80米的富裕量 误码率 模拟电视 数字电视 误码率与误码秒 误码率常用于随机噪声引起的误码统计 评价系统极限性能的一个理论指标 在系统初级设计阶段有指导作用 实际系统运行往往大大高于这些指标 误码率是一个长时间的统计数据 一个准确的误码率测试是需要一个较长的时间周期 误码率与误码秒 误码秒定义为单位秒发生的误码个数 误码秒常应用于评价系统抗干扰的能力 尤其适合评价因短脉冲干扰引起同步信号遭受破坏 造成图象纷乱的误码统计 电视节目的制作者更关心的是节目出错的次数 而不是多少比特受影响 因此误码秒更加直观 干扰误码特点 脉冲干扰误码为最典型的视频误码 具有间隔出现的特点 一个数据字的出错会引起数百个相同数据字的出错 系统有干扰 干扰引起的误码在工程中一般通过纠错编码克服 无论怎样提高信噪比都是难消除的 通过纠错编码克服 误码检测 误码率检测需停机检测实际意义不大 系统设计过程中的理论分析还是很重要的 SMPTEPR165标准 EDH 意为误码检测和处理 EDH检测 EDH检测 优点 在线监视 测试提前给出故障的警告 并能自动地精确地作出报告 不需要中断播出 CRC数据是串行电视信号的一部分 625 5 318行 因此对系统性能可提供很好的测试效果 EDH检测方法 固定图形测试法 给定一个特定的图像序列 测试信号 它的CRC字是固定和已知 通过特定仪器 WFM601 检测它的CRC字 如果发生了变化 就说明有错码产生 在线EDH误码检测处理 利用EDH附件计算一场图像的CRC数据 并和其他辅助数据一起插入到下一场场消隐的开始端 接收端将从接收图像计算得出的EDH数据与接收到的EDH数据比较 确定是否一致 来判定系统是否存在误码 SDI检测场 SDI检测场信号SDI检测场 又称为 异常 信号或 有病 信号 对串行数字系统而言 它是一种很难处理的信号 为了测试系统的性能 它具有十分重要的价值 SDI检测场的特点是 在一场中上 浅紫色阴影 下 浅灰色阴影 半场各有一种信号 该信号包含大量的低频能量 其中一种信号用于测试自动均衡器的工作情况 另一种信号用于测试锁相环的性能 SDI检测场是全场测试信号 只能非在线测试 SDI检测场 SDI检测场也称作 病理检测信号 病理检测信号产生的原因 尽管扰码器的采用是为了避免串行数据中出现连 0 或连 1 但是 某种特定的数据和扰码器的初始状态组合 就会产生长时间的 0 长时间的连 0 会使串行数据中的跳变沿减少 并使信号中的低频成分加大 SDI检测场 C Y C Y SDI检测场 测试信号经过扰码和非归零倒相后为19个 0 1个 1 的信号 此信号有很大的直流分量 19bits 1bit 19bits 1bit 均衡性能测量 SDI检测场 自动电缆均衡器测试测试信号通过被测接收机的自动均衡器时 持续的 0 导致信号含有大量直流分量 线性不良的均衡器在跳变点就会产生误码 观察EDH 如果这时产生错码就说明电缆均衡器不良 SDI检测场 测试信号经过扰码和非归零倒相后为20个 0 20个 1 的信号 此信号 0 和 1 的变换次数最少 20bits 20bits 锁相性能测量 SDI检测场 PLL的锁相测试这种测试信号因富含低频成分和最少的过零点 给时钟的恢复和PLL的锁相增加了压力 利用SDI检测场进行测试时 当输入的测试信号为检查锁相环的信号时 如果出现误码 则表明设备内的时钟再生器有问题 电视广播声音和图像的相对定时 GB T22150 2008 总容限 电视广播声音和图像相对定时的总容限 应不超过 90ms和 185ms 可察觉门限大约为 45ms和 125ms 不对称 总误差容限分配 定时参考点 定时参考点位于最后节目源选择点 它作为以后声音和图像相对定时测量的参考点 总误差容限分配 总容限电视节目采集源端 图1中的点1 和定时参考点间的相对定时误差应不超过 25ms和 100ms 从定时参考点至传输分配的输入 图1中点4 端之间引入的相对定时误差应不超过 22 5ms和 30ms 如果其中包含一个或多个数字编解码器 则由单个编解码器引入的相对定时误差应在 2ms以内 如果无法对声音和图像的相对定时进行校正 则每一个下行设备引入的相对定时误差应在 2ms以内 相对延时的测量 SDI的其它测量 视频有效行嵌入音频问题格式问题辅助数据问题 综合测试仪测试项 EyediagramdisplaywithautomaticlimitviolationdetectionExternalandembeddeddigitalaudiomeasurementsConformancetestingtoSMPTE259MSMPTERP 165digitalerrordetectionandreportingJittermeasurementswithwide bandspectralanalysisAncillarydataanalysiswithdatadistributiondisplayAudiotovideotimingmeasurementsDigitalvideowandermeasurements 数字信号的性能测试 前面所述为信号传输域的测量问题 视频信号有质量损失吗 如何评价数字系统或通道的质量 现象 图像质量从肉眼看出不是很好 但是眼图很好 肉眼不能看出图像质量有改变 但是眼图很差 数字眼图与图像质量不是一一相关的 数字通道技术要求 通道 输入和输出均为标清串行数字视频信号 包括或不包括比特变换 压缩编码 色域变换等视频信号处理 如 播出通道 制作系统 网络制播 传输系统等 数字通道技术要求 技术要求包括 接口特性数据格式分量视频特性图像主观评价 数字通道技术要求 接口特性输入输出的幅度上升 下降时间过冲情况 直流电平 抖动反射损耗最小接收灵敏度 数字通道技术要求 数据格式TRS数据字 EAV SAV数值附属数据区数字逆程填充字数据字的有效性 数字通道技术要求 分量视频特性介入增益彩条 条信号 白场幅频特性多波群 扫频信号 SinX X非线性失真阶梯波信杂比斜波信号K系数2T 4T 10T脉冲亮色增益 时延差彩条 蝴蝶结彩条矢量相位误差彩条音视频相对延时专有信号 数字系统分量测试框图 正弦平方波和条脉冲信号 多波群 扫频信号 蝴蝶结信号 斜坡信号 阶梯波 数字通道技术要求 图像主观评价对有压缩编码 色域变化等处理的信号 需要进行主观评价使用特殊的图像序列 在特定环境下进行测试 或使用图像质量分析仪 详见下讲 视频分量显示模式 钻石箭头闪电 分量信号 RGB 的钻石显示 钻石显示 R G R G显示在下半部 分量信号的箭头显