全带宽数字电视基础和测试(二)

全带宽数字电视基础和测试全带宽数字视频的测试本文在D1格式由来这一段，曾提到由于模拟复合编码器的存在图象质量大大下降，各种失真也由此产生。所以模拟复合射频的测试也变得相当复杂。D1格式的数字视频直接取样于模拟分量，失真大大减少，测试也相对简单得多。这也是数字视频的又一大优点。那么对这种D1形式的码流信号，我们关心的是什么？究竞要测试的又是那些内容呢？下面一一叙述。误码的定义于检测误码是首先必须关心的问题，因为误码不仅会使图象出错，严重的误码还会造成失去图象。很幸运的是运行在数字环境下的大多数数字视频设备通常不会改变所携带的串行数据，即不会产生误码。这些数字设备包括数字切换矩阵、数字面板连接器、数字延迟器、不带前置放大器的数字帧同步器、嵌入音频复用器和介复用器。误码仅产生于传输的环境，如信噪比的下降、高频的抖动、设备的接地、电源的纹波等。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的改变就称之误码。在模拟接收情况下，这一定义不存在非议。然而在数字接收条件下，并非十分完全。因为如果切换矩阵改变所选择的信号源时，就会出现码流短时间的混乱，这时就不能认为是误码。本文前面提到的RP168标准除了规定了在场消隐期进行切换的行，还对切换的时间长度作出规定，误码检测设备就能够对这一时间长度产生的误码忽略不计。所以在数字视频中，误码又确切地定义为全场误码和有效图象误码。--全场误码，指的是误码发生在表征全场所用行的数据字中，除了RP168标准规定的场消隐区中的图象切换行。--有效图象误码，指的是误码发生在表征有效图象的数据字中。提出有效图象误码是基于象数字帧同步器、在E-E工作状态下的数字录像机等大多数数字设备都具备重新设置所用行消隐区，以及部分场消隐区的功能，可能会破坏没有误码的完整信号。这样就有必要从全场误码中单独测试有效图象误码。误码的检测--误码率和误码秒大多数工程师熟悉位误码率(BER-BitErrorRate)的概念，它是误码位与总的二进制位数的比值。例如，10位数字分量信号的数据率是271Mb/s，如果每帧有一个误码，对625行系统，误码率BER＝25/(270x106)=0.93x10-7。然而传统的误码率测试方法却不宜在串行电视系统中使用。原因之一，误码率常用于引起噪声的随机误码统计。然而典型的串行视频误码为脉冲误码，与随机误码不同的是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。原因之二，误码率测试必须使用若干已定义的伪随机比特率序列信号中的一种，而全部这些序列信号却与串行数字视频比特流信号不存在相似的特征，数字视频设备无法处理这些供测试用的比特信号。原因之三，如果一个数字视频系统工作在安全区内，由随机噪声产生的误码大约为每一百年一次，误码率BER＝1x10-18可见误码率的测试方法就不能提供有价值的数据。原因之四，误码率的测试必须停播测试，需测试所有比特，往往要花费很长一段时间。在广播系统中没有这样一个环境。由于脉冲误码具有间隔出现的特点，电视工作者们提出了另一个误码测量方法—误码秒。误码秒定义为每秒发生的误码统计。误码秒更适用于脉冲误码场合，更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。此外，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。泰克公司已研制出一种用于数字视频误码秒的检测系统，并公开技术细节，以鼓励其它厂商使用这种测试方案。这一方案已被SMPTE采纳为标准，称为PR165实用建议文件。RP165也称之“EDH”，意误码检测和处理。--EDH误码秒检测EDH基本概念相同与计算机系统的”CRC“(循环冗余码)。原理图如下：图12--定时测量测量时需要一个无抖动的时钟作为基准。抖动的测量范围基本上包含了抖动的全部频率分量。--校准抖动测量的基准时钟为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。如图13所示。图13串行数字波形基本指标测试---眼图指标检测SMPTE259M对串行数字视频的眼图波形的基本指标作了标准。图14列出了这些标准。图14SMPTE259M提出了这些指标：--眼图的眼高为0.8Volts10%,即眼高的高度的范围为720mV~880mV。--抖动的容差为0.2UIP-P。1UI为1个眼图的宽度，即1个时钟的时间宽度，则1UI＝1/27x106=3.7ns,0.2UI=0.2x3700ps=740ps。--上升时间的范围为0.4~1.5ns,测量点在上升沿的20％和80％处。在眼图的测量中，观测270Mb/s的串行数据流，测试仪器必须具有350MHz~1GHz的带宽。当测试抖动时，测试仪器的PLL必须有稳定的时间常数，并具有10Hz和1KHz的高通滤波器。上升时间的测量还必须注意到测量仪器建立被测波形时本身的上升时间，它的修正公式为：Ta=Tm2-0.5Ts2昐YMBOL214\f"Symbol"\s24错误!未定义书签。式中：Ta=实际上升时间，Tm=测量得到的上升时间，Ts=仪器的上升时间。泰克的VM700SDI选件能根据修正格式，作出精确的眼图上升时间测试值。系统测试系统测试包括系统的增强测试和SDI检测。增强测试一个数字系统在工作的时候，很重要的一点就是必须知道系统还有多大的余量，即系统离开崩溃点有多远。这也就是增强测试的目的。增强测试的方法是改变数字信号中的一个或多个参数，直到使它图象破坏。参数的改变量，就是系统的余量的测定值。SMPTE259M提出，系统增强测试的最为直观的方法是加接电缆，直到出现误码。实验的结果也表明，电缆长度测试是最有意义的增强测试。有一点必须提出的是增强测试只能停播测试。SDI检测和SDI检测场SDI(SerialDigitalInterface)－串行数字接口的固有弱点是，无误码检测功能和纠错手段，以及误码会在加扰器中倍增。加扰系统的不良统计值也表明，跳变的低密度和不对称是产生误码的主要因素。SDI的检测主要是对自动均衡器的测试和接收机、D/A的PLL的测试。测试信号是一种很特殊的全场信号，称作SDI检测场。--SDI检测场SDI检测场信号又称“异常”信号、“有病”信号。它是一种很难处理的的信号，对测试系统的性能，它具有十分重要的价值。SDI检测场信号在全场中分隔为两种信号，每种信号都含有最大的直流分量。其中，一种信号用于测试均衡器的性能，另一种信号用于测试锁相环的锁相能力。由于SDI检测场是全场测试信号，因此也只能停播测试。SDI检测场信号由SMPTERP178实用标准定义。图15示意了SDI检测场的结构。图15SDI检测，主要是测试自动电缆均衡器和接收机的锁相环。--自动电缆均衡器测试SDI检测场的上半场测试信号的每一行都由1比特的“1”和19比特的“0”的排列组成，用于自动电缆均衡器的测试。当这种测试信号通过被测的自动均衡器时，会在每帧的一些时间上建立很大的直流分量。这种高直流分量的切换－“接通‘、“关断”，将会增强测试自动均衡器的模拟功能的线性程度，线性不良的均衡器会在跳变点产生误码。用数字波形监视器的“图象”显示方式，可很方便检测产生于比特跳变处的直流成分波形。--PLL的锁相测试SDI检测场的下半场测试信号的每一行都由20比特的“1”和20比特的“0”的排列组成。很明显，这种测试信号含有最大的低频成分和最少的过零点，给时钟的恢复和PLL的锁相是一种“加压”测试。PLL的测试，不需测试仪器，只要观测当SDI检测场通过系统时图象是否仍完美无损即可。如果图象出现紊乱或失去图象，则说明系统中接收机的锁相环无法锁住这种“异常”0、1序列信号。这种接收机用在系统中是不安全的，因为在实际的图象情况下，输入的数据与加扰状态的某些特殊组合也有可能很凑巧地产生一长列“0”。数字“波形”的监视称作为数字码流的“波形”，意为数字