电视系统中数字视频信号的监测

吴崇玲 杨贵宝

包头电视台技术中心，内蒙古包头014030

摘要 随着数字化、网络化技术在广播电视领域的应用，数字电视图像的清晰度、饱和度都有了质的飞跃，对数字电视节目系统图像质量的监测与测量，有利于科学的进行设备选型、系统验收，促进广播电视技术事业的发展。

关键词 监测；PLUGE信号；色域；眼图；抖动

中图分类号TN94 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）61-0169-02

数字电视系统运行质量好坏通常有两种方法来进行评估，一种是测量，另一种是监测。测量可以提供较高精度的评价参数，需要用复杂的测量仪器，测量主要应用在数字电视产品的设计、制造、设备选型、验收测试、系统安装、系统评估等环节，要求提供较高精度的测量参数。监测主要应用于电视中心系统质量维护，在监测领域，通常只需要对有限的几个关键参数进行连续、实时的评估，对测量参数的精度要求不高。

对于数字电视节目监测离不开监视器，为了使监视器准确重现原图像，需要规范调整。根据ITU BT-818和ITU BT-815标准，首先调整监视器的亮度和对比度。亮度调整是进行黑电平调整，调整亮度电平时，视频信号是在垂直方向整体移动。一般使用PLUGE信号中的三电平信号调整亮度，PLUGE信号中的三电平信号包括-2%黑、0%黑和+2%灰。将PLUGE信号输入到监视器的输入端，如果我们从屏幕上看到-2%黑的电平条，说明信号的黑电平有些偏高。如果从屏幕看不到+2%黑的电平条，表明信号的黑电平有些偏低。实际上，只要调整到从屏幕上看-2%黑和0%黑两个条相同，同时能够显示出+2%黑的电平条，此时，亮度电平已经调整到适当位置。其次对比度调整是调整亮度信号的放大量。将亮度的层次拉开，信号底部的基点是不动的，对比度的调整没有相应的标准，一般根据环境以及人眼的主观感觉调整到一个适当位置。而颜色调整实际是色度信号幅度的调整，表现在屏幕上就是色彩饱和度的调整。调整过程中，需要输入彩条信号，对于标准的100%彩条信号，若监视器色度的调整符合标准，相应的蓝路信号在白、青、紫和蓝条的电平幅度就完全一致。一般在监视器上有一个只看蓝色的按键，按下去后，屏幕上只显示蓝色信号，此时只需要调整色度旋钮，使相应的亮度区域一致即可。这样就可以使监视器准确的重放出原始颜色。

在数字节目图像信号记录和技术质量审查时，不仅要监测复合全电视信号幅度不超过标准规定，而且要确保分量信号R、G、B色域不越限超标。这一点在进行数字节目质量监测时已经充分得以证明，有些图像信号的复合全电视信号幅度测量时并没有超过800mV，但在R、G、B信号色域监测时已经越限超标，而且实际观看的图像也是明显偏色的。根据上面所说的监测方法，不仅要有复合全电视信号幅度监测功能，而且应具备R、G、B色域监测功能。目前具有钻石显示和箭头显示功能的监测仪，以及具有Five Bar显示功能的监测仪，都能用于判定R、G、B信号色域是否越限超标，而且很容易区分是哪个通道色域超标。这些显示功能上/下限指标均可以预置门限值，用户根据不同标准任意设定使用。

不同的是：具有钻石和箭头显示功能的监视仪除上/下门限值可预置外，还具有超标象素占整个画面象素面积的百分比数值的设定，这给使用者一个宽限，即只有超标象素面积占整个画面面积达到或超过设定的百分比时才报警，确定为超标；而具有Five Bar显示功能的监测仪没有此项面积百分比设定，即超标象素不管占整个画面象素面积的百分比多大，只要超标幅度达到设定的门限值，就以红色警示区显示超标。

 数字信号还可以用眼图来确定和检验串行数字信号的传输质量，把串行数字信号输入到示波器的信号输入端，并用本输入数字信号作为示波器的扫描触发信号，扫描周期选为二个时钟周期，即两个码元的时间，由于输入数字信号以扫描周期重叠显示在荧光屏上，形成一个图形，宽度同一个码元宽，高度同数字信号的脉冲幅度。对于一个频带宽度无限宽的系统，数字信号从1到0和从0到1的转换速度非常快，转换时间可为零，显示出的图形为矩形。但实际传输系统的频带宽度有限，数字信号的0和1的转换时间变慢，脉冲的上升沿和下降沿不再陡峭，并有上冲和下冲，相位抖动，不同宽度脉冲的幅度有了差别，甚至脉冲的顶部和底部变得倾斜了，因此显示图形形状与人眼形状相似，称为眼图。

如果数字信号的模拟波形是理想的，眼图会呈现为一系列方框，但在实际系统中，由于带宽、噪声以及抖动等因素的影响，会造成眼图的闭合，数字系统最终关心的是眼图的闭合程度。通常幅度变化，噪声等因素造成眼在垂直方向上的闭合，定时抖动影响水平闭合，整个数字系统在正常工作时，应保持眼的开度。眼图广泛应用于确定设备的特性和技术标准、安装后的验收检测、以及系统设备维护测试，眼图观测和分析是对数字信号质量进行检验的一种较好的方法。

眼图观测通常包括：幅度、时钟周期、上升和下降时间、过冲和下冲以及抖动等参量，使用专用的数字分量波形监视器或示波器可以进行观测。SMPTE 259M规定的信号电平和参数的容限如下，对于非平衡输出的串行接口，输出阻抗为75Ω，反射损耗≥15dB（5MHz~270MHz）,输出信号幅度变化在800mVpp的±10%以内，直流偏置信号半幅度点电平在0V±0.5V范围内，20%~80%上升时间0.4~1.5ns之间，80%~20%下降时间0.4ns~1.5ns之间，上升时间与下降时间差值0.5ns，上冲小于信号幅度的10%，下冲小于信号幅度的10%。对于非平衡输入的串行接口特性和参数容限为输入阻抗75Ω，反射损耗≥15分贝（5MHz~270MHz）,电缆均衡1/2时钟频率上电缆的衰减量≤30dB。

串行数字信号监测的另一个指标是抖动。数字信号在形成、编码、处理、传送和变换中，数据发生跳变，由于数字信号的跳变对它们的理想位置在时间上的变化，产生了偏移。抖动是串行数字传输系统中最重要的参数之一，它能够在数字数据的传送和恢复中引起差错，当这种偏差变得足够大时，数据可能被译错。表征和测量抖动性能对串行数字系统可靠和可预测的工作非常重要。

根据不同抖动频率成分使接收机失锁的幅度频率曲线，可见抖动速率越高，对设备影响越严重，抖动的分类要以所包含的频率成分来划分，大致分为绝对抖动、定时抖动、校正抖动和低频抖动，与其它抖动相比，校正抖动是最重要的抖动测量参数，它能够直接给出影响数字接收机正确恢复数据能力的信息。串行数字信号抖动参数和限值：定时抖动的下限频率为10Hz，校正抖动的下限频率为1kHz~100kHz之间，测量的上限频率在1/10时钟频率以上，定时抖动限值应小于0.2UI，校正抖动限值应小于0.2UI。

电视图像中对于数字视频信号除了以上几种监测指标外，还有误码的测试。误码不仅使电视图像出错，而且严重时还会造成图像丢失，误码的产生主要由传输环境，如信噪比下降、高频抖动、设备接地、设备间连接的电气特性不好、电源干扰等造成，其测试主要通过固定图形测试法和在线EDH检测和处理。

随着数字化进程的不断深入，数字产品逐渐进入了电视领域，传统的测量和监测手段已不能适应新技术的要求，如何对数字电视信号进行有效的监测和可量化的管理就成为各个电视台普遍关心的问题。使用具有性能优良的数字图像测试仪器对电视系统进行测试，从而客观的、公正的对数字电视系统给出全面评价，有利于数字电视系统进行科学的设备选型、系统验收，一个好的信号监测系统应该能够具有良好的检测精度、丰富的检测内容、灵活多样的报警方式以及操作方便的监测软件，这样可以更好地提高电视设备的数字化改造。

参考文献

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[2]冯铃玲.视频图像识别系统的监控中心管理软件研制[D].北京：华北电力大学，2006.