微分相位测量普遍存在的问题

韩 东

（中国电子科技集团公司第三研究所，北京 100015）

根据国家标准GB3174—1995《PAL-D制电视广播技术规范》[1]的规定，中国彩色电视广播制式为PAL-D（逐行倒相正交平衡调幅制）。在对符合国标的PAL制彩色视频信号的检测中发现，当前所进行的微分相位测量普遍存在很大的问题。笔者将就此进行分析，并给出正确的测量方法。

1 微分相位简介

对电视视频信号的质量检查，一般都要分析其视频线性失真和视频非线性失真。其中，视频非线性失真主要包括：亮度非线性失真、微分增益、微分相位和色度信号对亮度信号的交调失真等参数。而微分相位失真对图像质量的影响尤为明显。当微分相位失真较大时，会使图像相应部分的色调（颜色）发生变化，这将给人们一种图像不真实的感觉。

那么，什么是微分相位呢？微分相位又简称为DP（Differential Phase）。通俗地讲，就是当视频信号的亮度分量电平发生变化时，它上面叠加的彩色副载波信号的相位发生了变化[2]。微分相位失真对图像的影响是：会使图像相应部分的色调（颜色）发生变化，人眼对此十分敏感。比如，有一个画面是一位穿着艳丽裙装的报幕员，在聚光灯下走向舞台中央。如果图像信号存在严重的微分相位失真，那么画面上不同亮度部分的同一服装颜色就会发生改变。这种图像会给人一种虚假的感觉。所以，正确测量微分相位失真的数值并进行分析，以采用相应的措施降低其失真就变得十分重要了。

2 微分相位的测量方法

在GB3659—1983《电视视频通道测试方法》[3]国家标准中，对微分相位失真的定义和测试方法都给出了明确的规定。

定义：将未经相位调制的恒定小幅度色度副载波叠加在亮度信号上，并加至被测通道的输入端，当亮度信号从消隐电平变到白电平，而平均图像电平保持在某一特定值时，在输出端副载波的相位变化称为微分相位失真。

测试方法：

把叠加副载波的五阶梯信号加至被测通道的输入端，测量输出端阶梯波各梯级（包括消隐电平）上的副载波的相位，以消隐电平上副载波的相位Φ0为基准，微分相位失真用＋X，－Y表示。其计算公式为

微分相位失真峰-峰值由式求得

式中：Φ0为输出端消隐电平上副载波的相位；Φmax和Φmin分别为输出端阶梯波各梯级（包括消隐电平）上副载波的相位中的最大值和最小值。

测量微分相位通常采用叠加副载波的五阶梯信号和CCIR330信号，其波形如图1和图2所示。

测量微分相位使用的较佳设备有美国泰克（Tektro⁃nix）公司的VM700T视频测量装置等，国产仪器有四川川嘉电子有限公司的JC-MVA150型视音频测量仪等。它们可以同时给出阶梯波各梯级上微分增益和微分相位的失真值，而无须按照上述公式手动计算。其测量结果显示如图3所示。

图3 微分增益和微分相位的测量显示（仪器面板截图）

因为中国彩色电视广播制式为PAL-D制，彩色视频信号的色度副载波是逐行倒相的。一行为＋V行视频信号，下一行就是－V行视频信号，依次反复。而且即使是同一行序号的信号，在第一场和第三场以及第二场和第四场其色度副载波也是垂直反相的。具体地说，在第一场和第二场，行序号为单数的行是非倒相行，行序号为双数的行是倒相行。而在第三场和第四场，则刚好相反，行序号为单数的行是倒相行，行序号为双数的行是非倒相行。对此，在国家标准GB3174—1995《PAL-D制电视广播技术规范》中有明确的规定。

3 微分相位测量中存在的问题

如上所述，因为同一行序号的视频信号在第一场和第三场（第二场和第四场）其色度副载波垂直反相。所以，在使用VM700T视频测量装置进行某一行微分相位测量时，如果不采用平均（Average）方式，那么非倒相行和倒相行的微分相位失真值就会快速交替显示。这将无法清楚地显示和读取稳定的微分相位测量值。对于这种情况，人们很容易想到用“平均”的办法来解决这个问题。但这样做，就会造成PAL制视频信号微分相位测量的严重错误。下面分析造成微分相位测量本质性错误的原因。

通常测量人员都采用叠加副载波的五阶梯信号进行微分相位测试。假设被测信号消隐电平上的副载波相位为60°，而阶梯波其他梯级上副载波相位最大偏离处的相位为70°。那么，根据微分相位的定义，该信号微分相位失真值就应为10°。用监视器观察其图像，相应色条的颜色也会发生明显的改变。这也说明该信号的确存在较大的微分相位失真。如果把该信号加到VM700T视频测量装置的输入端，采用简单的“平均”方式进行微分相位测量，那么，得到的测量结果不是10°，而是接近于0°。这与对应的色调（颜色）偏差图像完全不相吻合，结果显然是错误的。判断视频测量方法是否正确的准则是测量结果应与图像质量相一致。

下面简单分析：假设在第99行进行测试，如果被测信号第一场第99行在消隐电平上的副载波相位为＋60°，副载波相位最大偏离处的相位为＋70°，那么，显然其微分相位失真值应为＋10°。但对于PAL制彩色视频信号来说，第三场第99行因是倒相行，如不考虑正交误差，那么在消隐电平上的副载波相位应为－60°，而副载波相位最大偏离处的相位则为－70°,其微分相位失真值应为－10°。这时,如果用简单的“平均”方式进行测量，那么，测量的就是非倒相行的微分相位失真值＋10°和倒相行的微分相位失真值－10°的平均值，当然结果会接近为零。显然这种测量是错误的，但问题严重的是目前对微分相位的测量普遍采用的就是这种方法。

4 正确的微分相位测量方法

要掌握正确的测量方法，必须先了解一下VM700T视频测量装置进行微分相位测量的选单树，如图4所示。

图4 微分相位测量选单树

从图4中可以看到，在微分相位测量选单树的“采集子选单”中，有“仅＋V相位（＋V Phase Only）”和“仅－V相位（－V Phase Only）”两个选项。但这里应特别注意：其中“＋V”指的是“＋V行”，即非倒相行。“仅＋V相位（＋V Phase Only）”表示在这种方式下，只测量“＋V行”也就是非倒相行的微分相位失真值。而不是指仅测量和显示正的微分相位失真值。在“＋V行”微分相位失真值为正值和负值的出现几率约各占50%。当然，“仅－V相位（－V Phase Only）”则指的是只测量“－V行”即倒相行在反相前的微分相位失真值。这一功能与VM700T和JC-MVA150中，彩条测量的“＋V”、“－V”功能基本相同。这两个选项就为正确稳定地测量微分相位失真值提供了条件。具体的方法是：首先在被测行，选用“仅＋V相位（＋V Phase Only）”测量方式，在平均（Average）方式下，读取微分相位（DP）失真值。它对应于＋V行（非倒相行）的DP值。然后再选用“仅－V相位（－V Phase On⁃ly）”测量方式，在平均（Average）方式下，读取微分相位（DP）失真值。它对应于－V行（倒相行）在反相前的DP值。所读取的微分相位（DP）失真值，都应带有正负号。最后，用“仅＋V相位（＋V Phase Only）”方式得到的微分相位（DP）失真值减去“仅－V相位（－V Phase Only）”方式得到的微分相位（DP）失真值再除以2。其简化公式为：[（＋V）测得值－（－V）测得值]÷2。但要特别注意：所有的失真值，都应带有正负号。

之所以这样测量和计算，是因为在PAL制色度信号的解码的过程中，首先要对U，V（包括＋V和－V）分量信号进行同步解调，然后再转换为B－Y和R－Y色差信号。所谓“同步解调”就是对U分量信号用基准副载波信号与之相乘，＋V分量信号用正向偏转90°的基准副载波信号与之相乘，而－V分量信号用反向偏转90°的基准副载波信号与之相乘，这就实现了－V行信号的垂直反转。这也是上述计算公式中使用减号的原因。然后，再将对应于＋V非倒相行和－V倒相行的色差信号叠加后取其平均值。因为解调过程是这样，所以对于PAL制信号的微分相位失真值也是取决于非倒相行和倒相行两个失真值的综合作用，而要取其平均值。这样，以上测量和计算方法才能反映出实际彩色电视视频信号的质量情况。

上述测量方法的另一特点是：它不仅能够给出对应于彩色图像质量的正确微分相位失真值，而且通过测量过程还能够了解被测网络相移特性的真实质量情况。例如，把一个标准的叠加副载波的五阶梯视频信号加到被测网络的输入端。输入信号的副载波相位在非倒相行为＋60°，在倒相行为－60°。若被测网络是一个在高亮度分量电平上副载波相移特性很差的网络，在消隐电平上，副载波相位没有改变，仍为＋60°和－60°，而在某一亮度分量电平上，副载波相位同向偏离，非倒相行相位由＋60°偏离到＋70°，而倒相行相位由－60°偏离到－50°。因为PAL制的逐行倒相功能对视频信号的微分相位失真有改善作用，所以在这种情况下用上述正确方法测得的微分相位失真会相当小，相应图像的色调也确实没有多大变化。但从测量过程可以看到，被测网络的相移特性确实存在很大问题，它会给其他方面的信号质量问题带来隐患，应对其相移特性作进一步分析和改进。

5 小结

综上所述，对PAL制视频信号的微分相位测量应使用上述的正确测量方法。如采用现在普遍使用的简单的“平均”方式进行微分相位测量，会使测得的微分相位失真值与实际值偏离较大。这样，就会影响对视频信号及其相关设备的质量评定和进一步改进。因此，正确掌握微分相位的测量方法是非常重要的。

[1]GB3174—1995，PAL-D制电视广播技术规范[S].1995.

[2]平龙.电视图象传输质量等级与主要失真指标[J].电视技术，1998，22（8）：46-48.

[3]GB3659—1983，电视视频通道测试方法[S].1983.