使用4000系列數(shù)字熒光示波器進(jìn)行視頻測量

　　引言

　　不管是調(diào)試視頻裝置還是設(shè)計(jì)一個新機(jī)頂盒，進(jìn)行視頻測量都是一個主要挑戰(zhàn)。視頻波形非常復(fù)雜，經(jīng)常把表示視頻圖像的信號與顯示圖像所需的定時信息組合在一起。視頻信號可以采用各種不同的標(biāo)準(zhǔn)和格式，每種標(biāo)準(zhǔn)和格式都有自己的特點(diǎn)。某些視頻測量要求專用儀器，如泰克業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)波形監(jiān)測儀、視頻測量儀表和矢量顯示器。也可以使用通用示波器進(jìn)行許多常見的測量，只要該儀器擁有適當(dāng)?shù)牟杉蜏y量功能即可。

　　在本應(yīng)用指南中，我們將考察關(guān)鍵視頻測量問題，說明它們與不同類型的示波器的關(guān)系。我們還將演示怎樣使用泰克4000系列數(shù)字熒光示波器進(jìn)行常見的視頻測量。

　　基本視頻標(biāo)準(zhǔn)和格式

　　有許多不同的視頻標(biāo)準(zhǔn)和格式。某些系統(tǒng)如NTSC、PAL和SECAM，已經(jīng)使用了幾十年，通常稱為“標(biāo)清”電視。比較新的系統(tǒng)如高清電視(HDTV)則通過提高圖像內(nèi)部的行數(shù)和像素數(shù)量，提供了更高的清晰度。視頻信號的來源很多，包括攝像機(jī)、掃描儀和圖像終端。傳輸時在RF載波上沒有調(diào)制的信號稱為基帶視頻信號，包括模擬陸地系統(tǒng)或電纜傳輸系統(tǒng)中使用的大多數(shù)視頻信號。一般來說，基帶視頻信號在開始時是三種分量模擬或數(shù)字信號，代表著三原

色，即紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)三種分量。這些信號通常會經(jīng)過多次轉(zhuǎn)換，然后才到達(dá)電視監(jiān)視器。

　　圖1 標(biāo)清視頻系統(tǒng)的典型方框圖

　　圖1是典型的視頻系統(tǒng)方框圖。不管系統(tǒng)是標(biāo)清還是高清，其中的步驟類似。注意，在來源和目的地之間，視頻信號會多次變換格式。為設(shè)計(jì)和調(diào)試這些系統(tǒng)，測試設(shè)備必須能夠考察每種格式的信號。

　　轉(zhuǎn)換

　　第一次格式變化發(fā)生在第一步，即轉(zhuǎn)換。為更容易處理，原始的RGB信號通常會轉(zhuǎn)換成三個分量信號：Luma信號或Y以及從Y導(dǎo)出的兩個色差信號，通常是B-Y和R-Y。

　　根據(jù)使用的標(biāo)準(zhǔn)或格式，可以改變色差信號。例如，對SMPTE模擬分量系統(tǒng)，它們可以改變標(biāo)度，變成Pb和Pr。在NTSC合成系統(tǒng)中，色差信號的標(biāo)度變成I和Q。對PAL系統(tǒng)，它們變成U和V，依此類推。一旦轉(zhuǎn)換之后，可以分配三個分量信號進(jìn)行處理。

　　處理

　　在我們旋轉(zhuǎn)電視監(jiān)視器上的控制按鈕時，我們只能改變圖像的顯示方式。在視頻信號中，可以編輯、混合或改動視頻信號，準(zhǔn)備進(jìn)行傳輸和查看?？梢越M合視頻分量信號，形成一個合成視頻信號(如在NTSC、PAL或SECAM系統(tǒng)中)。它們可以保持獨(dú)立的不同分量信號(如在RGB圖像和HDTV系統(tǒng)中)。它們可以分成不同的流明和色度信號(如在Y/C系統(tǒng)中，如S-VHS或Hi-8)。它們甚至可向上變換成HDTV信號。

　　合成視頻

　　合成視頻信號是傳統(tǒng)廣播和有線電視應(yīng)用中最常見的信號，之所以稱為“合成”信號，是因?yàn)樗鼈儼M合成一個信號的多個信號分量。在北美和日本，NTSC標(biāo)準(zhǔn)定義了Luma(黑色和白色信息)、色度(色彩信息)和同步(定時信息)編碼成合成視頻信號的方式。在大多數(shù)其他國家中，PAL和SECAM標(biāo)準(zhǔn)提供了同樣的功能。這些標(biāo)準(zhǔn)中在一對色彩副載波上調(diào)制色度信號。然后調(diào)制的色度信號增加到流明信號中，構(gòu)成視頻信號的活動部分。最后增加同步信息。盡管很復(fù)雜，但這種合成信號可以在一條同軸電纜上傳送，這是一種優(yōu)勢。

　　分量視頻

　　然而，電視演播室會首選分量視頻信號，這些信號生成、記錄和處理起來比較簡單，可以在信號上結(jié)合應(yīng)用切換、混合、特效、色彩校正、降低噪聲和其他功能。與合成視頻一樣，由于沒有編碼/解碼過程，分量視頻系統(tǒng)和設(shè)備更容易保持信號完整性，可以實(shí)現(xiàn)更高的圖像質(zhì)量。分量視頻的缺點(diǎn)是必須在不同電纜上傳送信號，限制了信號傳送的距離，要求認(rèn)真匹配信號路徑。

　　Y/C視頻

　　Y/C視頻是S-VHS和Betacam系統(tǒng)中使用的折中解決方案。Y/C是一種分量格式，它在一對色彩副載波上調(diào)制色度信號，但色度信號會與流明信號分開。這最大限度地減少了合成系統(tǒng)的流量/色度影響，同時簡化了分量系統(tǒng)的頻道間定時問題。可以在一條專用電纜上傳送Y/C信號。

　　高清電視

　　基帶信號可以處理成(甚至最初就是)高清電視信號。很明顯，上變頻的標(biāo)清信號的質(zhì)量和清晰度不如基本高清信號。我們將在后面更詳細(xì)地介紹HDTV。

　　顯示

　　在傳輸之后，顯示步驟的目標(biāo)是準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)處理的圖像。在合成系統(tǒng)中，信號必須解碼成分量形式，然后轉(zhuǎn)換成RGB格式，以便在監(jiān)視器上進(jìn)行顯示。分量視頻信號所需的處理較少，因?yàn)樗鼈兛梢灾苯愚D(zhuǎn)換成RGB信號進(jìn)行顯示。

　　視頻同步

　　為復(fù)現(xiàn)圖像，需要在水平方向和垂直方向同時掃描攝像機(jī)和視頻顯示器(參見圖2a)。在隔行掃描系統(tǒng)中，可以交替掃描屏幕上的各個水平行，先掃描奇數(shù)行，然后掃描偶數(shù)行；在逐行掃描系統(tǒng)中，可以順序掃描各行。