劉 雷，韓 東，蔣治國(guó)

（北京泰瑞特檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司，北京 100015）

0 引言

數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生符合各種接口協(xié)議和視頻格式的數(shù)字視頻信號(hào)，具有清晰度高、音頻效果好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，逐步取代模擬視頻信號(hào)發(fā)生器，廣泛應(yīng)用在電視機(jī)、顯示器、手機(jī)等數(shù)字顯示終端產(chǎn)品的研制、檢測(cè)及數(shù)字多媒體系統(tǒng)的建設(shè)、測(cè)試等領(lǐng)域，成為最常用的視頻測(cè)量?jī)x器。目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的國(guó)家或行業(yè)的計(jì)量技術(shù)規(guī)范，因此數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的校準(zhǔn)并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一般都是依據(jù)被校數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的使用說(shuō)明書(shū)進(jìn)行，并且多數(shù)只是功能方面的檢查。這種測(cè)試并不全面，不能保證其輸出的視頻信號(hào)準(zhǔn)確可靠[1-2]。

為了保證數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器輸出的信號(hào)準(zhǔn)確可靠，為科研和生產(chǎn)提供保障，北京泰瑞特檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司實(shí)驗(yàn)室提出了數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的校準(zhǔn)項(xiàng)目，規(guī)定了校準(zhǔn)方法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的校準(zhǔn)。

1 校準(zhǔn)項(xiàng)目

物理特性、協(xié)議、信號(hào)內(nèi)容是決定數(shù)字視頻信號(hào)質(zhì)量的3 個(gè)要素，因此需要針對(duì)這3 個(gè)要素來(lái)確定數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的校準(zhǔn)項(xiàng)目。其中，物理特性的好壞一般通過(guò)眼圖質(zhì)量體現(xiàn)，而信號(hào)內(nèi)容又包括視頻參數(shù)和伴音，因此，數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的校準(zhǔn)項(xiàng)目主要有眼圖、協(xié)議、視頻參數(shù)及伴音4 個(gè)部分。

1.1 眼圖

眼圖是一系列數(shù)字信號(hào)在示波器上累積而顯示出的圖形，它包含了豐富的信息。從眼圖上可以觀察出碼間串?dāng)_和噪聲的影響，體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)整體的特征，從而估計(jì)系統(tǒng)的優(yōu)劣程度。

數(shù)字視頻接口主要分為數(shù)字分量并行接口（HDMI接口）和數(shù)字分量串行接口（SDI接口）兩種。參考，數(shù)字分量并行接口（HDMI）和數(shù)字分量串行接口（SDI）的眼圖技術(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 兩種接口的眼圖技術(shù)指標(biāo)

對(duì)于HDMI 接口，眼圖幅度和上升下降時(shí)間一般測(cè)量Data 通道。Data 通道包括Data0、Data1、Data2 三個(gè)通道，即RGB 三個(gè)通道或YCbCr 三個(gè)通道。數(shù)字分量串行接口（SDI）只有一個(gè)通道[3-5]。

1.2 協(xié)議

協(xié)議包含視頻協(xié)議和音頻協(xié)議，視頻協(xié)議主要有視頻格式、像素格式、采樣方式、色彩空間、色彩范圍、色深等；音頻協(xié)議主要有采樣率、采樣位數(shù)等。協(xié)議的作用是讓接收設(shè)備正確地識(shí)別音視頻信號(hào)。由于協(xié)議的內(nèi)容較多，這里只列舉了常用的幾項(xiàng)，實(shí)際測(cè)量時(shí)可以按照具體要求增加或減少測(cè)量項(xiàng)目。

1.3 視頻參數(shù)

視頻參數(shù)的技術(shù)指標(biāo)反映了信號(hào)中視頻內(nèi)容的好壞，在使用數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行相關(guān)測(cè)試時(shí)，視頻內(nèi)容會(huì)直接影響測(cè)試結(jié)果，因此視頻參數(shù)是數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器最重要的部分。

對(duì)于視頻參數(shù)的校準(zhǔn)，部分計(jì)量機(jī)構(gòu)認(rèn)為，數(shù)字視頻信號(hào)的內(nèi)容不會(huì)在傳輸過(guò)程中產(chǎn)生衰減和失真，也不會(huì)因?yàn)樵骷睦匣a(chǎn)生損傷。也就是說(shuō)，只要數(shù)字視頻信號(hào)能正常發(fā)出，視頻內(nèi)容就不會(huì)存在問(wèn)題，因此不需要校準(zhǔn)。但實(shí)際上，視頻信號(hào)不只取決于硬件條件，更取決于視頻信號(hào)本身。目前，多數(shù)數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的工作原理是先讀取信號(hào)文件，然后將視頻數(shù)據(jù)直接通過(guò)數(shù)字視頻接口發(fā)出。信號(hào)文件的類型包括圖片文件（bmp、png等）、視頻文件（avi 等）、數(shù)據(jù)流文件（dat 等）、碼流文件（ts 等）。那么，視頻文件的好壞就直接影響最終的信號(hào)質(zhì)量，比如信號(hào)文件的位數(shù)是8 bit 還是10 bit，信號(hào)文件是否存在壓縮，還有就是信號(hào)文件本身的制作方法是否合理，這些都直接影響視頻信號(hào)內(nèi)容。很多時(shí)候，視頻信號(hào)內(nèi)容上的損傷，通過(guò)人眼無(wú)法察覺(jué)。因此，為了保證數(shù)字信號(hào)的準(zhǔn)確可靠，必須對(duì)視頻參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)?！禞TG 2182—2020 公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 第二冊(cè)機(jī)電工程》中的第8 頁(yè)和第9 頁(yè)明確規(guī)定了數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的視頻參數(shù)的技術(shù)要求，具體為：視頻電平，±10%；多波群頻響，30 MHz 帶寬內(nèi)±3 dB；非線性失真，≤5%；K 系數(shù)，≤3%；視頻信噪比，≥56 dB。通過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)可以看出數(shù)字視頻信號(hào)的視頻參數(shù)校準(zhǔn)的重要性。視頻參數(shù)的校準(zhǔn)可以根據(jù)上述參數(shù)進(jìn)行[6]。

1.4 伴音

伴音是指在視頻中配合圖像的聲音。通常數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器中都帶有伴音，一般是頻率為1 kHz 的正弦波信號(hào)。伴音的校準(zhǔn)主要包括音頻頻率、音頻電平及失真。在使用數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，伴音一般對(duì)測(cè)量結(jié)果影響不大，對(duì)于它的技術(shù)指標(biāo)，這里不做明確要求。

2 校準(zhǔn)方法

本文以數(shù)字分量并行接口——HDMI 接口的數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器為例，概括校準(zhǔn)方法。用到的標(biāo)準(zhǔn)器有眼圖測(cè)試儀和數(shù)字視頻分析儀。

2.1 眼圖

標(biāo)準(zhǔn)眼圖時(shí)，儀器連接如圖1 所示，將數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的輸出端與眼圖測(cè)試儀的輸入端相連。設(shè)置數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的視頻格式，發(fā)送數(shù)字視頻測(cè)試信號(hào)，記錄眼圖分析儀中的眼圖幅度、上升/下降時(shí)間、時(shí)鐘抖動(dòng)的測(cè)量值。眼圖測(cè)試儀可以是高速示波器或帶有眼圖測(cè)量功能的數(shù)字視頻分析儀。

圖1 眼圖校準(zhǔn)連接圖

2.2 協(xié)議

標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議時(shí)，儀器連接如圖2 所示，將數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的輸出端與數(shù)字視頻分析儀的輸入端相連。設(shè)置數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的視頻格式，發(fā)送數(shù)字視頻測(cè)試信號(hào)，打開(kāi)數(shù)字視頻分析儀的音視頻協(xié)議測(cè)量功能，記錄視頻格式、像素格式、采樣方式、色彩空間、色彩范圍、色深、音頻采樣率以及音頻采樣位數(shù)等信息。

圖2 協(xié)議校準(zhǔn)連接圖

2.3 視頻參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)視頻參數(shù)時(shí)，儀器連接如圖2 所示，將數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的輸出端與數(shù)字視頻分析儀的輸入端相連。設(shè)置數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的視頻格式，分別發(fā)送彩條（或其他信號(hào)，比如白場(chǎng)信號(hào)）、五階梯/斜坡、2T 正弦平方波和條脈沖、多波群、平場(chǎng)/斜坡測(cè)試信號(hào)，打開(kāi)數(shù)字視頻分析儀的彩條（或電平表）、非線性失真、多波群、信噪比測(cè)量功能，記錄相應(yīng)的測(cè)量值。

2.4 伴音

標(biāo)準(zhǔn)半音時(shí)，儀器連接如圖2 所示，將數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的輸出端與數(shù)字視頻分析儀的輸入端相連。設(shè)置數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的音頻頻率和電平，打開(kāi)數(shù)字視頻分析儀的音頻測(cè)量功能，記錄音頻頻率、音頻電平、音頻失真的測(cè)量值。

3 校準(zhǔn)實(shí)例

本文以R&S 公司的VTE 視頻分析儀作為標(biāo)準(zhǔn)器，對(duì)RDL-420 數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果如表2～表5 所示。由于篇幅的原因，這里視頻電平采用白場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，多波群頻響只記錄了峰峰值，協(xié)議項(xiàng)目也只選擇了比較常用的幾項(xiàng)。在測(cè)試信噪比時(shí)，為了防止測(cè)量結(jié)果過(guò)大，在標(biāo)準(zhǔn)的白場(chǎng)信號(hào)上添加了-60 dB 的噪聲信號(hào)。

表2 眼圖校準(zhǔn)結(jié)果

表3 協(xié)議校準(zhǔn)結(jié)果

表4 視頻參數(shù)校準(zhǔn)結(jié)果

表5 伴音校準(zhǔn)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器在科研生產(chǎn)中起著重要作用，是視頻研發(fā)和測(cè)試不可缺少的儀器設(shè)備。本文提出了數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的校準(zhǔn)項(xiàng)目，概括了校準(zhǔn)方法，列舉了具體的校準(zhǔn)實(shí)例，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字視頻信號(hào)發(fā)生器的校準(zhǔn)。