眼图和抖动

数字高清信号具有很高的数据率，为保证高清系统的建设安全，从系统设计到施工选材都要进行严格的测试和测量。文章介绍了增强性测试、电缆长度增强性测试、SDI 校验场和CRC 误码测试，强调了利用眼图和抖动显示来帮助排查故障的重要性。SDI 校验场信号 眼图 解调器法向高清晰度电视（HD ）过渡可以是一个平稳的过程，当我们一开始对系统设备进行设计时，就应当严格按照正确的工程实践来进行。对于数字高清信号，它具有很高的数据率，我们应当正确选用合适的电缆类型，这一点十分重要，同时还要确保施工质量。在安装电缆的过程中应当避免对电缆施加外来的应力，例如扭转、弯曲等不正确的操作，这样就可以保证HD 信号能够很顺利地从A 点传送到B 点。在施工过程中我们还要做一些简单的测试和测量，以保证每一传输链路段都具有良好的性能。一 增强性测试在模拟传输系统中，信号的劣化是逐渐衰变的，但数字传输系统却有所不同，在信号崩溃之前它可以实现无故障工作。到目前为止，还没有一种在线测试（服务中测试）方法可以测量传输系统的余量。为了评估传输系统的运行状况，需要进行离线（中断服务）增强性测试。在增强性测试中，可以改变数字信号的一项或多项参数直至出现传输失效。导致信号传输失试时，我们可以按照有关串行数字视频标准（SMPTE 259M 或SMPTE 292M ）来进行，最直观的测试方法就是增加电缆的长度直至错误发生。其他测试方法有：改变信号的幅度或上升时间，或者在被测信号中插入噪声和（或）抖动等。在这些测试方法中，每一种测试都可以用来评估接收机性能的一项或多项这种测试方法与SDI 校验场信号（该信号我们将在后文中予以介绍）结合起来，将是最有效的增强性测试，因为它可以反映系统的真实运行状况。另一方面，我们在对接收机进行增强性测试时，如果所采用的测试方法只是检查接收机处理幅度变化的能力和插入抖动后的特性，虽然这种测试方法对于评估和验收设备是有用的，但是对于查看系统的运行状况却没有太大的意义（测量发送设备的信号幅度以及在系统中的各个部位进行抖动测量对于运行测试是重要的，但却不是增强性测试）。增加信号的噪声或者在合理的容限内改变上升时间对于数字系统有些影响，然而在增强性测试中并不重要。二 电缆长度增强性测试利用实际同轴电缆或电缆仿真器可以对电缆施行长度增强性测试。这种方法是最简便的也是最实用的方法。在设备安装过程中，在每一高清传输链路中增加20米电缆（对于标准清晰度增加50米电缆），可为被测系统提供附加余量。要测量的关键参数是错误的出现即定义为崩溃点的出现。在适当的地方采用误码测量方法，利用误码曲线拐点的尖锐度来决定测量是否有效。然后使用测量仪器以监视眼图和抖动显泰克公司眼图和抖动

SDI 校验场信号（也称为“异常信号”）是一种全场测试信号，因此它只能在传输服务中断时使用。这种信号是串行数字系统难于处理的信号，也是一种非常重要的测试信号。按要求SDI 校验场信号应当含有大量的低频能量，在加扰后，校验场信号分为两个独立的部分。以统计学的观点来看，这种低频能量大约在每帧出现一次。SDI 校验场测试信号是由两种测试信号组成的。其中一种测试信号是用来测试均衡器的工作状况，这种测试信号是由19个零以及随后一个“1”（也可以是19个“1”随后1个“

0”）的比特序列构成的。当加扰器满足所必需的起始条件时，就可以产生这种比特序列，它大约为每场出现一次，一旦它出现，它将持续一整行，直至EAV 标识符到来时终止。这种比特序列具有大量的DC 分量，因此可以利用它来检测被测设备和被测传输系统处理这种信号的模拟性能。在图像监视器中，这种SDI 校验场测试信号呈现在屏幕的上方，表现为一条紫色的阴影带，这是因为这种测试信号的亮度值为198h ，而两个色差通道的样值均为400h 。SDI 校验场的另一种测试信号是用来检测锁相环路的性能，这种特殊的测试信号是由20个“0”和随后20个“1”所组成的比特序列。我们知道，时钟的提取是通过过零点进行的，而这种测试信号却具有最少的过零点。这种测试信号在图像监视器屏幕的下方呈现为一条灰色的阴影，因为这种测试信号的亮度值为110h ，而两个色差通道的样值均为200h 。有一些测试信号发生器可能会使用不同的测试信号序列，这种信号在图像监视器上呈现为绿色的阴影。然而，测试的结果都是一致的。两种信号分量（以及其他在统计学上认为难于处理的彩色分量）也许存在于可生成图形的计算机中，因此，对于一个系统而言，能够无差错地处理SDI 校验场测试信号是非常重要的。在分量数字格式中，SDI 校验场信号是一种完全合法的信号，但在复合域中却不是合法的信号。在SMPTE 建议实践文件中对SDI 校验场测试信号作了规定，有关SD 格式中的SDI 校验场测试信号的文件号为RP178，HD 格式中的文件号为RP198。四 CRC 误码测试在通信传输中，如果数据不能完整正确地被接收端所接然后在接收端将它与重新计算的CRC 值相比较。对于标准清晰度格式，CRC 值插入到场消隐期内切换点的前一行。在SMPTE RP165文件里，将这种在标准清晰度视频格式中可选用的误码测试法定义为数据错误的检测和处理。在标准清晰度视频格式中，每场发送一次16比特的CRC 校验字，分别对全场和有效场的数据进行校验。全场校验包含了一场内的全部发送数据，但场消隐切换期间的前后几行（525制式为9~11行，625制式为5~7行）不包含在内。有效视频期间的CRC 校验仅包含该场内SAV 与EAV 之间的有效视频数据字，但不包含SAV 与EAV 。有效视频中的半行也不包含在有效视频检验中。在数字监视器中，可以观察到CRC 数值的显示和任何CRC 错误的告警信息。在高清晰度格式中，亮度信号和色度信号的CRC 校验字位于EAV 和行序号辅助数据字之后。SMPTE 292M 规定高清晰度格式中的CRC 字应紧随在EAV 和行序号字之后，这也说明C R C 校验是逐行进行的。使用波形监视器（例如WFM700）可以在视频状态显示报告（video session status display ）中观察到CRC 数据，并给出每场的误码数报告。用户可以监视某路传输通道中所接收到的误码数。在理想情况下，监测信号将给出零值误码数，以表示该路传输通道中没有误码发生。在某路传输通道中，如果误码数开始增加，使用者就应当对误码的增加予以注意，当误码增加到每小时1个误码或者每分钟1个误码时，表示该传输系统就接近于数字悬崖，应当对该传输通道进行深入的检查，以在系统进入数字悬崖之前找出引起误码的原因。当然，寻找传输通道中的错误并不是一件容易的事，但可以借助波形监视器中的眼图和抖动显示来进行。五 眼图测试眼图是传送数据的数字信号在示波器中的一种模拟观测方法。接收端正是通过对被传送信号的高低电平的实际检测才能给出实时的、无差错的数据输出。利用眼图显示进行测量的一些基本参数有信号幅度、上升时间和过冲等，如图1所示。如果对眼图测量的时钟作以适当的规定，也可以对抖动进行测量。对眼图的观测在信号均衡之前进行，正因为这样，大多数眼图测量可以在信号源附近进行，因为信号源附近尚未受到噪声和频响衰减的影响。

在一些标准中，例如SMPTE 259M 、SMPTE 292和RP184，均对包括信号幅度、上升时间和抖动等重要参数在内的技术规范作了规定。至于信号的频率或周期，它是由电视同步信号发生器（它提供源信号）所决定的，不属于串行处理过程。两个相邻信号跳变沿0之间的时间宽度定义为单元间隔（

UI ）。按照SMPTE 259标准，525和625格式数字分量中的单元间隔为3.7ns ，而按照SMPTE 292M 标准，数字高清晰度中的单元间隔为673.4ps 。串行数字接收机正是在每个眼图的中心处识别当时的信号是处于高电位还是低电位，由此导出串行数据。在信号的传输过程中，会在信号中加入噪声和抖动，当然最佳判决点仍然在眼图的中心处，尽管某些接收机是在每个跳变点之后的某一固定时刻来选择判决点。凡是招致眼图闭合的任何作用均会对信号的正确接收产生不利的影响。在带有前向误码校正的通信系统中，可以在眼图几乎闭合的情况下正确地恢复数据。为了正确地传输串行数字视频信号，需要非常低的误码率，而在接收端经均衡处理后必须要有相当宽阔和洁净的眼开度。这是因为眼图闭合处理过程中的随机性质在统计上会造成“拖尾”，可能会引起随机的、然而却是不能接受的误码。按规定，525和625格式数字分量信号允许有0.2UI 即740ps 的抖动，对于数字高清允许有134.7ps 的抖动。超出这一抖动规定范围，数字系统虽然可以工作，但在某些点上会失效。对数字系统的基本要求是应当符合上述规范，确保系统处于正常状态，防止系统因向数字悬崖逐渐衰变而导致传输失效。信号幅度是一个重要参数，因为它与噪声有关，同时因为接收机是按照信号到达时剩余的半时钟频率能量来估算所需的高频补偿量（均衡）。发送端的不正确幅度可能会导致接收端有不正确的均衡，从而造成接收信号的失真。上升时间的测量应在脉冲沿20%至80%的幅度处进行，这样可以满足ECL 逻辑器件的要求。不正确的上升时间会引起信号的失真，例如振铃或过冲。但是如果太慢，可能会缩在对传输通道进行服务中断后的离线测试时，是用测试信号发生器来代替原来正常使用的信号源，用具有眼图显示功能的波形监视器来取代原来使用的接收设备。在眼图测试中，所使用示波器的频率响应范围应当超出传输层被测数字信号数据率的范围，通常是利用取样技术来进行测量的。泰克公司的VM700T 、WFM601E 、WFM601M 和WFM700M 均具有标准清晰度（数据率为270Mbps ）的眼图测量功能，而WFM700M 则可以对高清1.485Gbps 数据流进行眼图测量。这些数字波形监视器具有很多优点，因为它们可以提取和显示视频数据并对它们进行测量。被取样的眼图可以按3数据比特来显示与10比特数据字不相关的抖动，也可以显示SD 的10比特字相关数据的抖动，以及HD 的20比特字相关数据的抖动。只要使波形监视器的扫描与视频同步，就可以很容易地观察到与行场视频信息相关数据流中的直流漂移。六 抖动测试由于在视频数据中没有单独传送的时钟信号，所以必须以检测数据跳变沿的方式来恢复取样时钟。具体方法是以数据信号驱动一个振荡频率为270MHz 、带宽为5MHz 的宽带振荡器，振荡器的频率与输入信号保持准实时（near-real-time ）锁定，从而在预期的时钟频率附近恢复时钟能量。然后再用这个振荡器的输出去驱动一个加重平均的窄带振荡器（例如一个带宽为10Hz 、频率为270MHz 的振荡器）。在抖动测量仪器中，宽带和窄带振荡器的输出样值经过一相位解调器进行比较，解调器就会产生包含有被测信号抖动分量的输出波形。这种抖动测量方法称为“解调器法”。有两种形式的抖动，一种是定时抖动，它的定义是：以某一低频（一般为10Hz ）以上无抖动的时钟为时间基准，输入数字信号中的特征点（例如过零点）相对于该时钟基准在时间上的偏差即为定时抖动。（下转第104页）

的成功建设和运行为今后中央电视台采用新的工作流程，以新的理念进行大型体育赛事的转播积累了经验。中央电视台第十届全国运动会网络制播系统无论是规模、实用性和技术水平均处于国际领先地位。系统在素材资源共享、节目网络化制播、实现全流程的非线性等方面实现了多项世界第一，达到了较高的水平，体现了新一代电视转播系统的主要特点和工作模式，实现了大型体育赛事转播理念的创新。特别值得一提的是，在整个全运会期间，索贝公司抽调精兵强将，来自公司5个部门、3个分公司的技术人员组成十运会系统运维小组。十运会期间，索贝运维人员和中央台技术人员、相关设备提供商技术人员一起，同心协力，采用24小时值班制度，保障了十运会运行平台的稳定。同时，系统运维人员还协助节目制作人员，进行现场的操作培训，协助导播和播出人员进10月23日，十运会在流光溢彩的闭幕式中结束。央视十运会的大型转播、报道也圆满的完成了使命。中央电视台大型体育赛事网络节目制播系统从立项预研到圆满完成十运会报道任务，仅5个月时间。中央台和索贝公司克服了大量困难，付出了极大努力，精诚合作，勇于创新，充分展现了三方人员的合作精神和智慧。是继2004年雅典奥运会远程节目制作系统后的又一开创性项目。项目中利用了大量最新的技术手段，开创了大型赛事转播的新模式。在2005年11月18日召开的广电总局鉴定会上鉴定为：达到国际先进水平！该项目的圆满成功，得到了中央电视台领导、体育中心领导以及广电业同行们很高的评价。而就其新技术、新产品的使用规模而言，较之奥运会系统更有大幅提升。张海涛副局长在参观央视十运播出现场时对系统作出做出了高度评价，称之为——新体育 新技术！ 它虽然比使用原始基准时钟要容易些，但是也不常用，在抖动测量信号中通常使用的是一种新型的经过加重平均的（heavily-averaged ）振荡器。另一种形式的抖动称为校准抖动，或称为相对抖动，它的定义是：以从输入信号本身恢复的理想时钟为时间基准，输入数字信号中的特征点（例如过零点）相对该基准在时间上的偏差，即为校准抖动。所恢复的时钟可以跟踪信号直至其高端时钟恢复带宽，典型值是1KHz 至100KHz 。被测信号中的校准抖动包含上述频率以上的所有抖动分量。校准抖动可以反映输入信号的时钟定时余量。泰克公司的测量仪器例如WFM601M 、WFM700M 和VM700T 提供了高通滤波器选项，通过选择高通滤波器来区分各频率范围内的抖动能量。可以不滤除抖动分量（从10Hz 至5MHz 的整个带宽）以显示定时抖动，也可以经过一个1KHz 的高通滤波器（幅度衰减3dB ）以显示1KHz 至5MHz 频率范围内的校准抖动。还可以增加某一频率的高通滤波器以进一步区分抖动分量。上述仪器均提供了抖动幅度的读数显示，以及解调输出抖动波形的图形显示，这样将有助于寻找抖动的起源，如图2所示。SMPTE 建议书对抖动容限做出规定，通常单一通道中的数据接收机对抖动的容忍度均超出了这一规定，不过，随着通道中设备的增多，抖动的成分也会加大，可能会导致系统传输的突然失效。在SMPTE RP184、EG33和RP192标准中，对比特串行系统中的抖动均有论述。在对高清晰度数字系统进行初始设计时，就应当按照良好的工程实践来进行，这样可以确保高数据率数字信号的传输质量。在施工时应当保证电缆的质量以及实施正确的安装，这样将有助于实现数字信号的无差错传输。在信号的传输过程中，应当对整个系统传输通道采用在线CRC 监视，这样当运行过程中出现潜在问题时，就可以给操作者发出提示信息。选用诸如WFM700M 这样的监测仪器，可以利用眼图和抖动显示来察看信号在物理层上的传输质量，从而帮助工作人员排查故障和区分系统中所存在的问题。 （上接第100页）