4000 系列数字荧光示波器进行视频测量 应用指南

应用指南
视频测量介绍
使用4000系列数字荧光示波器进行视频测量
引言
不管是调试视频装置还是设计一个新机顶盒，进行视频测量都是一个主要挑战。视频波形非常复杂，经常把表示
视频图像的信号与显示图像所需的定时信息组合在一起。视频信号可以采用各种不同的标准和格式，每种标准和
格式都有自己的特点。某些视频测量要求专用仪器，如泰克业界标准波形监测仪、视频测量仪表和矢量显示器。也
可以使用通用示波器进行许多常见的测量，只要该仪器拥有适当的采集和测量功能。
在本应用指南中，我们将考察关键视频测量问题，说明它们与不同类型的示波器的关系。我们还将演示怎样使用
4000系列数字荧光示波器进行常见的视频测量。视频测量介绍使用4000系列数字荧光示波器进行视频测量
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转换 处理 显示
光
编码器 处理 根据标准编码
图像捕获
合成视频
记录 矩阵
转换成色
差信号 监视器
数字化
分量视频
数字处理
模拟处理
记录
监视器
图1. 标清视频系统的典型方框图。
基本视频标准和格式 图1是典型的视频系统方框图。不管系统是标清还是高
清，其中的步骤类似。注意，在来源和目的地之间，视
有许多不同的视频标准和格式。某些系统如NTSC、
频信号会多次变换格式。为设计和调试这些系统，测试
PAL和SECAM，已经使用了几十年，通常称为“标清”
设备必须能够考察每种格式的信号。
电视。比较新的系统如高清电视(HDTV)则通过提高图
像内部的行数和像素数量，提供了更高的清晰度。视频
转换
信号的来源很多，包括摄像机、扫描仪和图像终端。传
输时在RF载波上没有调制的信号称为基带视频信号， 第一次格式变化发生在第一步，即转换。为更容易处
包括模拟陆地系统或电缆传输系统中使用的大多数视频 理，原始的RGB 信号通常会转换成三个分量信号：
信号。一般来说，基带视频信号在开始时是三种分量模 Luma信号或Y，及从Y导出的两个色差信号，通常是
拟或数字信号，代表着三原色，即红色、绿色和蓝色 B-Y和R-Y。
(RGB)三种分量。这些信号通常会经过多次转换，然后
才到达电视监视器。
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根据使用的标准或格式，可以改变色差信号。例如，对 分量视频
SMPTE模拟分量系统，它们可以改变标度，变成Pb和 然而，电视演播室会首选分量视频信号，这些信号生成、
Pr。在NTSC合成系统中，色差信号的标度变成I和Q。 记录和处理起来比较简单，可以在信号上结合应用切
对PAL系统，它们变成U和V，依此类推。一旦转换之 换、混合、特效、色彩校正、降低噪声和其它功能。与
后，可以分配三个分量信号进行处理。 合成视频一样，由于没有编码/解码过程，分量视频系
统和设备更容易保持信号完整性，可以实现更高的图像
处理 质量。分量视频的缺点是必须在不同电缆上传送信号，
在我们拧电视监视器上的控制功能时，我们只能改变图 限制了信号传送的距离，要求认真匹配信号路径。
像的显示方式。在视频信号中，可以编辑、混合或改动
视频信号，准备进行传输和查看。可以组合视频分量信 Y/C视频
号，形成一个合成视频信号(如在NTSC、PAL或SECAM Y/C视频是S-VHS和Betacam系统中使用的折衷解决
系统中)。它们可以保持独立的不同分量信号(如在RGB 方案。Y/C是一种分量格式，它在一对色彩副载波上调
图像和HDTV系统中)。它们可以分成不同的流明和色 制色度信号，但色度信号会与流明信号分开。这最大限
度信号(如在Y/C系统中，如S-VHS或Hi-8)。它们甚 度地减少了合成系统的流量/色度影响，同时简化了分
至可向上变换成HDTV信号。 量系统的频道间定时问题。可以在一条专用电缆上传送
Y/C信号。
合成视频
合成视频信号是传统广播和有线电视应用中最常见的信 高清电视
号，之所以称为“合成”信号，是因为它们包含组合成 基带信号可以处理成(甚至最初就是)高清电视信号。很
一个信号的多个信号分量。在北美和日本，NTSC标准 明显，上变频的标清信号的质量和清晰度不如基本高清
定义了Luma(黑色和白色信息)、色度(色彩信息)和同步 信号。我们将在后面更详细地介绍HDTV。
(定时信息)编码成合成视频信号的方式。在大多数其它
国家中，PAL和SECAM标准提供了同样的功能。这些 显示
标准中在一对色彩副载波上调制色度信号。然后调制的
在传输之后，显示步骤的目标是准确地复现处理的图
色度信号增加到流明信号中，构成视频信号的活动部
像。在合成系统中，信号必须解码成分量形式，然后转
分。最后增加同步信息。尽管很复杂，但这种合成信号
换成RGB格式，以在监视器上进行显示。分量视频信号
可以在一条同轴电缆上传送，这是一种优势。
所需的处理较少，因为它们可以直接转换成RGB信号进
行显示。
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第一个场开始 第二个场开始
回扫
第二个场结束
第一个场结束
第一行 第三行
水平
同步脉冲
水平同步脉冲 垂直同步信息
垂直回扫
图2a、图2b和图2c. 模拟合成基带中的同步信号。
视频同步 摄像机和显示器必须同步，以同时扫描图像的同一部
为复现图像，需要在水平方向和垂直方向同时扫描摄像 分。这种同步由水平同步脉冲处理，这是基带视频信号
机和视频显示器(参见图2a)。可以交替扫描屏幕上的各 的一部分。水平同步脉冲开始水平扫描。在水平消隐间
个水平行，先扫描奇数行，然后扫描偶数行，如在隔行 隔中，光束返回屏幕的左侧，等待水平同步脉冲，然后
扫描系统中；也可以顺序扫描各行，如在逐行扫描系统 扫描另一行。这称为“水平回扫”(参见图2b)。
中。
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图3a. NTSC基带视频波形的水平消隐部分。 图3b. HDTV基带视频波形，显示三电平同步脉冲。
在波束到达屏幕底部时，它必须返回顶部，开始下一个 高清电视
场或帧，这称为“垂直回扫”，其使用垂直同步脉冲传 上面我们一直重点介绍典型的标清系统，如NTSC和
送信号(参见图2c)。垂直回扫所用的时间要比水平回扫 PAL。通过在图像内部提高行数和像素数，高清电视提

应用指南涵盖了4000系列数字荧光示波器在进行视频测量时的各项详细操作与功能。本指南旨在帮助用户充分利用这款高性能示波器对模拟和数字视频信号进行全面而精准的分析，包括但不限于： 1. **设备介绍**：首先简要介绍了4000系列数字荧光示波器的技术规格、特性优势以及适用于视频测量的关键部件，如高速采样率、大带宽、高分辨率屏幕等。 2. **视频信号基础知识**：回顾了视频信号的基本概念，如帧速率、像素时钟、色度与亮度信号、同步分离等内容，以便于读者理解视频测量的重要性及原理。 3. **设置与准备**：详述如何配置示波器以适应视频信号测量，例如选择正确的垂直速度、触发源与模式（如隔行/逐行扫描）、合适的通道组合（RGB或Y/C）等步骤。 4. **捕获与显示**：阐述如何捕获并实时显示视频帧，包括调整显示格式（如单帧、序列、区域滚动等），以及观察关键波形参数（如上升时间、下降时间、抖动、失真等）的方法。 5. **高级特性应用**：介绍4000系列示波器针对视频测量的特色功能，如实时眼图分析、频域分析、抖动计算等，并提供实际案例展示这些功能如何助力问题诊断与优化。 6. **注意事项与最佳实践**：列出在进行视频测量过程中应注意的事项，如保持良好的接地、避免信号干扰、正确处理长电缆延迟等问题，以及推荐的最佳实践操作流程。 7. **故障排除与维护**：针对可能遇到的问题，提供故障排查与解决方法，包括示例性的常见问题及其解决方案。 通过这份详细的4000系列数字荧光示波器进行视频测量应用指南，用户可以更好地掌握该设备在专业视频信号测试中的使用技巧，从而提升工作效率并确保测量结果的准确性。