Измерение параметров цифровых телевизионных сигналов

Введение

Мониторы формы обеспечивают визуальный контроль видеосигнала. Они являются основными средствами, применяемыми для анализа сигнала, особенно при построении телевизионных систем и обслуживании видеооборудования в монтажных и вещательных студиях.

Большой опыт фирмы Tektronix в видеоиндустрии и участие в формировании стандартов дает ей возможность разрабатывать и производить эффективное и надежное измерительное оборудование для видео- и звуковых трактов, включая широкий ассортимент мониторов формы сигнала

Широкая номенклатура выпускаемого оборудования позволяет фирме работать с сигналами различных форматов, начиная с композитного аналогового и заканчивая цифровыми стандартного и высокого разрешения, что дает возможность решать широкий спектр задач на протяжении всей технологической цепи видеопроизводства: от настройки камеры и установки цветового баланса до точных инженерных измерений в сфере обслуживания техники.

1. Производственные требования

В напряженной творческой обстановке простота использования и качество отображения являются весьма важными факторами.

Процесс переноса киноизображения на видеоленту и цветокоррекция - это примеры процессов, являющихся частью производства художественных фильмов, музыкальных клипов, теле- и кинорекламы и требующих максимально высокого качества, как творческого, так и технического.

Производственные процессы также включают настройку камеры, проверку сигнала на предмет его соответствия стандарту, что обеспечивает качество, а также мониторинг операций, связанных с цветовой коррекцией.

К примеру, любой работник, выполняющий техническую или "творческую" настройку камеры должен быть хорошо осведомлен о потенциальных проблемах, которые могут возникнуть при искажении цветового пространства RGB.

Обычно качество цветовоспроизведения теряет свою реалистичность при передаче сигнала, что пагубно воздействует на визуальный эффект, первоначально достигнутый на компьютерном дисплее или студийном видеомониторе.

Как и в случае с телекинодатчиком, оператор определенно будет контролировать качество цветопередачи визуально, но ему необходимо также знать, что технические параметры сигнала не выходят за рамки, определенные соответствующими стандартами.

Иными словами, это означает обеспечение мониторинга видеосигналов в монтажной студии или комплексе переноса изображения с кинопленки на видеоноситель.

2. Ромбовидная, клиновидная диаграммы, а также диаграмма типа "молния"

Для указанного мониторинга давно привычным стало применение разработанных фирмой Tektronix ромбовидной, клиновидной диаграмм и диаграммы типа "молния".

Случилось это сразу же после того, как были разработаны устройства семейства WFM601. Основы, заложенные в этих приборах, получили развитие в новом изделии WFM700 SD/HD, а также в недавно появившемся растровом анализаторе (растерайзере) WVR60.

Эти приборы специально разработаны для эксплуатации "не техническим" персоналом - монтажерами и специалистами по цветокоррекции, использующими их для контроля технически сложных сигналов без применения сложных методов измерений.

Но при этом приборы устраивают и инженерно-технический состав. Как же работают эти устройства?

3. Ромбовидная диаграмма - видеосигнал в рамках стандартного цветового пространства RGB

Ромбовидная диаграмма Tektronix показывает, как компонентный сигнал "вписывается" в стандартное цветовое пространство RGB.

Сигнал оповещения может быть запрограммирован так, чтобы сообщить оператору, когда одна или все компоненты цветового сигнала выйдут за допустимые пределы, что при преобразовании его в другие форматы исказит цветопередачу.

Рис. 1 Ромбовидная диаграмма на экране WFM700

В частности, в устройствах видеографики сигнал создается и выводится для отображения в формате RGB.

Если этот формат сохраняется во всей системе, то процесс обнаружения отклонения сигнала от стандарта будет простым: необходимо только контролировать, чтобы параметры сигнала не вышли за определенные пределы.

Однако большинство студийных систем используют для передачи и обработки цветоразностные сигналы YCbCr, после чего они преобразовываются в композитный для дальнейшей передачи.

Изображение на ромбовидной диаграмме Tektronix получается путем комбинирования составляющих R, G и B.

Если на вход подается сигнал другого формата, он конвертируется в RGB, который может быть преобразован в стандартный сигнал любого формата, включающий в себя 100% цветовые полосы.

Верхний ромб формируется из транскодированного сигнала путем развертки B+G вдоль вертикальной, а B-G - вдоль горизонтальной осей.

Нижний ромб формируется путем развертки -(R+G) вдоль вертикальной, а R-G - вдоль горизонтальной осей.

Эти два ромба воспроизводятся в противофазе для отображения двойного ромба.

Чтобы правильно отобразить все три составляющие, они должны находиться между максимальным уровнем белого (700 мВ) и уровнем черного (0 В).

Мониторы по-разному реагируют на выход цветовых составляющих за допустимые пределы.

Если сигнал находится в пределах стандартного цветового пространства, векторы всех составляющих сигнала должны находиться внутри ромбов G-B и G-R.

Если вектор выходит за пределы ромба, значит сигнал вышел за пределы цветового пространства.

Ошибки зеленой составляющей воздействуют одинаково на оба ромба, тогда как выход за пределы допустимого синей компоненты отражается на верхнем, а красной - на нижнем ромбе.

Временные ошибки также могут быть обнаружены, для чего применяется испытательный сигнал ГЦП.

При возникновении таких ошибок наблюдается искажение границы между цветовыми полосами.

Ромбовидная диаграмма Tektronix одинаково подходит для контроля эфирных и испытательных сигналов, позволяет оператору убедиться, что контролируемый видеосигнал будет правильно трансформирован в стандартные сигналы цветового пространства RGB.

Поскольку верхний ромб дисплея индицирует уровни синей и зеленой компонент, при манипулировании сигналом RGB легко определить, какой канал (или каналы) содержит ошибку.

Словом, дисплей с такой диаграммой не выдает неверного сообщения об ошибках и не позволяет нестандартному сигналу "пройти мимо", не будучи обнаруженным. И наконец, прибор можно использовать в качестве субъективного измерителя частоты нарушений цветового пространства.

4. Клиновидная диаграмма - гарантия качества композитных сигналов

В отличие от, ромбовидной клиновидная диаграмма применяется для проверки соответствия стандарту композитного сигнала. В случае выхода параметров этого сигнала за допустимые пределы выдается сигнал предупреждения.

Рис. 2 Клиновидная диаграмма для контроля композитных сигналов

Ранее сигнал нужно было преобразовать в композитный и подать на монитор формы. Теперь же клиновидная диаграмма Tektronix обеспечивает получение информации о виртуальном композитном цветовом пространстве прямо из компонентного сигнала.

Клиновидная диаграмма разворачивает яркость по вертикальной оси с уровнем черного в нижнем левом углу стрелки. Значение цветовой поднесущей на каждом уровне яркости отображается вдоль горизонтальной оси, при этом нулевая амплитуда поднесущей находится на левой границе стрелки.

Верхняя наклонная линия показывает значение суммы амплитуд яркости и поднесущей цветовых полос.

Нижняя наклонная линия показывает значения "яркость + поднесущая" в направлении синхроимпульсов.

Получающаяся электронная сетка позволяет легко оценить, каким будет значение "яркость + цветовая поднесущая" после того, как сигнал станет композитным.

Для оповещения оператора о том, что композитный сигнал может выйти за допустимые пределы, есть возможность генерирования сигнала тревоги.

Теперь видеооператор может видеть, как компонентный сигнал будет проходить по композитному тракту, и, при необходимости, вносить изменения в процессе производства.

5. Диаграмма "молния" - для ВМ и построения систем

Понимая, что для контроля компонентных сигналов желательно применять трехмерный метод измерений, фирма Tektronix разработала еще один тип дисплея, обеспечивающий получение информации как об амплитуде, так и о межканальных временных соотношениях для трех составляющих сигнала, причем на одной диаграмме. Этот метод получил название "диаграмма типа "молния".

Рис. 3 Диаграмма "молния" для настройки видеомагнитофонов

Единственным испытательным сигналом, необходимым для проведения измерений, является стандартный ГЦП. Диаграмма "молния" формируется путем развертки сигнала яркости в противофазе с сигналами Pb или Cb в верхней половине экрана и инвертированного сигнала яркости в противофазе с Pr или Cr - в нижней.

Это чем-то похоже на отображение двух векторограмм на общем экране. На диаграмме также доступна межканальная временная информация, для чего выполняется исследование перехода между полосами зеленого и пурпурного цветов.

6. Образцы изделий

Современное оборудование для видео- и аудиопроизводства становится все более разнообразным, многоформатным. По мере добавления новой техники к уже существующим комплексам возрастают размеры "островков" SDI, которые необходимо интегрировать в производственную среду.

Зачастую рядом сосуществуют аналоговые и цифровые (AES/EBU) звуковые системы.

Кроме того, там, где ранее царствовала кинопленка, появляются форматы ТВЧ, а аппаратные стандартного разрешения все чаще прирастают оборудованием высокого разрешения.

В такой все более усложняющейся среде наиболее гибким представляется модульный подход. Он позволяет студии начинать работу на минимальном комплекте техники, наращивая его возможности по мере собственного роста.

Генератор сигналов Tektronix TG700 представляет собой платформу, хорошо подходящую для такого подхода. К TG700 выпускаются аналоговый, синхронизирующий, цифровой, ТВЧ и звуковой модули, так что пользователь сам может сконфигурировать систему синхронизации и измерения, максимально удовлетворяющую конкретным требованиям.

Выбрав необходимый модуль, можно создать любую систему: от простого одноформатного синхрогенератора до сложного испытательного генератора сигналов, применяемого при обслуживании техники и ее ремонте.

Эти модульные "строительные блоки" могут легко добавляться по мере появления новых задач и при необходимости работы с сигналами разных форматов.

Также можно сконфигурировать и платформу WFM700 SD/HD, из которой можно получить либо простой прибор контроля сигнала стандартного/высокого разрешения, либо комплекс для сложного анализа сигналов обоих разрешений.

Недавно представленный новый модуль позволяет контролировать аналоговый и цифровой звуковые сигналы и измерять их параметры. А дополнительное обновление системы достигается простой загрузкой ПО и/или добавлением новых модулей.

Еще более облегчая работу, новая платформа поставляется со встроенным сенсорным цветным дисплеем, который не только упрощает эксплуатацию прибора, но и имеет площадь отображения на 50% больше, чем обычная ЭЛТ, а по качеству не уступает ей.

Преемственность моделей Tektronix избавляет пользователя от необходимости каждый раз осваивать новую технику и позволяет легко перейти к измерениям цифрового сигнала стандартного и высокого разрешения.

WFM700 представляет собой инструмент, обеспечивающий пользователя широкими функциональными возможностями при работе с сигналами сегодня и гибкостью в будущем.

Анализатор WVR600 на сегодня является наиболее современным измерительным устройством, обладающим высокой гибкостью при работе с сигналами стандартного разрешения.

Он позволяет отслеживать одновременно до четырех сигналов (аналоговых или SDI) в четырех квадрантах стандартного SVGA-дисплея высокого разрешения.

Пользователь сам может определить, какой сигнал выводится в какой квадрант, и практически мгновенно переключить нужный квадрант в режим полного экрана нажатием одной кнопки.

В дополнение к традиционному отображению сигнала в виде осциллограммы, векторов или изображения, можно выбрать один из трех режимов, описанных выше.

Есть ряд дополнительных возможностей по измерению параметров аналоговых и цифровых звуковых сигналов плюс ряд других (например, сигналы тревоги). Все это делает WVR600 одинаково удобным для применения как в составе монтажных аппаратных, так и в вещательных студиях.