视 频信号在传输过程中必然会受到干扰并产生失真。作为电视工程技术人员，需要经常对通道的各项技术指标进行测试，并以此作为对设备进行维护的依据，把各种干 扰和失真控制在允许的范围以内。因此，测试技术指标，寻找干扰和产生失真的原因，进而采取具体的措施以提高播出质量成为了日常工作中的一个重要环节。本文 就模拟视频指标测量作一简单介绍。

视频信号的失真

失真是相对于原状态而言的，利用失真这一概念，可以通过测量信号在传输前后的变化情况来分析设备的性能。失真分为两种：线性失真和非线性失真。

线性失真是由于系统特性（如电路中存在的电抗性元件和各种分布参量引起的幅频、相频特性不均匀）产生的失真，与信号本生幅度无关，输出信号与输入信号之间保持线性关系。针对不同的线性失真，可分别用时域法（如亮度、色度）和频域法（如幅频、相频特性）分析。

非线性失真是信号在传输中发生的与信号本身幅度有关的失真，一旦发生非线性失真，输出信号与输入信号之间将不再保持线性关系。非线性失真由非线性元件引起，通常采用时域法分析。

表1对线性失真与非线性失真作出了简要比较：

失真类型	与输入信号幅度的关系	输出与输入信号的关系	新的频率成份	失真产生的原因
线性失真	无关	线性关系	不产生	电抗元件、分布参数
非线性失真	有关	非线性关系	产生	非线性元件

表 1

显然，区别这两种失真的典型标志就是是否产生新的频谱成份。

技术指标测试与分析

一、亮度信号失真的测量

亮度信号失真包括短时间波形失真、行时间波形失真、场时间波形失真和长时间波形失真。其中前三种失真以K系数衡量，它是主观图像损伤的量度，是衡量通道线性失真的一个参数。

K系数包括行时间波形失真Kb、2T正弦平方波与条脉冲的幅度比Kpb、2T正弦平方波失真Kp、场时间波形失真K₅₀。一般而言，取Kb、Kpb、Kp中绝对值最大者为K系数。

测量K系数使用图1所示的2T脉冲与条脉冲。

表2对亮度信号失真进行了小结

失真类型	短时间失真Kb、Kpb	行时间失真Kp	场时间失真K50	长时间失真
持续时间	0.1-1μs	1-64μs	64-20ms	>20ms
测试波形	2T脉冲/条脉冲	2T脉冲/条脉冲	场频方波	每隔数秒跳变的信号
对图像的影响	对应图像细节、边缘、轮廓的变化	水平方向的亮度变化、拖尾和模糊	图像垂直方向的亮度不均匀、背景亮度不真实	图像闪动
产生原因	频带宽度不够或高频补偿不当	中频频谱分量的幅度特别是相位失真。箝位电路存在问题	低频相位失真，箝位电路不佳	与交流耦合级，反馈环路低频特性电路阻尼、电源去耦电路低频补偿电路等有关

 

二、色度——亮度线性失真的测量

色度——亮度线性失真包括两个方面：色亮增益差ΔK和色亮时延差Δτ。

将具有规定的亮度和色度分量幅度的测试信号（通常为副载波填充20T正弦平方波）送到被测系统的输入端，输出端信号中亮度和色度分量幅度比与输入端幅度比的改变定义为色亮增益差ΔK；输入同样的信号，输出端在亮度分量与色度分量的调制包络波形的相应部分在时间关系上出现的差值称为色亮时延差Δτ。

色亮增益差反映了通道对色度分量和亮度分量的放大不一致。从主观上而言，ΔK超标类似于色饱和度调节不准。ΔK为负时图像色彩暗淡；反之则颜色过浓，缺乏真实感。

色亮时延差反映了通道群延时特性不平坦。主观上给人的感觉为水平方向上出现彩色镶边。

 

三、幅频特性的测量

电视设备幅频特性定义为从场频至标称截止频率的频带范围内。通道输入与输出之间相对于基准点频率（250K）的增益变化，常以dB为单位。计算公式为：

20lg(v_n/v_o)

幅频特性的测量通常使用图2所示的多波群信号。

 

幅频特性不好将直接亮度、色度、色亮增益差、色亮时延差和图像清晰度。

 

四、亮度非线性的测量

将起始电平从消隐电平逐步增加到白电平的小幅度阶跃信号加至被测通道，输入端、输出端相应各阶跃幅度比值间的最大差值定义为亮度非线性。

亮度非线性产生的原因包括元器件的非线性不好、工作点不对和输入信号幅度过大（如75Ω匹配负载开路），测量亮度非线性使用阶梯波。该指标超标将导致图像灰度不正常，层次和分辨率，同时降低还会产生色饱和度失真。

 

五、微分增益失真DG和微分相位失真DP的测量

这 两种失真均为亮度干扰色度，其中图像亮度信号幅度变化引起色度信号幅度的失真称为微分增益失真，而图像亮度信号幅度变化引起色度信号相位的失真称为微分相 位失真。简言之：微分增益失真表现为亮度干扰色度，微分相位失真表现为亮度干扰色调。这两种失真主要由通道中分布参数及工作点不正确引起。

测试时使用图3所示信号。

 

六、色度——亮度交调失真

与 微分增益失真正好相反，色度——亮度交调失真表现为色度对亮度的干扰。其定义为：把规定幅度的色度信号叠加在恒定幅度的亮度信号上并加至被测通道输入端， 而平均图像电平保持在某一定植，输出端由于叠加的色度信号而引起亮度信号幅度的变化。这种失真同样由系统非线性引起。当使用彩色字幕时较易看到背景亮度上 对比度的失真就是这一原因导致的。

测试时使用叠加有不同色饱和度信号的恒定亮度信号。

 

七、信噪比的测量

信噪比分为随机信噪比和周期信噪比。

随机信噪比定义为：

S/N=20lg（亮度信号幅度标称值/随机杂波幅度有效值）（dB)

测量随机信噪比时，在0%、50%、100%三个电平上测量噪声电平，取最大值作为指标。通常为使干扰的情况符合人眼观看的实际效果，需要在频谱上加权，加权后随机信噪比大约会降低8dB。随机噪声表现为图像杂波。

周期信噪比通常为电源干扰（1kHZ以内交流声及谐波），定义为：

S/N=20lg（亮度信号幅度标称值/1K以内干扰杂波的峰峰值）（dB)

通常可直接按定义测量周期信噪比。电源干扰表现为图像上有静止或滚动的黑道，严重时图像垂直方向扭动。电源干扰一般可通过改善电源设备来解决。

电视色度非线性失真测量（上）--蒋光荣

蒋光荣

2005年发表于《东南传播》第9期

　　在纯亮度信号时,非线性效应表现为,与视频信号幅度范围相对应的传输特性曲线的改变.但是,当这一信号包含有各自独立的亮度信号和色度信号时,除了各 自信道的失真外,在两个信道之间会出现互调效应.这里,我们关心的是三种效应:亮度变化引起付载波的幅度和相移的改变,色度变化引起亮度分量幅度的改变. 通常,前两种分别称为微分增益和微分相位,第三种称为色度—亮度交扰,由于它本身十分重要,并且对色度失真的测量有特殊意义,所以我们将在以后讨论.
　　一,测试信号
　　为了测量微分增益和微分相位,我们经常使用的是锯齿波和阶梯波,由于锯齿波和阶梯波是用来检查视频波形的亮度分量的幅度范围内正弦付载波测试信号的特性的.它们随后就被弃置不用,而实际测量只是在付载波分量上进行.
在实际使用的形式中,这些波形分别为叠加有100mvp-p付载波的线性的行锯齿波见图一a和叠加有140mvp-p副载波的七级阶梯波见图一b.这两种 波形最好采用一个单一的测试行后,跟随着三行黑或三行白的信号,于是就能较充分地探测传输特性曲线的动态范围.通常,两种波形均加上色同步信号.加有色同 步信号的两种阶梯波如图二b和c,测试行的细节见图二d.
　　要注意,付载波并没有加到整个测试行上,而仅加在其有效部分.还要注意,在黑电平处必须提供一个有适当持续时间的付载波作为测量的基准,关于这一点将 在下面说明.顺便提到,图一a中的波形含有一个基座电平，因此基准电平实际上在黑电平之上。在有效的行持续时间之外，需要去掉付载波，同时要特别注意不要 把欲测量的那种类型的失真带进测试波形之中。
　　在上述介绍的全黑行和全白行是否应该包括叠加付载波的问题，只能根据采用的特定测试设备来回答。这将在下面介绍可供应用的测量技术时予以讨论。
叠加的付载波幅度原则上应尽可能小,因此,只是在每一亮度电平上来测试传输特性曲线的微变部分.但是,其幅度减少得太多,则信杂比就严重地限制了测量的精 度.另一方面,如果付载波幅度很大,由于测量是沿着传输特性曲线的一条弦线进行,而不是真正沿着要测的亮度电平相对应的切线进行,这就使测量结果出现误 差.比较好的折衷办法是取付载波幅度为100mvp-p左右.锯齿波用这一幅度值是因为这和行期间的非线性测量中所用的重叠正弦波的标准电平相一致.阶梯 波幅度最好取为140mvp-p,因为它等于每一梯级的高度,所以只需将一组付载波的顶端与相邻一组较高的付载波的底部调整在同一电平上,就能相当简单地 把付载波电平调整到标准值.这种情况如图二a所示.在波形照片中常常会有这种情况;为了能显示高速描迹部分的细节.会迫使低速描迹部份过度嚗光,也就是 说,在阶跃过程中会造成图象的扩大,因此,即使直观上调整得很精确,但照片上看到的付载波幅度实际上也会大于140mvp-p.
　　有时,人们主张最好提高叠加在亮度测试信号上的付载波电平,以提高灵敏度和改善信杂比,同时能对色度非线性进行更严格的测试.其实这是荒谬的,因为真 正需要的是微分相位和微分增益曲线的精确图形,而大的付载波幅度所得到的只是一个平均值.并且经常比采用小电平时所得到的最大值要小的多.为了进行比较, 可以把彩条信号当作是非线性测试信号的一种极端形式,很可能用它测得的相位失真已相当严重.这些不一定适用于可能出现异常的非线性失真的发射机的测试.
　　对于载有付载波的亮度波形的要求,在大多数情况下没有象黑白或亮度信道的测量那样严格,因为它的功能是把付载波配置在被测设备的传输特性曲线的若干间 隔点上,因此,如果信号波形不能达到严格线性,其小量偏离线性在测量中产生一个二阶误差.然而,特别是阶梯波,必须采取重要的预防措施,要保证在付载频周 围不可能存在它的频谱分量,否则它会进入色度信号测量电路,而被误解为叠加的付载波的一部分.
　　对此,最满意的方法是使产生的亮度信号同过一个对付载波频率有适当衰减的滤波器.而且 选定其截止频率,使其在付载波有无穷大的衰减,那么就能很好地满足上述要求,
　　二,微分增益
　　微分增益是指视频信号中,亮度分量幅度的变化引起付载波分量幅度的改变.它的量值见图三,具体规定为亮度在黑电平和白电平之间变化时,一个小的付载波 分量幅度的最大变化,用黑电平上的付载波幅度的百分率来表示.在平均图象电平的两个值中,取其两个读数中较差的一个为有效值
　　测量方法很减单.叠加的付载波用一个高通或带通滤波器分离出来,为使随机杂波电平降到最低程度,最好是采用带同滤波器.然后在有相当大的放大倍数而又 不失真的波形监视器上测量付载波包洛的幅度.当测量非常小的微分增益时,包洛的一側可以开“窗口”.虽然这种方法并不十分理想,却有可能测出低到比如说 0.1%的微分增益.正如用锯齿波测量行期间非线性一样,使用的滤波器必须有足够的带宽,以避免出现虚假的微分增益读数.图四a示出了付载波分量分离前的 失真测试波形;为便于说明,图中的失真有意被夸大.图四b是用3db带宽为2MHz的带通滤波器分离的付载波分量,第一梯级上的阶跃波形很清楚,它是主要 的失真.第一梯级的幅度为黑电平位置上半边包洛幅度的28.5%,因此,这是一个实际的测量值,那么微分增益应为28.5%.
　　当滤波器的带宽减少到300KHz(图四C)时,跃变过程就明显地模糊,但是,对测量微分增益的量值扔无困难.如果采用锯齿波来代替阶梯波时,有效行 期间的最初和最终的6%的部分可以忽略.这就强调了在测试波形黑电平上提供一个足够长持续时间的付载波的重要性.最后,图四d表明将滤波器的3db带宽降 低到100kHz时的效果.现在,第一梯级完全被丢失了,假如不提供进一步的资料,人们认为微分增益为零.很明显,应当把300kHz作为滤波器带宽的绝 对最小值.在兼顾低杂波带宽和高的精度时,滤波器带宽的合理折衷值为1MHz..如果要求较好的杂波防护而且600KHz带宽可被接受的话,则可使用图五 的滤波器,按照适当的付载波来恰当地确定各元件的参数.
　　从付载波包络直接测量微分增益的优点是测量非常简单.但也是有缺点,在测量小量值的微分增益时,由于要显示微小的差别,波形监视器的垂直放大器就要承 受过大的信号而造成过载,可能产生误差.因此,比较好的办法是用解调得出一个低频信号来获得付载波包络.既使这样,不是说就没有一点困难了,因为,全波整 流出来的包络信号或者必须加到波形监视器上,(这扔然存在着失真的危险,当然失真比以前小),或者,用该包洛作为一个交流信号,无论哪种情况校正都不是简 单的.在这种情况下,有效的方法就是建议采用测量小的非性性失真的方法,即把解调了的包洛直接加到一台高级差分放大器的一个输入端,而把平坦的基座脉冲幅 度的变化可以用来测量包洛中的不规则性,这种不规则性即代表微分增益,
　　虽然,按惯例只需要单个数值来表示微分増益,但是,把阶梯波各梯级所给出的值记录下来常常是很有用的,因为这些数据可以提供有关失真特性曲线的稳定性的资料.另外对微分增益规定一个符号也是有好处的,为此,高于在黑电平上的付载波称为正的.
　　采用单个数值来定义微分增益,意味着一个给定的失真值是和同等程度的图
象损坏相对应,而与产生失真的亮度电平无关.对于现代设备,所测得失真值比较低,这一假定可认为是正确的,不过它对大的失真值是否有用还属疑问.(待续)