视频测试原理

视频测试原理

目 录

电视测量原理–––––––––––––––––––––1 一、

视频传输通道

（一）电视发射机––––––––––––––––––––––1 （二）电视播控系统––––––––––––––––––––2

二、

视频信号的失真

（一） 线性失真–––––––––––––––––––––––2 （二） 非线性失真–––––––––––––––––––––3 （三） 线性失真与非线性失真的差别–––––5

三、主要运行技术指标的测试与分析

（一） K 系数––––––––––––––––––––––––5 （二） 色亮增益差ΔK –––––––––––––––––7 （三） 色度/亮度时延差Δτ––––––––––––9 （四） 幅频特性––––––––––––––––––––––10 （五） 亮度非线性––––––––––––––––––––11 （六） 微分增益失真––––––––––––––––––12 （七） 微分相位失真––––––––––––––––––12 （八） 色度/亮度交调失真––––––––––––––13 （九） 信噪比––––––––––––––––––––––––14 （十） 非线性指标测试时注意––––––––––15

电视测量原理

内容 根据国标电视视频通道测试方法，部标VHF

电视发射机通道测试方法，部标电视中心播控系统维护规程中规定的视频传输通道主要运行技术指标、探讨分析其物理含义、测试原理及测试方法、与图象质量的关系以及在指标测试中易出现的问题及注意事项，并分析解决和提高其技术指标所采取的措施。

目的 （由于采用了自动测试仪器，指标的测试非常简便）在理解技术指标物

理含义的基础上去进行测试，通过技术指标测试，达到部颁标准规定的等级要求、提高播出质量。（进行指标测试时指标测不出、测不好时应能分析原因、找到问题，并解决测好指标这一目的）。

参考书 张家谋《电视传输与测量》 人民邮电出版社1984年

邢君九、张润臣《电视发射机检修与测量》人民邮电出版社1990年

一 视频传输通道

广义上是指这样一种通道或设备，不论它的中间环节对信号的处理过程如何，它的输出和输入都是视频信号（彩色全电视信号）

（图1）

在Q9或BNC 接头上的视频信号标准：1Vpp 、消隐电平0V ，同步电平与图象电平比例3：7。

做为一个传输系统，在传输的过程中必然受到干扰并产生失真。上级（部门）的要求：把干扰和失真限制在允许的容限之内，经常对通道的各项技术指标进行测试，并对设备进行维护调整，保证完好的工作状态。（对发射机、微波传输、播控中心、卫星地面站、有线电视测报指标、进行等级评定）

（一） 电视发射机 （图2）

1

（图3）

电视台电视工程技术人员的任务：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。（与生产商品的产品质量要求一样）

二 视频信号的失真

失真，这是一个相对的概念，相对于理想状态或原有事物的变化程度，利用失真这一概念，通过检查信号在传输前后的变化情况来分析设备的性能。（不是一般正弦信号的失真，而是电视视频信号的线性和非线性失真，是电视原理中最重要和最基础的内容之一）

（一） 1. 定义

由于系统特性而产生的失真，与信号本身幅度无关，输出信号与输入信号之间保持线性关系：U 2=KU1

U 1输入信号、U 2输出信号、K

线性失真

传输函数（频率或时间的函数）

2. 原因

系统幅频特性和相频特性不均匀，是由于电路中存在电抗性组件及各种分布参量引起。 3. 分析方法

⑴ 频域法 失真表现为传输系统的幅频特性和相频特性（群延时频率特

性）

特点与局限：组成系统内线路的电抗性组件都表现为频率的函

数，分析系统较直接，但对图象质量和损伤程度联系不紧，直接估计对图象质量影响程度比较困难。

⑵ 时域法 失真表现为脉冲过渡特性的失真，即信号波形的失真。

2

特点：与图象质量和损伤程度有比较紧密的对应关系（电视信

号直接形成图象，波形失真立即反映为图象失真，更为直观）。

⑶ 两者关系

复频域函数 F （ω）=∫∞ f （t ）e -j ωt dt -∞

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时域函数 f （t ）∞ F （ω）e j ωt d ω -∞

国际上规定：两种方法都是线性失真研究手段，互相补充，但当测量结果

发生矛盾时，以时域法为准。

4. 线性失真的分类

亮度信号 行时间波形失真 K 系数 长时间波形失真 时

间 幅度失真 幅频特性失真

域 色度信号 频率域 相频特性失真

相位失真

增益差Δκ 色度——亮度 时延差Δτ 表1

（二） 1. 定义

信号在传输中引起的失真与被传输信号本身的幅度有关时，这种失真称非线性失真，输出输入信号之间已经不是简单的线性关系。

U 2=K（U1）U 1 传输函数K （U1）不仅是频率（或时间）的函数，而且是输入信号的函数。

3

2. 原因

由非线性元器件引起，它们的参数随作用于它们的信号电平而变化。（信号电平大小影响） 3. 方法

时域法：研究有代表性的特定波形通过传输系统的失真情况，而不采用声频测量中使用的测量谐波幅度来表征非线性失真系数。 4. 平均图象电平的影响

传输系统的非线性与信号动态范围

非线性失真

有关，不同图象内容的信号平均值不同，因 此考查系统的非线性失真需考查不同平均图 象电平APL 下的失真指标，三种情况：12.5%， 50%，87.5%

5. 非线性失真的分类

亮度信号非线性失真 色度增益非线性失真 色度信号非线性失真

微分增益（DG ） 色度相位非线性失真 微分相位（DP ） 色度亮度交调失真 同步脉冲非线性失真 同步信号静态非线性失真 色同步非线性失真 同步脉冲非线性失真 同步信号动态非线性失真 色同步非线性失真 表2

（图4）

4

（三）

线性失真与非线性失真的主要差别

是否产生新的频谱成份是区别线性失真与非线性失真的标志

表3

三 主要运行技术指标的测试与分析

（一） K 系数 1. 定义

把各种波形失真按人眼视觉特性给予不同评价的基础上来度量图象损伤的一套系统方法。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K 50。

K 系数中，K 50不计，在测定的Kb 、Kpb 、Kp 中，取绝对值最大者，做为K 系数指标。 2. 测试 ⑴ 测试波形

2T 脉冲与条脉冲 （图5） ⑵注意

发射机关声机、解调器关声音滤波器

3. 2T 正弦平方波失真Kp ⑴计算

放大2T 波形

×100% ×100% Kp= ×100%

取计算最大值作为Kp （图6）

5

⑵意义

2T 正弦平方波底部两侧产生的回波失真反映被测通道的相频特性失真。 ⑶影响

导致图象出现多重轮廓，造成重影，使清晰度下降。 4. 2T 正弦平方波与条脉冲幅度比Kpb ⑴计算

×100%

⑵意义

反映被测通道的幅频特性失真（由于条幅信号通过系统不会发生变化） ⑶影响

图象清晰度的变化

A 通道带宽不够或高端下降、2T 高度下降，表现图象细节变淡、边缘轮廓不清。

B 幅频特性高端抬高、2T 高度上升，使图象轮廓、细节加深，并出现明显镶边、重影现象。 ⑷公式中除4的规定

由于人眼对图象细节、边缘轮廓的单纯加深或变淡不够敏感，对于产生同等的图象质量损伤所允许的2T 幅度变化大一些。（加大分母倍数） （Kp 、Kpb 也就是短时间波形失真） 5. 行时间波形失真Kb ⑴计算 ×100%

（图8） （图9）

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⑵意义

（由于条脉冲信号平顶部分持续时间较长）反映被测通道行频至500K 的中频失真，代表图象中较大尺寸内容在水平方向的亮度变化（由于电视箝位作用每行发生一次），反映箝位电路质量。 ⑶影响

图象沿水平方向界限不清，严重时造成水平方向拖尾。

6. 场时间波形失真K 50 7. 长时间波形失真

8. 亮度信号的线性失真类型小结

表4 （二） 色亮增益差ΔK 1. 定义

把一个具有规定的亮度和色度分量幅度的测试信号送到被测系统的输入端，输出端信号中亮度分量和色度分量幅度比与输入端幅度比的改变称色亮增益差。

7

2. 意义

通道对色度分量和亮度分量的放大不一致。 3. 测试 ⑴经典法

失真波形

ΔK=×100% （图10）

从频谱角度看，这种波形分别代表视频低端

和高端的情况，严格地说是代表了亮度信号的低中频分量与色度信号间的关系，理论上并不能充分代表整个信号与色度信号之间的关系（亮度6M ），由于亮度信号能量以低频成分

图11 为主，所以，还是认为20T 正弦平方波能代表亮度信号。 ⑵自动测试系统

直接测出色度与亮度的幅度进行计算。

条 与 幅度

（图12） 4. 影响

色饱和度失真，类似色饱和度调节不当，ΔK 为负，图象色彩变淡、暗淡、人物神色不佳；ΔK 为正，颜色过浓、轮廓不分明，类似儿童填色画，缺乏真实感。

8

5. 原因

传输通道幅频特性不好；色度、亮度通道幅频特性不一致。

（三） 色度—亮度时延差Δτ 1. 定义

当输入一个与ΔK 相同的测试信号，输出在亮度分量与色度分量的调制色络波形的相应部分在时间关系上出现的差值，称Δτ。 2. 测试

以纳秒ns 为单位，规定色度分量时延 大于亮度分量时延为正。 （图13） 3. 影响

（色度信号与亮度信号不能同时到达显示端），彩色套色不准，在水平方向出现彩色镶边，人眼比较敏感感。 4. 原因

传输通道群延时频率特性不平坦，中频滤波器特性变化，中频带宽不够等。 5. 改善措施

ΔK 、Δτ失真往往同时产生 四种情况 可用波形观察：

ΔK 为 - ΔK 为 + ΔK 为 + ΔK 为 –

Δτ为 + Δτ为 - Δτ为 + Δτ为 – （图14）

使传输信道中色度信道和亮度信道幅频特性相一致，注意通道中各个环节的阻抗匹配，保证设备反射损耗指标尽可能大，中频和高频通道的群延时频率特性应该平坦。

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（四） 幅频特性 1. 定义

从场频至系统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，以dB 为单位。 2. 测试

多波群 Ｖｎ

图15

频率的取定尽量避免彼此间的整倍数关系，以减少彼此的谐波互相影响。考虑把副载波4.43M 夹在中间，便于估计通道对它的影响。 3. 影响

高端：图象清晰度。

4.43M ：不仅影响亮度、对色度信号产生影响，而且影响ΔK 、Δτ。 4. 电视发射机幅频特性测试 ⑴射频幅度/频率特性

用扫频法，直观，可观察负边带情况，以1.5M 做为基准。但这只是末级功放情况，不反映整机幅频特性。 ⑵视频幅度/频率特性

测出的是整机幅频特性，反映指标较符合实际情况。 注意：A. 解调器的声音滤波器

最好去掉伴音载频，关掉解调器声音 滤波器进行测试

（图16）

B. 基准换算。自动测试系统测出的是视频幅度/频率特性，这是以250K 方波做为基准的。如用1.5.M 作为基准，则可换算如下：

例： 0.5 1.5 2.5 4.0 4.8 5.8 以250K 为基准 1.5 1 1.5 -1 -1.5 -3 以1.5M 为基准 0.5 0 0.5 -2 -2.5 -4 各群阶同时减去1.5M （基准群阶）的测试值

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C. 发射通道“振幅/视频特性”等级标准（暂行）

表5

以上是线性失真

（五） 亮度非线性 1. 定义

当平昀图象电平为某一定值时，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。

2. 测试 输入 输出

（图17） 3. 现象

图象失去灰度，层次减少，分辨率降低（由于色度信号是迭加在亮度信号上），产生色饱和度失真。

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4. 原因

（前面已提过）元器件的非线性造成，工作点不对，输入幅度过大。

（六） 微分增益失真DG 1. 定义

Ａｍａｘ－Ａｍｉｎ

×100%

由于图象亮度信号幅度变化引起色度信号幅度的失真。 2. 测试

在平均图象电平为某一定值时。

Ａｍａｘ－Ａｍｉｎ

×100%

（图18）

3. 影响

不同亮度背景下的色饱和度失真，影响彩色效果（如穿鲜红衣服从暗处走向亮处，鲜红衣服变浓或变淡）。

（七） 微分相位失真DP 1. 定义

由于图象亮度信号幅度变化引起色度信号相位的失真。 2. 测试

输入信号与DG 相同，以消隐电平上副载波信号的相位角为基准，其它亮度电平上副载波的相位角超前于基准电平相位角时为正。

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3. 影响

在不同亮度背景下，色调产生失真，由某种颜色变成其它颜色（如穿鲜红衣服从暗处走到明处，鲜红衣服就偏黄或偏紫）。 4. DG 、DP 失真原因

色度信号4.43±1.3M 处在视频高端，易受通道中分布参量影响：工作点的不正确对结电容影响大，从而影响传输通道的阻抗参量（发射机上DG 、DP 预失真调整小合调节的黑白拐点就是调整工作点）。 5. 措施

传输通道中视频放大器和视频处理单元要有足够大的动态范围，改善传输

通道的幅频特性和相频特性，严格控制元器件分布参量的影响。 6. 发射机的DG 、DP 测试

⑴去掉第5阶不计入指标。（原因：第5阶迭加副载波后超过亮度电平100%，产生过调制）

⑵测DG 时可用滤波器滤掉亮度分量。（根据波形进行调整）

（八） 色度-亮度交调失真 1. 定义

把规定幅度的色度信号迭加在恒定幅度的亮度信号上并加至被测通道的输入端，而平均图象电平保持在某一特定值时，输出端由于迭加的色度信号而引起亮度信号幅度的变化。

2. 测试 输入 输出

（图19） （图20）

在彩色信号中，色度信号是迭加在亮度信号上的。由于系统非线性存在，会使色度信号的正负半周失去对称性，相当于产生了一个直流分量ΔY （轴移）。它使亮度信号出现非线性幅度失真，失真大小随副载波幅度变化，是DG 的逆过程。

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3. 影响

图象出现彩色字幕时，失真较明显，彩色字幕相对应的背景亮度上的对比度产生失真。

（九） 信噪比

杂波是除有用信号以外任何无用信号和各种电磁骚动的总称。 1. 随机信噪比 ⑴定义

S/N=20lg随机杂波幅度有效值（dB ）

ｂ６－ｂ５

×100% ６

⑵测试

（图21）

在三个电平上0%、50%、100%上测量噪声电平，取最大值作为指标。（建议50%处）

⑶随机信噪比的统一加权

随机信噪比测的是整个频谱上的杂波，但是高频的杂波干扰在图象上表现的是细小的微粒，人眼不易察觉。因此加上一加权网络，使干扰的情况符合人眼观看的实际状况（这就是随机信噪比的加权）。

加权降低约8dB 加权网络特性 加上了主观评定因素

（图22） ⑷产生原因及措施 A. 防止外来干扰

B. 采用低噪电路，采用杂波系数小的器件，注意分布参数的影响。 C. 适当增大输入信号

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2. 周期信噪比 ⑴定义

电源干扰：1K 以内交流声及其谐波的干扰

S/N=20lg （dB ）

⑵测试 A. 时域法

直接按定义测出

B. 频域法

由于场同步带有50周及谐波分量，因此需去除场同步分量，帧断信号。 ⑶现象

静止或滚动的黑道或黑带，严重时垂直方向图象扭动，破坏同步。 ⑷原因

稳压电源纹波系数大，空间交流电磁场感应，接地不良或地线布置不合理（接地点地电位不同引起的共模干扰），箝位电路不良。 ⑸措施

改善电源设备，改善纹波系数，交流变压器布置合理，注意电源线、地线的走向，接地电阻要小。（对地电位不同的电源干扰，采用共模抑制的校正设备；UPS ，使整个信号浮起来；隔离变压器；哼声抑制器等）。

（（一）—（四）介绍的是线性失真，（五）—（八）介绍的是非线性失真）

（十） 非线性指标测试时注意

（由于非线性失真的程度与发射机的调制度、平均图象电平、亮度信号的幅度、瞬时值以及色度信号的幅度有关，故应注意） 1. 调制度 应在87.5%

调制度的规定 白条调在700mV （调解调器），打开零基脉冲，使之在843mV 处

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１０００ = = 87.5%

一个点40mV ，3-4个点之间，143 mV

（图24） 2. 平均图象电平APL

测试信号应在三种不同的状态下，（APL 分别是12.5%、50%、87.5%）取误差最大值做为测试误差。（电视台都希望测出最小误差，50%的APL 则处在特性的线性段）

3. 调整和校准接口电平（1Vpp ） 4. 图象载频与伴音载频功率比

保持为-10dB ，有线-17 dB，能避免互调失真出现。 5. 功率输出

额定功率输出0.9倍。 6. 假负载 7. 避免同频干扰