Рекомендация мсэ-r bt. 1439-1 Методы измерения, применяемые в аналоговой телевизионной студии и в системе аналогового телевидения в целом

(Вопрос МСЭ-R 86/6)

(2000-2006)

Rec. МСЭ-R BT.1439

Сфера применения

В настоящей Рекомендации определяются методы измерения и испытательные сигналы, используемые при контроле качества программ в системах аналогового телевидения.

Ассамблея радиосвязи МСЭ,

учитывая,

a) что правильная работа аналоговых телевизионных студий и других аналоговых участков цепи телевизионного производства требует тщательного контроля необходимого качества работы отдельных участков всей системы;

b) что такой контроль наилучшим образом выполняется на аналоговом оборудовании с использованием соответствующих аналоговых испытательных видеосигналов;

c) что желательно стандартизировать методы измерения необходимого качества работы участков аналоговой цепи телевизионного производства, основанные на использовании аналоговых испытательных видеосигналах;

d) что в Рекомендации МСЭ-T J.61 рекомендуется номенклатура измерений и методы измерения для модулирующих аналоговых испытательных видеосигналов для использования в аналоговых линиях передачи изображения;

e) что большинство испытательных сигналов и методов измерения, рекомендованных в Рекомендации МСЭ-T J.61, также могут применяться, и, более того, уже широко используются для измерения качества работы аналоговых цепей телевизионного производства;

f) что, везде, где возможно, на всех участках аналоговой телевизионной цепи, включая и участки производства, и участки передачи, должны применяться одинаковые испытательные сигналы и методы измерения,

рекомендует,

1 чтобы везде, где предусмотрены измерения параметров модулирующих видеосигналов в аналоговых телевизионных студиях и в системе аналогового телевидения в целом, применялись определения параметров модулирующих видеосигналов, приведенные в Части 1 настоящей Рекомендации;

2 чтобы везде, где предусмотрены измерения параметров модулирующих видеосигналов в аналоговых телевизионных студиях и в системе аналогового телевидения в целом, применялись методы измерения и испытательные сигналы, приведенные в Части 2 и Приложении 1 к настоящей Рекомендации;

3 чтобы везде, где предусмотрены измерения аналогичных параметров модулирующих видеосигналов в аналоговых телевизионных студиях и в системе аналогового телевидения в целом, использовались правила проектирования фильтров, приведенные в Приложении 2 к настоящей Рекомендации, применяемые в конкретных методах измерения;

4 чтобы везде, где предусмотрено использование методов измерения и сигналы испытательных строк, описанные в Приложении 3 к настоящей Рекомендации, желательно выполнить онлайновые измерения качества модулирующих видеосигналов в системе аналогового телевидения в целом в присутствии сигналов телевизионных программ;

5 чтобы методы "K-рейтинга" для измерений кратковременных искажений сигнала описанные в Приложении 4 к настоящей Рекомендации, также, при желании, применялись для измерений в аналоговой телевизионной студии или в системе аналогового телевидения в целом.

ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Методы измерения для цифрового телевизионного оборудования с аналоговыми входными и выходными сигналами определяются в Рекомендации МСЭ-R BT.1204. Методы измерения и испытательные сигналы – те же самые, что и описанные в Рекомендации МСЭ-T J.61.

ЧАСТЬ 1

Определения параметров видеосигнала

1 Терминология, относящаяся к форме сигнала

A : бесполезная постоянная составляющая

B : полезная постоянная составляющая, интегрированная на периоде полного кадра

C : постоянная составляющая изображения, интегрированная на периоде активной строки, T_u

D : мгновенное значение яркостной составляющей

E : мгновенное значение сигнала относительно нижней границы синхроимпульсов

F : пиковая амплитуда сигнала (положительная или отрицательная относительно уровня гашения)

G : пиковая амплитуда цветовых составляющих

H : размах сигнала

J : разница между уровнем черного и уровнем гашения (защитный интервал)

K : размах синхросигнала цветности

L : номинальное значение яркостной составляющей

M : размах монохромного композитного видеосигнала (M  L  S)

S : амплитуда синхроимпульсов

T_sy : длительность синхроимпульса

T_lb : длительность периода гашения строки

Амплитуды L, S и M используются в качестве опорных амплитуд для видеосигнала. Амплитуды, определенные вышеприведенными значениями B, C, D, E, F, G, H и J, можно выразить в процентах от величины L.

Средний уровень видеосигнала (APL) – это среднее значение C на полном периоде кадра (за исключением периодов гашения), выраженное в процентах от величины L.

2 Определение параметров сигнала

2.1 Номинальное сопротивление, Z₀

2.2 Коэффициент отражения

Во временной области он выражается следующей символической формулой:

где A₁ − размах амплитуды исходного сигнала, а A₂ − размах амплитуды отраженного сигнала. Если коэффициент отражения не зависит от частоты, то полученный результат в численном виде совпадает с результатом, полученным в частотной области.

2.3 Полярность и постоянная составляющая

Полезная постоянная составляющая (на рис. 1 обозначена символом B), которая связана со средней яркостью изображения, может либо содержаться, либо не содержаться в сигнале и не должна, ни передаваться, ни доставляться на выход системы.

Бесполезная постоянная составляющая (на рис. 1 обозначена символом А), может присутствовать в сигнале (например, из-за источников постоянного тока). Для этой компонента должны быть определены пределы, как для статических условий, так и для переходных процессов.

2.4 Номинальная амплитуда сигнала

3 Определение параметров качества

3.1 Вносимое усиление

3.2 Шумы

3.2.1 Непрерывный случайный шум

Такое измерение должно выполняться при помощи оборудования, обладающего (в терминах мощности) определенной постоянной времени или временем интеграции.

3.2.2 Низкочастотный шум

3.2.3 Периодический шум

3.2.4 Импульсный шум

3.3 Нелинейные искажения

– среднего уровня видеосигнала, определенного в § 1;

– мгновенного значения яркостной составляющей (на рис. 1 обозначено, как D);

– амплитуды сигнала цветности (на рис. 1 обозначено, как G).

Таким образом, в целом, нет смысла полностью определять нелинейные характеристики телевизионного оборудования. Следовательно, необходимо ограничить число измеряемых параметров теми, которые, как признано, непосредственно связаны с качеством изображения. Кроме того, должны быть ограничены условия измерений путем систематической классификации определений параметров, которые необходимо измерять.

Природа видеосигнала такова, что, если говорить о качестве изображения, то нетрудно заметить, что искажения синхросигнала из-за нелинейности канала отличаются от искажений сигнала изображения из-за нелинейности канала.

Более того, нелинейность канала может по-разному влиять на сигналы яркости и цветности или приводить к тому, что они будут воздействовать друг на друга. В результате, получим следующую систему классификации нелинейных искажений:

igure 1439-01a

Вышеприведенная классификация относится к стационарному состоянию на временном интервале, который намного больше длительности поля. В таком случае, понятие среднего уровня изображения имеет точное значение. Если же эти условия не выполняются, например, при внезапной смене среднего уровня изображения, то могут проявиться дополнительные нелинейные эффекты, степень влияния которых будет зависеть от долговременной переходной характеристики цепи.

Дополнительные нелинейные эффекты могут возникать также при внезапном изменении амплитуды сигнала.

3.3.1 Сигнал изображения

3.3.1.1 Сигнал яркости

3.3.1.2 Сигнал цветности

Усиление

Фаза

3.3.1.3 Интермодуляционные искажения от сигнала яркости в сигнале цветности

Дифференциальное усиление

Дифференциальная фаза

3.3.1.4 Интермодуляционные искажения от сигнала цветности в сигнале яркости

3.3.2 Синхросигнал

3.3.2.1 Искажения стационарного состояния

3.3.2.2 Переходные искажения

3.4 Линейные искажения

В том случае, когда на оборудование действует небольшая нелинейность, измерения можно выполнять. Однако если на их результаты каким-либо образом сказываются средний уровень сигнала, амплитуда или положение испытательных сигналов, то при представлении результатов целесообразно описать условия измерений.

Линейные искажения можно измерить либо во временной области, либо в частотной.

Величины, которые могут быть измерены в этих двух областях, можно классифицировать следующим образом.

Figure 1439-01b

3.4.1 Искажения формы сигнала яркости

Однако, на практике, форма видеосигнала и влияние ее на воспроизводимое изображение таковы, что результирующие искажения можно классифицировать, используя четыре различные шкалы времени, которые сравнимы с продолжительностью множества полей видеосигнала (долговременные искажения формы сигнала), одного поля (искажения формы сигнала на интервале одного поля), одной строки (искажения формы сигнала на интервале одной строки), и одного элемента изображения (кратковременные искажения формы сигнала).

3.4.1.1 Долговременные искажения формы сигнала

3.4.1.2 Искажения формы сигнала на интервале одного поля

3.4.1.3 Искажения формы сигнала на интервале одной строки

3.4.1.4 Кратковременные искажения формы сигнала

3.4.2 Искажения формы сигнала цветности

3.4.3 Неравномерности цветность-яркость

3.4.3.1 Неравномерность усиления

3.4.3.2 Неравномерность задержки

3.4.4 Характеристики стационарного состояния

ЧАСТЬ 2

1 Введение

Элементы испытательного сигнала, описанные в Приложении 1, могут комбинироваться любым удобным способом с целью создания испытательных сигналов. Если не определено иного, средний уровень испытательных сигналов, полученных таким образом, должен быть равным 50%. Следует отметить, что для корректной работы некоторых практически используемых цепей требуется наличие синхросигналов.

Испытательные сигналы могут использоваться либо в виде повторяющихся сигналов, либо, с некоторыми исключениями, как сигналы испытательной строки вместе с активными строками, выбранными так, чтобы получить требуемое значение среднего уровня сигнала. Однако, когда измерения выполняются с сигналами испытательной строки, во время программы необходимо обращать особое внимание на влияние изменения среднего уровня сигнала.

Измерения, описанные в §§ 3.2−3.4.2 корректны, при условии, что усиление, вносимое цепью, находится в пределах установленных требований.

2 Измерения оборудования и характеристики сигнала телевизионного оборудования

2.1 Номинальное сопротивление

2.2 Коэффициент отражения

Для того чтобы измерить коэффициент отражения во временной области, должны использоваться следующие элементы испытательного сигнала A, B1, B2 или B3 и F. Коэффициент отражения − это отношение исходного и отраженного элемента испытательного сигнала, которые измерены по полному размаху. Коэффициент отражения для каждого из вышеуказанных элементов испытательного сигнала должен быть не менее 30 дБ.

Для того чтобы измерить коэффициент отражения в частотной области, может использоваться любой из нескольких хорошо известных методов. Коэффициент отражения на всех частотах в пределах номинальной полосы частот телевизионной системы должен быть не менее 30 дБ.

ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Следует особо позаботиться о том, чтобы любые спектральные компоненты, созданные источником испытательного сигнала выше номинальной частоты среза (f_c) телевизионной системы были подавлены, как минимум, на 40 дБ относительно компонентов на частотах ниже f_c.

2.3 Бесполезная постоянная составляющая

3 Измерения телевизионного оборудования

3.1 Вносимое усиление

3.2 Шумы

3.2.1 Непрерывный случайный шум

Измерительное оборудование

В некоторых случаях может быть желательным установить перед измерительным оборудованием для измерения шума режекторный фильтр, настроенный на частоту поднесущей, для того, чтобы устранить из измерений случайного шума любые периодические шумовые компоненты с частотой поднесущей. Однако необходимо учитывать влияние такого фильтра на точность измерений.

Когда измерения выполняются путем оценки квазипиковой амплитуды шума, администрациям рекомендуется определить пик-фактор, пригодный для таких методов измерения, и отображать результаты в виде среднеквадратической амплитуды шума.

Ограничение полосы частот

Если в цепи передается сигнал, то может потребоваться ограничить полосу частот, используя фильтр верхних частот первого порядка с частотой среза 200 кГц и наклоном 20 дБ на декаду.

Взвешивание

3.2.2 Низкочастотный шум

3.2.3 Периодический шум

При более высокой частоте периодического шума могут потребоваться селективные измерения для отделения случайного шума от периодического шума.

3.2.4 Импульсный шум

3.3 Нелинейные искажения

3.3.1 Сигнал изображения

3.3.1.1 Сигнал яркости

Сравнивая амплитуды импульсов, и выражая разницу между наибольшей и наименьшей амплитудами в процентах от наибольшей, находим численное значение искажений.

3.3.1.2 Сигнал цветности

Усиление

где:

Желательно, чтобы при выполнении таких измерений неравномерность усиления цепи для сигналов яркости и сигналов цветности удовлетворяла установленным требованиям.

Амплитуды сигналов должны измеряться в размахе. Полосовой фильтр поднесущей используется как вспомогательное устройство при выполнении измерений.

Фаза

Если используется векторный дисплей, удобно нормализовать фазу наименьшего импульса.

3.3.1.3 Интермодуляционные искажения от сигнала яркости сигналу цветности

Дифференциальное усиление

Дифференциальное усиление (%), относительно уровня гашения, можно определить из следующих выражений:

Размах дифференциального усиления можно определить из следующего выражения:

где:

Дифференциальная фаза

Дифференциальную фазу (в градусах) относительно уровня гашения, можно определить из следующих выражений:

Размах дифференциальной фазы можно определить из следующего выражения:

где:

: фаза поднесущей на соответствующей ступеньке, от 0 (уровень гашения) до 5 (верхняя ступенька) включительно.

3.3.1.4 Интермодуляционные искажения от сигнала цветности в сигнале яркости

3.3.2 Синхросигнал

3.3.2.1 Искажения в стационарном состоянии

Искажения выражаются как разница между амплитудой синхроимпульса и ее нормализованным значением (т. е. 3/7 от максимума по шкале амплитуд для систем с 625 строками, 4/10 от максимума по шкале амплитуд для систем с 525 строками), выраженная в процентах от нормализованного значения. Измерения выполняются для амплитуды в середине синхроимпульса и усредненного уровня гашения.

3.4 Линейные искажения

3.4.1 Искажения формы сигнала яркости

3.4.1.1 Долговременные искажения формы сигнала

Можно измерить три параметра:

– пиковую амплитуду "выброса" на переднем фронте сигнала (выраженную в процентах от номинальной амплитуды сигнала яркости);

– время, за которое колебания затухают до определенного значения;

– угол наклона в начале колебательного процесса (%/с).

3.4.1.2 Искажения формы сигнала на интервале одного поля

Как вариант, искажения формы сигнала на интервале одного поля для систем с 525 строками измеряются при помощи оконного сигнала длительностью в одно поле, показанного на рис. 4b. В результатах измерения должно обязательно быть указано, что применялся оконный сигнал.

3.4.1.3 Искажения формы сигнала на интервале одной строки

Величина искажения нижнего края сигнала (искажения нулевой линии) определяется как разница уровней в точке расположенной через:

– 400 нс для систем с 625 строками,

– 500 нс для систем с 525 строками,

после точки половинной амплитуды на заднем фронте импульса и уровня в точке, которая расположена после сигнала на интервале, равном половине длительности импульса, выраженная в процентах от амплитуды импульса. Искажения должны измеряться после ограничения полосы частот сигнала. Ограничение может быть выполнено при помощи фильтра Томпсона, описанного в § 5 Приложения 2.

ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Вполне вероятно, что искажения формы сигнала на интервале одной строки (измеренные на верхнем уровне импульса) и искажения на нулевой линии, будут различными, как по форме, так и по величине.

3.4.1.4 Кратковременные искажения формы сигнала

Результаты вышеупомянутых измерений с использованием sin² импульса можно выразить в сокращенной форме в понятиях метода K-рейтинга, который кратко описан в Приложении 4. В этом методе одинаковые К-оценки для различных параметров примерно соответствуют одинаковым степеням субъективных искажений. Результаты измерений отклика на воздействие прямоугольного сигнала для систем с 525 строками могут быть выражены в понятиях S-рейтинга, это – более новый метод, основанный на очень похожих принципах.

3.4.2 Неравномерности цветность-яркость

3.4.2.1 Неравномерность усиления

Другим вариантом является сравнение цветовой составляющей сигнала F с его составляющей яркости.

3.4.2.2 Неравномерность задержки

3.4.3 Характеристики стационарного состояния

3.4.3.1 Усиление

3.4.3.2 Задержка

Далее в виде рисунков даны сведения об элементах сигнала, требуемых для выполнения испытаний, описанных в настоящей Рекомендации. Предпочтительные их комбинации для формирования испытательных сигналов приведены в Рекомендации МСЭ-T J.63. Условные обозначения, используемые для описания этих элементов (например, сигнал B1) – те же самые, что и условные обозначения в Рекомендации МСЭ-T J.63. В настоящей Рекомендации также содержатся полные спецификации элементов испытательных сигналов, за исключением сигналов A, B3 и оконного сигнала (рис. 4b).

ПРИМЕЧАНИЕ 1. – Для передач в стандартах PAL и NTSC цветовая поднесущая элементов испытательного сигнала должна быть синхронизирована по фазе, как показано в Таблице 1, где каждая фаза описывается относительно положительной оси (B-Y).

ТАБЛИЦА 1

ПРИМЕЧАНИЕ 2. – Для измерений, где требуется изменение величины среднего уровня сигнала, следует использовать испытательные сигналы в виде повторяющихся отрывков, состоящих из одной строки с комбинациями элементов испытательных сигналов, за которой следует три или четыре последовательных однородных строки (т. е. полностью белых, серых, черных). Последовательность сигналов в каждом поле должна начинаться со строк 24 и 337 в системах с 625 строками, и со строк 22 и 285 – в системе NTSC, и со строк 19 и 282 – в системе M/PAL

Figure 1439-03

Figure 1439-04a

9-05

Figure 1439-06

Figure 1439-07

Figure 1439-09

igure 1439-11

Figure 1439-12

Figure 1439-13

Figure 1439-14

1 Фильтр нижних частот для применения в измерениях шумов

Figure 1439-15Таблица of valu

Figure 1439-16

2 Комбинированный фильтр верхних и нижних частот ( f_c  10 кГц)

Секция нижних частот используется для измерения фона источника питания.

Figure 1439-17

3 Цепь унифицированного взвешивания для случайного шума

3.1 Конфигурация цепи

Figure 1439-19

3.2 Вносимые потери A

на высоких частотах:

(A_  14,8 дБ)

где:

  245 нс

Figure 1439-20

3.3 Коэффициенты взвешивания шума в полосе шириной 5 МГц

4 Примеры дифференцирующей схемы и схемы формирования импульсов для измерения нелинейности сигнала яркости

4.1 Форма с непостоянным сопротивлением

4.2 Форма с постоянным сопротивлением

4.3 Отклик на воздействие одной ступеньки ступенчатой дифференцирующей цепи

Figure 1439-23

5 Фильтр Томпсона, предназначенный для использования в измерениях искажения формы сигнала на интервале одной строки

Figure 1439-24

1 Введение

1 Введение

Метод K-рейтинга, как он описан в первоисточнике, состоит, на самом деле, из двух методов, которые, в идеале, должны дать одинаковые результаты:

– метод контрольных испытаний; и

– проверка соответствия техническим условиям.

Метод контрольных испытаний основывается на параметрах, которые можно легко измерить при помощи осциллографа и быстро получить результат. Проверка соответствия техническим условиям, основанная на измерении отклика на импульс T sin², является более точной и хорошо пригодна для анализа систем и сетей в дополнение к заводским испытаниям оборудования. Рейтинговый метод был разработан таким образом, чтобы одинаковые значения величины K, полученные для различных параметров, соответствовали примерно одинаковой степени субъективных искажений изображения.

В Части 2 показано, как показатели качества и допуски для кратковременных искажений формы сигнала могут быть выражены с использованием контрольных испытаний метода K-рейтинга. В Части 3, для полноты картины, описано, как можно использовать метод проверки соответствия техническим условиям.

2 Метод контрольных испытаний

2.1 Отклик на импульс 2T

Для масок, изображенных на рисунках 27a и 27b:

2.2 Отношение импульса 2T к сигналу полосе

2.3 Отклик на импульс T

Пределы для отклика на импульс T не могут быть строго определены, поскольку спектр импульса T простирается значительно выше верхнего предела частоты цепи, и отклик, следовательно, должен содержать ненужную информацию. Частично решить эту проблему можно, установив между испытуемым каналом и осциллографом фильтр нижних частот с фазовой коррекцией и крутым срезом на границе номинальной полосы пропускания канала. Этот фильтр сначала измеряется с использованием локального испытательного сигнала. При этом отношение импульса к полосе, скажем равно y (y будет лежать вблизи величины 0,82). Испытуемый канал затем соединяется с фильтром и измеряется отношение импульса к полосе. Отсюда, рейтинг для импульса T примерно равен:

Ошибки задержки вблизи краев полосы пропускания канала могут также повлиять на рейтинг для импульса T. Оценку влияния таких ошибок можно получить на основании изменений, вызванных каналом, в первых выбросах на фронте импульса предшествующих импульсу и следующих сразу после него, измеренных на выходе фильтра. Изменение выброса (нормализованное к амплитуде импульса) составляет, приблизительно 3K_(T).

3 Метод проверки соответствия техническим условиям

Пусть временной ряд, описывающий отклик на фильтрованный импульс, имеет вид:

предположим, что он уже нормализован, поэтому B₀  1; пусть произведение ряда B(rT) и ряд [½, 1, ½] будет:

,

где:

тогда:

и:

Ряд C(rT) очень хорошо описывает отклик на импульс 2T. Таким образом, в этом методе контрольных измерений K1 приблизительно равен K_(2T). K2 определяет пределы отношения импульса 2T к полосе и, в этом методе контрольных измерений, приблизительно равен K_(P/B). K3 определяет пределы отношения импульса к полосе для гипотетического испытательного сигнала, состоящего из импульса и полосы, в котором импульс – это идеально отфильтрованный импульс, и, в этом методе контрольных измерений, приблизительно равен K_(T). K4 определяет верхний предел средней амплитуды без учета знака, для 16 центральных задержанных членов временного ряда, установленный для защиты от редко встречающихся искажений, таких как длинный шлейф эхо-сигналов, чьи амплитуды по отдельности недостаточно велики, чтобы достичь одного из установленных пределов. В методе контрольных измерений для него не установлено эквивалентной величины К.

___________________