广西电视台
蒋进 魏敏 韦建炳
通常我们对数字信号与图像质量之间的关系进行讨论时，往往会产生某些误区，比如说许多人认为信号测试指标与图像质量没有直接的对应关系等，为什么会出现这种情形呢？我们在实际应用测试过程中所借助的各种仪器（如示波器）上看到的信号是传输通道的信号指标，反映的是经过PCM调制的信号指标参数，而非经过量化后得到的初始意义的数字信号。
按照数字信号的定义，数字信号应该是多电平或者说多进制的数字信号，我们常见的二进制数字信号只是数字信号的一种特例，是为了顺应当今的数字设备存储、处理和传输的需求将多电平的数字信号经过转换得到的，这种转换实质上就是以标准时钟为载波，对多电平的数字信号进行调制，得到所需的已调二进制数字信号（如图1），这个过程称作PCM(Pulse Code Modulation) 调制。
PCM编码 （调制器） 图1
采用基带传输的PCM通信系统始发端通常由抽样、量化和编码三部分组成，模拟信号经抽样、量化后转换成数字信号(A/D变换过程)：信源f(t)经脉冲序列p(t)抽样产生的零阶抽样保持信号，它是PAM（Pulse Amplitude Modulation，脉冲幅度调制) 信号，具有离散时间、连续幅度的特点，抽样量化过程将此信号转换成离散时间、离散幅度的多电平数字信号。从数学角度理解，量化是把一个连续幅度值的无限数集合映射到一个离散幅度值有限的集合，经编码转换为PCM信号，这一过程称为脉冲编码调制(PCM)。本质上，类似于模拟系统的调频信号，脉码调制是一种频谱变换，这种频率变化的规律是编码规则，而不是随幅度线性变化。SDI信号是在PCM信号加上字同步和一系列的辅助信号后得到的，与在调频过程加入导频信号相类似。
脉冲编码调制(PCM)同样具有频率调制（FM）抗幅度干扰能力强的特点。
SDI是已调制的信号，我们在进行数字系统测试时看到的是已调制信号波形（就是通常说的眼图），波形不是周期性而是随机的，这个调频信号在不同时刻波形不同，这些不同的波形通过示波管的余辉作用，扫描所得到的每一个波形互相叠加重叠在一起就形成了眼图。
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目前我们使用的示波器或眼图测试分析仪，工作原理是对信号进行实时采集存储，利用一次采集的数据构建眼图，所以除了示波器硬件带宽和高速采样外，采集的数据量的大小非常关键，这样对示波器的高速采集内存就有了更高的要求。图2是在高采样率下，高速内存捕获的数据量叠加合成的眼图。
图2
《传播与制作》（2007年9月）有文《关于数字视频系统测量和监测的体会》，文中“„„视频通道都可用如下图3数字视频通道模型来表示，..„.基于SDI接口的数字视频通道根据
数字视分数字矩阵数字切换台输出开关数字视分
数字基带传输系统，根据数字基带传输系统的特性，数字信号可判决再生的原则，可以说整个数字视频通道的眼图指标可由最后一级的设备决定。通常在系统验收和系统维护时，对数字演播、数字转播车、数字播控系统等数字视频通道测量时，一般选择D点的测量结果作为整个通道的指标”，我们认为数字信号可判决再生是在一定的容限下才成立，超过这个容限便不能正确的判决再生，在D点的测量结果却因为错误判决再生测得的眼图指标完全达标，但是图像和伴音均不正常。为此我们做了如图4和图5的试验。
J-10 SDI 信号 处理器 AJ-D930 录像机 MSW A2000 录像机 监视器1
录像机
图4
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J-10 SDI 录像机 信号 处理器 MSW A2000 录像机 AJ-D930录像机 监视器2
图5
试验使用的信号处理器为我们自制，作用是把信号发生器（J-10SDI录像机）输出的标准SDI信号A处理成眼图不合格的SDI信号B，实际上这个“信号处理器”是一条206米长的乐庭牌RG-59/U视频电缆，图4中的信号B经AJ-D930录像机判决再生输出信号C，实测信号C和D的眼图完全合格（下图示），但此时的监视器1图像有雪花和小黑点，全屏
270Mb/s 数据信号在WFM601M中的正常显示
偶有绿紫色块或紫色横道，偶尔垂直跳动，伴音轻微变调且有小鞭炮似的啪啪声，偶有瞬间中断，显然选择D点的测量结果作为整个通道的测试指标不能反映这个通道的真实工作情况，此时“整个数字视频通道的眼图指标可由最后一级的设备决定”毫无意义，选择D点的眼图测量结果作为整个通道的指标来验收这个系统将会得到一个不可用系统（上面这个系统实际上是广西某局的一个有故障系统，这个系统中的“信号处理器”是一条2.2米的模拟视频电缆，当时诊断过这个系统的专业技术人员都测量过D点的眼图，最终没能找出问题所在）。如果将测试系统改为图5，这时监视器2的图像和伴音基本觉察不到异常，说明MSW-A2000录像机可以将信号B正确的判决再生输出信号C，此时是否就可以“整个数字视频通道的眼图指标可由最后一级的设备决定”， 选择D点的眼图测量结果作为整个通道的指标来验收这个系统呢？我们认为不可取，因为信号B不合格导致抗干扰能力差，系统稳定性
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会变差，试验表明，只要在B点处插入3米乐庭牌RG-59/U视频电缆，这时监视器2的图像和伴音马上觉察到异常：图像有雪花和小黑点，伴音有小鞭炮似的啪啪声并且明显变调（这与图4的伴音有区别）。
以上试验表明，数字系统中每级（每个单元）的眼图指标应该符合规定指标，否则有可能会造成系统最终的视音频信号质量劣化，尽管我们看到的末级输出（图中的D点）眼图指标正常。咎其原因，眼图并非SDI信号的实时“原始”波形，是不同时段的波形混叠的结果，通道末级眼图波形指标合格不代表判决再生的信号已经复原，因而不能解调出我们最终真正有用的信号——信源，即调制信号，也就是原图像（视频）或音频信号。
值得一提的是，测试过程中视频信号劣化后没有出现人们常说的马赛克现象，而是出现类似模拟射频传输出现的小雪花和不易觉察到的小黑点，逐渐增加电缆长度，出现图像跳动（场不同步）直至黑场信号（死点）；音频信号除了有小鞭炮声的杂音外，还出现了意想不到的变调。由于受条件限制，没能作进一步的定量测试，尤其是对误码率指标进行测试，因而不能给出出现信号裂化时准确的误码率。
广西某局的这个有故障系统还给我们重大启示：一条小小的不合格电缆会导致系统不可用，“数字信号可判决再生”使我们的专业技术人员在处理故障时思路会误入歧途，把测试点设定在末级的D点，无法找到真正的问题所在，最终无法解决系统故障。
以上是我们在进行数字系统指标实测时的一点体会，仅供各位同行参考，如有不当，恳请各位专家指正。
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