刚离开工作了10年的P公司,有很多的感慨和不舍.新公司对我来说是全新的行业,全新的挑战.有很多技术方面的经验估计在新公司和以后估计不太会用到了,忽然很想记录下来.毕竟是曾经花过精力去学习阅读的.P公司是OEM公司,不能透露项目的信息,写写一些技术方面的感悟吧.

在大学学的是机械自动化,怎么也想不到会进入通信行业.还是很感谢当时I老大,给了我这个机会. 刚进公司时开始做了3年多硬件测试 ,接下来做了一小段时间的硬件设计,再后来就是一直转做射频测试和设计了.10年时间真的是一晃而过,还记得刚进公司是team才几个人,尽管当时很辛苦, 但觉得氛围会比现在30多人的大team更好一些.

在P公司的10年觉得过得很充实的,学到了很多的东西,接下来就记录一些技术方面的感悟.我也很讨厌那么复杂的数学公式, 写的东西很少数学推导.

~ 不定期更新~~

•         模拟视频 –最早接触的东西

这里讲的视频测试是指的模拟视频输出,就是3色线接口的那种(下图这种).当然你们有时会看到市面上还有色差端子,其实原理和**端子是差不多的.

随着这几年数字无线接口(HDMI,DP,11ad等等)的崛起,估计过几年就快看不到了吧ORZ.趁着还记得一些,赶快记录下这快被淘汰的技术~

其实在模拟视频输出里面的很多设计理念都是目前还在使用的技术(比如QAM技术).

我只记录大的理念,具体细节拓展内容太多,并且可能会涉及到公司的雷区就不写了.

这里推荐一本书” Video Demystified”我们老板推荐我的,很不错的一本书~~

 

介绍视频输出结构前,先看一下我们是视频信号的来源.

参考下图

•         摄像机会把拍到的画面(准确来说是扫描的每个像素点)进行分光处理,还原出三原色;

•         把这三原色信号转化为电信号(光强度对应电压大小)

•         然后开始复杂的数学计算,变为Y(黑白) Pb Pr信号(目的是为了节约频谱,可以少约一半频谱占用率, 具体原理网上很多,可以去搜下)

•         接下来就是通过调制方式把Y Pb Pr信号放在一根线上去传,下面会做详细介绍.

•         题外话, 如果把Y Pb Pr信号进行高速采样量化存储的话,就会得到是数字视频信息,当然这个数字信息的量是惊人的(可以想象下,一副画面是X个像素点组成的,每个像素点的量化精度是8或者12, 每秒钟Y副画面,自行脑补吧~~),肯定没办法传啊.于是就有MPEG协会,他们就在研究如何进行视频数据压缩算法,还尽可能少影响图像.

                                                                           NSTC(美规)

 

接着上一节,我们产生了Y RY BY三组信号,那么它们又是如何放在一根线上传的呢?

•         摄像机的扫描图像方式是水平扫描的(我没见过垂直扫的,可能也有吧)

•         扫一行的话,就会产生n个Y RY BY像素点组成的3组波形(n决定于摄像机的解析度)和一个同步信号(通知一行结束了,需要返回)

•         这三组波形信号会做如下处理:

 

-- Y信号不需要做任何处理,直接放在线上传就可以了

-- RY BY信号需要做QAM调变(就是一个*sinx 另一个*cosx),再相加,产生一组新的信号,我们叫它c信号(色度信号)

PS:QAM调变-- 这里用幅值和相位去表示各种颜色(模拟信号)其实目前数字调变也用的很多, 就是用幅值和相位去表示各组数字信号,这里),原因是sinx*siny+cosx*cosy=cos(x+y),没有残余的频谱信号,但解调会比较困难,但现在技术已经很先进了~~

-产生C信号用的QAM调变的频率(sinx的频率)也不能随便选的, 因为要和Y信号放在一起,要尽可能对Y信号产生较少影响  --下面这段看看就好了

举NTSC(美规) 525/60为例:

525/60:没副画面由525条line组成, 每秒刷新60副画面(因为是隔行扫描,所以其实只有30副画面)

-那么信号的行频=525*30=15750MHz  -这个在频谱上占很大比重(包含它的谐波);

-研究还发现人眼对高频的亮度信号不那么敏感;

所以会把C信号的频率放在Y信号高频处,并且要放在行频的1/2倍处—尽可能减少行频的谐波信号对其影响,NTSC选用的频率=455*15750/2=3.58MHz

 

•         综上所述,你们在示波器上和频谱看到的视频信号的一行画面产生的波形如下:

需要补充的是在水平同步信号后,还有一段色同步信号,这个是用来还原C信号的,因为QAM调变对相位的要求正交性都要求很高,

•         接下来要讲的是传统电视机的显示方式:

电视机的扫描方式是一行一行扫下去的, 因为人眼有视觉暂留效果,所以看到的是一副完整的画面,扫描方式可以是逐行扫,也可以隔行扫.

所以如果把示波器时间拉长的话,还会看到如下波形—垂直同步信号和消隐区间

垂直同步信号:用来告知一幅画面已经结束了,回到远点扫下一幅画面.

消隐区间:开头没有画面的几行,可能是供电子枪返回.有时会在其上面放一些数字信息 比如teltext(节目表之类的)

上面讲的美规模拟视频输出(NTSC)原理, 欧规和我国(PAL)的大致上差不多,主要是分辨率和刷新速度有差(525/60 VS 625/50),还有就是用了PAL(逐行倒相技术).

简单介绍下逐行倒相技术:

NTSC: RY BY信号的调制相位是固定的—如RY*sinx   BY*cosx

PAL: RY BY信号的调制相位是一直在变的 :

第一行: RY*sinx   BY*cosx

第二行: RY*cosx  BY*sinx

目的是为了消除色调的失真,原理这里有份文档,可以参考下~~

PAL Modulation.doc

 

上面主要讲了视频信号的原理,接下来是测试相关.

我们把Y RY BY三组信号放在一起传,理论上是可行的.但实际总归会产生一些互相干扰,特别是QAM调变正交性不好,特别容易产生颜色失真现象.还有就是实际设计的系统中,也会有各种噪声和非线性因素的存在,会对最终的图像有影响.

所以要通过测试后,才能确定产品的输出图像是能看的,能应对各种各样的画面情况.

模拟视频输出测试主要分3大项,3大项里面又分好多小项.这边只会写大概介绍下3大项:

a. 非线性失真:主要指谐波失真.还有Y C信号互相干扰,

b. 线性失真:类似于色散,系统对各个频率分量的幅度和相位的响应有差,就会产生失真.和非线性不同的是它不会和谐波相关;

c.  噪声:系统设计本身的噪声(比如热噪声等等)

具体里面小项内容太多,并且实际测试时看下基本就会了,就不做介绍了.

下面要介绍的是测试时用的一组测试信号2T Pulse,因为这个印象较深 ,一定要记录下~~

在此之前,需要补充个之前漏掉的概念.就是一般模拟视频传输所占用的带宽是6MHz.

图像频谱的概念是什么:是指的亮度的信号变化速度,通俗的理解-你从黑信号(最暗也就是电平最低)变为白信号(最亮也就是电平最高)的最快时间.变化所需的时间越短,占用的频宽也就越大.最极端的例子,你的黑信号能一瞬间变为白信号,然后再一下子变回黑信号(现实图像可以想象白色底画面中夹杂着一个非常细的黑线).这样在波形类似为冲击函数,理论频谱是占用全频段的才能复现画面.但这在实际是不可能实现的,因为传输线也会有带宽限制等等,约定的视频带宽为6M.所以这根很细的黑线在播放时有个渐变色过程而不会瞬间黑白变化.当然这个过程也是很快的,你的眼睛不一定能察觉到ORZ.

接下来回到正题:2T Pulse:

首先,2T Pulse的数学表达式如下,所以完整的名字是2T正弦平方脉冲

时域和频率对应的图形分别如上:

可以看到正弦脉冲的半波宽度τ和截止频率fc之间的关系τ=1/fc.

我们一般用T参量来定义正弦平方脉冲,对于视频信号而言T=1/(2*fc),即视频频带截止频率倒数的一半.因为这是根据采样定理来定义的,采样频率必须>2倍的视频频率.

如果直接用1T信号来测的话,实际截止频率=12MHz,半幅宽度=83.33ns,会带来一些带外的噪声和其他干扰.

所以在实际用的时候,使用2T的信号来测试的,其截止频率=6MHz,半幅宽度=166.66ns(就是黑电平变为白电平至少需要166.66ns),这样的话测试信号覆盖了整个频段,对测试高频部分失真(颜色瞬时变化很大)也很容易看出来.

 

在整个视频测试过程中,其实就是用了各种各样的测试信号去测性能.这些测试信号都是有数学理论依据,如上面所举的例子.

视频部分就记录到这里,接下来会讲音频,DC2DC,高速信号部分,这些都只会点到为止,毕竟时间有点长了,只写还记得的比较经典的部分~~

在P公司,觉得收获最大,花了最多的时间的还是在RF部分,这部分会更详细一些