引言
不管是调试视频装置还是设计一个新机顶盒，进行视频测量都是一个主要挑战。视频波形非常复杂，经常把表示视频图像的信号与显示图像所需的定时信息组合在一起。视频信号可以采用各种不同的标准和格式，每种标准和格式都有自己的特点。某些视频测量要求专用仪器，如泰克业界标准波形监测仪、视频测量仪表和矢量显示器。也可以使用通用示波器进行许多常见的测量，只要该仪器拥有适当的采集和测量功能即可。
在本应用指南中，我们将考察关键视频测量问题，说明它们与不同类型的示波器的关系。我们还将演示怎样使用泰克4000系列数字荧光示波器进行常见的视频测量。
基本视频标准和格式
有许多不同的视频标准和格式。某些系统如NTSC、PAL和SECAM，已经使用了几十年，通常称为“标清”电视。比较新的系统如高清电视(HDTV)则通过提高图像内部的行数和像素数量，提供了更高的清晰度。视频信号的来源很多，包括摄像机、扫描仪和图像终端。传输时在RF载波上没有调制的信号称为基带视频信号，包括模拟陆地系统或电缆传输系统中使用的大多数视频信号。一般来说，基带视频信号在开始时是三种分量模拟或数字信号，代表着三原色，即红色、绿色和蓝色(RGB)三种分量。这些信号通常会经过多次转换，然后才到达电视监视器。
图1 标清视频系统的典型方框图
图1是典型的视频系统方框图。不管系统是标清还是高清，其中的步骤类似。注意，在来源和目的地之间，视频信号会多次变换格式。为设计和调试这些系统，测试设备必须能够考察每种格式的信号。
转换
第一次格式变化发生在第一步，即转换。为更容易处理，原始的RGB信号通常会转换成三个分量信号：Luma信号或Y以及从Y导出的两个色差信号，通常是B-Y和R-Y。
根据使用的标准或格式，可以改变色差信号。例如，对SMPTE模拟分量系统，它们可以改变标度，变成Pb和Pr。在NTSC合成系统中，色差信号的标度变成I和Q。对PAL系统，它们变成U和V，依此类推。一旦转换之后，可以分配三个分量信号进行处理。
处理
在我们旋转电视监视器上的控制按钮时，我们只能改变图像的显示方式。在视频信号中，可以编辑、混合或改动视频信号，准备进行传输和查看。可以组合视频分量信号，形成一个合成视频信号(如在NTSC、PAL或SECAM系统中)。它们可以保持独立的不同分量信号(如在RGB图像和HDTV系统中)。它们可以分成不同的流明和色度信号(如在Y/C系统中，如S-VHS或Hi-8)。它们甚至可向上变换成HDTV信号。
合成视频
合成视频信号是传统广播和有线电视应用中最常见的信号，之所以称为“合成”信号，是因为它们包含组合成一个信号的多个信号分量。在北美和日本，NTSC标准定义了Luma(黑色和白色信息)、色度(色彩信息)和同步(定时信息)编码成合成视频信号的方式。在大多数其他国家中，PAL和SECAM标准提供了同样的功能。这些标准中在一对色彩副载波上调制色度信号。然后调制的色度信号增加到流明信号中，构成视频信号的活动部分。最后增加同步信息。尽管很复杂，但这种合成信号可以在一条同轴电缆上传送，这是一种优势。
分量视频
然而，电视演播室会首选分量视频信号，这些信号生成、记录和处理起来比较简单，可以在信号上结合应用切换、混合、特效、色彩校正、降低噪声和其他功能。与合成视频一样，由于没有编码/解码过程，分量视频系统和设备更容易保持信号完整性，可以实现更高的图像质量。分量视频的缺点是必须在不同电缆上传送信号，限制了信号传送的距离，要求认真匹配信号路径。
Y/C视频
Y/C视频是S-VHS和Betacam系统中使用的折中解决方案。Y/C是一种分量格式，它在一对色彩副载波上调制色度信号，但色度信号会与流明信号分开。这最大限度地减少了合成系统的流量/色度影响，同时简化了分量系统的频道间定时问题。可以在一条专用电缆上传送Y/C信号。
高清电视
基带信号可以处理成(甚至最初就是)高清电视信号。很明显，上变频的标清信号的质量和清晰度不如基本高清信号。我们将在后面更详细地介绍HDTV。
显示
在传输之后，显示步骤的目标是准确地复现处理的图像。在合成系统中，信号必须解码成分量形式，然后转换成RGB格式，以便在监视器上进行显示。分量视频信号所需的处理较少，因为它们可以直接转换成RGB信号进行显示。
视频同步
为复现图像，需要在水平方向和垂直方向同时扫描摄像机和视频显示器(参见图2a)。在隔行扫描系统中，可以交替扫描屏幕上的各个水平行，先扫描奇数行，然后扫描偶数行；在逐行扫描系统中，可以顺序扫描各行。
图2 模拟合成基带中的同步信号
摄像机和显示器必须同步，以便同时扫描图像的同一部分。这种同步由水平同步脉冲处理，这是基带视频信号的一部分。水平同步脉冲开始水平扫描，在水平消隐间隔中，光束返回屏幕的左侧，等待水平同步脉冲，然后扫描另一行。这称为“水平回扫”(参见图2b)。
在波束到达屏幕底部时，它必须返回顶部，开始下一个场或帧，这称为“垂直回扫”，其使用垂直同步脉冲传送信号(参见图2c)。垂直回扫所用的时间要比水平回扫长，因此采用更长的同步间隔，即“垂直消隐间隔”。在水平或垂直消隐间隔中，在视频屏幕上不写入任何信息。
每种视频标准都规定了一系列同步信号，控制着视频信号的显示方式。PAL信号每秒25次显示一个视频帧，一个帧中包含625个视频行。NTSC信号每秒30次显示一个视频帧，一个帧中只包含525个视频行。某些高清计算机监视器以每秒72次的帧速率显示1000多行。分量信号也需要定时信号，同步通常与其中一个分量相结合(如绿色频道)。
高清电视
上面我们一直重点介绍典型的标清系统，如NTSC和PAL。通过在图像内部提高行数和像素数，高清电视提供了更高的清晰度。有许多HDTV标准，标准的名称反映了各自的特点。其中，第一部分指明信号中存在的活动
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HDTV同步
标清信号采用双电平同步信号，允许电路锁定电视信号的行和场速率。图3a显示了NTSC基带视频信号的水平消隐部分及其双电平水平同步脉冲。
图3a NTSC基带视频波形的水平消隐部分
图3b HDTV基带视频波形，显示三电平同步脉冲
但是HDTV使用三电平同步信号，如图3b所示。脉冲中包含三个电平：-300mv、0mv和+300mv，定时间隔取决于相应HDTV格式的时钟速率。4000系列的定时和电压光标可以简便地测量这些参数。
测试设置要求
在考察怎样测量视频信号之前，我们先考察一下可以怎样最好地使用测量工具，有效测试各种应用。
选择适当的示波器
示波器是通用的测试仪器，它们使用两个维度表示信号，允许我们在时域中“查看”波形。并不是所有示波器都是一样的，但是，某些示波器更适合视频应用。
模拟示波器还是数字存储示波器
过去，设计人员和工程师只能选择两种示波器：模拟实时示波器和数字存储示波器(DSO)。由于每种示波器都有自己的优点，因此许多用户会尽量同时拥有两种示波器。模拟示波器捕获速率快，提供了辉度等级显示，为波形提供了实时“统计”维度。变化的亮度清楚地显示信号不同部分的发生频率。资深用户可以迅速检定信号质量，确定异常事件，在调节系统时获得实时反馈。
数字存储示波器有自己的优点。DSO提供了自动测量、完善的触发、波形存储和硬拷贝功能，而这些功能都是模拟仪器所不具备的。但是，DSO也有缺点。DSO依赖信号处理结构，在信号采集过程的每一步中都要求微处理器干预(参见图4)。DSO捕获速率太慢，不能准确地绘制复杂的视频信号，它们缺少调试必需的辉度等级信息。
