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传输通道指标-微分增益检测

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发布时间：2025-06-02 17:47:03 更新时间：2025-06-01 17:47:03

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

传输通道指标-微分增益检测

在视频信号传输与处理领域，尤其是在广播、专业制作以及高质量的视频分发链路中，确保信号的保真度至关重要。传输通道的指标检测是评估信号在通过电缆、放大器、矩阵切换器、光纤传输系统或其他处理设备后质量变化的科学方法。其中，微分增益是一个极其关键的参数。它衡量的是视频信号中色度分量（通常指彩色副载波的幅度）随亮度分量（图像的平均电平或亮度电平）变化而发生的非期望性变化。通俗地说，它反映了色彩饱和度（颜色的鲜艳程度）在不同亮度区域（例如从暗部到亮部）是否保持一致。理想的传输通道应保持微分增益为零或极小值，意味着无论图像内容是暗场景还是亮场景，其中的色彩都能保持其应有的饱和度，不会出现如人脸在阴影处发青或在亮处过饱和等失真现象。微分增益超标会严重影响图像的色彩还原质量，是评估传输系统线性度和对彩色信号处理能力的重要标尺。

检测项目

微分增益检测的核心项目就是精确测量视频信号在通过被测传输通道前后，色度增益相对于亮度电平变化的偏移量。具体来说：

测量对象：视频测试信号（包含特定亮度斜坡和叠加的色度副载波）在被测通道输入和输出端的特性。
关键参数：
- 微分增益值 (DG)：通常以百分比 (%) 表示，计算为色度副载波幅度最大变化量相对于参考幅度（通常取黑电平或特定亮度电平处的幅度）的百分比。公式大致为：DG(%) = [(Max Chroma Amp - Min Chroma Amp) / Reference Chroma Amp] * 100。
- DG 曲线：更全面的评估是观察色度副载波幅度随亮度电平变化的曲线图，分析其在整个亮度范围内的变化趋势和最大偏差点。

检测仪器

进行微分增益检测需要专业、高精度的视频测试仪器：

视频信号发生器 (Video Signal Generator)：产生标准的微分增益测试信号。最常用的信号是包含阶梯波亮度分量（通常5级或10级）叠加恒定幅度彩色副载波（如4.43MHz PAL或3.58MHz NTSC）的信号，例如“带副载波的五阶梯波信号”或专用的“T-Pulse”信号。信号发生器需要具备极高的稳定性和纯净度。
波形监视器 (Waveform Monitor, WFM) 或矢量示波器 (Vectorscope)：
- 波形监视器 (WFM)：设置为“带通滤波”模式或专门的“微分增益/微分相位”测量模式。它可以直接显示经过通道传输后的测试信号波形，通过测量叠加在各级阶梯波上的副载波包络峰峰值 (Vpp) 的变化来计算DG。现代WFM通常具有自动测量和显示DG数值的功能。
- 矢量示波器 (VS)：虽然主要用于测量色度相位（微分相位DP），但通过特定的设置或利用其选通测量功能，也可以用来评估副载波幅度的变化。它更直观地显示色度矢量的长度（代表幅度）随亮度电平的变化。
视频分析仪 (Video Analyzer)：集成了信号发生器、波形监视器、矢量示波器等功能的综合性高端仪器。它通常提供最完善、最自动化的测试流程，能一键完成包括DG在内的全套视频参数测量，并直接给出数值报告和图形化结果。

连接时，信号源输出测试信号到被测通道的输入端，仪器的测量端（WFM/VS/Analyzer的输入端）连接到被测通道的输出端。

检测方法

标准的微分增益检测流程如下：

系统设置：确保被测传输通道处于正常工作状态（如已加电、设置正确的工作模式/增益）。校准测量仪器（如探头补偿、时基、幅度基准）。
信号选择：在信号发生器或视频分析仪上选择标准的“微分增益测试信号”（如带副载波的阶梯波信号）。确保该信号格式（分辨率、帧率、扫描方式、彩色制式）与被测通道兼容。
基准测量 (可选但推荐)：将信号发生器输出直接连接到波形监视器/视频分析仪（不经过被测通道），测量并记录原始测试信号中叠加的副载波在各亮度阶梯上的幅度值（Vpp）或获取其参考曲线。确认信号源本身符合标准要求（DG应极小）。
接入被测通道：将测试信号送入被测通道输入端，在输出端连接波形监视器/视频分析仪的测量输入端。
观测与测量：
- 使用波形监视器 (WFM)：
  1. 将WFM设置为“带通滤波”模式或“DG/DP”测量模式。滤波器中心频率设置为彩色副载波频率（如4.43MHz）。
  2. 调整WFM的时基和幅度标度，使带通滤波后的副载波包络清晰显示在阶梯波的不同亮度电平上。
  3. 手动测量（用游标）或利用自动测量功能，读取叠加在每一级亮度阶梯上的副载波包络峰峰值 (Vpp)。
  4. 识别出所有阶梯电平中副载波Vpp的最大值 (Vmax) 和最小值 (Vmin)。
  5. 计算基准幅度 (Vref)。通常Vref取黑电平（第一阶梯）或中间亮度电平（如第三阶梯）处的副载波Vpp，这需根据具体标准定义执行。
  6. 按公式计算DG：DG(%) = [(Vmax - Vmin) / Vref] * 100。现代WFM通常会自动完成此计算并显示结果。
- 使用矢量示波器 (VS)：
  1. 将VS设置为选通模式（Gated Mode），并设定选通门对应于测试信号的不同亮度阶梯。
  2. 观察对应于每个亮度阶梯的色度矢量点（或轨迹）。
  3. 测量各点距离圆心（基准色度矢量位置）的径向距离变化（即矢量长度变化），该变化直接反映色度幅度变化。
  4. 计算最大径向偏差相对于基准长度的百分比，即为近似DG值（注意此方法可能受相位误差影响，不如WFM直接精确）。
- 使用视频分析仪：通常只需选择合适的DG测试项，仪器会自动发送测试信号、捕捉输出信号、分析并直接显示DG数值和/或变化曲线图。
结果记录：记录被测通道的微分增益测量值 (DG%)。对于更深入的分析，可记录DG曲线图或各阶梯的幅度值。
判断：将测量结果与相关标准（见下文）规定的容限进行对比，判断是否合格。

检测标准

微分增益的合格标准取决于具体的应用场景、传输格式以及所遵循的行业规范或合同要求。以下是一些常见的参考标准及典型容限：

国际/国家广播标准：
- SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers)：如 SMPTE RP 167 (针对模拟分量视频)，通常要求 DG ≤ 1% 或更低（尤其是对于高质量演播室环境）。更新的数字串行接口标准（如 SMPTE ST 292-1 用于 HD-SDI）虽然主要针对数字参数，但模拟分量接口的质量要求常参考此。
- ITU-R (International Telecommunication Union - Radiocommunication Sector)：如 ITU-R BT.601 (数字演播室标准) 及其相关建议书，对模拟接口的模拟参数（包括DG）有要求。
- 国家标准 (如中国)：广播电影电视行业标准如 GY/T 152-2000《电视中心制作系统运行维护规程》或更新的相关标准，通常会规定演播室、总控、传输通道等不同环节的DG容限，常见要求为 ≤ 2% 或 ≤ 3% (具体数值需查阅最新有效标准)。