Векторлық осциллограф: Видео және аудио сигналдарын талдау құралы

Кіріспе

Векторскоп – аудио және бейне салаларында қолданылатын осциллоскоптың ерекше түрі. Оциллоскоп немесе толқын формасы мониторы сигналдың уақытқа қатысты графигін көрсетсе, векторскоп екі сигналдың X Y графигін көрсетеді, бұл осы екі сигнал арасындағы қатынастың егжей-тегжейін ашады. Векторскоптар X Y режимінде жұмыс істейтін осциллоскоптарға өте ұқсас; алайда, бейне қолдануларында қолданылатындары арнайы шкалалық торға ие және стандартты теледидар немесе бейне сигналдарын кіріс ретінде қабылдайды (ішкі талдау үшін екі компонентті демодуляциялап және демольтиплекстейді).

Видео

Видео қолданбаларында, форматқа қарамастан (NTSC, PAL, SECAM немесе кез келген санмен цифрлық теледидар стандарттары), теледидар сигналдарын өлшеу және тестілеу мақсатымен векторскоп толқын формасы мониторына қосымша қолданылады. Толқын формасы мониторы хабар таратушы техникке бейнесигналдың жалпы сипаттамаларын өлшеуге мүмкіндік берсе, векторскоп хроминансты визуализациялау үшін пайдаланылады, ол бейнесигналға белгілі бір жиіліктің субтасымалдаушысы ретінде енгізіледі. Векторскоп экранды басқару үшін бейнесигналдағы хроминанс субтасымалдауына (NTSC үшін 3,58 МГц немесе PAL үшін 4,43 МГц) ғана бекітіледі. Цифрлық қолданбаларда векторскоп Cb және Cr арналарын бір-біріне қарсы кестелейді (бұл хрома ақпаратын қамтитын цифрлық форматтардағы екі арна). Векторскоп хроминанс сигналдарын визуализациялау үшін жабылатын дөңгелек сілтеме дисплейін немесе гратикуланы пайдаланады, бұл бейнесигналға түсті кодтау үшін қолданылатын QAM схемасына сілтеме жасаудың ең жақсы тәсілі болып табылады. Векторскопқа келіп түсетін хроминанс сигналының нақты визуалды үлгісі із деп аталады. Хроминанс екі әдіспен өлшенеді: түс қанықтығы, субтасымалдау сигналының амплитудасы немесе күшейту ретінде кодталған, және түс, субтасымалдау фазасы ретінде кодталған. Векторскоптың гратикулы қанықтықты шамамен шеңбердің ортасынан қашықтық ретінде, ал түсті оның айналасындағы стандартты жағдайда бұрыш ретінде көрсетеді. Гратикула сонымен қатар стандартты түсті жолақтардағы бейне сынақ сигналының әртүрлі компоненттеріне сәйкес келетін бірнеше элементтермен, соның ішінде негізгі жолақтардағы түстер үшін шеңберлердің айналасындағы қораптармен және хроминанс сигналының U және V компоненттеріне сәйкес келетін перпендикуляр сызықтармен (және қосымша NTSC векторскоптарында I және Q компоненттері) безендірілген. NTSC векторскоптарында түсті жолақтарға арналған қораптардың бір жиынтығы бар, ал PAL векторскоптарында екі жиынтығы бар, өйткені PAL-дағы R Y хроминанс компоненті кезекті жолдарда фазада кері айналады. Гратикуладағы тағы бір элемент - дифференциалдық күшейту және фазаны өлшеу үшін қолданылатын сағат тоғызыншысындағы немесе U позициясындағы ұсақ тор. Көбінесе екі жиынтық жолақтар ұсынылады: бірі 75% амплитудадағы түсті жолақтар үшін, екіншісі 100% амплитудадағы түсті жолақтар үшін. 100% жолақтар композиттік кодтау мүмкіндік беретін (құрастырылған сигналдың) ең жоғары амплитудасын білдіреді. 100% жолақтар хабар тарату үшін жарамсыз және қауіпсіз емес. 75% жолақтар төмендетілген амплитудаға ие және хабар таратуға қауіпсіз. Кейбір векторскоп модельдерінде тек бір жиынтық жолақтар бар. Векторскопты 75% немесе 100% жолақтарға орнату үшін күшейтуді реттеуге болады, сонда түс жарылысы векторы гратикуладағы "75%" немесе "100%" белгісіне дейін созылады. Векторскоптың дисплейі үшін қолданылатын эталондық сигнал - бұл әрбір бейнежолдың алдында берілетін түс жарылысы, ол NTSC үшін 180° фазасы бар деп анықталады, бұл гратикуладағы сағат тоғызыншысы позициясына сәйкес келеді. Түс жарылысы сигналы векторскопта тордың ортасынан солға қарай бағытталған түзу сызық түрінде көрінеді. PAL жағдайында түс жарылысы фазасы 135° мен 225° арасында ауысып тұрады, нәтижесінде екі вектор сәйкесінше, он жарым және жеті жарым позицияларына бағытталады. Цифрлық (және компоненттік аналогты) векторскоптарда түс жарылысы болмайды; сондықтан түс жарылысы сигналы мен хрома субтасымалдауы арасындағы фазалық қатынас мәселе емес. SECAM үшін векторскоп U және V түсті сигналдарды алу үшін SECAM қабылдағышында кездесетінге ұқсас демодуляторды қолданады, өйткені олар бірден жіберіледі (Thomson 8300 Vecamscope). Катодты сәулелі түтіктерді (CRT) пайдаланатын ескі векторскоптарда гратикула көбінесе экранның алдыңғы бетіне қойылып, жібек экранмен қапталған қаптама болды. Бір ерекшелік - Tektronix WFM601 сериялы құралдар, олар CCIR 601 теледидар сигналдарын өлшеу үшін қолданылатын толқын формасы мониторлары мен векторскоптар. Бұл құралдардың толқындық режимдегі гратикулы жібек экранмен жүзеге асырылады, ал векторлық гратикуласы (тек жолақтардан тұрады, өйткені бұл отбасы композиттік бейнеге қолдау көрсетпеді) CRT-ге электронды сәулемен салынды. Қазіргі заманғы құралдарда компьютерлік графика арқылы салынған гратикулалар бар, ал гратикула мен із сыртқы VGA мониторында немесе ішкі VGA үйлесімді LCD дисплейде көрсетіледі. Көптеген қазіргі заманғы толқын формасы мониторлары векторлық функционалдықты қамтиды; және көптеген ...

In video applications, a vectorscope supplements a waveform monitor for the purpose of measuring and testing television signals, regardless of format (NTSC, PAL, SECAM or any number of digital television standards). While a waveform monitor allows a broadcast technician to measure the overall characteristics of a video signal, a vectorscope is used to visualize chrominance, which is encoded into the video signal as a subcarrier of specific frequency. The vectorscope locks exclusively to the chrominance subcarrier in the video signal (at 3.58 MHz for NTSC, or at 4.43 MHz for PAL) to drive its display. In digital applications, a vectorscope instead plots the Cb and Cr channels against each other (these are the two channels in digital formats which contain chroma information). A vectorscope uses an overlaid circular reference display, or graticule, for visualizing chrominance signals, which is the best method of referring to the QAM scheme used to encode color into a video signal. The actual visual pattern that the incoming chrominance signal draws on the vectorscope is called the trace. Chrominance is measured using two methods—color saturation, encoded as the amplitude, or gain, of the subcarrier signal, and hue, encoded as the subcarrier's phase. The vectorscope's graticule roughly represents saturation as distance from the center of the circle, and hue as the angle, in standard position, around it. The graticule is also embellished with several elements corresponding to the various components of the standard color bars video test signal, including boxes around the circles for the colors in the main bars, and perpendicular lines corresponding to the U and V components of the chrominance signal (and additionally on an NTSC vectorscope, the I and Q components). NTSC vectorscopes have one set of boxes for the color bars, while their PAL counterparts have two sets of boxes, because the R Y chrominance component in PAL reverses in phase on alternating lines. Another element in the graticule is a fine grid at the nine o'clock, or U position, used for measuring differential gain and phase. Often two sets of bar targets are provided: one for color bars at 75% amplitude and one for color bars at 100% amplitude. The 100% bars represent the maximum amplitude (of the composite signal) that composite encoding allows for. 100% bars are not suitable for broadcast and are not broadcast safe. 75% bars have reduced amplitude and are broadcast safe. Some vectorscope models have only one set of bar targets. The vectorscope can be set up for 75% or 100% bars by adjusting the gain so that the color burst vector extends to the "75%" or "100%" marking on the graticule. The reference signal used for the vectorscope's display is the color burst that is transmitted before each line of video, which for NTSC is defined to have a phase of 180°, corresponding to the nine o'clock position on the graticule. The actual color burst signal shows up on the vectorscope as a straight line pointing to the left from the center of the graticule. In the case of PAL, the color burst phase alternates between 135° and 225°, resulting in two vectors pointing in the half past ten and half past seven positions on the graticule, respectively. In digital (and component analog) vectorscopes, colorburst doesn't exist; hence the phase relationship between the colorburst signal and the chroma subcarrier is simply not an issue. A vectorscope for SECAM uses a demodulator similar to the one found in a SECAM receiver to retrieve the U and V colour signals since they are transmitted one at a time (Thomson 8300 Vecamscope). On older vectorscopes that use cathode ray tubes (CRTs), the graticule was often a silk screened overlay superimposed over the front surface of the screen. One notable exception was the Tektronix WFM601 series of instruments, which are combined waveform monitors and vectorscopes used to measure CCIR 601 television signals. The waveform mode graticule of these instruments is implemented with a silkscreen, whereas the vectorscope graticule (consisting only of bar targets, as this family did not support composite video) was drawn on the CRT by the electron beam. Modern instruments have graticules drawn using computer graphics, and both graticule and trace are rendered on an external VGA monitor or an internal VGA compatible LCD display. Most modern waveform monitors include vectorscope functionality built in; and many allow the two modes to be displayed side by side. The combined device is typically referred to as a waveform monitor, and standalone vectorscopes are rapidly becoming obsolete.

Аудио

Аудио қолданбаларында векторскоп стерео аудио сигналдарының арналары арасындағы айырманы өлшеу үшін қолданылады. Бір стерео арна дисплейдің көлденең бағытын, ал екіншісі тік бағытын басқарады. Сол және оң арналары бірдей сигналдан тұратын моноауралды сигнал +1 бұрышпен тік сызық түрінде көрінеді. Кез келген стерео ажыратым осы сызықтан ауытқу ретінде байқалады, нәтижесінде Лиссажу фигурасы пайда болады. Егер -1 бұрышпен тік сызық пайда болса, бұл сол және оң арналардың 180° фазалық айырмасы бар екенін көрсетеді.