Векторскоп: Принцип работы и применение в видеосигналах.

Введение

Векторскоп — это специальный тип осциллографа, используемый как в аудио-, так и в видеоприложениях. В то время как осциллограф или монитор формы сигнала обычно отображает график зависимости сигнала от времени, векторскоп отображает график двух сигналов в координатах X и Y, что позволяет выявить детали взаимосвязи между этими сигналами. Векторскопы очень похожи по принципу работы на осциллографы, работающие в режиме X-Y; однако векторскопы, используемые в видеоприложениях, имеют специализированные шкалы и принимают стандартные телевизионные или видеосигналы на вход (демодулируя и разделяя два компонента для последующего анализа внутри прибора).

Видео

В видеоприложениях векторскоп дополняет монитор развертки для измерения и тестирования телевизионных сигналов, независимо от формата (NTSC, PAL, SECAM или любого из множества стандартов цифрового телевидения). В то время как монитор развертки позволяет технику измерить общие характеристики видеосигнала, векторскоп используется для визуализации хроминантности, которая кодируется в видеосигнал как поднесущая определенной частоты. Векторскоп фиксируется исключительно на поднесущей хроминантности в видеосигнале (на 3,58 МГц для NTSC или на 4,43 МГц для PAL) для управления его дисплеем. В цифровых приложениях векторскоп вместо этого отображает каналы Cb и Cr друг относительно друга (это два канала в цифровых форматах, содержащие информацию о цвете). Векторскоп использует наложенное круговое опорное отображение или гратикулу для визуализации сигналов хроминантности, что является наилучшим способом представления схемы QAM, используемой для кодирования цвета в видеосигнал. Фактический визуальный рисунок, который входящий сигнал хроминантности создает на векторскопе, называется трассой. Хроминантность измеряется двумя способами: насыщенность цвета, кодируемая как амплитуда или усиление сигнала поднесущей, и цветовой тон, кодируемый как фаза поднесущей. Гратикула векторскопа приблизительно представляет насыщенность как расстояние от центра круга, а цветовой тон – как угол, в стандартном положении, вокруг него. Гратикула также содержит несколько элементов, соответствующих различным компонентам стандартного видеотестового сигнала цветных полос, включая рамки вокруг кругов для цветов в основных полосах и перпендикулярные линии, соответствующие компонентам U и V сигнала хроминантности (а также на векторскопе NTSC компонентам I и Q). Векторскопы NTSC имеют один набор рамок для цветных полос, в то время как их аналоги PAL имеют два набора рамок, поскольку компонент R-Y хроминантности в PAL меняет фазу на чередующихся строках. Другим элементом гратикулы является тонкая сетка в положении «девять часов», или U, используемая для измерения дифференциального усиления и фазы. Часто предоставляются два набора цветовых полос: один для цветных полос с амплитудой 75% и один для цветных полос с амплитудой 100%. Полосы 100% представляют собой максимальную амплитуду (композитного сигнала), допустимую композитным кодированием. Полосы 100% не подходят для вещания и не соответствуют требованиям безопасности вещания. Полосы 75% имеют пониженную амплитуду и безопасны для вещания. Некоторые модели векторскопов имеют только один набор цветовых полос. Векторскоп можно настроить на полосы 75% или 100%, регулируя усиление так, чтобы вектор цветового импульса достигал отметки «75%» или «100%» на гратикуле. Опорным сигналом, используемым для отображения векторскопа, является цветовой импульс, передаваемый перед каждой строкой видео, который для NTSC определяется фазой 180°, соответствующей положению «девять часов» на гратикуле. Фактический сигнал цветового импульса отображается на векторскопе как прямая линия, указывающая влево от центра гратикулы. В случае PAL фаза цветового импульса чередуется между 135° и 225°, в результате чего два вектора указывают на позиции «полтора десятых» и «полтора седьмых» на гратикуле соответственно. В цифровых (и компонентных аналоговых) векторскопах цветовой импульс отсутствует; следовательно, фазовые отношения между сигналом цветового импульса и поднесущей хроминантности просто не имеют значения. Векторскоп для SECAM использует демодулятор, аналогичный тому, который можно найти в приемнике SECAM, для извлечения сигналов цвета U и V, поскольку они передаются по одному за раз (Thomson 8300 Vecamscope). На старых векторскопах, использующих электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), гратикула часто представляла собой шелкографию, наложенную на переднюю поверхность экрана. Одним из заметных исключений была серия приборов Tektronix WFM601, представляющая собой комбинированные мониторы развертки и векторскопы, используемые для измерения телевизионных сигналов CCIR 601. Гратикула в режиме развертки этих приборов реализована с помощью шелкографии, в то время как гратикула векторскопа (состоящая только из цветовых полос, поскольку эта серия не поддерживала композитное видео) была нарисована на ЭЛТ электронным лучом. Современные приборы имеют гратикулы, нарисованные с использованием компьютерной графики, и как гратикула, так и трасса отображаются на внешнем VGA-мониторе или внутреннем VGA-совместимом ЖК-дисплее. Большинство современных мониторов развертки включают в себя встроенную функциональность векторскопа и часто позволяют отображать оба режима бок о бок. Комбинированное устройство обычно называют монитором развертки, а автономные векторскопы быстро устаревают.

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

В аудиоприложениях векторскоп используется для измерения разницы между каналами стереофонических аудиосигналов. Один стереоканал управляет горизонтальным отклонением на дисплее, а другой – вертикальным. Монофонический сигнал, состоящий из идентичных левого и правого сигналов, отображается в виде прямой линии с градиентом +1. Любое разделение каналов проявляется как отклонение от этой линии, формируя фигуру Лиссажу. Если на дисплее появляется прямая линия с градиентом −1, это указывает на то, что левый и правый каналы сдвинуты по фазе на 180°.