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1 Standard & High Definition Digital Basic & Measurement 한국텍트로닉스 Tel) ( 대표 ) 기술지원담당 : 신화철

2 Digital Baseband Signal

3 방송계통도 HD/SD ENCODER M U X 연주소 ( 여의도 ) 디지털 Tx Rx HPA 변조기 송신소 ( 관악산, 남산 )

4 Standard Definition 비디오포맷 R G B M a t r i x B-Y R-Y Y Composite Encoder Analog Composite Video (PAL/NTSC) A to D Conv 10 Bits Parallel Parallel Digital Composite PAL=17.7MHz NTSC=14.3MHz Serializer Serial Digital Composite 143Mb/sec (NTSC) 177Mb/sec (PAL) Component Analog Video (RGB) Color Difference Component Analog Video (Y, B-Y, R-Y) 4Fsc (PAL=17.7MHz) (NTSC=14.3MHz) Clock X10 MPEG2 Protocol Program Stream DVD Digital Versatile (Video) Disk B-Y R-Y Y 6.75MHz Sample Rate for B-Y and R-Y A to D Conv A to D Conv A to D Conv 13.5MHz Sample Rate for Y Audio Data MPEG2 Program Encoder MPEG2 Protocol Transport Stream Transmission Channel Tx Multiplexed 27MB/sec B-Y/Y/R-Y/Y/B-Y/Y 10 Bits Parallel 270MHz Serializer ITU-R BT Serial Digital Component 270Mb/sec Picture Quality Analysis MPEG2 Protocol Analysis Transmission Channel Analysis SDH, ATM, SONET or Modulated RF Signals. ITU-R BT Parallel Digital Component 27MB/sec ITU-R BT Serial Digital Component 270Mb/sec Analog Composite Video (PAL/NTSC) Data MPEG2 Program Decoder MPEG2 Protocol Transport Stream Transmission Channel Rx

5 HDTV 프로덕션포맷 C a m e r a R G B M a t r i x Y R-Y B-Y MHz Sample A to D Conv A to D Conv A to D Conv MHz Sample Mwords/Sec... Y / Y bits Parallel Multiplexed Mwords/Sec... R-Y / B-Y GHz clock Serializer AES/EBU Digital Audio Serial Digital Gb/Sec B-Y R-Y Y A to D Conv A to D Conv A to D Conv Compress Packetize Compressed HDTV Mb/s SDTI

6 Component Video -3 개의별도비디오채널 - 휘도신호와색차신호로변환

7 A/D Converter 구현 A/D Converter Analog Signal Low Pass Filter No. of Bits Representing Amplitude at Sampling Point Sampling Frequency (at least 2x Bandwidth of analog signal to meet Nyquist Theorem)

8 Analog to Digital Conversion < Sampling 주파수 > MHz : Component - 4 X Fsc : Composite MHz : HDTV Standard Definition Clock 27MHz High Definition Clock MHz even rates (148.5/1.001) = MHz odd rates

9 양자화 - Component Luminance < 양자화레벨 > - 8 bit : bit : 1024

10 Y, B-Y, R-Y Color Bars +714 mv (700 mv) 0 mv WHT YEL CYN GRN MGT RED BLU BLK CHANNEL 1 Y* (Y) -286 mv (-300 mv) Y - Luminance B-Y (U) R-Y (V) +636 mv (+620 mv) 0 mv -636 mv (-620 mv) CHANNEL 2 B-Y* (U) +500 mv (+490 mv) 0 mv -500 mv (-490 mv) CHANNEL 3 R-Y* (V) * Derived from 714 mv RGB signals (Derived from 700 mv RGB signals- PAL ref burst values not shown)

11 휘도신호양자화 (10 bit) Excluded mv 3FF Peak mv 3AC Excluded - ILLEGAL { VOLTAGE mv mv (107 IRE) Not Recommended WARNING Peak mv Black 0 mv Excluded -51.1mV

12 Luminance sampling, 10 bit words Excluded 766.3mv 3FF 3FC Peak White 700.0mv 3AC Black Excluded 0.0mv mv samples / active line 877 quantization levels for active video Black at level 64, peak white at level 940

13 색차신호 Cb 양자화 (10 bit) Excluded mv 3FF Max Positive mv 3C Black 0.0 mv Max Negative mv Excluded mv

14 색차신호 Cr 양자화 (10 bit) Excluded mv 3FF Max Positive mv 3C Black 0.0 mv Max Negative mv Excluded mv

15 6.75 MHz color difference sampling Excluded Max. Pos mv 3FF FC mv 3C0 960 Zero 0.0mv Max. Neg. Excluded mv mv samples / active line 897 quantization levels for active video Zero mv signal at level 512

16 양자화 - NTSC Composite(10 bit)

17 Standard Definition Digital Horizontal Line Last active picture sample First active picture sample EAV COMPONENT: Active line digitized, EAV/SAV added SAV 3FF XYZ XYZ Word Conveys Start/End of Line (H), Vertical Blanking (V), and Field (F) FF XYZ 0 Cb 1 Y 2 Cr 3 Y

18 Standard Definition Horizontal Line BLANKING INTERVAL ANALOG LINE 276/288 WORDS for 525/625 DIGITAL ACTIVE LINE (same for 525/625) 1440 WORDS (0-1439) TOTAL LINE 1716/1728 WORDS for 525/625 E A V S A V E A V 4 words 4 words 4 words

19 SMPTE 292 HD Digital Horizontal Line Last active picture sample First active picture sample EAV COMPONENT: Active line digitized, EAV/SAV added SAV 3FF XYZ LN0 LN1 YCR0 YCR1 XYZ Word Conveys Start/End of Line (H), Vertical Blanking (V), and Field (F) 3FF XYZ 0 Cb 1 Y 2 Cr 3 Y

20 SMPTE292 HD Component Horizontal Line BLANKING INTERVAL ANALOG LINE XXXX WORDS DIGITAL ACTIVE LINE YYYY WORDS TOTAL LINE ZZZZ WORDS E A V S A V E A V 8 words 4 words 8 words

21 XYZ Word

22 XYZ mapping

23 High Definition Digital Horizontal Line

24 High Definition Line number & CRC format Luma & Chroma CRC Format

25 SD 4:2:2 Sampling Serialized SD:13.5MHz HD:74.25MHz Y A/D 10 Parallel Bits 4:2:2 Cb A/D Cb Y Cr Y Cb Y Cr Y Cb Y Cr Y Cb Y Cr Y 10 Bit Parallel Samples at 27MHz or 148.5MHz Cr A/D Parallel to Serial Converter ITU-R BT Serial Digital Component 270Mb/s SD: 6.75MHz HD:37.125MHz SD: 270 MHz HD: GHz

26 Serialization Process Standard Definition 270Mb/s High Definition Gb/s even rates (1.485/1.001) = Gb/s odd rates

27 3FF } } EAV Standard Definition Digital Horizontal ANC Area Last Active Picture Sample First Active Picture Sample NO Sync Pulse Needed Ancillary Data SAV 3FF COMPONENT Active Video Digitized SAV and EAV added entire HANC available Word Number

28 부속 (ANC) 데이타 - 부속데이터를위한공간 - 부속데이터포맷및배제구간 - AES/EBU Audio 데이터포맷 - Audio 와 Video 포맷관계 - Embedded audio 의 bit 분배 - Audio 다중화와역다중화

29 Standard Definition 부속데이터 SMPTE272M

30 Timing Sequences and Ancillary (ANC) Data EAV SAV Active Picture ANC User Data Active Picture DATA WORD

31 ANC User Data Contained between EAV and SAV Room for eight AES 2-channel audio data streams, left justified Room for RP165 EDH error detection signals, right justified, lines 9 and 272 only Room for future data signals May be added or stripped by source/destination or external equipment

32 부속 Data 영역 Vertical Sync Area Vertical Blanking Vertical Ancillary Data VANC Horizontal Ancillary Data HANC Active Video Field Horizontal Ancillary Data HANC SAV Start of Active Video EAV End of Active Video

33 부속 Data 공간 * Data 포맷과배제구간설정으로 10% ~ 20% 가량축소됨.

34 SDTV - ANC Excluded Data Lines Error Detection Data Packet Vertical Interval Switch Line Line 9 Line 5 Line 10 Line 6 Vertical Switch Recovery Area DVITC, luminance samples Video Index, Color Difference Samples Digital Vertical Interval Timecode Line Line 14 Line 10

35 부속 Data 의포맷화

36 AES/EBU Audio Data Format

37 Block and Frame Format Left Right Start of Block Frame 191 Frame 0 Frame 1 X Channel 1 Y Channel 2 Z Channel 1 Y Channel 2 X Channel 1 Y Channel 2 - Frame repeat 48kHz : 20.83µs, 44.1kHz : µs -Block repeat 48kHz : µs=4ms, 44.1kHz : µs=4.352ms - A Block = 192 Frames - A Frame = 2 Subframes - Preamble X identifies Channel 1 after Frame 0 at Start of Block - Preamble Y identifies Channel 2 - Preamble Z identifies Channel 1 and the Start of Block

38 AES/EBU Frames & Subframes & Data rate - 32 Bits/Subframe - 4 Preamble Bits - 24 Data Bits - 1 Validity -1 User - 1 Channel status - 1 Parity(Even parity) - Data rate 48kHz : 32bits/10.415µs or 64bits/20.83 µs = 3.072Mb/s Preamble(4) Pre Data(24) V U C P Audio sample Validity User Data Channel Status Data Subframe Parity

39 Block Structure First Frame Pre Data (24) N th Frame Pre V U C P Pre Data (24) V U C P Data (24) V U C P Pre Data (24) V U C P First Frame S B Frame A B Last Frame Pre Data (24) V U C P Pre Data (24) V U C P Channel Status Block A Channel Status Block B User Data Block A User Data Block B

40 Block Structure Byte Use of channel Status channel Bit Audio/ non audio use Channel mode Digital audio reference signal Audio signal Emphasis Source word length and source encoding history Future multi-channel function description Reserved Alphanumeric channel origin data Locking of source sample frequency Sampling Frequency User bit management Reserved Reserved

41 Bit 6&7 sampling rate Bit6 Bit kHz sampling frequency kHz sampling frequency kHz sampling frequency.

42 Embedded Audio 의정의 - Subframe : 1 audio sample + preamble + aux bits + P, C, U, V - AES frame : 2 audio samples with other data = 64 bits - Channel Pair : 2 audio channels, 1 AES/EBU source - Audio Group : 4 channels, 2 channel pairs, separate data Ids Group Channels Data ID FF FD FB F9 Composite video : 1 Group

43 SDTV - AES/EBU Embedded Audio 4 One 32 bit audio sub-frame put in three 10 bit ANC video words. 00 AES1 CHA 01 AES1 CHB 10 AES2 CHA 11 AES2 CHB

44 Embedded Audio Format

45 Embedded Audio Bit Distribution 3 data words (X, X+1, X+2) for each audio sample

46 High Definition 부속데이터 SMPTE299M

47 HD Embedded Audio 의정의 - Audio Group : 4 channels, 2 channel pairs, separate data Ids Group Channels Data ID E E E E4 -Audio data are multiplexed into the space of Cb/Cr parallel data -Audio control packets are multiplexed into the space of Y parallel data

48 Audio 구조

49 Data Packet User Data Word Ancillary Data Flag Data ID 000 3FF 3FF Data Block Number Data Counter Error Correction code Audio clock phase data Check Sum

50 Aduio Bit Assignment

51 ECC(Error Correction Codes) Assignment ADF ~ UDF17 까지계산하여생성

52 Audio Control Packet - 필드마다발생되며오디오를디코딩할때사용된다.

53 Sampling Rate -RATE

54 ACT Bit Assignment Active channel

55 Audio Video Muxing Analog Video Analog Audio 10 Bit A/D 20/24 Bit A/D * Can be up to 24 bits for audio, normally is 20 at 48KHz sample rate. 10 Bit Parallel Video Data 24* Bit Parallel Audio Data Audio Video Mixer 27MHz Clock F clock 10 Load Data Mixed Audio/Video Data Stream x10 Shift Register Shift Data NRZ 10 x F clock Encoder Scrambler Scrambled NRZI

56 Digital Baseband Signal Measurement

57 Analog Digital

58 Baseband MPEG RF RFA300A 지상파용 시험신호발생기 M U X 디지털변조기 위성지상파케이블 VIDEO SERVER VM700T 비디오분석기 HD/SD ENCODER MTG 100/300 MPEG Generator D M U X HD/SD DECODER 픽쳐모니터픽쳐모니터 PQA300 동화상화질평가 화질평가 VM700T 비디오분석기 TG2000 멀티포맷신호발생기 TG700 멀티포맷신호발생기 PQM300 서비스품질모니터링 MTS300 MPEG Test System MTM300 멀티 TS 프로토콜분석및모니터링

59 디지털측정및모니터링장비구분 구분베이스밴드 MPEG RF 화질평가 싱크및신호발생 TG700 TG2000 SPG422 MTX100 AD953A MTS300 PQA300 모니터링 비디오 SD : WFM601A WFM601E WFM601M HD : WFM700HD SD & HD 겸용 : WFM700A : WFM700M 오디오 : 764 MTM400 AD920( 휴대용 ) AD954( 휴대용 ) RF300A PQM300 정밀측정 비디오 SD : VM700T HD : WFM700M 오디오 VM700T AD953A ( 데이타방송 ) RF300A PQA300

60 Digital TV 에러의정의 - Active picture Error : 해당규격에의해정의된 active picture 영역에서의에러 - Full Field Error: 표준 vertical interval switch 에의해영향받는라인을제외한모든라인에서의에러

61 에러의정량화 - 10 bit component digital video의전송률은 270Mb/s - frame 당하나의에러가존재할때 BER /(270 X 10 ) = 1.1 X 10 -BER은시스템성능측정에매우효과적임.

62 에러주파수와 BER

63 Serial Tx/Rx 시스템

64 Serial Digital Video 에서의에러발생율과 SN 비

65 계산된 BER-Component Serial Digital

66 Construction of Eye Diagram

67 Construction of Eye Diagram

68 Construction of Eye Diagram

69 Construction of Eye Diagram

70 Construction of Eye Diagram

71 The Eye Pattern

72 Eye Diagram Measurement Specifications Overshoot Rising/Falling Edge less than 10% 0.8 Volts + 10% Jitter 0.2 UI p-p 20% to 80% Risetime Unit Interval One Clock Interval

73 D/A Conversion with Jitter

74 RP 165 Error Detection Concept Parallel Data Coprocessor + Serializer CRC Calculation Transmission Path Deserializer Extract CRC Add Flags Coprocessor Parallel Data CRC Calculation Compare Error Reporting

75 SMPTE 292 HD Formats SMPTE Standard 260M 260M 295M 274M 274M 274M 274M 274M 274M 274M 274M 296M 296M Format A B C D E F G H I J K L M Lines Per Frame Words per active line Total Active Lines Words Per total line Frame Rate Fields per Frame

76 디지털베이스밴드모니터링및측정 1 전기적특성분석 ( SD : SMPTE259M, HD : SMPTE292M ) Overshoot Rising/Falling Edge less than 10% 0.8 Volts + 10% Jitter 0.2 UI p-p 20% to 80% Risetime Unit Interval One Clock Interval

77 측정항목정의비고 Eye Pattern Analysis 진폭특성 Rise 특성 Fall 특성 Rise/Fall Time Difference 특성 Rise Overshoot 특성 시리얼데이터스트림의다수의비트들을하나의그림으로표시하는것으로시리얼데이터신호의전기적특성을관찰하고확인할수있다 신호의크기를 p_p 로측정한값으로 800mV±10% 이내로규정하고있다. mvolt 신호의진폭이 20% 에서 80% 에도달하는시간으로정의하며 SD 급은 0.4nsec 1.5nsec 로, HD 급은 100psec ~ 270psec 로규정하고있다. 신호의진폭이 80% 에서 20% 에도달하는시간으로정의하며 SD 급은 0.4nsec 1.5nsec 로, HD 급은 100psec ~ 270psec 로규정하고있다. Rise/Fall Time 의시간차이는 0.5nsec 이내로규정하고있다. (p or n sec 파형의 Rising edge 의 overshoot 크기로정의하며진폭의 10% 이내로규정하고있다. % 파형의 Falling edge의 undershoot 크기로정의하며 Fall Overshoot DC Offset 특성신호크기의중간지점으로정의하며 0V±0.5V로규정하고있다. V 진폭의 10% 이내로규정하고있다. % jitter Analysis 디지털신호가신호의이상적인위치에서이동한변화량으로정의한다. SDI Jitter 를통해신호의 P_P timing 과 alignment timing 을측정함으로써 SDI 전송계의전기적특성을알수있다. 0.2UI 이내 SMPTE259M SMPTE292M SMPTE259M SMPTE292M SMPTE259M SMPTE292M SMPTE259M SMPTE292M SMPTE259M SMPTE292M SMPTE259M SMPTE292M SMPTE259M SMPTE292M SMPTE259M SMPTE292M

78 2. 그외에 : Wander 특성 : 디지털포맷특성 : 타이밍특성 : 오디오 / 비디오지연 (Lip sync) 특성 : 파형 / 벡터특성 - Lightning 디스플레이 - Diamond 디스플레이 - Arrowhead 디스플레이 : EDH 특성 : 오디오레벨, 주파수, THD 특성 : 부속데이터분석

79 VM700T 를이용한 SD SDI 측정

80 측정항목 측정그룹유형전기적비디오포맷과내용오디오포맷과내용타이밍 Application SDI Eye Diagram SDI Jitter SDI Wander SDI Format Monitor SDI Ancillary Data Analyzer SDI Waveform SDI Lightning SDI Picture SDI Audio Format Analyzer SDI Audio Measurements SDI Interchannel Timing SDI Audio/Video Timing

81 Eye Diagram Display and Analyzer SDI 신호의건장성과 SMPTE 259M 에따른전기적특성에대한종합적인정보제공 143, 270, 360 Mbit/s

82 Eye Diagram Monitor Display 지속적으로 Eye 파라미터들을사용자정의규격에따라모니터링시유효 자동으로에러내용을프린터하거나파일로저장

83 Demodulated Jitter 파형 & 스펙트럼 Display 전원공급기간섭, 프레임 / 라인레이트간섭을추적하거나신호절체이후의 PLL lock-up 특성을시험할때유용 스펙트럼 Display 광대역주파수정보제공

84 Digital Video Wander Analyzer 디지털통신만을경유하는비디오신호중 5Hz 미만의타이밍 Wander 특성측정 Tek. 독보적기술 143, 270, 36 Mbit

85 AES/Embedded 디지털오디오측정 내장형또는외부디지털오디오측정 48KHz, 44.1KHz 39KHz 샘플지원 16 채널의내장형오디오측정 에러점검 (logging)

86 Digital Audio Format Analyzer

87 Ancillary Data Analyzer 부속데이터모니터및분석 데이터종류확인 데이터해독 패턴검색모드 에러 log 270Mbit, 143Mbit 연속적으로내장형오디오의 z,v,u,c,p bit 해독 192 word 블록의디지털오디오확인

88 Decoded waveform Mode SDI 의내용을분석하는기본적인도구 샘플커서 샘플값, EAV/SAV 플레그디스플레이 143,270,360 Mbit Relative to reference Mode

89 Lightning Display SDI 의 Component 소스의색품질검증 아날로그 Composite 에서 Digital Component 로의변환품질시험 Component 신호로디코딩한후이득및지연에러디스플에이

90 Picture Mode 신호원에대한확인 - 향상된 64 단계 Gray Scale - Large full screen display

91 Audio to Video Delay Measurements 오디오와비디오간의지연시간측정 ( 내장형 /AES 디지털오디오 ) SDI 시스템의 Lip-Sync 에러측정 270Mbit TEK. 독자적기술

92 WFM700M 을이용한 SD&HD SDI 측정

93 HD Eye Measurement 800mv 134ps

94 Jitter Measurement Bands Timing Jitter 10 Hz Timing Jitter : (1.0UI) The variation in time of the significant instants of a digital signal relative to a clock with no jitter above some low frequency (about 10Hz)

95 Jitter Measurement Bands Alignment Jitter 1 khz Alignment Jitter : (0.2UI) The variation in time of the significant instants of a digital signal relative to a clock recovered from the signal itself (jitter components will be above 10Hz but none above higher frequencies in the 1kHz - 100kHz range)

96 HD and SD SDI measurements HD SDI Down Converter SD SDI WFM700M VM700T 측정장비구성도

97 HD and SD SDI measurements SD SDI Up Converter HD SDI WFM700M 측정장비구성도

98 SD 신호의 EAV/SAV check: EAV 와 SAV 의 sample 위치 확인및코드값에러유무확인 ( 에러발생시해당코드값이하일라이트됨 ) Word Value EAV sample 위치 SAV sample 위치 3FF XYZ 샘플위치

99 HD 신호의 EAV/SAV check: EAV와 SAV 의 sample 위치확인및코드값에러유무확인 ( 에러발생시해당코드값이하일라이트됨 ) Word value EAV sample 위치 3FF,3FF 1920 Word value SAV sample 위치 000,XYZ 1921 LNO,LN FF,3FF ,XYZ 2197 YCR0,YCR1 1923

100 Waveform check(sd, HD) : Y, Pb, Pr 각신호레벨이 0.7V 에맞는지확인 100% color bar

101 Traditional Displays - Vector Selectable 75% & 100% electronically generated graticule Provides information on Cb and Cr values No information for Luma signal displayed

102 Construction of Lightning Display Three Dimensional Method Includes Luma versus Color Difference Component Y vs P b upper display Y vs P r lower display Provides Amplitude and Timing Measurement Advance condition transitions bend outwards Delay condition transitions bend inwards

103 Vector check : 색차신호가 vector format 에맞게디스플레이되는지확인 Component Vector Composite Vector

104 Lightning Display Requires Color Bar Test Signal Provides Amplitude and Timing Measurement Selectable 75% 100% electronic graticule

105 Lightning display check : 휘도신호와색차신호에대한레벨및타이밍 (Y/Pb, Y/Pr) 관계측정 Luma, Chroma 정상상태 Luma 에러, Chroma 정상상태 : 전체적으로레벨이위로향함

106 Lightning display check : 휘도신호와색차신호에대한레벨및타이밍 (Y/Pb, Y/Pr) 관계측정 Pb 타이밍앞섬 Pb 타이밍늦음

107 Construction of Diamond Displays

108 Diamond Displays Signal is out of Gamut if it falls outside the Diamond Split Diamond allows components below black to be observed User Select Threshold limits Use for test signals and live video signals

109 Gamut check (Color bar) : SDI 신호를 R,G,B 로 conversion 시켰을때각 R,G, B 신호레벨이 Gamut 영역을벗어나는지확인 Good Green error 상태

110 Gamut check(live 영상신호 ) : SDI 신호를 R,G,B 로 conversion 시켰을때각 R,G, B 신호레벨이 Gamut 영역을벗어나는지확인 Good (Live 영상 ) : 위그림의에러는눈에띄지않는정도의에러로고려하지않아도됨 error 상태 (Live 영상 ) : SDI 신호를송출하기전에수정이요구됨.

111 Gamut check( 테스트신호 ) : 블랙벨런스, 감마조정 / 그레이스케일트레킹 감마조정 : Good balance 상태 블랙밸런스측정 : 블랙신호를이용한블랙벨런스측정, 현재 Red 쪽으로치우쳐있음 감마조정 : Red 감마에러상태

112 Construction of Arrowhead Display

113 Arrowhead display check : SDI 신호에대한아날로그컴포지트신호로의칼라 Gamut 영역을측정 사용자임의의경고레벨설정 (100/110/120/130 IRE) Good 상태 Peak level 이 120 IRE 를넘어선상태

114 Analog composite waveform check : SDI 신호의아날로그컴포지트신호로변환된웨이브폼의레벨측정

115 Data Display Video or Data Structure Format Hex Bin Dec Indication of Active V and H Blanking

116 Traditional Displays - Waveform Component Signal Display as Parade Display Y C b C r or Y,R,G,B or R,G,B Colorimetry change for HD that produces different amplitude values Selectable Colorimetry available within the waveform monitor and processing equipment

117 감사합니다! Tektronix web site

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