SD-HD Vidéo numérique mesures… Conversions SD – HD: vice et versa… yvon.penarguear@tek.com

Les contributions de Tektronix en SDI Les apports en vidéo numérique (wfm601) Alarme sur gamut Mode Diamant Le RP 165 (EDH) L’arrowhead …

Passage Composite - Composantes Production initiale RVB Conversion Y, B-Y, R-Y Format de production Avantages (B passante, sensibilité,…) Espace colorimétrique réduit

Notions de Gamut, légal , valide Le « Gamut » est la plage des couleurs restituables dans un système colorimétrique spécifique, éclairé en D65. Signal légal: tension de 0 à 700 mv (SD et HD) Signal valide: limité à l’espace colorimétrique Un signal valide est toujours légal Un signal légal n’est pas toujours valide

Valide Valide Légal illégal

Le mode diamant Espace R V B pour un signal Y, Cb, Cr Signaux Légaux en Y Cb Cr Signaux illégaux en RVB…

Le mode Diamant du WFM601

Mode Diamant du WFM700 et des suivants

Cas de la mire à barres SMPTE

Erreurs en GBR OK en composite

Affichage en « Arrowhead » Cas de la mire SMPTE Valide en Y DrDb Illégale en RVB Légale en Composite Autre mode d’affichage La pointe de flèche Retour à l’espace RVB

Affichage « arrowheah » pointe de flèche MIre à 75%

Affichage « arrowheah » pointe de flèche Mire à 100%

Respect des Gamuts (inter- opérabilité) Etalonnage en SD et en HD Y Cb Cr avec valeurs > 700mv avec valeurs < 0v (infra-noirs) Tout va bien en local !!! Pourrait être un avantage en passage > film Amélioration de la dynamique, mais… Changement de display = danger ! Autre moniteur Téléviseur et Télédiffusion Video projecteur

Respect des Gamuts C’est la garantie que les images seront affichées dans les mêmes conditions qu’à l’origine, par des système d’affichage de plus en plus divers

Respect jusqu’où ?

Valeurs préconisées

Petit changement en Colorimétrie … ITU 709 SMPTE 240

3 références de colorimétrie en CIE xy 240 Blanc D65

Colorimétrie SD - HD ITU 709-2 SMPTE 240M

Matriçage différent ! Mire à Barres 75 % HD 1080i 50 Y=.216R+ .715G + .0722B Mire à Barres 75 % SD 625i 50 Y= .299R + .587G + .114B

Blc J Cy V Mg R B noir

Mire à barre à 75% en SD et HD Vecteurscope en SD Vecteurscope en HD

Les mesures de conformité SD/HD                                                                      Tektronix Mai 2006

Agenda Problèmes de la couche physique et “Digital Cliff” Garantie de transmission des signaux numériques Timing en numérique Timing en HD

Test de la couche physique Pourquoi faire cette mesure? Validation du cablage S’assurer d’une performance uniforme et répétée Quelles limites? Standards tels que RP-184, ITU-R BT.656, AES-3 Le système va t-il tomber en panne? Basé sur la robustesse des équipements opérationnels Importance de maintenir une bonne santé du système pour prévenir le défaut

Effet falaise : ”Digital Cliff” Qu’est-ce ? Perte brutale du signal Défaillance à récupérer l’horloge / extraire les données Quand sait-on que l’on s’en approche? Seule façon: les essais / la mesure de la couche physique Quelles causes? Type de câble et longueur ( ancienne installation) Câble endommagé ( régies mobiles) Mauvaises terminaisons 75 Ohms Problèmes de conception Quelles mesures effectuer? Mesures sur l’oeil Surveillance des CRC et EDH

Observation de l’effet “Digital Cliff” A quelle distance du gouffre? 

Construction du diagramme de l’oeil

Construction du diagramme de l’oeil

Construction du diagramme de l’oeil

Construction du diagramme de l’oeil

Construction du diagramme de l’oeil

Mesure du diagramme de l’oeil Spécifications 4/2/2017 Mesure du diagramme de l’oeil Spécifications Overshoot Rising/Falling Edge less than 10% 0.8 Volts + 10% Jitter 0.2 UI p-p 20% to 80% Risetime Unit Interval When viewed on an oscilloscope or waveform monitor the serial digital signal forms what is called an eye pattern. Specifications are defined in the serial standard SMPTE 259M. The Unit Interval is the time between possible clock transitions: 7.0 ns for NTSC 3.7 ns for component Amplitude is important because it affects maximum transmission distance, too large can be a problem as well as the more obvious too small. Originating sources (from parallel) should have minimum jitter since jitter will build up in large serial processing systems. Risetime must be sufficient to prevent inter symbol interference It is important to measure these parameters at all serial sources. This can be accomplished with a wideband oscilloscope, however, television waveform monitors are available for these measurements. Unit Interval = 3.7ns SD = 673.4ps HD One Clock Interval

Qu’est ce que la gigue? Définition: 4/2/2017 Qu’est ce que la gigue? Définition: la gigue est définie comme la variation de certains instants particuliers d’un signal numérique (tels que les points de transition) de leur position idéale en temps. Time Interval Error – Jitter Dus à des phénomènes divers de fréquence, d’amplitude et de phase dans les transitions . t Signal idéal Gigué Time Intervall Error TIE Idéalement, l’intervalle de temps entre deux transitions dans un signal SDI doit être un multiple entier de l’intervalle unitaire. En réalité, cependant, les transitions d’un signal SDI peuvent varier de leur place idéale dans le temps. Cette variation est appelée erreur d’intervalle de temps (time interval error TIE), communément appelé gigue. Cette variation temporelle peut être induite par un grand nombre de phénomènes de fréquences, d’amplitude et de phase. Dans cette rubrique nous allons considérer essentiellement la gigue comme une variation de phase dans les transitions, c’est-à-dire une modulation de phase du signal série. Comme simple exemple, supposons les transitions d’un signal SDI affectée d’une variation sinusoïdale autour de leur position idéale par rapport à une horloge de référence Si l’on regarde ce signal sur un oscilloscope déclenché en extérieur sur une horloge de référence, ces transitions apparaissent floues autour de leur position idéale. Nous pouvons décrire cette gigue sinusoïdale avec deux paramètres : la fréquence et l’amplitude crête à crête. Dans les signaux SDI réels la gigue est rarement sinusoïdale, telle que dans l’exemple! En situation réelle, de nombreux facteurs influencent le placement des fronts. Ces différentes sources introduisent des variations sur une large plage d’amplitude et de fréquences. La valeur crête que chaque transition peut prendre par rapport à sa position idéale peut être bien différente et il peut se passer un temps assez long entre deux transitions présentant des variations crête à crête importantes. La forme d’onde de la gigue est la distribution des variations en fonction du temps et le spectre de la gigue est la représentation de la gigue dans le domaine fréquentiel. Dans le monde réel La forme de la gigue est assez complexe, due aux effets combinés de sources variées, de plus le spectre de fréquences contient un grand nombre de composantes à des fréquences et amplitudes diverses.

4/2/2017 Mesures de l’oeil en HD 134ps 800mv

Signal originel (2 bits en temps) 4/2/2017 Supposons une gigue sinusoïdale t0 t6 t7 t12 t18 t19 t24 Front gigué t0 t-1 Signal originel (2 bits en temps) Tj=1/fj t0 t6 t18 t24 Résultat (démodulé) Forme de gigue Amplitude: gigue crête à crête fj Transformation en un spectre idéal de gigue f

Signal SDI correctement terminé Diagramme de l’oeil 400mv Signal SDI correctement terminé Terminaison défectueuse Oeil presque fermé Encore apte à extraire une image

Surveillance de l’EDH et du CRC EDH (Error Detection & Handling) pour la SD Donne un checksum en trame entière et en partie active Report en secondes erronées Données EDH placées sur la ligne line 5 (en 625 lignes) CRC (Cyclic Redundancy Coding) en HD Donne un checksum pour chaque ligne en luminance et chrominance Report en secondes erronées en luminance et chrominance Placé à la fin de la séquence EAV Vérification simplifiée des erreurs sur le signal en exploitation Une erreur toutes les heures ou davantage peut annoncer un problème !

Récepteur SDI Cable Equalizer Rate Selection A f EDH Checker 4/2/2017 Récepteur SDI EDH Checker EDH Error Bit-Rate Clock ÷20 or ÷10 Word-Rate Clock Clock Entrée Cable Equalizer Clock and Data Recovery CLK Serial-to- Parallel Decoder EAV/SAV & Data Extraction Y 10 10/20 10/20 HD-Y or SD Data C 10 HD-C f A Résultante Bande de l‘égaliseur Bande du câble EAV/SAV Rate Selection L’entrée est couplée en AC pour supprimer la composante continue du signal. Egaliseur de câble Extraction d’horloge et des données Conversion série – parallèle Décodeur Extraction des EAV-SAV et des données Vérification des CRC Vérification des EDH CRC Checker CRC Error

Vérification du CRC CbY CRC CrY‘ CRC

Vérification de l’EDH EDH Ancillary Data Sur ligne 5 en 625

Jitter : Plage de mesure 4/2/2017 Jitter : Plage de mesure 10 Hz 1/10 f(clk) Timing Jitter Timing Jitter : (1.0UI) Variations temporelles d’un signal numérique par rapport à une horloge sans jitter au delà de fréquences basses (environ 10Hz)

Jitter : Plage de mesure Alignment Jitter : (0.2UI) Variation temporelles des fronts d’un signal numérique par rapport à une horloge extraite du signal même (les composantes de gigue seront au dessus de 10Hz mais en dessous de la plage 1kHz - 100kHz) 1 kHz 1/10 f(clk) Alignment Jitter

Affichage de la gigue

Comment stresser un système numérique Ajout de câble (50m en SD ou 20m en HD) Cas particulier du WFM 601e Emploi des signaux pathologiques Stress du circuit d’égalisation et la PLL Produit des séquences de bits particulières à la sortie du sérialiseur ce qui demande plus de travail au récepteur Test hors exploitation Circuit d’égalisation Circuit d’égalisation Source Entrée SDI Sortie SDI 20m / 50m

Œil SDI : connexion directe

Après 150m de câble …

… œil après égalisation (150m)

150m + 50m

SDI : signaux pathologiques à 210m

Signaux pathologiques - SDI Checkfield 4/2/2017 Signaux pathologiques - SDI Checkfield Les conditions apparaissent 1 fois par trame sur une ligne entière VERTICAL BLANKING INTERVAL FIRST HALF OF ACTIVE FIELD 300h, 198h FOR CABLE EQUALIZER TESTING SECOND HALF OF ACTIVE FIELD 200h, 110h FOR PHASE LOCKED LOOP TESTING 19 BITS 1 BIT 20 BITS 20 BITS HORIZONTAL ACTIVE LINE ONLY

Signal HD-SDI sur scope 4 GHz (rt=80ps) Fall : 138 ps Rise : 160ps

60 cm de RG 59 ( WFM700M)

3m de RG59

30 m de RG 59

42m de RG59 (divers câbles)

Contrôle d’erreur sur 42m RG59

~ 67 m de câbles divers …

Contrôle d’erreurs sur 67m de câbles

Test de l’égaliseur: glitch de niveau dc Diagramme de l’oeil Test de l’égaliseur: glitch de niveau dc

Synchronisation Genlock Tri level et noir numérique Black burst Indépendants

Le générateur de synchro la fonction Genlock Entrée / sortie Passage en sonde pour: BB, Sync ou signal CW. Formats d’entrée NTSC / PAL: Black Burst Sync 525 ou 625 Sinus. NTSC ou PAL, 1MHz, 5MHz ou 10MHz CW. Décalage en temps Plage: 1 Image couleur Résolution: 0.1nS

Modes opérationnels du Genlock Si perte de référence Quand la référence est perdue l’utilisateur peut choisir l’un des modes de récupération du Genlock “Go internal frequency” Mode traditionnel du Genlock Se verrouille sur le pilote interne au SPG. “Stay Current frequency” Nouveau mode “Stay GenLockTM” Mémorise la fréquence affectée à la référence interne. Lentement ré-acquiert le signal de référence pour minimiser la discontinuité lors du verrouillage

Exemple de synchronisation (sommaire) 4/2/2017 Exemple de synchronisation (sommaire) In assessing system timing, consider cabling and processing delay through every element of the operational signal chain, using the longest delay to establish the system timing. Then delay all other equipment relative to that. Remember, you cannot advance timing, only delay it.

Timing horizontal en numérique 4/2/2017 Timing horizontal en numérique Sync H Ref. Point Pas de réel signal de synchro EAV End of Active Video 3FF,000,000,XYZ SAV Start of Active Video Niveau du noir 0 mv H Timing SDI Niveau du noir (040) EAV SAV 000 XYZ 3FF 000 XYZ 3FF

Timing vertical en numérique 4/2/2017 Timing vertical en numérique Blanking vertical (040) Fin de Ligne active EAV SAV Première ligne active Il n’y a pas d’impulsions trame

Timing vertical en numérique 4/2/2017 Timing vertical en numérique Vérification du timing correct entre canaux Choisir l’affichage des EAV/SAV Passer en balayage 2 Field et MAG Se baser sur la première ligne active pour aligner les différents signaux. Critical at this stage is to ensure that you are using a test signal or content with video known to be present on the first active line.

Timing horizontal en numérique 4/2/2017 Timing horizontal en numérique Vérifier le timing précis entre voies Choisir l’affichage des EAV/SAV Choisir le mode 2 Line sweep et MAG Choisir une graduation ou un marqueur pour repérer la 1ère ligne active S’assurer de la bonne trame en repérant la hauteur du SAV Vérifier que tous les signaux sont alignés SAV F2 Ln22(335) SAV F1 Ln22 erreur de Timing H + 1 trame Ensure the you are using the correct EAV/SAV pulse. The F bit in the XYZ word report (which is the 2nd most significant bit) switches between fields, causing a notable amplitude change.

Mesures de timing avec le WVR7100 4/2/2017 Mesures de timing avec le WVR7100 Supporte la pluspart des formats HD and SD Avec synchro de type BB ou Tri-Level Affichage à n “ronds”en HD Récurrence trame inter formats ex. 23.98 et 59.94 Produit 5 cercles montrant la relation des débits trames Le timing dominant est indiqué par un cercle différencié Within the WVR7100 series several new enhancements have been added to the timing display. The timing display now supports BB and Tri-Level sync Support for multiple frame rates For instance in the case of 23.98p versus 59.94i the timing relationship introduces a 5 frame coincidence. Therefore the question becomes which frame should the timing be referred to. In the WVR7100 the closest dominant timing relationship in shown in bold on the display and the other four circles show their relationship.

Mode Timing (Brevet Tektronix) 4/2/2017 WVR7100 WVR7100 timing display as adjustments are made the timing is brought into alignment until the circle turns green.

Affichage en mode Timing 4/2/2017 Affichage en mode Timing WVR7100 Indication simplifiée des différences de timing Entre “External Reference” et l’entrée Video Supporte HD, SD et Composite Soit BB ou Tri-Level The Timing display provides a simple means to compare the external reference timing to the video input timing.

Mode Timing (Brevet Tektronix) 4/2/2017 Mode Timing (Brevet Tektronix) WVR7100 The WVR series contains an extensive array of signal parameter monitor which can alarm in a variety of ways to alert the operator. An error status log in Tile 1 shows all errors which have occurred and these errors are related to internal time of the unit or to timecode if present. The Alarm Status provide information on the current status of the signal Tile 3 and 4 show the video and audio sessions indicating a variety of parameters in the video such as RGB, Composite or Luma channel gamut errors and audio errors such as clips mutes and over conditions. Zoom on error Log

Mode Timing du WVR7100 4/2/2017 In the WVR 7100 series when timing is adjusted between 24p and 60i five circles are shown representing the five frames offset. The closest frame is shown in bold compared to the video input.

Tektronix mode Timing … Pixels en avance Pixels en retard Lignes en avance Lignes en retard

Timing HD analogique horizontal Réduction du jitter Niv. de blanking:0mv symétrique Caractéristiques Le BB possède des composantes hf > La synchro 3 niveaux donne un point de référence plus stable Note: Référence de temps à 50%

Signal tri-level Rise 37,57ns m= 37,07

HD Analog Vertical Timing

Conclusion La conception de l’installation est critique Type de câbles & longueur, charges EDH/CRC permet de lever certains problèmes Les mesures de l’oeil quantifient l’erreur et garantissent le bon fonctionnement La synchro est critique pour les performances Le mode “Timing Display” simplifie les mise en phase en analogique comme en numérique