1,、音頻/視頻產(chǎn)業(yè)的趨勢(shì)和工程師面臨的挑戰(zhàn)

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??? 當(dāng)今技術(shù)的飛速發(fā)展使工程師們要不斷面對(duì)新的、日益增加的挑戰(zhàn),。音頻,、視頻產(chǎn)業(yè)就是在技術(shù)上飛速變革的一個(gè)領(lǐng)域,。目前在這個(gè)領(lǐng)域有兩個(gè)主要的趨勢(shì)值得關(guān)注,。

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??? 首先,，越來(lái)越多的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)并取代傳統(tǒng)的模擬標(biāo)準(zhǔn)。以迅猛發(fā)展的電視標(biāo)準(zhǔn)為例,，傳統(tǒng)的模擬標(biāo)準(zhǔn),，比如NTSC、PAL和SECAM,，如今正在被美國(guó)的ATSC,、歐洲的 DVB-T和日本的ISDB-T等數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)所取代。從2007年3月1日開(kāi)始,，美國(guó)和日本將不再播放模擬電視信號(hào),。盡管數(shù)字電視為觀眾提供了更高的質(zhì)量和更強(qiáng)的保真度，它卻給負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和測(cè)試的工程師們帶來(lái)了更多的復(fù)雜性,。其中一個(gè)因素就是各種音頻,、視頻編碼和數(shù)字調(diào)制方式的類型非常多，例如：MPEG-2, MPEG-4, H.264/AVC, VC-1, MPEG-2 AAC, AAC-Plus, PCM, AC3, COFDM, QPSK和QAM,。這種技術(shù)上的復(fù)雜性正引導(dǎo)著,，或者說(shuō)要求工程師選擇一種最優(yōu)化的解決方案去應(yīng)對(duì)。

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??? 其次,，隨著無(wú)線通訊技術(shù)的飛速發(fā)展,，音頻、視頻產(chǎn)品往往綜合了無(wú)線功能,。人們不僅需要聽(tīng)到和看到,，還需要以無(wú)線的方式傳遞信息。流行的商業(yè)產(chǎn)品譬如移動(dòng)電話,、掌上電腦（PDA）,、無(wú)線耳機(jī)甚至是PS游戲機(jī)，都是音頻,、視頻和無(wú)線通信密切結(jié)合的代表,。在市場(chǎng)同時(shí)存在的眾多不同的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)中，誰(shuí)是最終的贏家還不明了,，因此,，許多設(shè)備都被設(shè)計(jì)成是兼容許多不同標(biāo)準(zhǔn)的。其中的一個(gè)例子是由Motion開(kāi)發(fā)的Blackberry,，如圖1,，它同時(shí)支持GPS, GPRS, 藍(lán)牙和 HSCDS。

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圖 1: 由 Motion研發(fā)的Blackberry

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??? 作為技術(shù)飛速發(fā)展和市場(chǎng)不斷驅(qū)動(dòng)的結(jié)果,，今天的測(cè)試工程師們需要在最短的時(shí)間內(nèi)應(yīng)用新技術(shù)完成新產(chǎn)品的測(cè)試任務(wù),。總的來(lái)說(shuō),，測(cè)試工程師們面臨著如下挑戰(zhàn)：

??? * 產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加復(fù)雜以適應(yīng)產(chǎn)品多功能的需求

??? * 開(kāi)發(fā)周期越來(lái)越短以便保持競(jìng)爭(zhēng)力和滿足消費(fèi)者的需求

??? * 測(cè)試的預(yù)算更少

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2,、模塊化儀器——靈活的自定義軟件和可擴(kuò)展的硬件組合

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??? 傳統(tǒng)臺(tái)式儀器通常在靈活性上受限較多，比如軟件處理和用戶界面都是由儀器供應(yīng)商來(lái)界定的,，而且只能由供應(yīng)商通過(guò)更改固件來(lái)升級(jí),，這使得添加新的功能或是完成自定義的測(cè)試變得很困難。這些設(shè)備同時(shí)還缺少必備的集成能力,，比如數(shù)據(jù)流盤(pán)存儲(chǔ)回放或多儀器同步功能,。

??? 為了應(yīng)對(duì)新的趨勢(shì),，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、由軟件定義的模塊化測(cè)試架構(gòu)正在成為業(yè)界的主流,，它并逐步被廣泛采用,。模塊化儀器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

• 更強(qiáng)的測(cè)試系統(tǒng)靈活性?？梢允褂枚喾N應(yīng)用軟件,、應(yīng)用于產(chǎn)品的更新?lián)Q代
• 更高的測(cè)試系統(tǒng)性能。顯著增加測(cè)試系統(tǒng)吞吐量,，使得不同的儀器供應(yīng)商提供的儀器可以緊密地協(xié)同和集成,，從精密的直流電壓表、高速的模擬和數(shù)字以及射頻的信號(hào)產(chǎn)生和分析
• 更低的測(cè)試系統(tǒng)投資,?？蓽p少初始資本投入和維護(hù)成本，同時(shí)支持多種測(cè)試需求復(fù)用儀器
• 更長(zhǎng)的測(cè)試系統(tǒng)壽命,。由于采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),，這樣可以使技術(shù)升級(jí)從而改善性能適應(yīng)未來(lái)測(cè)試的要求

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圖 2: 模塊化儀器的系統(tǒng)架構(gòu)

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??? 圖2顯示的就是NI的模塊化儀器的典型架構(gòu)。它可以分成兩個(gè)部分：模塊化的硬件和靈活強(qiáng)大的軟件,。用戶可以從提供DC到RF精確測(cè)量的模塊化硬件中進(jìn)行選擇,，軟件則包括應(yīng)用發(fā)展環(huán)境，例如圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW和Visual C++, 另外還可以使用測(cè)試管理軟件來(lái)管理測(cè)試流程,，例如TestStand,。

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??? 模塊化儀器很好地實(shí)現(xiàn)了成本節(jié)約，因?yàn)樗浞掷昧税雽?dǎo)體業(yè)增長(zhǎng)的成果,，與消費(fèi)電子,、電信、汽車電子等其他大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)共享芯片成本,。隨著半導(dǎo)體業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展,，NI利用現(xiàn)有的商用ADC/DAC芯片，可實(shí)現(xiàn)從7 ?精度的DC測(cè)量到高達(dá)2.7GHz的RF信號(hào)采集,。結(jié)合NI超過(guò)20年的在模塊化體系中整合半導(dǎo)體芯片的專業(yè)技術(shù),，為用戶提供了最好性價(jià)比的測(cè)量測(cè)試設(shè)備。除了模塊化硬件外,，前面提到的數(shù)據(jù)流盤(pán)和儀器間同步的要求日益增長(zhǎng),，因此也需要一個(gè)新的更強(qiáng)大的硬件平臺(tái)。開(kāi)發(fā)于1997年的PXI(PCI eXtensions for Instrumentation)作為一種開(kāi)放的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)被引入,，以應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的儀器系統(tǒng)復(fù)雜度需求,。PXI結(jié)合了堅(jiān)固的、模塊化的,、緊湊的cPCI特點(diǎn),，同時(shí)增加了特殊的同步觸發(fā)和軟件兼容功能,。PXI平臺(tái)目前支持超過(guò)1000種模塊化儀器，其中包括信號(hào)發(fā)生器,、高速數(shù)字化儀,、高速數(shù)字I/O,、DMMs,、RF測(cè)量和發(fā)產(chǎn)，開(kāi)關(guān)模塊,、數(shù)據(jù)采集,、圖像采集以及運(yùn)動(dòng)控制等等，如圖3所示,。

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圖 3 基于PXI的模塊化儀器硬件

??? NI提供音頻,、視頻分析儀，信號(hào)發(fā)生器以及RF 矢量信號(hào)發(fā)生器/分析儀,。配合相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)器和軟件工具包,，模塊化儀器與獨(dú)立儀器有同樣多的功能來(lái)完成音頻、視頻,、RF測(cè)試,。NI的音頻分析儀（動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀）具有24位的采樣分辨率、差分輸入和內(nèi)置的反鏡像濾波器,，可實(shí)現(xiàn)高保真音頻測(cè)量,，而高速數(shù)字化儀和信號(hào)發(fā)生器可實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量要求的視頻測(cè)試。以音頻測(cè)試為例,，音頻分析儀的測(cè)試內(nèi)容包括：幅頻響應(yīng),、信號(hào)音質(zhì)資料、RMS,、Gain,、信號(hào)串?dāng)_、總諧波失真,、SINAD,、總諧波失真加噪音、動(dòng)態(tài)范圍,、聲級(jí)測(cè)量等,。

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??? 應(yīng)用發(fā)展環(huán)境(ADE)，如NI LabVIEW 和LabWindows/CVI軟件在測(cè)試系統(tǒng)架構(gòu)中起關(guān)鍵的作用,。被用于開(kāi)發(fā)測(cè)試測(cè)量應(yīng)用的ADE具有非常豐富的功能,，通過(guò)這些工具，測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者可以與多種儀器通信,、整合測(cè)試項(xiàng)目,、顯示信息,、與其他應(yīng)用軟件互連入數(shù)據(jù)庫(kù)或圖表生成等等。NI LabVIEW音頻,、視頻工具包提供了一套靈活的音頻視頻測(cè)量和分析功能,。以視頻測(cè)試為例，采用模塊化儀器的視頻信號(hào)發(fā)生器,，視頻樣式圖示由軟件設(shè)定,，因而可以設(shè)計(jì)輸出非理想信號(hào)來(lái)測(cè)試產(chǎn)品的魯棒性能，如改變定時(shí)和電平,，或是添加濾波器,， 或是引入噪聲。另外,，通過(guò)高速數(shù)字化儀內(nèi)置的視頻信號(hào)觸發(fā)功能,，可以方便的從不同的消費(fèi)電子產(chǎn)品如機(jī)頂盒、DVD和視頻相機(jī)中獲得輸出視頻信號(hào),，包括不同的視頻格式：NTSC, PAL, SECAM以及標(biāo)準(zhǔn)高清電視,，并可以根據(jù)需求添加新的測(cè)試項(xiàng)目。

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??? 不僅如此,，基于LabVIEW發(fā)展環(huán)境,，一些第三方廠商還提供更強(qiáng)大且專業(yè)的測(cè)試軟件，如總部位于丹麥的microLEX (www.microlex.dk)公司,，是一家NI的系統(tǒng)聯(lián)盟成員,，其視頻測(cè)試軟件產(chǎn)品VideoMASTER提供了完整的解決方案，具有功能強(qiáng)大的視頻分析功能,，適用于模擬視頻信號(hào),，合成視頻信號(hào)，S-video以及數(shù)字高清電視信號(hào)的測(cè)量分析,。VideoMASTER 使用 NI 5122數(shù)字化儀,、14比特、100 M采樣率,，并配備包含Composite和S-video控制的兩個(gè)通道的數(shù)字轉(zhuǎn)換器,。對(duì)于HDTV應(yīng)用，MicroLEX還可以提供可選擇的接線端子盒,。圖4是MicroLEX一個(gè)強(qiáng)大的視頻分析工具,。

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圖 4 由microLEX提供的VideoMASTER,一個(gè)強(qiáng)大的視頻分析工具

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3、應(yīng)用實(shí)例

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??? 以下有兩個(gè)應(yīng)用案例來(lái)說(shuō)明模塊化儀器這種方案如何應(yīng)對(duì)實(shí)際的挑戰(zhàn),。

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A,、電視調(diào)諧器測(cè)試

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??? 挑戰(zhàn)：為電視調(diào)諧器設(shè)計(jì)一種自動(dòng)化的、節(jié)約成本的、省時(shí)的,、可升級(jí)的完整功能的測(cè)試系統(tǒng),。

解決方案：通過(guò)NI LabVIEW軟件和NI PXI-5671 VSG產(chǎn)生多種標(biāo)準(zhǔn)的RF電視測(cè)試信號(hào)，采用NI-PXI 5122高速數(shù)字化儀用于音頻和視頻參量測(cè)試,，NI M-Series 數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）在測(cè)試中控制調(diào)諧器的工作狀態(tài),，以及TestStand軟件實(shí)現(xiàn)上層的測(cè)試管理，并完成數(shù)據(jù)庫(kù)交互和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能,。

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??? 解決方案：通過(guò)NI LabVIEW軟件和NI PXI-5671 VSG產(chǎn)生多種標(biāo)準(zhǔn)的RF電視測(cè)試信號(hào),，采用NI-PXI 5122高速數(shù)字化儀用于音頻和視頻參量測(cè)試，NI M-Series 數(shù)據(jù)采集卡（DAQ）在測(cè)試中控制調(diào)諧器的工作狀態(tài),，以及TestStand軟件實(shí)現(xiàn)上層的測(cè)試管理,，并完成數(shù)據(jù)庫(kù)交互和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析功能。

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圖 5 電視調(diào)諧器的生產(chǎn)線測(cè)試

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??? 這是一個(gè)典型的音頻視頻以及射頻測(cè)試應(yīng)用,。測(cè)試任務(wù)是執(zhí)行一個(gè)模擬調(diào)諧器的生產(chǎn)線測(cè)試。通過(guò)使用高性能的模塊化儀器和靈活開(kāi)發(fā)的軟件,，電視測(cè)試樣式能在任意的射頻頻道內(nèi),、功率水平、調(diào)制深度和電視信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)中產(chǎn)生,。高速的數(shù)字化儀對(duì)音頻,、視頻質(zhì)量實(shí)現(xiàn)高性能的測(cè)試。在測(cè)試程序中,，10個(gè)非線形的視頻測(cè)量和5個(gè)音頻測(cè)量確保了每個(gè)產(chǎn)品符合客戶的高測(cè)量質(zhì)量需求,。典型的視頻測(cè)試包括同步和脈沖幅度、chroma/luma增益,、差分增益和差分相位,。典型的音頻測(cè)試包括增益、噪聲電平,、信噪比和總諧波失真,。

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??? 該測(cè)試方案通過(guò)軟件修改能夠輕松地?cái)U(kuò)展到數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)。在音頻視頻信號(hào)產(chǎn)生部分,，PXI-5671 矢量信號(hào)發(fā)生器有很強(qiáng)的軟件定義無(wú)線電能力,，還有高達(dá)2.7GHz的輸出頻率范圍，20MHz實(shí)時(shí)寬帶,。通過(guò)軟件設(shè)定,，測(cè)試工程師能設(shè)置不同類型的數(shù)字編碼和調(diào)制類型，同時(shí)也可以增加測(cè)試信號(hào)的失真度,。在音頻視頻信號(hào)質(zhì)量分析部分,，14-bit、100 MHz的PXI-5122擁有內(nèi)置視頻觸發(fā)的數(shù)字化儀，能夠?yàn)橐曨l測(cè)試提供14位的分辨率和超過(guò)75分貝的無(wú)失真范圍,，其范圍能夠勝過(guò)當(dāng)今絕大部分標(biāo)準(zhǔn)的視頻分析器,。本解決方案已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外很多主要的電視公司采用。

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??? 與模塊化儀器的方案相比,，傳統(tǒng)的臺(tái)式儀器的測(cè)試方法需要一個(gè)音頻/視頻信號(hào)發(fā)生器,、RF頻率合成器、音頻/視頻分析儀,、示波器和頻譜儀等眾多儀器才能實(shí)現(xiàn)測(cè)試目標(biāo),。設(shè)備成本很高，測(cè)試時(shí)間也較長(zhǎng),，此外對(duì)于傳統(tǒng)儀器架構(gòu)來(lái)說(shuō),，支持新的電視標(biāo)準(zhǔn)非常困難。

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B,、藍(lán)牙耳機(jī)測(cè)試

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??? 挑戰(zhàn)：為藍(lán)牙耳機(jī)產(chǎn)品終端測(cè)試設(shè)計(jì)一個(gè)綜合的音頻射頻自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái),，同時(shí)降低預(yù)算節(jié)約測(cè)試時(shí)間。

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??? 解決方案：使用NI PXI-4461音頻信號(hào)分析儀模擬產(chǎn)生音頻測(cè)試信號(hào),，采集接收析音頻信號(hào)完成視頻測(cè)試,，用NI-5660矢量信號(hào)分析儀完成藍(lán)牙射頻測(cè)試，數(shù)字萬(wàn)用表NI 4070實(shí)現(xiàn)基本電路電流電壓測(cè)試,， 整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)由一個(gè)PXI機(jī)箱的系統(tǒng)完成,。

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圖6藍(lán)牙耳機(jī)生產(chǎn)線終端測(cè)試的模塊化儀器測(cè)試框圖

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圖6藍(lán)牙耳機(jī)生產(chǎn)線終端測(cè)試的模塊化儀器測(cè)試框圖

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??? 隨著通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，低成本,、低功耗的無(wú)線技術(shù)飛速發(fā)展并逐步替代連接用戶的電纜,，藍(lán)牙已經(jīng)慢慢成長(zhǎng)起來(lái)并被廣泛應(yīng)用。藍(lán)牙耳機(jī)是音頻和無(wú)線技術(shù)結(jié)合的很好實(shí)例,。對(duì)很多耳機(jī)制造商來(lái)說(shuō),，給耳機(jī)增加藍(lán)牙功能意味著他們需要在生產(chǎn)線上增加單獨(dú)的藍(lán)牙測(cè)試站，而其昂貴的價(jià)格會(huì)顯著的增加測(cè)試成本,。在模塊化儀器解決方案中,，所有的音頻和藍(lán)牙終端功能測(cè)試能被統(tǒng)一到一個(gè)PXI測(cè)試站之中，這能顯著削減時(shí)間和成本,。

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??? 對(duì)耳機(jī)的音頻測(cè)試包括Tx/Rx幅頻響應(yīng),、失真、噪音,、隔離度和靈敏度,。典型的RF測(cè)試包括藍(lán)牙最初載波頻率公差、RF輸出功率以及靈敏度,。NI中國(guó)已經(jīng)為一知名的耳機(jī)公司提供了此解決方案,，其后他們減少了40%的測(cè)試時(shí)間并節(jié)約了30%的成本,。

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4、結(jié)論

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??? 面對(duì)當(dāng)今的音視頻測(cè)試,，產(chǎn)品功能復(fù)雜性的增加,、開(kāi)發(fā)周期的減少、預(yù)算的縮減,，工程師們需要評(píng)估他們當(dāng)前的策略,，并尋找更優(yōu)方案以增加效率減少成本。設(shè)計(jì)新一代音視頻測(cè)試系統(tǒng),，需要考慮增加系統(tǒng)靈活性,、提高測(cè)量性能和高吞吐量的實(shí)現(xiàn)、更低測(cè)試系統(tǒng)成本,、延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命等多方面的因素,。

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??? 模塊化硬件平臺(tái)是在廣泛采用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)基礎(chǔ)之上建立起來(lái)的，例如PXI,，允許工程師開(kāi)發(fā)可升級(jí)的測(cè)試系統(tǒng),，并可把不同儀器供應(yīng)商的儀器緊密地結(jié)合在一起，另外,，它還允許工程師整合當(dāng)前的設(shè)備投資以減少最初投資的成本,。軟件定義的測(cè)量方法則利用了最新的PC技術(shù)例如多種核心處理器和PCI Express，下一代的測(cè)試系統(tǒng)可以顯著改善數(shù)據(jù)吞吐量,，并可以擴(kuò)展以滿足不同產(chǎn)品升級(jí)換代需求。因此由軟件定義的模塊化測(cè)試架構(gòu)是一個(gè)理想的解決方案,。