消費型電子產品功能持續推陳出新，造成產品測試難度與日俱增。舉例來說，高畫質多媒體介面(High-Definition Multimedia Interface, HDMI)與數位視訊介面(Digital Video Interface, DVI)等數位介面雖然有許多優點，但要了解這些介面與其對應的測試項目卻不簡單。
本文說明這些訊號的測試方式、測試工程師如何縮短測試時間並降低成本，以及介紹如何在相同平台內整合音訊與類比視訊測試，進而享有更出色的效率，最後將提出完整的視訊測試解決方案範例與詳細示範。
HDMI/DVI可傳輸未壓縮影音
HDMI與DVI可傳輸未壓縮的數位視訊資料。這兩種介面可以將機上盒(STB)、高解析度DVD或藍光光碟機、電腦或筆記型電腦、電玩主機等訊號來源，連接至相容的數位視訊顯示器，如數位電視。
DVI比HDMI還早問世，主要做為液晶顯示器(LCD)電腦螢幕與數位投影機的介面。DVI使用數位通訊協定高速傳送二元化的視訊資料，以序列式低壓差動訊號(Low-Voltage Differential Siganling, LVDS)來串流紅、綠、藍色彩資訊。事實上，HDMI與DVI使用相同的數位傳輸協定進行視訊訊號傳遞，亦即HDMI向下相容單鏈結(Single-Link)DVI。HDMI只使用單一的小接頭，但規範中加入音訊與數位加密高頻寬數位內容保護(High-bandwidth Digital Content Protection, HDCP)，是與DVI較大的不同。
實體層及功能性測試各具重要性
考慮HDMI或DVI測試時，測試工程師必須先了解傳送器設計時的實體(PHY)訊號特徵和數位訊號輸出的功能性測試。實體層測試或是參數測試(Parameteric Test)主要用於產品設計階段，而誤碼率(Bit Error Rate, BER)、上升/下降時間、抖動(Jitter)、阻抗和共模反射抑制(Common-Mode Rejection)等量測項目，皆可確保時間精確度與效能符合通訊協定規範的要求。
相較於需要大量時間以確保設計品質的實體層測試，產品的功能性測試則是著重於縮短測試時間與降低測試成本。
功能性測試則是在產品的生產或驗證階段開始測試視訊訊號顏色是否正確、亮度準位，同時檢查用來對不同解析度進行縮放、改善畫質、降噪或其他視訊訊號處理功能是否正常。就設計驗證而言，測試工程師必須執行多重量測項目，意味著自動化測試的效率極為重要，然而就製造測試來說，由於一天須量測數千個待測物，所以縮短測試時間就可降低測試成本。
數位視訊產品的功能性測試大致上可分為兩種：訊號擷取與視訊品質量測。本文將討論這兩種功能性測試，並且說明如何透過PXI測試平台與模組化儀控，有效進行數位影像產品的檢驗與製造測試。
訊號擷取為測試首要步驟
數位視訊訊號測試的第一個步驟，就是擷取或取出待測的DVI或HDMI訊號資訊。因為工程師要測試高速的序列LVDS串流資料，必須先開發硬體以便將高速的序列資料轉換成更實用的紅、綠、藍或YCbCr平行資料，接著才可把這些擷取下來的資料送到軟體端進行分析。
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| 圖1 PXI SPX-I模組(右邊數來第二個)可透過HDMI接頭擷取視訊資料，並將序列資料轉換為平行色彩資料。 |
工程師想要分析的訊號解析度將決定測試儀器用來擷取平行資料的時脈速度。舉例來說，以74.25MHz的時脈擷取一個720p或1,080i的數位視訊訊號，而要擷取1,080p的訊號則需162MHz的時脈速度。此轉換架構可使用PXI SPX-I DVI/HDMI轉換器搭配高速數位介面，其效能可媲美數位視訊分析器的擷取功能。如圖1所示，PXI SPX-I模組會透過HDMI接頭擷取序列視訊資料、將串流轉換為平行色彩資料，並且把訊號傳送至數位介面，以便使用者連接至高速數位介面等模組，進而擷取平行的色彩資料。
由於HDMI可與Single-link DVI向下相容，因此可使用相同的模組，搭配額外的低價位DVI轉HDMI轉換器，以便測試DVI輸出。另一項HDMI訊號的測試挑戰，就是HDMI裝置所需的HDCP 加密作業。HDCP經過特殊設計，可避免電腦駭客取得版權媒體內的原始視訊串流資料，同樣帶來許多測試挑戰。其中，HDCP有個測試方式要求製造商在測試期間關閉裝置的HDCP編碼功能，但是較理想的測試系統解決方案則包含必須經過授權的解碼IP，以便建立出最接近相關產品操作方式的接收器。
視訊品質量測仰賴演算法
一旦擷取到數位視訊資料之後，則必須開發軟體演算法以分析視訊訊號品質，確保產品可提供正確的亮度與色彩資訊，順利顯示於電視或其他裝置。常見的量測項目包含振幅、時序參數，例如色彩條(Color Bar)、水平時序(Horizontal Timing)與訊號頻率，以及失真度量測如多波群(Multiburst)或非線性失真及雜訊頻譜分析等，然而所需的軟體開發與複雜度仍然取決於應用需求。舉例來說，產線測試階段通常只需要少數幾個測項來確認輸出功能，但是這幾個測項一天卻要重覆上千次，所以必須特別留意演算法的效率。若是產品檢驗階段的視訊分析，就應該鉅細靡遺的執行功能測項，這時會需要簡便的自動化測試與許多複雜的演算法。
當然，無論是哪一種測試，如果能利用最近的電腦多核心運算效能來進行平行運算，對測試效率會非常有幫助。LabVIEW圖形化程式設計語言可輕鬆操作硬體，還可用來開發演算法，例如色彩條的基礎量測，以及更複雜的控制通道資訊解碼或影像處理。
此外，也可平行執行量測作業，LabVIEW會自動管理執行緒，充分發揮多核心的效能，完全不需要其他的編碼作業。最後還可使用TestStand等測試管理軟體，並透過LabVIEW或其他編碼語言來管理測試項目的執行狀況，並且建立可重複的量測順序，針對通過/失敗(Pass/Fail)準則新增量化限制、將測試資料儲存至檔案或資料庫、建立完整的報表。
建構完整視訊測試系統挑戰大
透過上述的介紹，相信讀者對HDMI與DVI訊號測試的軟硬體已有初步的了解，然而單只有一篇文章並無法涵蓋更多細節。舉例來說，消費型電子產品往往有多種不同的操作模式，包括可用來輸出標準電視(SDTV)480i或480p解析度，甚至是高畫質電視(HDTV)的720p、1,080i或1,080p。
上述不同的解析度都有不同的畫面更新率(Frame Rate)，每秒24、30或60的畫面更新率都有可能。HDMI與DVI產品的輸出也可能同時包含顯示資料通道(Display Data Channel, DDC)、消費性電子控制(Consumer Electronics Control, CEC)和數位版權保護HDCP。
工程師若要自行開發有效的視訊分析軟體演算法可說是相當困難，開發一整套完整的量測系統更是曠日廢時。另一項會大幅影響測試系統開發的因素就是有效設計的演算法，產品驗證與量測的測試作業皆可採用，不須要分別設計。開發測試系統時，就有機會克服所有的軟硬體挑戰，有時候完整的解決方案則是更為理想，因其整合穩定的擷取硬體與視訊分析軟體。
搭配合適測試軟體 視訊介面測試達陣
量測儀器廠商推出的Video Measurement Suite 及Digital Video Analysis Suite採用PXI平台建置而成。兩套系統皆使用PXI SPX-I模組進行HDMI或DVI訊號的序列至平行轉換作業，並且透過100MHz高速數位介面來擷取色彩資料。擷取到資料後，即可使用設定架構的環境，從完整的量測資料庫選擇測試步驟，也可針對訊號建立客製化的量測作業。
透過LabVIEW設定量測步驟時，即可使用TestStand的測試執行(Test Executive)功能建立測試順序，以便管理測試元件的所有量測作業。此外還能選擇將量化限制新增至各步驟，以便提供Pass/Fail的準則。最後，TestStand也有助於輕鬆存取測試資料並製作報表。
Video Measurement Suite可減少類比與數位視訊的測試成本(圖2)。模組化的PXI架構可協助使用者透過單一平台，測試類比視訊、數位視訊與音訊，甚至還能把視訊樣式產生功能(Video Pattern Generation)新增至測試系統。相較於其他視訊測試解決方案，Video Measurement Suite不僅能減少初始投資成本，還能透過PXI匯流排的低延遲時間與高傳輸率，進一步縮短測試時間。
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| 圖2 PXI平台可降低視訊測試的成本。 |
舉例來說，從複合視訊、色差視訊與產品如機上盒(STB)、DVD播放機等的HDMI輸出中擷取訊號，並執行完整的量測作業，可能只要6～8秒。有鑑於許多消費型電子產品同時包含音訊與視訊輸出，而Video Measurement Suite採用PXI平台，將可擴充測試功能以納入聲音、類比視訊與數位視訊的分析作業。
從上述可知，透過可擴充的PXI測試平台與相對應的測試軟體，測試工程師在測試HDMI與DVI等影音傳輸介面時，將可更加快速，並可進一步簡化測試作業。
(本文作者任職於美商國家儀器)