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電視信號的實(shí)時(shí)監測與數字化處理
摘要：基于射頻和視頻指標的測量將模擬視頻信號數字化，對采樣數據進(jìn)行處理、判斷和識別，并對異常狀態(tài)進(jìn)行報警和記錄，構成了一套對電視信號進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監測與管理系統。前廣播電視網(wǎng)基本上覆蓋了全國各地，廣播和電視已經(jīng)成為人民生活中不可缺少的重要部分，同時(shí)也是中央和地方政府以及科學(xué)技術(shù)、文化、衛生等部門(mén)的主要傳媒和信息傳播工具。廣播電視網(wǎng)播出的內容質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò )運行的正常與否，直接影響黨和政府方針政策的宣傳貫徹和社會(huì )的穩定，同時(shí)也將影響全國各行業(yè)之間、國內與國外之間信息的準確和及時(shí)傳播。因此，利用高科技對全國廣播電視網(wǎng)的技術(shù)指標進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，對于加強中央控制、凈化屏幕和提高接收質(zhì)量，防止異常干擾具有重要的現實(shí)意義。本文正是基于上述考慮，提出了對電視播放出現的大故障如停播、無(wú)圖像、無(wú)伴音等定性指標和信號質(zhì)量劣變等定量指標進(jìn)行實(shí)時(shí)監測。采用數字化自動(dòng)監測系統，可以大大提高廣播電視監測的自動(dòng)化水平，使廣播電視監測更加準確、及時(shí)、可靠，同時(shí)也可大大減輕值班和管理人員的工作量。
１ 監測系統組成
本監測系統可以對播出中的電視信號無(wú)圖像、無(wú)伴音以及圖像靜止報警，并且可以對射頻及視頻指標進(jìn)行測量。系統原理如圖１所示。
本檢測系統由三部分組成：射頻指標測量、音視頻數據檢測與處理、通信與參數設置。電視的射頻信號ＲＦ輸入后，經(jīng)過(guò)分支器，將其中一路進(jìn)行射頻指標的測量，如圖像電平、聲音電平、載噪比等；另一路輸入到高頻頭，解調出音視頻信號，進(jìn)行后處理。音頻信號經(jīng)過(guò)Ａ／Ｄ采樣后，通過(guò)ＦＰＧＡ可以判斷伴音的有無(wú)。視頻信號在采樣后的數據處理本文將重點(diǎn)論述。系統使用ＭＣＵ對可編程的高頻頭和圖像采樣芯片進(jìn)行設置，將報警和處理結果上傳。
２ 射頻指標測量
我國的國家標準對電視信號的性能參數已做出了一系列規定。這些性能參數按照其性質(zhì)可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是在射頻上測試的性能參數；另一類(lèi)是在視頻上測試的性能參數。射頻指標有圖像電平?系統輸出口電平?、伴音電平、載噪比、圖像載頻點(diǎn)頻偏等?１?。
圖像電平表示當系統正常工作時(shí)，系統輸出口上的圖像載波電平范圍。我國標準規定，系統輸出口的電平為５７ｄＢμＶ～８３ｄＢμＶ，對于ＵＨＦ波段則要求為６０ｄＢμＶ～８３ｄＢμＶ。
伴音電平是指電視信號中音頻信號的載波電平。要求它比圖像電平低１７±３ｄＢμＶ。因為圖像電平和伴音電平均用分貝表示（對數關(guān)系），所以圖像電平／伴音電平之比?Ｖ／Ａ?＝圖像電平（對數）－伴音電平（對數）。Ｖ／Ａ的范圍對鄰頻傳輸系統為１７±３ｄＢ。
有線(xiàn)電視系統除前端攝像機輸出信號為視頻信號外，其余部分傳輸的信號都是高頻載波信號（射頻信號），通常使用載噪比這一概念。它定義為載波功率和噪聲功率之比：
C/N＝２０ｌｇ（載波電壓/噪聲電壓）
斜率是指兩頻道間載波電平差。要求相鄰兩頻道間載波電平差≤３ｄＢ?任意兩頻道間載波電平差≤８～１０ｄＢ。這個(gè)指標可以反映全頻道內的頻率特性。
圖像載頻點(diǎn)相對于標準載頻點(diǎn)的偏移稱(chēng)為載頻點(diǎn)偏移量。如偏移過(guò)大，則會(huì )使圖像電平下降。
上述射頻指標可以采用場(chǎng)強儀直接測量，只需在接口中加入一些通信協(xié)議即可，本文不加贅述。
３ 視音頻數據處理
在高頻頭解調出音視頻信號后，將分別進(jìn)行信號處理。
３．１ 音頻數據的處理
因為音頻的采樣速率可以較慢（在監控系統中，一般為幾ｋＨｚ～幾十ｋＨｚ），因此可采用較便宜的串行輸出芯片進(jìn)行Ａ／Ｄ轉換，而在ＦＰＧＡ中再進(jìn)行串并轉換，并作進(jìn)一步處理。這樣可以減少所使用芯片的Ｉ／Ｏ腳，進(jìn)而可以縮�。校茫碌拿娣e，還可以提高ＦＰＧＡ的使用率，增強系統的抗干擾能力，提高系統的性?xún)r(jià)比。一般而言，音頻信號只需判斷有無(wú)即可。
３．２ 視頻數據的處理
視頻的同步分離可以得到奇偶場(chǎng)信號，可以用該信號作為控制信號，只對奇場(chǎng)進(jìn)行處理。電視視頻信號經(jīng)視頻采樣芯片后，可得到（ＵＹＶＹ）形式的數字碼流ＩＰＤ，同時(shí)還有場(chǎng)同步信號ＩＧＰＶ、行同步信號ＩＧＰＨ以及碼流時(shí)鐘ＩＣＬＫ。它們的時(shí)序關(guān)系如圖２所示。
３．２．１ 視頻報警處理
若沒(méi)有同步信號，則可以判斷為無(wú)圖像報警。而在有同步信號的情況下，對視頻數據的進(jìn)一步處理可以得到圖像靜止的報警。先將一場(chǎng)的數據存入存儲器（共有４字節／點(diǎn)×３６０點(diǎn)／行×２４０行／場(chǎng)＝３４５６００字節，故需選用５１２ＫＢ ＲＡＭ），在新的一場(chǎng)數據到來(lái)時(shí)將其讀出并比較，同時(shí)將新一場(chǎng)的數據存入存儲器中。若兩場(chǎng)中有若干數據相同，則認為該兩場(chǎng)信號沒(méi)有發(fā)生變化，即為圖像靜止報警。在實(shí)際應用中，因為一場(chǎng)信號僅占用０．０２ｓ時(shí)間，因此沒(méi)有必要對每場(chǎng)都進(jìn)行比較，可以通過(guò)計時(shí)，每０．５ｓ比較一次。這可以通過(guò)在ＦＰＧＡ中設計一個(gè)計數器方便地實(shí)現。本系統采用計數器對ＩＧＰＶ計數，每當計數值為２５時(shí)進(jìn)行一次比較，即可得到滿(mǎn)意的結果。
３．２．２ 視頻指標處理
當用戶(hù)要求對信號質(zhì)量逐漸劣變進(jìn)行監測時(shí)，僅僅對圖像靜止、無(wú)圖像、無(wú)伴音等的定性測量是遠遠不夠的，需要更好的測量手段對電視信號的視頻指標測量。電視視頻信號指標測試的原理是對在電視信號逆程插入的一組標準信號進(jìn)行采樣、計算及處理。
國際無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì )（ＣＣＩＲ）早在１９６９年就推薦用于國際節目交換的６２５行系統的電視插入測試行信號，規定１７、１８（３３０、３３１）行為國際電視插入測試信號位置，供國際間的傳播、交換節目使用；１９、２０（３３２、３３３）行供各國國內插入測試信號使
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