一種數位電視信號質量綜合監測裝置的製作方法
2023-10-10 08:43:54 1
專利名稱：一種數位電視信號質量綜合監測裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於廣播電視領域，涉及一種SDI數位電視信號質量綜合監測裝置，可應 用於各類電視臺、電視設備製造行業，特別涉及一種數位電視信號質量綜合監測裝置。
背景技術：
隨著廣播電視的數位化發展，我國急需發展與之相適應的數位電視信號質量監控 技術與系統。電視信號實時監控系統對改善廣播電視傳輸和播出質量有非常重要的作用， 它是廣播電視管理部門和各級電視臺對節目製作、傳輸、播出過程中的節目質量進行監控 必備的技術手段。
數位電視節目信號中視音頻故障有無信號、黑場、綠場、自定義純色、靜幀、音低
音高、靜音、局部彩條、馬賽克、測試卡、臺標異常、圖像變形等。目前對電視信號故障監測主 要有兩種手段一是由工作人員人工監視電視節目，這種方式無法做到長時間、實時準確識
別出故障信號；二是利用多種傳統監測設備同時對信號通道進行監控，現有的這些電子設 備成本高、功能單一、不便於人員操作，而且這些設備主要是檢測電視信號的電氣特性。因 此，急需一種集成化的數位電視節目信號質量綜合監測裝置。
發明內容
針對現有技術存在的缺陷和不足，本發明的目的在於提供一種數位電視信號質量
綜合監測裝置，該裝置能夠實時監測、便於操作。 本發明的技術方案是這樣實現的 該設備由SDI電視信號採集轉換單元、信號處理與故障分析單元、人機操作單元 組成，裝置放在一個1U的標準機箱中。採集轉換單元、人機操作單元分別通過專用並行視 頻和通用的IO接口與信號處理與故障分析單元連接。 信號採集轉換單元包括SDI信號輸入和SDI輸出通道，輸入通道由BNC接頭把SDI 信號引入電纜均衡器，電纜均衡器送出一對高速差分信號給重定時鎖相器，由重定時鎖相 器分離出時鐘、數據兩對差分信號給SDI解碼器，SDI解碼器將輸出BT. 656數據給信號處 理分析單元；SDI輸出通道由時鐘電路和編碼電路組成，模擬黑場同步信號由BNC接頭輸入 到時鐘分離器，產生行同步、場同步信號給多頻率時鐘發生器，將BT. 656數據和時鐘發生 器輸出的27MHz時鐘信號傳給串行器，由串行器產生SDI輸出信號。該採集單元有1個SDI 輸入接口 ， 1個SDI輸出接口和1個同步信號接口 ， SDI接口的通信速度是270Mb。
信號處理與故障分析單元是基於達文西雙核處理器晶片的嵌入式系統，該單元由 達文西雙核處理器及外圍部件組成，外圍部件包含有256M內存SDRAM、64M NAND Flash、 40G的硬碟、RS232串口、乙太網接口、擴展口，這些外圍部件直接連到雙核處理器的相應接 口上，在擴展口上引出了 BT.656視頻輸入輸出、I2C總線和GPI0 口。雙核處理器之間提供 64位數據總線通路，數據通過Dsplink鏈路協議進行交互，保證極短的通信時間，DSP核負 責信號採集、分析與故障識別，ARM核負責任務管理、信號傳輸任務。該單元向外提供有1個
3模擬視頻輸入接口 ， 1個模擬視頻輸出接口 ， 1個乙太網接口 ， 1個RS422接口 ，模擬視頻接口 用來連接模擬監視設備，乙太網接口與遠程監控伺服器通信，RS422接口作為錄象的控制信 號，板上有30G硬碟存儲視頻文件。 所配的監測軟體含有參數設置、電視信號採集、視音頻信號分析、節目故障識別、 故障信息記錄、通信傳輸等模塊。電視信號採集模塊獲得SDI信號，送到視音頻信號分析模 塊，分析模塊獲得信號特徵參數，送到節目故障識別模塊。 人機操作單元由4個按鍵、128X64的液晶顯示器(LCD)組成，4個按鍵構成的多 種操作和輸入數據給信號處理單元，同時信號處理單元送來的參數和信號監視數據給LCD 顯示。 本發明的數位電視信號質量綜合監測裝置，主要用於廣播電視監控系統中SDI數 字串行信號的質量監測，是未來廣電行業系統播控部門不可缺少的設備。本發明基於採用 雙核處理器架構的嵌入式系統，這種雙核處理器架構與單核處理器構成的信息系統相比， 計算速度快，一臺設備集成了傳統的多種電視信號監測設備功能。本發明能檢測常見的電 視信號視音頻故障，包括無信號、黑場、綠場、自定義純色、靜幀、音低音高、靜音、局部彩 條、測試卡、臺標異常等，還可檢測複雜視頻故障，包括馬賽克、、圖像畸變，檢測響應速度
在40ms內。
圖1是本發明的硬體結構圖 圖2是本發明的信號處理流程圖 圖3是本發明的信號故障檢測程序流程圖 下面結合附圖對本發明的內容作進一步詳細說明。
具體實施例方式
本發明採取基於雙核處理器結構的高速嵌入式系統同步完成信號的採集與分析 計算，結合特徵參數匹配法和圖像處理的特徵識別方法快速識別電視信號中的視音頻故 障。監測設備由電視信號採集轉換單元、信號處理與故障分析單元、人機操作單元組成。信 號採集轉換單元將SDI數字串行信號採集轉換成為ITU-R BT656格式的視音頻信號，信號 處理與故障分析單元用於視音頻故障分析與識別，人機操作單元用於參數設置、模式控制 和故障報警顯示。通過乙太網，遠程監控伺服器可以多個電視信號質量綜合監測裝置相連， 獲得各個裝置傳來的信號故障數據和故障信號，生成故障信號歷史記錄，便於對事故進行 追溯管理。 圖1是本發明的硬體結構圖。本發明的綜合監測裝置中的SDI信號採集轉換單 元由SDI輸入和輸出通道組成，SDI輸入通道的信號由電纜均衡器CLC014電纜傳輸後高頻 損耗進行補償，經過重新定時鎖相CLC016將數據與同步時鐘信號分離，信號解碼器CLC011 將SDI串行信號轉換成為ITU-R BT656格式的視音頻信號傳給處理器；SDI同步輸出部分， LMH1981從輸入的參考模擬黑場中分離出行同步和場同步信號，送給LMH1982合成低抖動 27腿z同步時鐘信號，時鐘信號和ITU-R BT656數據傳送給串行器GS1582，將同步後SDI數 字電視節目信號輸出。信號處理與故障分析單元是由ARM處理器和DSP處理器組成的雙核
4結構的嵌入式系統，DSP處理器對SDI電視信號進行高速採集，對視頻圖像進行高速運算與 處理，然後將檢測結果返送回ARM處理器，ARM處理器以多線程的方式同步完成任務管理、 報警信號和故障電視信號傳輸等功能。人機操作單元包括LCD液晶顯示器、鍵盤，用於檢測 參數設置、模式控制和故障報警顯示。 圖2是本發明的信號處理流程圖。信號處理與故障分析單元接收由信號採集轉換 單元送來的符合ITU-R BT. 656標準的視頻數據流，該數據流還嵌入ITU-R BT. 1305標準的 音頻數據。為了識別電視信號的音頻故障，從每幀數據流中將音頻信號提取出來，通過計算 其分貝值，可判斷出是否存在靜音、響度過高、響度過低等音頻故障。視頻分析時，先把一幀 864x62的5BT656數據中的標清720x576視頻數據，做10bit到8bit的轉換，按照UYVY排 列形成YUV422格式的幀視頻數據，然後利用特徵參數匹配法和圖像處理中的特徵識別方 法，判斷信號中是否存在視頻故障。如果不存在故障，則繼續下一幀信號的檢測過程；否則， 則記錄視音頻故障信息，並傳遞此信息至遠程監控伺服器。檢測時間由設定的參數決定，可 達到40ms/幀。 圖3是本發明的視頻信號檢測算法流程圖。利用YUV422格式的幀視頻數據，用兩 類方法檢測信號視頻故障 (1)用特徵參數匹配法，識別常見節目視頻故障(無信號、黑場、綠場、自定義純 色、局部彩條、全局彩條、測試卡、臺標等)。所使用的模板特徵參量，包括區域範圍參數 x(左上角)、y(左上角)、w、 h，行間隔i，點偏差最大值d，故障持續時間t，相似度r，特徵 值數組eig[l..x]。各參數的的取值範圍為0-999。
首先計算區域內亮度差值的均方根，公式如下
A-l W—1
r戰，=
、'''、'=0 加=0
1 A—lw—1 ，
同法可得，rmsu， rmsv。然後，按照下列公式計算相似度。
x0.6 + ，醒"U-2+l"—醒《0.2 (2)
d d d 其中，0.2，0.6是各基色分量所佔的權重。如果rs〉r，則模板匹配，反之則不匹 配。匹配時採用優先級法，即對每種故障類型，按照電視臺工作人員經驗，設置不同的優先 級，當遇到若干個模板同時匹配的情況，選擇最高優先級的故障。 對於不同的故障，特徵參數匹配過程進行了化簡和優化。對於黑場、綠場，eig只 需3個。對於純色，eig事先無法得知，需要先統計三基色的均值，再做均方根計算。對於 彩條，只存儲一行的特徵數據。對於測試卡和臺標，先對區域做抽樣，然後再比對模板。
(2)利用圖像處理的特徵識別方法，檢測複雜視頻故障。通過雙閥值灰度化將圖像 簡化，去掉非特徵的背景信息，然後利用特徵圖像點的灰度跳變特性進行邊緣提取，然後根 據畸變宏塊特徵或者色度分布進行目標識別，來判斷馬賽克、圖像畸變等。
本發明的數位電視信號質量綜合監測裝置，可以監控多路SDI數位電視信號通 道，實時分析與識別7種常見視音頻故障和5種複雜視音頻故障進行，並對故障進行多種方 式報警提示；同時，可將每路信號故障信息和故障信號送到遠程監控伺服器中，生成故障信 號歷史記錄以便進行追溯管理。本發明檢測響應速度在40ms以內。
權利要求
一種集成化的數位電視信號質量綜合監測裝置，其特徵在於，該設備由SDI電視信號採集轉換單元、信號處理與故障分析單元、人機操作單元組成，採集轉換單元、人機操作單元分別與信號處理與故障分析單元連接。
2. 根據權利要求1所述的集成化的數位電視信號質量綜合監測裝置，其特徵在於，信 號採集轉換單元包括SDI信號輸入和SDI輸出通道，輸入通道由BNC接頭把SDI信號引入 電纜均衡器，電纜均衡器送出一對高速差分信號給重定時鎖相器，由重定時鎖相器分離出 時鐘、數據兩對差分信號給SDI解碼器，SDI解碼器將輸出BT. 656數據給信號處理分析單 元；SDI輸出通道由時鐘電路和編碼電路組成，模擬黑場同步信號由BNC接頭輸入到時鐘分 離器，產生行同步、場同步信號給多頻率時鐘發生器，將BT. 656數據和時鐘發生器輸出的 27MHz時鐘信號傳給串行器，由串行器產生SDI輸出信號。該採集單元有1個SDI輸入接 口 ， 1個SDI輸出接口和1個同步信號接口 ， SDI接口的通信速度是270Mb。
3. 根據權利要求1所述的集成化的數位電視信號質量綜合監測裝置，其特徵在於，信 號處理與故障分析單元是基於達文西雙核處理器晶片的嵌入式系統，該單元由達文西雙核 處理器及外圍部件組成，外圍部件包含有256M內存SDRAM、64MNAND Flash、40G的硬碟、 RS232串口、乙太網接口、擴展口，這些外圍部件直接連到雙核處理器的接口上，在擴展口上 引出了 BT. 656視頻輸入輸出、I2C總線和GPIO 口 ，雙核處理器之間提供64位數據總線通 路，數據通過Dsplink鏈路協議進行交互，保證極短的通信時間，DSP核負責信號採集、分析 與故障識別，ARM核負責任務管理、信號傳輸任務。該單元向外提供有1個模擬視頻輸入接 口 ， 1個模擬視頻輸出接口 ， 1個乙太網接口 ， 1個RS422接口 ，模擬視頻接口用來連接模擬監 視設備，乙太網接口與遠程監控伺服器通信，RS422接口作為錄象的控制信號，板上有30G 硬碟存儲視頻文件。
全文摘要
本發明公開了一種數位電視信號質量綜合監測裝置，用於SDI電視信號視音頻質量的實時監測。該裝置包括信號採集轉換單元、信號處理與故障分析單元、人機操作單元。該裝置由基於雙核處理器結構的高速嵌入式系統構成，DSP處理器完成電視信號採集、故障分析與識別，ARM處理器以多線程方式進行任務管理、數據傳輸、人機互動和報警顯示。本發明結合特徵參數匹配法和圖像處理中的特徵識別方法，完成數位電視信號的視音頻故障分析與識別。本發明能檢測常見的各類電視信號視音頻故障，還可檢測馬賽克、圖像畸變等複雜視頻故障，檢測響應速度在40ms內。
文檔編號H04N17/00GK101783969SQ20091002415
公開日2010年7月21日 申請日期2009年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者曹建福, 李文強, 趙會彬, 陳溯 申請人:西安交通大學