CN101783969A

CN101783969A - 一种数字电视信号质量综合监测装置

Info

Publication number: CN101783969A
Application number: CN200910024157A
Authority: CN
Inventors: 曹建福; 陈溯; 赵会彬; 李文强
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2010-07-21

Abstract

本发明公开了一种数字电视信号质量综合监测装置，用于SDI电视信号视音频质量的实时监测。该装置包括信号采集转换单元、信号处理与故障分析单元、人机操作单元。该装置由基于双核处理器结构的高速嵌入式系统构成，DSP处理器完成电视信号采集、故障分析与识别，ARM处理器以多线程方式进行任务管理、数据传输、人机交互和报警显示。本发明结合特征参数匹配法和图像处理中的特征识别方法，完成数字电视信号的视音频故障分析与识别。本发明能检测常见的各类电视信号视音频故障，还可检测马赛克、图像畸变等复杂视频故障，检测响应速度在40ms内。

Description

一种数字电视信号质量综合监测装置

技术领域

本发明属于广播电视领域，涉及一种SDI数字电视信号质量综合监测装置，可应用于各类电视台、电视设备制造行业，特别涉及一种数字电视信号质量综合监测装置。

背景技术

随着广播电视的数字化发展，我国急需发展与之相适应的数字电视信号质量监控技术与系统。电视信号实时监控系统对改善广播电视传输和播出质量有非常重要的作用，它是广播电视管理部门和各级电视台对节目制作、传输、播出过程中的节目质量进行监控必备的技术手段。

数字电视节目信号中视音频故障有：无信号、黑场、绿场、自定义纯色、静帧、音低音高、静音、局部彩条、马赛克、测试卡、台标异常、图像变形等。目前对电视信号故障监测主要有两种手段：一是由工作人员人工监视电视节目，这种方式无法做到长时间、实时准确识别出故障信号；二是利用多种传统监测设备同时对信号通道进行监控，现有的这些电子设备成本高、功能单一、不便于人员操作，而且这些设备主要是检测电视信号的电气特性。因此，急需一种集成化的数字电视节目信号质量综合监测装置。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种数字电视信号质量综合监测装置，该装置能够实时监测、便于操作。

本发明的技术方案是这样实现的：

该设备由SDI电视信号采集转换单元、信号处理与故障分析单元、人机操作单元组成，装置放在一个1U的标准机箱中。采集转换单元、人机操作单元分别通过专用并行视频和通用的IO接口与信号处理与故障分析单元连接。

信号采集转换单元包括SDI信号输入和SDI输出通道，输入通道由BNC接头把SDI信号引入电缆均衡器，电缆均衡器送出一对高速差分信号给重定时锁相器，由重定时锁相器分离出时钟、数据两对差分信号给SDI解码器，SDI解码器将输出BT.656数据给信号处理分析单元；SDI输出通道由时钟电路和编码电路组成，模拟黑场同步信号由BNC接头输入到时钟分离器，产生行同步、场同步信号给多频率时钟发生器，将BT.656数据和时钟发生器输出的27MHz时钟信号传给串行器，由串行器产生SDI输出信号。该采集单元有1个SDI输入接口，1个SDI输出接口和1个同步信号接口，SDI接口的通信速度是270Mb。

信号处理与故障分析单元是基于达芬奇双核处理器芯片的嵌入式系统，该单元由达芬奇双核处理器及外围部件组成，外围部件包含有：256M内存SDRAM、64M NAND Flash、40G的硬盘、RS232串口、以太网接口、扩展口，这些外围部件直接连到双核处理器的相应接口上，在扩展口上引出了BT.656视频输入输出、I2C总线和GPIO口。双核处理器之间提供64位数据总线通路，数据通过Dsplink链路协议进行交互，保证极短的通信时间，DSP核负责信号采集、分析与故障识别，ARM核负责任务管理、信号传输任务。该单元向外提供有1个模拟视频输入接口，1个模拟视频输出接口，1个以太网接口，1个RS422接口，模拟视频接口用来连接模拟监视设备，以太网接口与远程监控服务器通信，RS422接口作为录象的控制信号，板上有30G硬盘存储视频文件。

所配的监测软件含有参数设置、电视信号采集、视音频信号分析、节目故障识别、故障信息记录、通信传输等模块。电视信号采集模块获得SDI信号，送到视音频信号分析模块，分析模块获得信号特征参数，送到节目故障识别模块。

人机操作单元由4个按键、128×64的液晶显示器(LCD)组成，4个按键构成的多种操作和输入数据给信号处理单元，同时信号处理单元送来的参数和信号监视数据给LCD显示。

本发明的数字电视信号质量综合监测装置，主要用于广播电视监控系统中SDI数字串行信号的质量监测，是未来广电行业系统播控部门不可缺少的设备。本发明基于采用双核处理器架构的嵌入式系统，这种双核处理器架构与单核处理器构成的信息系统相比，计算速度快，一台设备集成了传统的多种电视信号监测设备功能。本发明能检测常见的电视信号视音频故障，包括：无信号、黑场、绿场、自定义纯色、静帧、音低音高、静音、局部彩条、测试卡、台标异常等，还可检测复杂视频故障，包括：马赛克、、图像畸变，检测响应速度在40ms内。

附图说明

图1是本发明的硬件结构图

图2是本发明的信号处理流程图

图3是本发明的信号故障检测程序流程图

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

本发明采取基于双核处理器结构的高速嵌入式系统同步完成信号的采集与分析计算，结合特征参数匹配法和图像处理的特征识别方法快速识别电视信号中的视音频故障。监测设备由电视信号采集转换单元、信号处理与故障分析单元、人机操作单元组成。信号采集转换单元将SDI数字串行信号采集转换成为ITU-R BT656格式的视音频信号，信号处理与故障分析单元用于视音频故障分析与识别，人机操作单元用于参数设置、模式控制和故障报警显示。通过以太网，远程监控服务器可以多个电视信号质量综合监测装置相连，获得各个装置传来的信号故障数据和故障信号，生成故障信号历史记录，便于对事故进行追溯管理。

图1是本发明的硬件结构图。本发明的综合监测装置中的SDI信号采集转换单元由SDI输入和输出通道组成，SDI输入通道的信号由电缆均衡器CLC014电缆传输后高频损耗进行补偿，经过重新定时锁相CLC016将数据与同步时钟信号分离，信号解码器CLC011将SDI串行信号转换成为ITU-R BT656格式的视音频信号传给处理器；SDI同步输出部分，LMH1981从输入的参考模拟黑场中分离出行同步和场同步信号，送给LMH1982合成低抖动27MHz同步时钟信号，时钟信号和ITU-R BT656数据传送给串行器GS1582，将同步后SDI数字电视节目信号输出。信号处理与故障分析单元是由ARM处理器和DSP处理器组成的双核结构的嵌入式系统，DSP处理器对SDI电视信号进行高速采集，对视频图像进行高速运算与处理，然后将检测结果返送回ARM处理器，ARM处理器以多线程的方式同步完成任务管理、报警信号和故障电视信号传输等功能。人机操作单元包括LCD液晶显示器、键盘，用于检测参数设置、模式控制和故障报警显示。

图2是本发明的信号处理流程图。信号处理与故障分析单元接收由信号采集转换单元送来的符合ITU-R BT.656标准的视频数据流，该数据流还嵌入ITU-R BT.1305标准的音频数据。为了识别电视信号的音频故障，从每帧数据流中将音频信号提取出来，通过计算其分贝值，可判断出是否存在静音、响度过高、响度过低等音频故障。视频分析时，先把一帧864x62的5BT656数据中的标清720x576视频数据，做10bit到8bit的转换，按照UYVY排列形成YUV422格式的帧视频数据，然后利用特征参数匹配法和图像处理中的特征识别方法，判断信号中是否存在视频故障。如果不存在故障，则继续下一帧信号的检测过程；否则，则记录视音频故障信息，并传递此信息至远程监控服务器。检测时间由设定的参数决定，可达到40ms/帧。

图3是本发明的视频信号检测算法流程图。利用YUV422格式的帧视频数据，用两类方法检测信号视频故障：

(1)用特征参数匹配法，识别常见节目视频故障(无信号、黑场、绿场、自定义纯色、局部彩条、全局彩条、测试卡、台标等)。所使用的模板特征参量，包括：区域范围参数x(左上角)、y(左上角)、w、h，行间隔i，点偏差最大值d，故障持续时间t，相似度r，特征值数组eig[1..x]。各参数的的取值范围为0-999。

首先计算区域内亮度差值的均方根，公式如下

{rms}_{y} = \sqrt{\frac{1}{h \times w} Σ_{n = 0}^{h - 1} Σ_{m = 0}^{w - 1} {(Y_{m, n} - {eig}_{m, n})}^{2}} - - - (1)

同法可得，rms_u，rms_v。然后，按照下列公式计算相似度。

rs = \frac{| d - {rms}_{y} |}{d} \times 0.6 + \frac{| d - {rms}_{u} |}{d} \times 0.2 + \frac{| d - {rms}_{v} |}{d} \times 0.2 - - - (2)

其中，0.2，0.6是各基色分量所占的权重。如果rs＞r，则模板匹配，反之则不匹配。匹配时采用优先级法，即对每种故障类型，按照电视台工作人员经验，设置不同的优先级，当遇到若干个模板同时匹配的情况，选择最高优先级的故障。

对于不同的故障，特征参数匹配过程进行了化简和优化。对于黑场、绿场，eig只需3个。对于纯色，eig事先无法得知，需要先统计三基色的均值，再做均方根计算。对于彩条，只存储一行的特征数据。对于测试卡和台标，先对区域做抽样，然后再比对模板。

(2)利用图像处理的特征识别方法，检测复杂视频故障。通过双阀值灰度化将图像简化，去掉非特征的背景信息，然后利用特征图像点的灰度跳变特性进行边缘提取，然后根据畸变宏块特征或者色度分布进行目标识别，来判断马赛克、图像畸变等。

本发明的数字电视信号质量综合监测装置，可以监控多路SDI数字电视信号通道，实时分析与识别7种常见视音频故障和5种复杂视音频故障进行，并对故障进行多种方式报警提示；同时，可将每路信号故障信息和故障信号送到远程监控服务器中，生成故障信号历史记录以便进行追溯管理。本发明检测响应速度在40ms以内。

Claims

1.一种集成化的数字电视信号质量综合监测装置，其特征在于，该设备由SDI电视信号采集转换单元、信号处理与故障分析单元、人机操作单元组成，采集转换单元、人机操作单元分别与信号处理与故障分析单元连接。

2.根据权利要求1所述的集成化的数字电视信号质量综合监测装置，其特征在于，信号采集转换单元包括SDI信号输入和SDI输出通道，输入通道由BNC接头把SDI信号引入电缆均衡器，电缆均衡器送出一对高速差分信号给重定时锁相器，由重定时锁相器分离出时钟、数据两对差分信号给SDI解码器，SDI解码器将输出BT.656数据给信号处理分析单元；SDI输出通道由时钟电路和编码电路组成，模拟黑场同步信号由BNC接头输入到时钟分离器，产生行同步、场同步信号给多频率时钟发生器，将BT.656数据和时钟发生器输出的27MHz时钟信号传给串行器，由串行器产生SDI输出信号。该采集单元有1个SDI输入接口，1个SDI输出接口和1个同步信号接口，SDI接口的通信速度是270Mb。

3.根据权利要求1所述的集成化的数字电视信号质量综合监测装置，其特征在于，信号处理与故障分析单元是基于达芬奇双核处理器芯片的嵌入式系统，该单元由达芬奇双核处理器及外围部件组成，外围部件包含有：256M内存SDRAM、64MNAND Flash、40G的硬盘、RS232串口、以太网接口、扩展口，这些外围部件直接连到双核处理器的接口上，在扩展口上引出了BT.656视频输入输出、I2C总线和GPIO口，双核处理器之间提供64位数据总线通路，数据通过Dsplink链路协议进行交互，保证极短的通信时间，DSP核负责信号采集、分析与故障识别，ARM核负责任务管理、信号传输任务。该单元向外提供有1个模拟视频输入接口，1个模拟视频输出接口，1个以太网接口，1个RS422接口，模拟视频接口用来连接模拟监视设备，以太网接口与远程监控服务器通信，RS422接口作为录象的控制信号，板上有30G硬盘存储视频文件。