CN104539944B - 数字电视信号传输故障自动判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字电视信号传输故障自动判断方法，该方法对数字SDI信号进行解码，还原数字视频和数字音频采样信号，再把每一帧图像采样信号与下一帧图像采样信号进行对比，如果对比的结果数值相同，数值且不为零，则判断为图像静帧，如果对比的结果数值相同，数值且为零，则判断为图像黑场，如果对比的结果数值不同，则判断为正常图像信号。本发明对串行视频信号中的各个视频特征信号进行分离，使用解码器进行串并转换，恢复定时基准信号和视音频采样信号，再根据各自的特征信号，经由相应的硬件电路，再结合MCU对特征信号进行采样分析然后再做出准确判断，判断结果为图像静帧、图像黑场、正常图像信号、信号中断、音频信号和信号切换、故障的告警及故障存储。

Description

数字电视信号传输故障自动判断方法

技术领域

本发明属于电子信息领域，应用于广播电视行业，播出及演播室视频音频信号处理。本发明涉及一种视频音频信号处理方法，特别涉及一种数字电视信号传输故障自动判断方法。

背景技术

现有的电视台数字播出系统和数字信号传输系统中一些技术设备常发生故障，常见的是信号中断、信号出现静帧、信号出现黑场、信号失去同步和无声音等故障，尤其是在电视台的播出环节，当出现上述故障时都会给电视台和观众造成很大的影响，目前对于信号传输中出现的上述故障，还没有一个及时有效的方法解决。在该领域国内和国际在技术上处理上述故障，是采用间接的方法，使用了监播系统，是把各个信号传输的环节都取出一路信号，进行集中监控和使用告警功能进行提醒，由监播系统进行判断再由技术人员到现场处理，监播系统存在的问题，一是多路信号集中监视告警，受SDI信号传输距离的限制，所以使用了压缩编码然后再进行网络传输，这样就存在着线路多和线路长本身引入的故障，二是网络传输受制于网速及网络病毒等因素的影响，二是进行了压缩编码本身带来信号损失很容易形成误判，三是发现故障后在进行人工处理故障，导致故障处理时间过长。

发明内容

本发明的目的是要解决上述问题，提供一种数字电视信号传输故障自动判断方法。

本发明的方法是：

对数字SDI信号进行解码，还原数字视频和数字音频采样信号，再把每一帧图像采样信号与下一帧图像采样信号进行对比，如果对比的结果数值相同，数值且不为零，则判断为图像静帧，如果对比的结果数值相同，数值且为零，则判断为图像黑场，如果对比的结果数值不同，则判断为正常图像信号。

附图说明

图1本发明的信号故障判断原理框图。

图2本发明的采样脉冲产生框图。

图3本发明的MCU工作原理。

图4本发明的总控MCU工作原理图。

具体实施方式

本发明对串行视频信号中的各个视频特征信号进行分离，使用解码器进行串并转换，恢复定时基准信号和视音频采样信号，再根据各自的特征信号，经由相应的硬件电路，再结合MCU对特征信号进行采样分析然后再做出准确判断。原理见图1。

本发明的具体步骤如下：

(一)、静帧和黑场信号的判断

信号的静帧和黑场判断是由两部分组成，一部分是硬件部分，另一部分是软件部分，硬件部分完成信号的串并转换，特征信号的提取及处理，软件部分主要是单片机的软件程序，完成数据存储、比较、运算及判断任务；

硬件部分

数字标清PAL制数字电视图像是采用隔行扫描方式，一幅图像是由两场组成，每一场亮度信号的有效扫描是720×288个样点，色度信号的有效扫描也是720×288个样点，数字高清PAL制数字电视图像是采用隔行扫描方式，一幅图像是由两场组成，每一场亮度信号的有效扫描是1920×540个样点，色度信号的有效扫描也是1920×540个样点，相邻两场之间永不相等，所以采样必须按照隔行扫描的规律，采样必须选择奇数场或偶数场。

方法中采用的是偶数场判断，首先在基准定时信号中提取帧定时信号F、场定时信号V和行定时信号H，该F、V、H信号是同步脉冲信号，用逻辑电路选择在偶数场为有效场(也可以选择奇数场)，再选择在偶数场的有效行为采样行，每个有效行总的样点是，标清亮度为720个，标清色度色度为720个，高清亮度1920个高清色度1920个。

由于全部采样的样值过大，为了减少MCU存储和计算的压力，采取对以上样点再进行抽样，抽样脉冲是通过逻辑电路实现。标清是利用有效场和有效行脉冲对27MHz采样脉冲选通，产生每一有效行1440个采样脉冲，然后再经由分频电路，对1440个样点进行256次分频，产生6个采样脉冲，经过以上处理后每一行实际的采样点为6个。

高清是利用有效场和有效行脉冲对74.25MHz采样脉冲选通，产生每一有效行1920个采样脉冲，然后再经由分频电路，对1920个样点进行256次分频，产生8个采样脉冲，经过以上处理后每一行实际的采样点为8个，图2为采样脉冲产生框图。

串并解码器将解码器输出的并行信号，标清信号以27MHz的速率送给缓存器，但是缓存器存储于输出的频率是经过每行以上256次分频后的频率，样值只是每行取了6个样点的样值，再把每个样值送给MCU进行样值比较。同样高清信号以74.25MHz的速率送给缓存器，但是缓存器存储于输出的频率是经过每行以上256次分频后的频率，样值只是每行取了8个样点的样值，再把每个样值送给MCU进行样值比较。

软件部分

MCU的工作是由软件实现的，为了节省存储空间，MCU只是存储了当前样值的前一个样值，MCU再将现在实时的样值与前一个存储的样值进行比较，比较采用异或的方式，并把比较结果进行存储，同时把现在的样值进行存储，作为下一个样值的比较样值。标清一帧图像总计有288×6个样值进行同样的比较，高清一帧图像总计有540×8个样值进行同样的比较，最后的这个样值比较结果就是这一幅图像的最终样值结果，再把这一幅图像的最终样值结果进行存储，按照以上的步骤继续比较计算得出下一幅图像的样值，把两幅图像的样值进行比较，如果样值相同则相邻两幅图像相同，如果两个样值不同则两幅图像不同，PAL制数字高标清信号一秒有25帧图像，如果在一秒钟之内出现了连续25个结果相同的样值，则MCU判断为图像已经出现静帧画面一秒时间，如果两幅相邻的图像样值相同，并且样值都为零，则MCU判断为图像已经出现黑场，MCU将静帧指示信号和黑场指示信号分别输出，分别作为信号的故障判断指示信号。MCU工作原理方框图见图3。

(二)、信号中断的判断

对于数字高清和数字标清信号中断的判断是利用SDI码流来判断，标清码流是270MHz，高清码流是1485MHz，专门利用一个码流判断芯片，该芯片有专用的指示输出，当有码流输入时指示输出为低电平，当信号中断时该指示输出高电平，通过硬件电路将该指示送人MCU信号输入引脚，为了防止误判和提供判断精度，同时引入了场同步脉冲，MCU检测到有同步脉冲并且信号中断指示为低电平时，MCU判断指示为信号正常，否则指示为中断。

(三)、音频信号的判断

对于数字高标清信号串行传输，音频是作为辅助数据进行传输，是嵌入到视频信号的场消隐和行消隐期间，首先是将嵌入在消隐期间的音频进行解嵌，在解嵌后提取音频特征信号，由于嵌入音频数据包有两种类型，为了适应两种类型的音频信号所以在这里提取的是音频共有的包头信号，结合提取包头后面的数据信号进行判断，将两个指示信号同时送人MCU，由MCU来完成判断，有包头信号还有包头后面的辅助数据信号，则为音频正常，有包头信号没有辅助数据信号则为音频故障，没有包头信号同时没有辅助数据信号则为音频故障，没有包头信号有辅助数据信号则为音频故障。

(四)信号切换、故障的告警及故障存储

以上对信号处理及故障判断过程只是对一路信号，要实现自动故障处理需要对多路信号进行同样的处理，每一路都输出判断信号，每一路的各种故障的判断信号包含有：信号静帧、信号黑场、信号中断信号无声音，对这些判断信号进行编码，多路编码后的判断信号通过总线方式，送至一个总控MCU,由总控MCU汇总各路故障情况，并进行综合判断，对各路故障情况向外部电路发送指令，总控MCU工作原理见图4。总控MCU具体向外部发出的指令是：

1、切换命令：发送切换命令是按照多路信号优先选择的方式，发送给切换器电路，多路判断信号同时送人MCU，通过软件程序进行优先选择，优先选择器中设定的优先级顺序是1-2-3-4…..n；1代表的是切换器中信号接入的第一个入口，2代表的是切换器中信号接入的第二个入口，n代表的是切换器中信号接入的第n个入口，当输入的多路判断信号都是好的时，则切换器的输出端第一路信号，当第一路出现故障则优先切换第二路，按照优先级别以此类推，当多路信号同时恢复正常时，也是按照优先级别首先恢复第一路；

2、告警命令：告警命令有二种，一种是指示灯告警，另一种是声音告警，指示灯告警是由单片机的输出口，直接驱动外部电路进行告警指示，声音告警是由单片机对各路故障信号译码，然后向语言驱动电路发出具体故障告警指令。

3、存储命令：总控MCU发现故障后首先进行切换处理，然后进行告警，最后还要对故障现象进行存储，存储的内容有：存储的内容有：是第几路发生了故障，发生了什么故障，是在何年何月何日何时何分何秒发生了故障，准确的记录事故信息(相当于飞机的黑匣子)，这个信息存储是由MCU通过硬件外接SD卡进行存储，以便通过其他计算机进行事故分析。

Claims (1)

1.一种数字电视信号传输故障自动判断方法，该方法包括以下步骤：

(一)、静帧和黑场信号的判断

信号的静帧和黑场判断是由两部分组成，一部分是硬件部分，另一部分是软件部分，硬件部分完成信号的串并转换，特征信号的提取及处理，软件部分主要是单片机的软件程序，完成数据存储、比较、运算及判断任务；

硬件部分

数字标清PAL制数字电视图像是采用隔行扫描方式，一幅图像是由两场组成，每一场亮度信号的有效扫描是720×288个样点，色度信号的有效扫描也是720×288个样点，数字高清PAL制数字电视图像是采用隔行扫描方式，一幅图像是由两场组成，每一场亮度信号的有效扫描是1920×540个样点，色度信号的有效扫描也是1920×540个样点，相邻两场之间永不相等，所以采样必须按照隔行扫描的规律，采样必须选择奇数场或偶数场；

采用偶数场判断，首先在基准定时信号中提取帧定时信号F、场定时信号V和行定时信号H，该F、V、H信号是同步脉冲信号，用逻辑电路选择在偶数场为有效场，也可以选择奇数场，再选择在偶数场的有效行为采样行，每个有效行总的样点是，标清亮度为720个，标清色度色度为720个，高清亮度1920个高清色度1920个；

由于全部采样的样值过大，为了减少MCU存储和计算的压力，采取对以上样点再进行抽样，抽样脉冲是通过逻辑电路实现；标清是利用有效场和有效行脉冲对27MHz采样脉冲选通，产生每一有效行1440个采样脉冲，然后再经由分频电路，对1440个样点进行256次分频，产生6个采样脉冲，经过以上处理后每一行实际的采样点为6个；

高清是利用有效场和有效行脉冲对74.25MHz采样脉冲选通，产生每一有效行1920个采样脉冲，然后再经由分频电路，对1920个样点进行256次分频，产生8个采样脉冲，经过以上处理后每一行实际的采样点为8个；

串并解码器将解码器输出的并行信号，标清信号以27MHz的速率送给缓存器，但是缓存器存储于输出的频率是经过每行以上256次分频后的频率，样值只是每行取了6个样点的样值，再把每个样值送给MCU进行样值比较；同样高清信号以74.25MHz的速率送给缓存器，但是缓存器存储于输出的频率是经过每行以上256次分频后的频率，样值只是每行取了8个样点的样值，再把每个样值送给MCU进行样值比较；

软件部分

MCU的工作是由软件实现的，为了节省存储空间，MCU只是存储了当前样值的前一个样值，MCU再将现在实时的样值与前一个存储的样值进行比较，比较采用异或的方式，并把比较结果进行存储，同时把现在的样值进行存储，作为下一个样值的比较样值；标清一帧图像总计有288×6个样值进行同样的比较，高清一帧图像总计有540×8个样值进行同样的比较，最后的这个样值比较结果就是这一幅图像的最终样值结果，再把这一幅图像的最终样值结果进行存储，按照以上的步骤继续比较计算得出下一幅图像的样值，把两幅图像的样值进行比较，如果样值相同则相邻两幅图像相同，如果两个样值不同则两幅图像不同，PAL制数字高标清信号一秒有25帧图像，如果在一秒钟之内出现了连续25个结果相同的样值，则MCU判断为图像已经出现静帧画面一秒时间，如果两幅相邻的图像样值相同，并且样值都为零，则MCU判断为图像已经出现黑场，MCU将静帧指示信号和黑场指示信号分别输出，分别作为信号的故障判断指示信号；

(二)、信号中断的判断

对于数字高清和数字标清信号中断的判断是利用SDI码流来判断，标清码流是270MHz，高清码流是1485MHz，专门利用一个码流判断芯片，该芯片有专用的指示输出，当有码流输入时指示输出为低电平，当信号中断时该指示输出高电平，通过硬件电路将该指示送人MCU信号输入引脚，为了防止误判和提供判断精度，同时引入了场同步脉冲，MCU检测到有同步脉冲并且信号中断指示为低电平时，MCU判断指示为信号正常，否则指示为中断；

(三)、音频信号的判断

对于数字高标清信号串行传输，音频是作为辅助数据进行传输，是嵌入到视频信号的场消隐和行消隐期间，首先是将嵌入在消隐期间的音频进行解嵌，在解嵌后提取音频特征信号，由于嵌入音频数据包有两种类型，为了适应两种类型的音频信号所以在这里提取的是音频共有的包头信号，结合提取包头后面的数据信号进行判断，将两个指示信号同时送人MCU，由MCU来完成判断，有包头信号还有包头后面的辅助数据信号，则为音频正常，有包头信号没有辅助数据信号则为音频故障，没有包头信号同时没有辅助数据信号则为音频故障，没有包头信号有辅助数据信号则为音频故障；

(四)信号切换、故障的告警及故障存储

以上对信号处理及故障判断过程只是对一路信号，要实现自动故障处理需要对多路信号进行同样的处理，每一路都输出判断信号，每一路的各种故障的判断信号包含有：信号静帧、信号黑场、信号中断信号无声音，对这些判断信号进行编码，多路编码后的判断信号通过总线方式，送至一个总控MCU,由总控MCU汇总各路故障情况，并进行综合判断，对各路故障情况向外部电路发送指令，总控MCU具体向外部发出的指令是：

(1)、切换命令：发送切换命令是按照多路信号优先选择的方式，发送给切换器电路，多路判断信号同时送人MCU，通过软件程序进行优先选择，优先选择器中设定的优先级顺序是1-2-3-4…..n；1代表的是切换器中信号接入的第一个入口，2代表的是切换器中信号接入的第二个入口，n代表的是切换器中信号接入的第n个入口，当输入的多路判断信号都是好的时，则切换器的输出端第一路信号，当第一路出现故障则优先切换第二路，按照优先级别以此类推，当多路信号同时恢复正常时，也是按照优先级别首先恢复第一路；

(2)、告警命令：告警命令有二种，一种是指示灯告警，另一种是声音告警，指示灯告警是由单片机的输出口，直接驱动外部电路进行告警指示，声音告警是由单片机对各路故障信号译码，然后向语言驱动电路发出具体故障告警指令；

(3)、存储命令：总控MCU发现故障后首先进行切换处理，然后进行告警，最后还要对故障现象进行存储，存储的内容有：是第几路发生了故障，发生了什么故障，是在何年何月何日何时何分何秒发生了故障，准确的记录事故信息，这个信息存储是由MCU通过硬件外接SD卡进行存储，以便通过其他计算机进行事故分析。