一種實(shí)用的視頻靜幀檢測(cè)方法

吳 云

（作者單位：安徽廣播電視臺(tái)黃山發(fā)射臺(tái)）

一種實(shí)用的視頻靜幀檢測(cè)方法

吳 云

（作者單位：安徽廣播電視臺(tái)黃山發(fā)射臺(tái)）

1 概述

隨著安全播出要求的提高和電子技術(shù)的發(fā)展，發(fā)射臺(tái)普遍采用視音頻自動(dòng)切換器來提高播出故障的應(yīng)急能力，其原理是自動(dòng)切換器實(shí)時(shí)檢測(cè)輸入信號(hào)，如果輸入信號(hào)丟失或無效自動(dòng)倒換到信號(hào)有效的通道上去，保障節(jié)目播出不會(huì)中斷，比起人工監(jiān)測(cè)操作具有速度快、可靠性高等特點(diǎn)。

最早的視頻自動(dòng)切換器對(duì)視頻的檢測(cè)一般僅限于視頻電平有無的檢測(cè)，其原理如圖1所示，視頻信號(hào)經(jīng)過檢波得出電壓信號(hào)，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換送到單片機(jī)，如果有信號(hào)就會(huì)有電壓，無信號(hào)就沒有電壓，從而判斷出視頻信號(hào)有無。但是，這種方法的缺點(diǎn)是顯而易見的，不能區(qū)別正常視頻信號(hào)和噪聲信號(hào)，有時(shí)候信號(hào)斷了但有噪聲卻沒有發(fā)現(xiàn)，結(jié)果把噪聲當(dāng)正常信號(hào)播了出去。

后來檢測(cè)方法進(jìn)一步改進(jìn)，檢測(cè)視頻信號(hào)的行頻，方法是將視頻信號(hào)經(jīng)過同步分離，用單片機(jī)計(jì)數(shù)，如果行頻等于15 625 Hz，說明肯定是視頻信號(hào)，反之，說明不是，這種方法明顯改善了信號(hào)檢測(cè)的正確率，可以很容易檢測(cè)出噪聲等非視頻信號(hào)。但隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在信號(hào)傳輸越來越多采用數(shù)字信號(hào)，如數(shù)字光纖、數(shù)字衛(wèi)星、數(shù)字微波等。數(shù)字傳輸終端設(shè)備的特點(diǎn)是，視頻同步信號(hào)是再生的，不需要傳輸，終端設(shè)備有幀存儲(chǔ)器，可以儲(chǔ)存圖像信號(hào)，這就有了問題，當(dāng)傳輸鏈路中斷或信號(hào)錯(cuò)誤時(shí)，設(shè)備依然能輸出黑場(chǎng)或靜幀信號(hào)，這就使得采用行頻檢測(cè)視頻信號(hào)的方法失效，因?yàn)楹趫?chǎng)和靜幀信號(hào)也是正常的視頻信號(hào)，僅檢測(cè)行頻無法識(shí)別黑場(chǎng)和靜幀信號(hào)，給安全播出造成隱患。

圖1　簡(jiǎn)單的視頻信號(hào)檢測(cè)原理框圖

解決這一問題的最理想的辦法是采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行全幀采集，然后比較相鄰的圖像信息，用數(shù)字圖像處理算法達(dá)到檢測(cè)出視頻靜幀的目的，但是實(shí)現(xiàn)這一功能需要具備高速圖像處理技術(shù)，一是理論復(fù)雜，牽涉到復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算模型，短期不易解決。二是硬件成本高，由于圖像的頻帶寬、數(shù)據(jù)量大，原有的單片機(jī)是肯定不能勝任的，需要高速AD、高速DSP和大容量存儲(chǔ)器以運(yùn)行圖像處理程序，實(shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)使得系統(tǒng)改動(dòng)大，時(shí)間周期長，不適合現(xiàn)有條件的改造。

2 新型檢測(cè)方法

鑒于之前在視頻檢測(cè)技術(shù)上已有一定的基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)，在原先的檢測(cè)電路上巧妙改進(jìn)，軟硬件結(jié)合，使單片機(jī)也能檢測(cè)出視頻靜幀（包括黑場(chǎng)），具有設(shè)備改動(dòng)小、成本低、效果好等特點(diǎn)，其原理如圖2所示。

圖2　新型視頻信號(hào)檢測(cè)原理框圖

視頻輸入信號(hào)分為2路，一路經(jīng)同步分離電路分出復(fù)合同步信號(hào)，然后去半行，送到單片機(jī)的外部中斷1（INT1）輸入，進(jìn)行行頻計(jì)數(shù)，如果頻率是15 625 Hz，說明是視頻信號(hào)。

另一路通過鉗位電路穩(wěn)定視頻電平，再進(jìn)行檢波濾除高頻成分，得出電壓波形，我們將畫面分成4個(gè)檢測(cè)區(qū)，分別是左上、右上、左下、右下，通過對(duì)行、場(chǎng)信號(hào)計(jì)數(shù)，產(chǎn)生4個(gè)采樣脈沖，采樣脈沖由CPLD產(chǎn)生，CPLD對(duì)行、場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，生成4個(gè)采樣脈沖，去控制采保電路，將采樣點(diǎn)的電壓保存在采保電路里，再由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送到單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算。

具體算法是，對(duì)畫面4個(gè)區(qū)域進(jìn)行亮度平均值、差值計(jì)算，并得出4個(gè)區(qū)域的相關(guān)性數(shù)據(jù)，4個(gè)區(qū)域的平均值、差值和區(qū)域相關(guān)性越一致，畫面靜幀的可能性就越大。平均值和差值的相關(guān)性閾值大小可以設(shè)置，來調(diào)節(jié)檢測(cè)的靈敏度，閾值低則靈敏度高，閾值高則靈敏度低，用戶可以設(shè)置一個(gè)合適的閾值進(jìn)行靜幀檢測(cè)。

雖然我們已經(jīng)濾除了視頻中的高頻信號(hào)，但是對(duì)亮度信號(hào)的平均值和差值計(jì)算數(shù)據(jù)量仍然不小，一般的單片機(jī)已經(jīng)不能勝任，我們選用的是單周期的高速單片機(jī)，在相同CPU時(shí)鐘頻率下，是普通單片機(jī)的速度的12倍，滿足了大量數(shù)據(jù)計(jì)算的要求。

3 試用結(jié)果

通過多次試驗(yàn)和改進(jìn)，該電路已經(jīng)成功用于安徽廣播電視臺(tái)黃山發(fā)射臺(tái)的自動(dòng)切換器中，進(jìn)一步提高了自動(dòng)切換器的技術(shù)水平，降低了值班人員的工作強(qiáng)度，更好地保障了安全播出。

下一步準(zhǔn)備將靜幀檢測(cè)結(jié)果通過RS232串行接口發(fā)送到發(fā)射臺(tái)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，擴(kuò)展系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)范圍。