PA1688雙核處理器的電視播放故障監(jiān)控技術(shù)

隨著數(shù)字電視服務(wù)的大規(guī)模應(yīng)用，可供用戶選擇的電視節(jié)目越來越多，內(nèi)容也越來越豐富，電視節(jié)目的監(jiān)管成為了難題。在一個地市級城市，播放的節(jié)目至少有40套以上，如果單靠人工進行電視節(jié)目監(jiān)控，不但工作量大、成本高，而且效果還不理想。目前，國內(nèi)市場上相關(guān)監(jiān)控設(shè)備的功能非常完善，但價格非常昂貴。能否有一種經(jīng)濟可行的辦法來監(jiān)控和處理電視信號故障呢?本文將就這個問題進行探討。

1 數(shù)字電視及其優(yōu)點

數(shù)字電視是目前有線電視最新、質(zhì)量最好的播出方式，是以數(shù)字方式(0與1的組合)發(fā)送、傳輸和接收活動圖像(含伴音)信息的一種新的彩色電視系統(tǒng)。一幅圖像由很多像素組成，每個像素都有3種顏色，即每個像素都要用3組數(shù)字來表述其亮度和色彩。圖像分辨率越高，像素數(shù)就越多，表述一幅圖像的數(shù)據(jù)量也就越大。所以，要對用數(shù)字表述的圖像信息按照一定的規(guī)律(算法)進行壓縮編碼，經(jīng)過傳輸以后在接收端通過解碼恢復(fù)為原始的圖像信號。

現(xiàn)在推廣的數(shù)字電視業(yè)務(wù)，在播出前端通過視頻編碼器對節(jié)目進行了數(shù)字壓縮編碼，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，采用國際最新的QAM調(diào)制技術(shù)使信號在傳輸過程中的抗干擾能力得到極大的提高。這樣傳送到用戶家中的信號質(zhì)量幾乎接近節(jié)目源，模擬電視中常見的雪花、條紋、模糊等現(xiàn)象將不再出現(xiàn)。原來收看模擬電視的用戶，只需要配置一臺數(shù)字機頂盒，就能使用模擬電視機來收看數(shù)字電視節(jié)目，享受各種業(yè)務(wù)，并有選擇地付費收看自己喜歡的電視節(jié)目。

數(shù)字電視有如下優(yōu)點：

①圖像質(zhì)量高。在數(shù)字方式下，由于電視信號在傳輸過程中不容易引入噪聲和干擾，所以在接收端幾乎可以達到演播室的圖像質(zhì)量。

②節(jié)目容量大。數(shù)字電視傳送的是經(jīng)過壓縮編碼的信號，只需占用比較窄的頻帶。例如，一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器只能轉(zhuǎn)發(fā)一套模擬電視節(jié)目，但可轉(zhuǎn)發(fā)4～5套同樣清晰度等級的數(shù)字電視節(jié)目?，F(xiàn)行的550 MHz有線電視網(wǎng)絡(luò)，傳送模擬電視最多只能容納60～70套節(jié)目，而用于傳送數(shù)字電視，節(jié)目容量可以超過500套。

③伴音質(zhì)量好。目前，模擬電視的伴音都是單聲道(即便加上麗音廣播，也只是簡單的雙聲道)，而且圖像帶寬被限制到5 MHz；而數(shù)字電視可以傳送4路以上的環(huán)繞立體聲，真正獲得家庭影院般的伴音效果。

2 數(shù)字電視故障及解決辦法

在電視節(jié)目的監(jiān)控中經(jīng)常出現(xiàn)的故障現(xiàn)象如下：無伴音信號；無圖像信號(黑屏)；圖像亂碼或定格。

其故障原因：

①信號源丟失，如衛(wèi)星接收機出錯或死機，視頻播出服務(wù)器故障等；

②經(jīng)數(shù)字電視前端設(shè)備(如編碼器、QAM調(diào)制器等)出現(xiàn)故障。

目前，多采取值班人員人工復(fù)位或重啟電源的方法來監(jiān)測相關(guān)頻道故障處理。隨著節(jié)目的增多和故障的突發(fā)性增大，值班人員的工作強度和壓力陡然增加。如何減輕工作人員的工作負擔(dān)，同時使故障監(jiān)控能夠快捷和高效，成為亟待解決的問題。

3 數(shù)字電視故障監(jiān)控實現(xiàn)目標(biāo)

方案是在現(xiàn)有STB機頂盒的基礎(chǔ)上實現(xiàn)相關(guān)的監(jiān)測和報警。主要檢測三個方面的內(nèi)容：

①無伴音檢測。把相關(guān)頻道整形后的音源送入監(jiān)測系統(tǒng)由控制系統(tǒng)自動判別，一旦出現(xiàn)無聲故障，則自動報警，提醒值班人員快速排查故障，恢復(fù)數(shù)字電視播出系統(tǒng)的正常運行。

②無圖像故障檢測。由監(jiān)控系統(tǒng)對送進來的經(jīng)過整形后的圖像波形進行檢測，一旦出現(xiàn)無圖像情況，則自動報警，提醒值班人員快速排查故障，恢復(fù)數(shù)字電視播出系統(tǒng)的正常運行。

③圖像花屏或定格的檢測。這是本檢測系統(tǒng)的一個特色。通過雙核處理器PA1688自帶的USB CMOS CCD接口，定期采集所測試頻道的電視圖像數(shù)據(jù)，只要在幾個周期內(nèi)的數(shù)據(jù)沒有變化或變化很小，就可以判定頻道故障，同時自動報警。

4 數(shù)字電視故障監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

4.1 整體設(shè)計

整體設(shè)計方案如圖1所示。



節(jié)目監(jiān)視器用于播放指定的相關(guān)節(jié)目；節(jié)目圖像監(jiān)視攝像頭用于對節(jié)目圖像故障(如花屏)進行監(jiān)控采集；機頂盒+SoC檢測系統(tǒng)用于把SoC檢測系統(tǒng)和機頂盒集成在一起，由SoC系統(tǒng)對機頂盒進行控制頻道切換，并進行監(jiān)控；上位管理機用于對各下位管理機故障數(shù)據(jù)進行匯總、統(tǒng)計，并生成報表。

4.2 硬件設(shè)計

4.2.1 PAl688介紹

PA1688是為網(wǎng)絡(luò)語音通信終端提供的一套完整的解決方案，其針對低成本、高性能的網(wǎng)絡(luò)語音及視頻進行了專門的設(shè)計，這里只用到它的CMOS圖像接口。PA1688是一個雙處理器集成芯片，其片內(nèi)集成控制器、數(shù)字信號處理器以及其他必要的接口電路。在設(shè)計上不僅保證芯片本身易于開發(fā)，成本低，而且保證所有的外圍接口芯片都有充分供應(yīng)并且價格低廉。

PA1688的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。



PA1688芯片的核心主要包括兩部分：

①控制器。增強的Intel MCS-51指令集兼容控制器，負責(zé)系統(tǒng)控制、系統(tǒng)接口等處理，以及各種協(xié)議處理(如TCP／IP、H.323等)工作。PA1688芯片一條指令的運行時鐘為4～8個時鐘周期(平均6個時鐘周期)，其最高運行時鐘頻率為50 MHz，相當(dāng)于100 MHz的標(biāo)準(zhǔn)MCS-51的運行速度。

②DSP。ADSP2181指令集兼容的數(shù)字信號處理器，主要執(zhí)行語音、圖像編解碼的運算。最高運行時鐘頻率相當(dāng)于33 MHz的標(biāo)準(zhǔn)2181。

除了上述兩部分外，芯片還提供豐富的外圍接口，主要包括RS232、USB、SDRAM、AC97codec、SRAM和KeyPad。其中，具有特色的是USB、SDRAM和AC97codec。

4.2.2 硬件實現(xiàn)

采用低成本的PA1688雙核處理器作為本監(jiān)控系統(tǒng)的核心器件，硬件實現(xiàn)原理如圖3所示。



4.3 軟件設(shè)計

本軟件采用Keil C51實現(xiàn)下述功能：

①完成對音頻信號的采集和處理。將音頻信號整形后形成TTL電平。正常情況下，整形后的TTL電平為高電平，如果無聲則為低電平。利用這個特點對聲音進行監(jiān)控。

②完成對圖像黑屏或無信號的監(jiān)控和處理。方法類似于音頻信號的故障處理。

③對頻道節(jié)目花屏等問題的監(jiān)控和處理。這是本系統(tǒng)的一大特色，采用DSP數(shù)據(jù)采集來判斷圖像質(zhì)量的故障。由于對圖像采集存儲占用大量的存儲器空間，考慮到圖像的特點，在4 s的時間內(nèi)，每秒對頻道取一幀圖像。然后將這4幀圖像進行對比，如果數(shù)據(jù)基本相同，則說明圖像有故障需要報警提醒。

目前，節(jié)目源比較豐富，監(jiān)控頻道較多(一般都達到40～50個頻道)，每個頻道的切換及檢測時間在6 s左右。在這種情況下，如果只靠一臺檢測系統(tǒng)完成頻道1到頻道50的監(jiān)控，要花約300 s，大大超過了規(guī)定的故障報警時間。為此，采用監(jiān)控系統(tǒng)分段檢測的模式，使監(jiān)控時間大大縮短。這樣的好處是可以根據(jù)頻道數(shù)量的變化增加或減少監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)量，以保證監(jiān)控的質(zhì)量和效果。

軟件工作流程如圖4所示。該方案在Proteus仿真軟件上進行了模擬，基本達到了設(shè)計要求。



結(jié)語

采用低成本的雙核處理器PA1688，可以較好地解決數(shù)字電視故障監(jiān)控中存在的工作量大、監(jiān)控不準(zhǔn)確的問題。但電視故障的種類和現(xiàn)象比較多，不單是本文提到的3種情況，這就要求我們建立故障現(xiàn)象數(shù)據(jù)庫。軟件經(jīng)過升級后可以同時處理所有類型的故障。