一种实用的视频静帧检测方法

2015-02-25吴云

西部广播电视 2015年11期

关键词：视频信号发射台单片机

吴云

（作者单位：安徽广播电视台黄山发射台）

一种实用的视频静帧检测方法

吴云

（作者单位：安徽广播电视台黄山发射台）

1 概述

随着安全播出要求的提高和电子技术的发展，发射台普遍采用视音频自动切换器来提高播出故障的应急能力，其原理是自动切换器实时检测输入信号，如果输入信号丢失或无效自动倒换到信号有效的通道上去，保障节目播出不会中断，比起人工监测操作具有速度快、可靠性高等特点。

最早的视频自动切换器对视频的检测一般仅限于视频电平有无的检测，其原理如图1所示，视频信号经过检波得出电压信号，经过AD转换送到单片机，如果有信号就会有电压，无信号就没有电压，从而判断出视频信号有无。但是，这种方法的缺点是显而易见的，不能区别正常视频信号和噪声信号，有时候信号断了但有噪声却没有发现，结果把噪声当正常信号播了出去。

后来检测方法进一步改进，检测视频信号的行频，方法是将视频信号经过同步分离，用单片机计数，如果行频等于15 625 Hz，说明肯定是视频信号，反之，说明不是，这种方法明显改善了信号检测的正确率，可以很容易检测出噪声等非视频信号。但随着数字技术的发展，现在信号传输越来越多采用数字信号，如数字光纤、数字卫星、数字微波等。数字传输终端设备的特点是，视频同步信号是再生的，不需要传输，终端设备有帧存储器，可以储存图像信号，这就有了问题，当传输链路中断或信号错误时，设备依然能输出黑场或静帧信号，这就使得采用行频检测视频信号的方法失效，因为黑场和静帧信号也是正常的视频信号，仅检测行频无法识别黑场和静帧信号，给安全播出造成隐患。

图1　简单的视频信号检测原理框图

解决这一问题的最理想的办法是采用数字信号处理技术，对视频信号进行全帧采集，然后比较相邻的图像信息，用数字图像处理算法达到检测出视频静帧的目的，但是实现这一功能需要具备高速图像处理技术，一是理论复杂，牵涉到复杂的数学运算模型，短期不易解决。二是硬件成本高，由于图像的频带宽、数据量大，原有的单片机是肯定不能胜任的，需要高速AD、高速DSP和大容量存储器以运行图像处理程序，实现这两点使得系统改动大，时间周期长，不适合现有条件的改造。

2 新型检测方法

鉴于之前在视频检测技术上已有一定的基础和经验，在原先的检测电路上巧妙改进，软硬件结合，使单片机也能检测出视频静帧（包括黑场），具有设备改动小、成本低、效果好等特点，其原理如图2所示。

图2　新型视频信号检测原理框图

视频输入信号分为2路，一路经同步分离电路分出复合同步信号，然后去半行，送到单片机的外部中断1（INT1）输入，进行行频计数，如果频率是15 625 Hz，说明是视频信号。

另一路通过钳位电路稳定视频电平，再进行检波滤除高频成分，得出电压波形，我们将画面分成4个检测区，分别是左上、右上、左下、右下，通过对行、场信号计数，产生4个采样脉冲，采样脉冲由CPLD产生，CPLD对行、场信号进行计数，生成4个采样脉冲，去控制采保电路，将采样点的电压保存在采保电路里，再由AD转换器转换为数字信号，送到单片机进行计算。

具体算法是，对画面4个区域进行亮度平均值、差值计算，并得出4个区域的相关性数据，4个区域的平均值、差值和区域相关性越一致，画面静帧的可能性就越大。平均值和差值的相关性阈值大小可以设置，来调节检测的灵敏度，阈值低则灵敏度高，阈值高则灵敏度低，用户可以设置一个合适的阈值进行静帧检测。

虽然我们已经滤除了视频中的高频信号，但是对亮度信号的平均值和差值计算数据量仍然不小，一般的单片机已经不能胜任，我们选用的是单周期的高速单片机，在相同CPU时钟频率下，是普通单片机的速度的12倍，满足了大量数据计算的要求。