基于PA1688双核处理嚣的电视播放故障监控

引 言
    随着数字电视服务的大规模应用，可供用户选择的电视节目越来越多，内容也越来越丰富，电视节目的监管成为了难题。在一个地市级城市，播放的节目至少有40套以上，如果单靠人工进行电视节目监控，不但工作量大、成本高，而且效果还不理想。目前，国内市场上相关监控设备的功能非常完善，但价格非常昂贵。能否有一种经济可行的办法来监控和处理电视信号故障呢?本文将就这个问题进行探讨。
 

1 数字电视及其优点
    数字电视是目前有线电视最新、质量最好的播出方式，是以数字方式(0与1的组合)发送、传输和接收活动图像(含伴音)信息的一种新的彩色电视系统。一幅图像由很多像素组成，每个像素都有3种颜色，即每个像素都要用3组数字来表述其亮度和色彩。图像分辨率越高，像素数就越多，表述一幅图像的数据量也就越大。所以，要对用数字表述的图像信息按照一定的规律(算法)进行压缩编码，经过传输以后在接收端通过解码恢复为原始的图像信号。现在推广的数字电视业务，在播出前端通过视频编码器对节目进行了数字压缩编码，将其转换成数字信号，采用国际最新的QAM调制技术使信号在传输过程中的抗干扰能力得到极大的提高。这样传送到用户家中的信号质量几乎接近节目源，模拟电视中常见的雪花、条纹、模糊等现象将不再出现。原来收看模拟电视的用户，只需要配置一台数字机顶盒，就能使用模拟电视机来收看数字电视节目，享受各种业务，并有选择地付费收看自己喜欢的电视节目。
    数字电视有如下优点： 
    ①图像质量高。在数字方式下，由于电视信号在传输过程中不容易引入噪声和干扰，所以在接收端几乎可以达到演播室的图像质量。
    ②节目容量大。数字电视传送的是经过压缩编码的信号，只需占用比较窄的频带。例如，一个卫星转发器只能转发一套模拟电视节目，但可转发4～5套同样清晰度等级的数字电视节目。现行的550 MHz有线电视网络，传送模拟电视最多只能容纳60～70套节目，而用于传送数字电视，节目容量可以超过500套。
    ③伴音质量好。目前，模拟电视的伴音都是单声道(即便加上丽音广播，也只是简单的双声道)，而且图像带宽被限制到5 MHz；而数字电视可以传送4路以上的环绕立体声，真正获得家庭影院般的伴音效果。
 

2 数字电视故障及解决办法
    在电视节目的监控中经常出现的故障现象如下：无伴音信号；无图像信号(黑屏)；图像乱码或定格。
    其故障原因：
    ①信号源丢失，如卫星接收机出错或死机，视频播出服务器故障等；
    ②经数字电视前端设备(如编码器、QAM调制器等)出现故障。
    目前，多采取值班人员人工复位或重启电源的方法来监测相关频道故障处理。随着节目的增多和故障的突发性增大，值班人员的工作强度和压力陡然增加。如何减轻工作人员的工作负担，同时使故障监控能够快捷和高效，成为亟待解决的问题。
 

3 数字电视故障监控实现目标
    方案是在现有STB机顶盒的基础上实现相关的监测和报警。主要检测三个方面的内容：
    ①无伴音检测。把相关频道整形后的音源送入监测系统由控制系统自动判别，一旦出现无声故障，则自动报警，提醒值班人员快速排查故障，恢复数字电视播出系统的正常运行。
    ②无图像故障检测。由监控系统对送进来的经过整形后的图像波形进行检测，一旦出现无图像情况，则自动报警，提醒值班人员快速排查故障，恢复数字电视播出系统的正常运行。
    ③图像花屏或定格的检测。这是本检测系统的一个特色。通过双核处理器PA1688自带的USB CMOS CCD接口，定期采集所测试频道的电视图像数据，只要在几个周期内的数据没有变化或变化很小，就可以判定频道故障，同时自动报警。
 

4 数字电视故障监控系统设计
4．1 整体设计
    整体设计方案如图1所示。

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节目监视器用于播放指定的相关节目；节目图像监视摄像头用于对节目图像故障(如花屏)进行监控采集；机顶盒+SoC检测系统用于把SoC检测系统和机顶盒集成在一起，由SoC系统对机顶盒进行控制频道切换，并进行监控；上位管理机用于对各下位管理机故障数据进行汇总、统计，并生成报表。

4．2 硬件设计
4．2．1 PA1688介绍
    PA1688是为网络语音通信终端提供的一套完整的解决方案，其针对低成本、高性能的网络语音及视频进行了专门的设计，这里只用到它的CMOS图像接口。
    PA1688是一个双处理器集成芯片，其片内集成控制器、数字信号处理器以及其他必要的接口电路。在设计上不仅保证芯片本身易于开发，成本低，而且保证所有的外围接口芯片都有充分供应并且价格低廉。PA1688的硬件结构如图2所示。
    PA1688芯片的核心主要包括两部分：
    ①控制器。增强的Intel MCS－51指令集兼容控制器，负责系统控制、系统接口等处理，以及各种协议处理(如TCP／IP、H．323等)工作。PA1688芯片一条指令的运行时钟为4～8个时钟周期(平均6个时钟周期)，其最高运行时钟频率为50 MHz，相当于100 MHz的标准MCS－51的运行速度。
    ②DSP。ADSP2181指令集兼容的数字信号处理器，主要执行语音、图像编解码的运算。最高运行时钟频率相当于33 MHz的标准2181。除了上述两部分外，芯片还提供丰富的外围接口，主要包括RS232、USB、SDRAM、AC97codec、SRAM和Key-Pad。其中，具有特色的是USB、SDRAM和AC97codec。
4．2．2 硬件实现
    采用低成本的PA1688双核处理器作为本监控系统的核心器件，硬件实现原理如图3所示。

4．3 软件设计
    本软件采用Keil C51实现下述功能：
    ①完成对音频信号的采集和处理。将音频信号整形后形成TTL电平。正常情况下，整形后的TTL电平为高电平，如果无声则为低电平。利用这个特点对声音进行监控。
    ②完成对图像黑屏或无信号的监控和处理。方法类似于音频信号的故障处理。
    ③对频道节目花屏等问题的监控和处理。这是本系统的一大特色，采用DSP数据采集来判断图像质量的故障。由于对图像采集存储占用大量的存储器空间，考虑到图像的特点，在4 s的时间内，每秒对频道取一帧图像。然后将这4帧图像进行对比，如果数据基本相同，则说明图像有故障需要报警提醒。
    目前，节目源比较丰富，监控频道较多(一般都达到40～50个频道)，每个频道的切换及检测时间在6 s左右。在这种情况下，如果只靠一台检测系统完成频道1到频道50的监控，要花约300 s，大大超过了规定的故障报警时间。为此，采用监控系统分段检测的模式，使监控时间大大缩短。这样的好处是可以根据频道数量的变化增加或减少监控系统的数量，以保证监控的质量和效果。
    软件工作流程如图4所示。该方案在Proteus仿真软件上进行了模拟，基本达到了设计要求。

结 语
    采用低成本的双核处理器PA1688，可以较好地解决数字电视故障监控中存在的工作量大、监控不准确的问题。但电视故障的种类和现象比较多，不单是本文提到的3种情况，这就要求我们建立故障现象数据库。软件经过升级后可以同时处理所有类型的故障。