PA1688雙核處理器的電視播放故障監控技術

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

1 數字電視及其優點

數字電視是目前有線電視最新、質量最好的播出方式，是以數字方式(0與1的組合)發送、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。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組數字來表述其亮度和色彩。圖像分辨率越高，像素數就越多，表述一幅圖像的數據量也就越大。所以，要對用數字表述的圖像信息按照一定的規律(算法)進行壓縮編碼，經過傳輸以后在接收端通過解碼恢復為原始的圖像信號。

現在推廣的數字電視業務，在播出前端通過視頻編碼器對節目進行了數字壓縮編碼，將其轉換成數字信號，采用國際最新的QAM調制技術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量幾乎接近節目源，模擬電視中常見的雪花、條紋、模糊等現象將不再出現。原來收看模擬電視的用戶，只需要配置一臺數字機頂盒，就能使用模擬電視機來收看數字電視節目，享受各種業務，并有選擇地付費收看自己喜歡的電視節目。

數字電視有如下優點：

①圖像質量高。在數字方式下，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量。

②節目容量大。數字電視傳送的是經過壓縮編碼的信號，只需占用比較窄的頻帶。例如，一個衛星轉發器只能轉發一套模擬電視節目，但可轉發4～5套同樣清晰度等級的數字電視節目。現行的550 MHz有線電視網絡，傳送模擬電視最多只能容納60～70套節目，而用于傳送數字電視，節目容量可以超過500套。

③伴音質量好。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；而數字電視可以傳送4路以上的環繞立體聲，真正獲得家庭影院般的伴音效果。

2 數字電視故障及解決辦法

在電視節目的監控中經常出現的故障現象如下：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，如衛星接收機出錯或死機，視頻播出服務器故障等；

②經數字電視前端設備(如編碼器、QAM調制器等)出現故障。

目前，多采取值班人員人工復位或重啟電源的方法來監測相關頻道故障處理。隨著節目的增多和故障的突發性增大，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，同時使故障監控能夠快捷和高效，成為亟待解決的問題。

3 數字電視故障監控實現目標

方案是在現有STB機頂盒的基礎上實現相關的監測和報警。主要檢測三個方面的內容：

①無伴音檢測。把相關頻道整形后的音源送入監測系統由控制系統自動判別，一旦出現無聲故障，則自動報警，提醒值班人員快速排查故障，恢復數字電視播出系統的正常運行。

②無圖像故障檢測。由監控系統對送進來的經過整形后的圖像波形進行檢測，一旦出現無圖像情況，則自動報警，提醒值班人員快速排查故障，恢復數字電視播出系統的正常運行。

③圖像花屏或定格的檢測。這是本檢測系統的一個特色。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據，只要在幾個周期內的數據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 數字電視故障監控系統設計

4.1 整體設計

整體設計方案如圖1所示。



節目監視器用于播放指定的相關節目；節目圖像監視攝像頭用于對節目圖像故障(如花屏)進行監控采集；機頂盒+SoC檢測系統用于把SoC檢測系統和機頂盒集成在一起，由SoC系統對機頂盒進行控制頻道切換，并進行監控；上位管理機用于對各下位管理機故障數據進行匯總、統計，并生成報表。

4.2 硬件設計

4.2.1 PAl688介紹

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

PA1688的硬件結構如圖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，負責系統控制、系統接口等處理，以及各種協議處理(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，相當于100 MHz的標準MCS-51的運行速度。

②DSP。ADSP2181指令集兼容的數字信號處理器，主要執行語音、圖像編解碼的運算。最高運行時鐘頻率相當于33 MHz的標準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

采用低成本的PA1688雙核處理器作為本監控系統的核心器件，硬件實現原理如圖3所示。



4.3 軟件設計

本軟件采用Keil C51實現下述功能：

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控。

②完成對圖像黑屏或無信號的監控和處理。方法類似于音頻信號的故障處理。

③對頻道節目花屏等問題的監控和處理。這是本系統的一大特色，采用DSP數據采集來判斷圖像質量的故障。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，每秒對頻道取一幀圖像。然后將這4幀圖像進行對比，如果數據基本相同，則說明圖像有故障需要報警提醒。

目前，節目源比較豐富，監控頻道較多(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完成頻道1到頻道50的監控，要花約300 s，大大超過了規定的故障報警時間。為此，采用監控系統分段檢測的模式，使監控時間大大縮短。這樣的好處是可以根據頻道數量的變化增加或減少監控系統的數量，以保證監控的質量和效果。

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，基本達到了設計要求。



結語

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