一種實用的視頻靜幀檢測方法

吳 云

（作者單位：安徽廣播電視臺黃山發射臺）

一種實用的視頻靜幀檢測方法

吳 云

（作者單位：安徽廣播電視臺黃山發射臺）

1 概述

隨著安全播出要求的提高和電子技術的發展，發射臺普遍采用視音頻自動切換器來提高播出故障的應急能力，其原理是自動切換器實時檢測輸入信號，如果輸入信號丟失或無效自動倒換到信號有效的通道上去，保障節目播出不會中斷，比起人工監測操作具有速度快、可靠性高等特點。

最早的視頻自動切換器對視頻的檢測一般僅限于視頻電平有無的檢測，其原理如圖1所示，視頻信號經過檢波得出電壓信號，經過AD轉換送到單片機，如果有信號就會有電壓，無信號就沒有電壓，從而判斷出視頻信號有無。但是，這種方法的缺點是顯而易見的，不能區別正常視頻信號和噪聲信號，有時候信號斷了但有噪聲卻沒有發現，結果把噪聲當正常信號播了出去。

后來檢測方法進一步改進，檢測視頻信號的行頻，方法是將視頻信號經過同步分離，用單片機計數，如果行頻等于15 625 Hz，說明肯定是視頻信號，反之，說明不是，這種方法明顯改善了信號檢測的正確率，可以很容易檢測出噪聲等非視頻信號。但隨著數字技術的發展，現在信號傳輸越來越多采用數字信號，如數字光纖、數字衛星、數字微波等。數字傳輸終端設備的特點是，視頻同步信號是再生的，不需要傳輸，終端設備有幀存儲器，可以儲存圖像信號，這就有了問題，當傳輸鏈路中斷或信號錯誤時，設備依然能輸出黑場或靜幀信號，這就使得采用行頻檢測視頻信號的方法失效，因為黑場和靜幀信號也是正常的視頻信號，僅檢測行頻無法識別黑場和靜幀信號，給安全播出造成隱患。

圖1　簡單的視頻信號檢測原理框圖

解決這一問題的最理想的辦法是采用數字信號處理技術，對視頻信號進行全幀采集，然后比較相鄰的圖像信息，用數字圖像處理算法達到檢測出視頻靜幀的目的，但是實現這一功能需要具備高速圖像處理技術，一是理論復雜，牽涉到復雜的數學運算模型，短期不易解決。二是硬件成本高，由于圖像的頻帶寬、數據量大，原有的單片機是肯定不能勝任的，需要高速AD、高速DSP和大容量存儲器以運行圖像處理程序，實現這兩點使得系統改動大，時間周期長，不適合現有條件的改造。

2 新型檢測方法

鑒于之前在視頻檢測技術上已有一定的基礎和經驗，在原先的檢測電路上巧妙改進，軟硬件結合，使單片機也能檢測出視頻靜幀（包括黑場），具有設備改動小、成本低、效果好等特點，其原理如圖2所示。

圖2　新型視頻信號檢測原理框圖

視頻輸入信號分為2路，一路經同步分離電路分出復合同步信號，然后去半行，送到單片機的外部中斷1（INT1）輸入，進行行頻計數，如果頻率是15 625 Hz，說明是視頻信號。

另一路通過鉗位電路穩定視頻電平，再進行檢波濾除高頻成分，得出電壓波形，我們將畫面分成4個檢測區，分別是左上、右上、左下、右下，通過對行、場信號計數，產生4個采樣脈沖，采樣脈沖由CPLD產生，CPLD對行、場信號進行計數，生成4個采樣脈沖，去控制采保電路，將采樣點的電壓保存在采保電路里，再由AD轉換器轉換為數字信號，送到單片機進行計算。

具體算法是，對畫面4個區域進行亮度平均值、差值計算，并得出4個區域的相關性數據，4個區域的平均值、差值和區域相關性越一致，畫面靜幀的可能性就越大。平均值和差值的相關性閾值大小可以設置，來調節檢測的靈敏度，閾值低則靈敏度高，閾值高則靈敏度低，用戶可以設置一個合適的閾值進行靜幀檢測。

雖然我們已經濾除了視頻中的高頻信號，但是對亮度信號的平均值和差值計算數據量仍然不小，一般的單片機已經不能勝任，我們選用的是單周期的高速單片機，在相同CPU時鐘頻率下，是普通單片機的速度的12倍，滿足了大量數據計算的要求。

3 試用結果

通過多次試驗和改進，該電路已經成功用于安徽廣播電視臺黃山發射臺的自動切換器中，進一步提高了自動切換器的技術水平，降低了值班人員的工作強度，更好地保障了安全播出。

下一步準備將靜幀檢測結果通過RS232串行接口發送到發射臺自動監測系統，擴展系統自動監測范圍。