论文部分内容阅读
卫星上行站值班员在监看节目画面时，要想在第一时间发现视频信号有异常，需要非常大的劳动强度。所以开发视音频监测是十分必要及有效的。由于大多数电视台节目除了检修外台标信号24小时叠加，所以利用台标比对进行视频信号的比较能够非常简洁有效地反映视频信号是否正常。
我站利用现有的计算机，仅添加一块普通的视频采集卡，通过多媒体程序开发。实现7视频信号报警。本系统是国内首创的基于台标比对的视频信号报警系统，其原理基于对接收的模拟图像台标区域进行数字化图像比对分析。经过福建卫星上行站一年来的使用，我们发现，本系统除了能随时对非法攻击引致的视频信号等情况进行报警外，还能及时发现本站其他报警装置不能发现的播出信号源无台标、信号源抖动、扭曲等异常情况，便于及时反馈到电视播控部门。对于纠错前和纠错后误码率升高、但图像仍然正常的情况不予报警，而在节目源质量差时及时报警是本系统的特色。本软件和用计算机捕获视频进行分析，实现了节目源图像异常时自动报警。
视频信号计算机监控系统设计思路
1、利用DirectShow实现视频采集功能
DirectShow是微软公司提供的一套在Windows平台上进行流媒体处理的开发包，与DirectX开发包一起发布。DirectShow提供的是一种开放式的开发环境，DirectShow为多媒体的捕捉和回放提供了强有力的支持。运用DirectShow我们可以很方便地从支持WDM驱动模型的采集卡上捕获数据，并且进行相应的后期处理乃至存储到文件中，使得多媒体数据的回放变得轻而易举。另外，DirectShow还集成了DirectX其它部分(比如DirectDraw、DirectSound)的技术，直接支持不同媒介中的数据交换。因此我们仅需安装完视频采集卡后，在接口程序口选定所要显示的视集卡名称，就可以根据自己的需要定制自己的组件。
利用Filter Graph实现捕获视频功能：DirectShow使用一种叫做FilterGraph的模型采管理整个数据流的处理过程，参与数据流处理的各个功能模块称做Filter，各个Filter在FilterGraph中按一定的顺序连成一条流水线协调工作，完成一些相对独立的功能，如Filter可以完成如下的一些功能：读文件、从视频设备中获取视频、对视频流进行解码、将数据送往声卡或显卡。每个Filter都有输入端和输出端，例如一个MPEG-1解码Filter它的输入是MPEG编码的流数据，它的输出端是一组解码过的流数据。DirectShow正是通过将不同的Filter连接在一起完成特定功能的，我们将这些Filter的连接叫做Filter Graph，媒体文件Filter从硬盘读取采集卡数据，采集卡数据分离Filter将文件分离为音频流和视频流，变化Filter对视频流进行解码并送往Video表现Filter，由后者将各帧在显示器上显示，默认的DirectSound设备用DirectSound将音频流输出。由此我们就可以捕获到所需的视频图像，并在电脑的前端显示出采集卡的视频信号。
2、利用TCanvas实现图像截取功能
在多媒体程序开发中，专门定义了一组对象和部件用以绘制图形，完成一些简单的图像功能。画布对象(TCanvas)封装了Windows的大部分图形输出功能，这使得我们可以通过它以更直观的方式与Windows的屏幕打交道，而不必关心令人头疼的WindowsAPI函数。利用这些对象、部件的方法，可以方便地绘制各种常用图形；通过设置它们的属性，能得到不同风格的图形。另外，通过对鼠标事件的定义，可以方便地设计图形绘制程序。
TCanvas对象是一个用于绘图的表面，在这个区域上，程序可实现各种绘图功能，很多部件(如TIMage，TMemo)的Canvas属性都是TCanvas对象。在部件上绘制图形就是在部件的画布上绘制。
TColor类型用于定义一个对象的颜色。很多部件的颜色属性都是TColor类型，在Graphics单元中TColor定义如下：TColor=－(COLOR_ENDCOLORS+1)．．＄O2FFFFF；这是一个32位二进制数据。Graphic单元中还定义了一些常用的颜色常量，这些常量或直接映射成系统调色板中最相近的颜色，或映射成Wondows控制面板中颜色部分的系统视频颜色。
直接映射成系统调色板中的颜色有：CIAqua，CLBIack，CIBＩue，ClbkGrray，CIFuchsoa，CIYeIIow。
映射程序用4字节的二进制码来定义颜色，低3位字节代表RGB相应的颜色，如＄00FF0000表示纯蓝，＄0000FF00表示纯绿，＄000000FF表示纯红，＄00000000表示黑色，＄00FFFFFF表示白色。如果最高位字节是＄00，则表示用系统调色板中最相近的颜色；最高位字节是＄01，则表示用当前调色板中最相近的颜色匹配；最高位字节是＄02，则用当前设备描述表中逻辑调色板的次相近颜色匹配。
用Windows API的SelectPalette函数可创建逻辑调色板，要实现逻辑调色板到硬件调色板的映射，需用函数RealizePalett。
CopyRect方法定义：CopyRect(Dest：TRect；Canvas：TCanvas；SourceTRect)。此方法从另一个画布对象上复制部分图像到该画布。Canvas表示源画布，Source是源画布上要复制的图像区域。Dest表示目标画布上将接受复制图像的区域。我们可以利用它来选择好所要图像的左上点与右下点，接着就可以截取台标的图像了。
3、利用RGB判定来识别图像
在采集每一位图数据中，分析所需像素的RGB数据，通过矩阵数组的运算，可以比较图像是否有变化并由此来判断台标是否异常。同时考虑到量化误差，AD转换时RGB信号产生失真等因素，以上判断阀值与理论值表有一定的偏差，因此要根据使用设定的经验值，并增加动态设置阀值范围来达到准确监测的目的。为提高系统报警的准确率，减少误报率，基于对视频的采集和判断，我们对播出中常出现的信号故障的现象进行分析和总结，设置不同的条件和时间参数。当检测到的信号符合预先设置的条件和时间时，系统将触发提示和报警模块，发出报警信号，及时提醒值班人员判断和处理故障。
4、利用Playsound播放报警声音。
电脑声音报警采用Window API函数Playsound来播放Wav格式的文件，可以是单音、和弦、音乐或真人 发声音的录音，使用者可自己编辑Wav文件来制作报警声音，有利于监控人员使用。
5、利用Access数据库存取报警时间记录。
Access数据库是MS Office程序的一个主要应用程序，由于与Windows同是微软的产品，所以在Windows中可以免安装数据引擎，是个绿色的数据库。目前大多计算机都预装了该软件。本系统把报警开始和结束时间自动记录在Access数据库中，当系统检测到故障信号时，计数器开始计数，当计数达到设定值且信号恢复正常时，系统会自动检测到并触发记录模块，并将信号故障类型、时间和长度记录到数据库文件中保存。操作者可以方便打数据库进行编辑，并可拷贝到Word、Excel中生成报表。
6、信号源无声报警
本系统能设定允许信号源无声的时间，对较长时间的信号源无声(比如设定为12秒)能报警提示值班员注意。
系统的创新点
本系统是新颖的视频信号报警系统，其原理是基于对接收的模拟图像台标区域进行数字化图像比对分析，利用计算机预存的数字化台标区域图像与接收后的该区域视频信号进行前后有效数据的比对，并对捕获图像的进行分析，即可获得传输信号是否正常的判断数据。系统能及时反映电视信号出错或受干扰情况，帮助值班人员及时判断故障处理事故。
本系统的主要创新点有：
1．以较少的投入，实现视频信号比对、监测功能，实现自动报警。经过福建卫星上行站一年多的使用，我们发现，本系统除了能随时对非法攻击引致的视频信号等情况进行报警外，还能及时发现本站其他报警装置不能发现的播出信号源无台标、信号源抖动、扭曲等异常情况，便于及时反馈到电视播控部门：在节目源质量差时及时报警是本系统的特色。
2.数据记录功能，记录报警时间有利于判断故障、干扰等分析。 3．本软件为绿色软件，在Windows系统下可免安装。
系统的功能介绍
本系统可在各卫星上行站、卫星接收站、无线发射台、有线台、电视播出机房使用，并具有如下的主要功能：
提示与报警：为提高系统报警的准确率，减少误报率，基于对视频的采集和判断，我们对播出中常出现的信号故障的现象进行分析和总结，设置不同的条件和时间参数。当检测到的信号符合预先设置的条件和时间时，系统将触发提示和报警模块，发出报警信号，及时提醒值班人员判断和处理故障。
事件记录：为方便事后查询，本系统还提供了记录功能。当系统检测到故障信号时，计数器开始计数，当计数达到设定值且信号恢复正常时，系统会自动检测到并触发记录模块，将信号故障类型、时间和长度记录到数据库文件中保存。
本系统采用视频区域判断，所以稍加修改便可以应用在安防监测系统。
系统的界面介绍
本系统是由目前最流行的多媒体开发工具之一Delphi的编写，可以运行在Windows9x，2000，XP下。硬件配置要求：CPU在PII266M以上；硬盘在4G以上；内存在128M以上。其主要界面如下：
1.报警过渡时间：在设置的时间内不进行报警，如4：40～5：40之间由于东南台不设台标所以不进行报警。
2．中点相似度、总体相似度：显示当前台标与采样台标相似程度，并作为报警的依据。
3．报警秒数：显示连续低于采样门限多少秒，当连续低于采样门限的秒数就进行报警。
4.时间门限：设置秒数，当连续低于采样门限多少秒就进行报警。
5．采样门限：当低于采样门限，报警秒数就开始计时。
6．自动跟踪：当信号低于预设的值时，计算机重新捕获一下原先捕获位置的台标图像。在台标位置少量偏移时可以跟踪回正确的位置。
主要按钮有：
捕获图像按钮：按下捕获图像按纽。A．鼠标在想要捕捉的图像左上角停住不动，过三秒后会闪出“+”的记号，这时程序就记住左上角的值。B．鼠标在想要捕捉的图像右下角停住不动，这时程序就记住右下角的值，并在图1中显示出捕获到的图形。
比较图像按钮：按下比较图像按纽，开始进行比较。
快速捕获东南台标按钮：对东南台的台标位置和形状进行预置，按下该按钮可直接捕获东南台的台标并进行判断是否异常。
实际报警记录查询按钮：按下菜单中的“报警记录”按纽可查看报警记录。
上表是记录一个月的报警情况，其中2005－11－2 16：59：36～2005－11－2 16：59：39由于台标位置改变而报警，其余均为正确报警反映了当时接收机闪断、台标颜色异常、台标丢失等情况。
实效
本系统在卫星上行站成功使用了一年多，可以准确地反映台标机叠加的信号优劣，在缺少台标和接收情况恶劣下能及时报警。但如果播出垫播信号(位置与台标机不一致)时台标位置有偏移，在自动跟踪范围之外，需要手动重新捕获台标。对卫星上行站来说，所有导致播出图像异常的情况都能导致视频信号出错，继而引发报警，而此时其他基于侵入报警的报警装置由于反映的是码流的优劣，反而不会报警：其他报警装置常常因纠错前和纠错后误码率升高报警时，此时的播出图像往往还是正常的，本系统在这种情况下不予报警。缺少台标、接收情况恶劣、节目源质量差时能及时报警是本系统的特色。
本系统使用至今已一年多，且运行良好，为福建卫星上行站的安全播出提供了更多一层的报警保障。
我站利用现有的计算机，仅添加一块普通的视频采集卡，通过多媒体程序开发。实现7视频信号报警。本系统是国内首创的基于台标比对的视频信号报警系统，其原理基于对接收的模拟图像台标区域进行数字化图像比对分析。经过福建卫星上行站一年来的使用，我们发现，本系统除了能随时对非法攻击引致的视频信号等情况进行报警外，还能及时发现本站其他报警装置不能发现的播出信号源无台标、信号源抖动、扭曲等异常情况，便于及时反馈到电视播控部门。对于纠错前和纠错后误码率升高、但图像仍然正常的情况不予报警，而在节目源质量差时及时报警是本系统的特色。本软件和用计算机捕获视频进行分析，实现了节目源图像异常时自动报警。
视频信号计算机监控系统设计思路
1、利用DirectShow实现视频采集功能
DirectShow是微软公司提供的一套在Windows平台上进行流媒体处理的开发包，与DirectX开发包一起发布。DirectShow提供的是一种开放式的开发环境，DirectShow为多媒体的捕捉和回放提供了强有力的支持。运用DirectShow我们可以很方便地从支持WDM驱动模型的采集卡上捕获数据，并且进行相应的后期处理乃至存储到文件中，使得多媒体数据的回放变得轻而易举。另外，DirectShow还集成了DirectX其它部分(比如DirectDraw、DirectSound)的技术，直接支持不同媒介中的数据交换。因此我们仅需安装完视频采集卡后，在接口程序口选定所要显示的视集卡名称，就可以根据自己的需要定制自己的组件。
利用Filter Graph实现捕获视频功能：DirectShow使用一种叫做FilterGraph的模型采管理整个数据流的处理过程，参与数据流处理的各个功能模块称做Filter，各个Filter在FilterGraph中按一定的顺序连成一条流水线协调工作，完成一些相对独立的功能，如Filter可以完成如下的一些功能：读文件、从视频设备中获取视频、对视频流进行解码、将数据送往声卡或显卡。每个Filter都有输入端和输出端，例如一个MPEG-1解码Filter它的输入是MPEG编码的流数据，它的输出端是一组解码过的流数据。DirectShow正是通过将不同的Filter连接在一起完成特定功能的，我们将这些Filter的连接叫做Filter Graph，媒体文件Filter从硬盘读取采集卡数据，采集卡数据分离Filter将文件分离为音频流和视频流，变化Filter对视频流进行解码并送往Video表现Filter，由后者将各帧在显示器上显示，默认的DirectSound设备用DirectSound将音频流输出。由此我们就可以捕获到所需的视频图像，并在电脑的前端显示出采集卡的视频信号。
2、利用TCanvas实现图像截取功能
在多媒体程序开发中，专门定义了一组对象和部件用以绘制图形，完成一些简单的图像功能。画布对象(TCanvas)封装了Windows的大部分图形输出功能，这使得我们可以通过它以更直观的方式与Windows的屏幕打交道，而不必关心令人头疼的WindowsAPI函数。利用这些对象、部件的方法，可以方便地绘制各种常用图形；通过设置它们的属性，能得到不同风格的图形。另外，通过对鼠标事件的定义，可以方便地设计图形绘制程序。
TCanvas对象是一个用于绘图的表面，在这个区域上，程序可实现各种绘图功能，很多部件(如TIMage，TMemo)的Canvas属性都是TCanvas对象。在部件上绘制图形就是在部件的画布上绘制。
TColor类型用于定义一个对象的颜色。很多部件的颜色属性都是TColor类型，在Graphics单元中TColor定义如下：TColor=－(COLOR_ENDCOLORS+1)．．＄O2FFFFF；这是一个32位二进制数据。Graphic单元中还定义了一些常用的颜色常量，这些常量或直接映射成系统调色板中最相近的颜色，或映射成Wondows控制面板中颜色部分的系统视频颜色。
直接映射成系统调色板中的颜色有：CIAqua，CLBIack，CIBＩue，ClbkGrray，CIFuchsoa，CIYeIIow。
映射程序用4字节的二进制码来定义颜色，低3位字节代表RGB相应的颜色，如＄00FF0000表示纯蓝，＄0000FF00表示纯绿，＄000000FF表示纯红，＄00000000表示黑色，＄00FFFFFF表示白色。如果最高位字节是＄00，则表示用系统调色板中最相近的颜色；最高位字节是＄01，则表示用当前调色板中最相近的颜色匹配；最高位字节是＄02，则用当前设备描述表中逻辑调色板的次相近颜色匹配。
用Windows API的SelectPalette函数可创建逻辑调色板，要实现逻辑调色板到硬件调色板的映射，需用函数RealizePalett。
CopyRect方法定义：CopyRect(Dest：TRect；Canvas：TCanvas；SourceTRect)。此方法从另一个画布对象上复制部分图像到该画布。Canvas表示源画布，Source是源画布上要复制的图像区域。Dest表示目标画布上将接受复制图像的区域。我们可以利用它来选择好所要图像的左上点与右下点，接着就可以截取台标的图像了。
3、利用RGB判定来识别图像
在采集每一位图数据中，分析所需像素的RGB数据，通过矩阵数组的运算，可以比较图像是否有变化并由此来判断台标是否异常。同时考虑到量化误差，AD转换时RGB信号产生失真等因素，以上判断阀值与理论值表有一定的偏差，因此要根据使用设定的经验值，并增加动态设置阀值范围来达到准确监测的目的。为提高系统报警的准确率，减少误报率，基于对视频的采集和判断，我们对播出中常出现的信号故障的现象进行分析和总结，设置不同的条件和时间参数。当检测到的信号符合预先设置的条件和时间时，系统将触发提示和报警模块，发出报警信号，及时提醒值班人员判断和处理故障。
4、利用Playsound播放报警声音。
电脑声音报警采用Window API函数Playsound来播放Wav格式的文件，可以是单音、和弦、音乐或真人 发声音的录音，使用者可自己编辑Wav文件来制作报警声音，有利于监控人员使用。
5、利用Access数据库存取报警时间记录。
Access数据库是MS Office程序的一个主要应用程序，由于与Windows同是微软的产品，所以在Windows中可以免安装数据引擎，是个绿色的数据库。目前大多计算机都预装了该软件。本系统把报警开始和结束时间自动记录在Access数据库中，当系统检测到故障信号时，计数器开始计数，当计数达到设定值且信号恢复正常时，系统会自动检测到并触发记录模块，并将信号故障类型、时间和长度记录到数据库文件中保存。操作者可以方便打数据库进行编辑，并可拷贝到Word、Excel中生成报表。
6、信号源无声报警
本系统能设定允许信号源无声的时间，对较长时间的信号源无声(比如设定为12秒)能报警提示值班员注意。
系统的创新点
本系统是新颖的视频信号报警系统，其原理是基于对接收的模拟图像台标区域进行数字化图像比对分析，利用计算机预存的数字化台标区域图像与接收后的该区域视频信号进行前后有效数据的比对，并对捕获图像的进行分析，即可获得传输信号是否正常的判断数据。系统能及时反映电视信号出错或受干扰情况，帮助值班人员及时判断故障处理事故。
本系统的主要创新点有：
1．以较少的投入，实现视频信号比对、监测功能，实现自动报警。经过福建卫星上行站一年多的使用，我们发现，本系统除了能随时对非法攻击引致的视频信号等情况进行报警外，还能及时发现本站其他报警装置不能发现的播出信号源无台标、信号源抖动、扭曲等异常情况，便于及时反馈到电视播控部门：在节目源质量差时及时报警是本系统的特色。
2.数据记录功能，记录报警时间有利于判断故障、干扰等分析。 3．本软件为绿色软件，在Windows系统下可免安装。
系统的功能介绍
本系统可在各卫星上行站、卫星接收站、无线发射台、有线台、电视播出机房使用，并具有如下的主要功能：
提示与报警：为提高系统报警的准确率，减少误报率，基于对视频的采集和判断，我们对播出中常出现的信号故障的现象进行分析和总结，设置不同的条件和时间参数。当检测到的信号符合预先设置的条件和时间时，系统将触发提示和报警模块，发出报警信号，及时提醒值班人员判断和处理故障。
事件记录：为方便事后查询，本系统还提供了记录功能。当系统检测到故障信号时，计数器开始计数，当计数达到设定值且信号恢复正常时，系统会自动检测到并触发记录模块，将信号故障类型、时间和长度记录到数据库文件中保存。
本系统采用视频区域判断，所以稍加修改便可以应用在安防监测系统。
系统的界面介绍
本系统是由目前最流行的多媒体开发工具之一Delphi的编写，可以运行在Windows9x，2000，XP下。硬件配置要求：CPU在PII266M以上；硬盘在4G以上；内存在128M以上。其主要界面如下：
1.报警过渡时间：在设置的时间内不进行报警，如4：40～5：40之间由于东南台不设台标所以不进行报警。
2．中点相似度、总体相似度：显示当前台标与采样台标相似程度，并作为报警的依据。
3．报警秒数：显示连续低于采样门限多少秒，当连续低于采样门限的秒数就进行报警。
4.时间门限：设置秒数，当连续低于采样门限多少秒就进行报警。
5．采样门限：当低于采样门限，报警秒数就开始计时。
6．自动跟踪：当信号低于预设的值时，计算机重新捕获一下原先捕获位置的台标图像。在台标位置少量偏移时可以跟踪回正确的位置。
主要按钮有：
捕获图像按钮：按下捕获图像按纽。A．鼠标在想要捕捉的图像左上角停住不动，过三秒后会闪出“+”的记号，这时程序就记住左上角的值。B．鼠标在想要捕捉的图像右下角停住不动，这时程序就记住右下角的值，并在图1中显示出捕获到的图形。
比较图像按钮：按下比较图像按纽，开始进行比较。
快速捕获东南台标按钮：对东南台的台标位置和形状进行预置，按下该按钮可直接捕获东南台的台标并进行判断是否异常。
实际报警记录查询按钮：按下菜单中的“报警记录”按纽可查看报警记录。
上表是记录一个月的报警情况，其中2005－11－2 16：59：36～2005－11－2 16：59：39由于台标位置改变而报警，其余均为正确报警反映了当时接收机闪断、台标颜色异常、台标丢失等情况。
实效
本系统在卫星上行站成功使用了一年多，可以准确地反映台标机叠加的信号优劣，在缺少台标和接收情况恶劣下能及时报警。但如果播出垫播信号(位置与台标机不一致)时台标位置有偏移，在自动跟踪范围之外，需要手动重新捕获台标。对卫星上行站来说，所有导致播出图像异常的情况都能导致视频信号出错，继而引发报警，而此时其他基于侵入报警的报警装置由于反映的是码流的优劣，反而不会报警：其他报警装置常常因纠错前和纠错后误码率升高报警时，此时的播出图像往往还是正常的，本系统在这种情况下不予报警。缺少台标、接收情况恶劣、节目源质量差时能及时报警是本系统的特色。
本系统使用至今已一年多，且运行良好，为福建卫星上行站的安全播出提供了更多一层的报警保障。