（通信与信息系统专业论文）有线电视信号监测系统的硬件设计.pdf

原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本 文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：甜逝 日 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蚴导师签名：乏仫仑日期：。垫兰：堡! 山东大学硕士学位论文 摘要 我国的有线电视事业发展非常快，经过多年的建设，目前已经成 为世界第一大有线电视用户国，并且有线电视网络和有线电视用户数 量仍在不断增长中。与此相对应，有线电视播出信号质量的监测却仍 处在一个比较低的技术水平，已经越来越不能满足有线电视信号监测 的要求。为此，本文介绍了目前我国有线电视信号监测技术的现状和 发展趋势，分析了各种监测技术的优缺点。在此基础上提出了一种新 型的有线电视信号实时监测系统。该系统主要由多路信号解调器、信 号检测部分组成。本系统能将普通有线电视电缆传送的射频信号一次 无失真地解调出十六路分离的视频、音频信号，送入视频采集卡后， 通过编程可以实现对视频信号的实时分屏显示。同时可以自动对各路 信号进行监测，当信号发生故障时立即启动报警，并将报警信息存入 数据库中以备查询。 本文详细介绍了该系统的组成和工作原理，重点介绍了系统多路 信号解调器部分的设计思想。多路信号解调器的主要任务是按照用户 要求，从复用的电视信号中解调出指定电视频道的分离的视频、音频 信号。它以7 5 欧姆有线电视电缆传输的有线电视信号作为输入信号， 可以实现全电视频道的解调。 多路信号解调器主要硬件包括单片机a t 8 9 c 5 2 ，调谐器f 1 1 2 5 6 m k 2 、串行存储器a t 2 4 c 0 4 等。文中介绍了它们的功能特点及控制 方式。多路信号解调器软件主要包括五部分：一是单片机对1 2 c 总线 的模拟，二是调谐f 1 1 2 5 6m k 2 ，三是串行存储器读写控制，四是液晶 显示模块的驱动，五是单片机和上位机的串行通信。主程序框架是单 片机对输入指令的识别。输入指令可以来自键盘和上位p c 机，根据不 同指令转入不同的子程序，实现不同的功能。文中对程序框架和各功 能子程序进行了详细的介绍，并给出了流程图。 信号监测部分由视频采集卡和相应的软件构成，主要任务是驱动 视频采集卡进行信号采集，分屏显示各路电视图像，实时监测各路电 山东大学硕士学位论文 视信号的质量，出现故障时自动报警并进行故障记录，根据条件查询 报警信息，并进行报表打印等。 经过努力，该有线电视信号实时检测系统已经设计完毕，本系统 可以在任何地点接入有线电视网，对有线电视网没有任何影响，试验 表明，本系统功能齐全，操作简便，成本低廉，符合系统预期的指标 和要求。 关键词：有线电视；信号监测：自动报警：调制解调；视频处理 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ec a t vc a u s ed e v e l o p sv e r yr a p i d l y n o wi th a st h em o s tc a t v u s e r si nt h ew o r l d b e s i d e s ，t h ec a t vn e t w o r ka n dt h en u m b e r so fc a t v u s e r sa r ei n e x p e n d i n g c o m p a r e d w i t h t h i s ，t h et e c h n o l o g y o f m o n i t o r i n gc a t vs i g n a l si s u n d e ral o wl e v e l t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h e c u r r e n tm o n i t o r i n gt e c h n o l o g ys t a t ea sw e l la st h ed e v e l o p i n gt e n d e n c y t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h e s et e c h n o l o g i e sa r ed e s c r i b e d t h e nt h i sp a p e rp r e s e n t san e wc a t v m u l t i - p a t hm o n i t o r i n gs y s t e m t h e s y s t e mc o n s i s t so fas i g n a ld e m o d u l a t o ra n ds i g n a lm o n i t o r i n gs e c t i o n t h es i g n a ld e m o d u l a t o rc a ns e p a r a t et h er a d i os i g n a l i m p o r t e db yac a t v c a b l ei n t ov i d e os i g n a l sa n da u d i os i g n a l so f16t v c h a n n e l sw i t hn od i s t o r t i o n t h e nt h ev i d e os i g n a l sa n da u d i os i g n a l sa r e t r a n s m i t t e di n t ov i d e oc a p t u r ec a r d t h ev i d e os i g n a l sc a nb ed i s p l a y e di n t h e c o m p u t e rs c r e e n a t t h es a m et i m e ，t h e s y s t e m c a n a u t o m a t i c a l l y m o n i t o r st h eq u a l i t yo ft h e s es i g n a l s w h e nt h es y s t e mf i n d se r r o r si nt h e t vs i g n a l s ，i tc a na l a r mi m m e d i a t e l ya n dt a k e a l a r m i n gi n f o r m a t i o ni n d a t a b a s e t h ep a p e ri n t r o d u c e st h e m a k e u pa n dp r i n c i p l e o ft h i s s y s t e m i t f o c u s e so nt h ed e s i g ni d e ao fs i g n a ld e m o d u l a t o r t h em a i nt a s ko ft h es i g n a ld e m o d u l a t o ri st os e p a r a t et h ev i d e oa n d a u d i os i g n a l so ft h ed e s i r et vc h a n n e lf r o mt h et v s i g n a l s i t s m a i n c o m p o n e n ti s f i12 5 6m k 2w h i c hi sap r o d u c to fp h i l i p s u s i n gt v s i g n a l st r a n s m i t t e db y7 5o h mc a t v c a b l ea si m p o r ts i g n a l s ，f i 12 5 6m k 2 c a nd e m o d u l a t ee v e r yt vc h a n n e ls i g n a l t h em a i nh a r d w a r eo f s i g n a l d e m o d u l a t o ri n c l u d e s i n g l ec h i p m i c y o c o 一a t 8 9 c 5 2 ，s i n g l ep a t hd e m o d u l a t o r 一f 1 1 2 5 6m k 2 ，s e r i a l e 2 p r o m 一a t 2 4 c 0 4 ，a n ds oo n t h e i rf u n c t i o n sa n dc o n t r o lm o d e sa r e i n t r o d u c e di nt h ep a p e r 5 山东大学硕士学位论文 t h ep r o g r a m si ns i g n a ld e m o d u l a t o rc o n s i s to ff i v em a i nc o m p o n e n t s ： a t 8 9 c 5 2s i m u l a t i n g1 2 cb u s ，t h ed e m o d u l a t i n go ff 1 1 2 5 6m k 2 ，r e a d i n g a n dw r i t i n gt h es e r i a le 2 p r o m ，p r o g r a m sf o rl c d t h em a i n f r a m eo f p r o g r a m si st oi d e n t i f yt h ei n p u to r d e r s ，w h i c hc a nb ef r o m t h ek e y b o a r d o rt h ep c t h e nd i f f e r e n t s u b - p r o g r a m s a r ee x e c u t e d a c c o r d i n g t o d i f f e r e n ti n p u to r d e r s t h ep a p e ri n t r o d u c e st h em a i np r o g r a mf l a m ea n d s o m ei m p o r t a n ts u b p r o g r a m s t h e i rf l o wc h a r t sa r eg i v e n t h es i g n a lm o n i t o r i n gs e c t i o nc o n s i s t so ft h ev i d e oc a p t u r ec a r da n d t h er e l e v a n ts o f t w a r e i t sf u n c t i o n sa r ea sf o l l o w s ：m a k ev i d e oc a p t u r e c a r dt od i s p l a yt vs i g n a l s ，m o n i t o rt v s i g n a l s ，a u t o m a t i c a l l yg i v ea l a r m s a n dr e c o r da l a r mi n f o r m a t i o n ，q u e r ya l a r mi n f o r m a t i o n ，p r i n tt h ea l a r m r e c o r d s n o ww eh a v e a c c o m p l i s h e d t h e d e s i g n o ft h i sc a t v s i g n a l m o n i t o r i n gs y s t e m t h i ss y s t e mc a nb ea t t a c h e dt oc a t vn e t w o r ki na n y p l a c ew i t h o u ta n yi n f l u e n c et ot h en e t w o r k i ti sp r o v e dt h a tt h es y s t e m n o to n l yr e a l i z e sm o s to ft h em o n i t o r i n gf u n c t i o n s ，b u ta ls oi se a s yt ou s e a n do fl o wc o s t i ns h o r t ，t h ec a t v s i g n a lm o n i t o r i n gs y s t e mf u l f i l l si t s a n t i c i p a t i v ed e m a n d sa n ds p e c i f i c a t i o n s 。 k e y w o r d s ：c a t v ；i n s p e c ts i g n a l s ：a u t o m a t i c a l l ya l a r m ；m o d u l a t e a n dd e m o d u l a t e ：v i d e o d i s p o s a l 6 山东大学硕士学位论文 第一章引言 有线电视以其频带宽、传输质量高、不占用空间频谱资源的特点 被世界各国专家公认为“信息高速公路的最后一公里”，具有巨大 的产业开发价值。中国的有线电视经历了近4 0 年的发展，已经成为世 界第一大有线电视用户国。目前，我国有线电视用户数量己经超过1 亿，并仍在高速增长之中。概括起来，中国有线电视的发展大致可分 为四个阶段 2 1 。 1 9 6 4 年至1 9 7 4 年，在这十年中，主要进行技术研究和系统建设的 准备。】9 7 4 年在原中央广播事业局设计院等单位在北京饭店安装中国 第一个共用天线电视系统，标志着中国有线电视的诞生。 1 9 7 4 年至1 9 8 3 年，随着开播电视节目的增多，共用天线出现在各 个居民楼上或平房的屋顶上。这一阶段可视为有线电视发展的初级阶 段一一共用天线阶段。这一阶段的技术特点是全频道隔频传输，一个 共用天线系统可以传输五六套电视节目。 1 9 8 3 年至1 9 9 0 年，有线电视跨出共用天线阶段。这一阶段发展 的技术特点是以电缆方式为主的企业或城域网络，邻频传输，传输的 节目的套数一般在十套左右。有的地方开始应用光缆作远程传输。 以1 9 9 0 年1 1 月2 臼颁布的“有线电视管理暂行办法”为标志， 中国有线电视进行了高速、规范、法制的管理轨道。在满足了人民收 看电视的基本需求的同时，朝着大容量、数字化、双向功能和区域联 网等方向发展。目前中国有线电视正处于这一关键的发展时期。 经过几十年努力，中国有线电视已具备相当大的规模。目前，经 国家广播电影电视总局批准的有线电视台13 0 0 多座：全国有线电视网 络线路总长超过了3 0 0 多万公里，近2 0 0 0 个县建设了有线电视网络， 有线电视用户数己居世界第一位：有线电视成为我国家庭入户率最高 的信息工具。而由于电视台是党和政府的重要喉舌，有线电视又属于 有偿收费，故政府和用户对有线电视的服务质量有较高要求，而且， 随着有线电视网络功能的不断增加，这种要求愈来愈高，因此对有线 7 山东大学硕士学位论文 li _ _ _ l _ _ - e 自e 口e i 自i ! _ e ! 目_ - l 目= e 目自_ _ 目_ 一 电视网中各点的信号进行监测也愈来愈成为有线电视运营部门的重要 任务。但是目前有线电视行业的管理水平的提高却比较缓慢。提高有 线电视行业的管理水平，是提高有线电视台对用户服务质量的可靠保 证。 有线电视台对用户的服务质量，最直接的体现就是传送给用户的 电视播出信号的质量。一旦发现电视信号质量有问题，是很容易解决 的。因此，对播出质量的实时监测、及时报警、缩短不良电视信号的 播出时间，是提高服务质量的有效保证。影响播出质量的因素主要有 以下几个方面： 1 节目源本身的原因。这一点在节目审核时就可以发现，一般不会 影响节目播出( 现场直播节目除外) 2 在播出设备和射频前端出现的问题。 3 信号在传输过程中出现的问题。 除了原因l ，因素2 中播出设备和射频前端设备都在电视台播出机 房内，发现问题后，解决起来比较方便，而且保证前端输出信号的质 量是确保信号传输质量的前提，因此如何从射频前端输出的信号中及 时发现问题就成为解决有线电视中经常出现的劣播、停播等故障的关 键一步。为此，我们的目的就是要研制这样一种有线电视信号监测系 统，该系统能够自动同时监测1 6 路电视频道信号的质量，并能按要求 分屏显示各路电视图像，当某一频道信号出现异常现象时，能够迅速 发现并立即启动报警。同时将报警相关信息存数据库以备查询。 本论文的主要内容为： 第一章介绍和分析了有线电视系统监测的主要技术指标以及目前 电视信号监测达到的技术水平。 第二章介绍了该有线电视信号监测系统的组成及工作原理。 第三章介绍了该系统重要的组成部分：多路信号解调器。详细分 析了多路信号解调器的硬件架构和软件设计，分析了软件流程和一些 重要的功能模块。 第四章介绍了该系统另一重要组成部分：信号监测部分。给出了 该部分软件设计的算法和思路。 山东大学硕士学位论文 最后进行了总结，简要总结了该有线电视信号监测系统的主要工 作，分析了目前存在的不足和需要解决的问题。 9 山东大学硕士学位论文 第二章有线电视信号监测技术概述 2 1 有线电视信号监测的重要性 随着有线电视事业的发展，节目套数的增多，有线电视网络不断 扩展、延伸和改造，有线电视系统功能不断增加，服务项目和服务用 户也不断增多，有线电视系统的技术质量显得日益重要。有线电视系 统是高科技含量、重技术装备的系统，要使有线电视这一现代化媒体 能够高效率、高质量地发挥作用，要使所有观众收看好每套电视节目， 技术监督是必不可少地重要环节。 质量是有线电视生存和发展地重要保证，许多有线电视台已经意识 到这一点。良好地收视质量，可提高用户入网率，促进用户按时缴纳 收视费。有线电视是有偿服务，如果用户收视不佳，有权投诉或拒交 收视费，因此有线电视台应加强系统维护和信号监测工作，确保安全 优质播出，维护用户合法权益，建立有线电视系统质量自我反馈、自 我监督、自我完善体制。有线电视检测是有线电视台进行科学管理地 技术手段，一个高效率、高质量的监测系统，可以准确、及时地反映 有线电视节目播出、传输和接收的质量和效果，对于提高有线电视质 量将起重要作用。 有线电视的不断发展，给人们的生活带来了极大的方便和享受，同 时电视媒体作为国家对外的一种宣传工具，也有着其不可替代的重要 地位，众多的商家利用电视广告直接或间接地为自己创造了巨额的财 富。但是所有这些都是在保证节目播出质量的前提下实现的。综上所 述可以看出有线电视信号播出质量的监测是一个非常现实的问题，并 且具有很高的研究价值。 2 2 有线电视信号的主要技术指标 l o 有线电视系统的好坏，性能的高低需要通过一些技术指标来衡 山东大学硕士学位论文 e _ _ - _ i _ _ 自j l j - _ _ - l _ e e _ ! 自! e _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ l _ _ _ _ 目l e _ _ _ _ e 目_ _ j _ _ - _ i i i i i i - 量。作为有线电视系统的用户，只是看实际接收效果，节目要多，收视的 图像和声音质量要高。作为有线电视工程技术人员，不仅要以有线电视 系统输出清晰图像和悦耳声音为目的，也要以有线电视系统的技术指 标作为信号质量的保证。因此，下面分别讨论有线电视系统的视频与射 频方面的主要技术指标。 2 , 2 1 视频主要技术指标 2 2 i 1 微分增益和微分相位 当电视信号的亮度不同时所叠加的色度信号的固定幅度相对于色 同步的幅度发生了变化，这个变化量就称为微分增益( d g ) 用百分数 ( ) 表示。国家标准规定：d g 1 0 ( 下行) 或者5 ( 上行) ，一 般情况下，微分增益( d g ) 达不到要求是由于调制器所引起的。主要原 因是由于设备的动态范围不够。微分相位( d p ) 与微分增益( d g ) 类 似，但它是色度相位的改变，通常以度( 。) 表示。国家标准规定：d p 1 0 。( 下行) 或6 。( 上行) ，一般情况下，微分相位达不到要求，主要 是调制器不好，其次是滤波器的滤波性能较差。 2 2 1 2 色亮度时延差 色亮度时延差( at ) 指标，是为了保证色度信号与亮度信号重 合一致。色副载波的频率是4 4 3m h z ，如果与频率较低的亮度信号的 时延不一致，就会在电视画面上产生彩色与黑白图像的位置不重台。有 时候彩色图像在黑白图像之前，有时候彩色图像在黑白图像之后。彩色 图像与黑白图像之间存在着一个时延差，这就是色亮度时延差。国家 标准规定：t l o o n s ( 下行) 或t 3 0 n s ( 上行) 。这里值得注 意的一点是，判断信号源本身或有线电视系统的亮度时延差的好坏， 如果是信号源本身的问题( 如质量差的母带或低档的录像机) ，就不能 用观察图像的办法来检查有线电视系统的色亮度时延差的好坏，而 山东大学硕士学位论文 = g _ 目# _ _ _ _ _ _ _ l _ _ _ _ _ _ l | e _ 自_ 自目j j ! 口一 应该用专门的仪器来测量。 2 2 1 3 回波值 回波值( e ) 是在规定的测试条件下测得的有线电视系统中由于反 射而产生的滞后于原信号并与原信号内容相同的干扰信号的值。回波 的产生主要是由于系统中部件、电缆之间连接不匹配引起的，在射频系 统中，测量时只能在视频上进行测量。因此，具体测试时需接入解调器。 国家标准规定：( e ) 7 ( 下行) 或4 ( 上行) 。这里讨论的回波仅限于 有线电视系统内部不匹配而形成的反射。对于空中信号直接串入系统 和传播过程中由于地形、高山、建筑物等的反射而形成的重影干扰未 包括在内。从理论上来说，这些重影也要符合7 的e 标尺，才能得到良 好的图像质量。但是它们是一种干扰，并不是有线电视系统的反射。 2 2 1 4 音频与视频信号的标准电平 有线电视系统前端信号源部分主要接收空中卫星电视信号，通过 卫星接收天线、高频头( 即低噪声下变频器) 、功分器、卫星接收机( 模 拟的或数字的) 输出音频与视频信号，然后经调制器将音频与视频信 号调制到某一固定的射频频率上送入有线电视系统进行传输。这里仅 讨论音频与视频信号的输出电平。音频信号的输出电平，标准值为 0 7 7 5v 有效值。但是有些设备( 如调音台) 往往将0 7 7 5v 的标准值 标为o d b 。这是因为过去的音频接口阻抗都是6 0 0 q ，以l m w 功率为基 准，称o d b m ，折算成电压即为0 7 7 5 v 。后来音频接口阻抗不一定都是 6 0 0 0 ，但仍将电压0 7 7 5v 称为0d b 。这里需要注意的一点是，0d b 是 作为测试时的电平，实际上音频电平会随着电视节目内容的变化而变 化，且只有少部分时间达到或超过标准电平( o d b ) 。在接口处的全电视 信号的标准电平规定为1v 峰一峰值。其中同步信号占0 3v 、消隐 信号占0 0 5v 、图像信号占0 6 5 v 。由于各种原因，有时候接口电平会 大一些或小一些，但是各种信号的比例不能改变。这是理论上的要求， 山东大学硕士学位论文 实际上由于非线性的存在，导致视频信号的总电平与各部分信号电平 的比例多少有些变化，为了限制变化量，通常要用插入增益和同步信号 变化量这二项指标来加以控制。其中，插入增益是从视频输入口到视频 输出口之间的增益，范围为一1 十l d b ：同步信号变化量要控制在1 0 以 下。 2 2 2 射频主要技术指标 有线电视系统的射频指标有：频率范围、用户电平、频道内的幅频 特性、载噪比、载波互调比、交扰调制比、信号交流声比和系统输出 口的相互隔离等。其中主要的指标有4 个：频率范围、载噪比、用户电 平和交扰调制比。因为这4 项主要指标不仅是有线电视系统设计过程 中的主要依据同时是衡量有线电视系统质量好坏的主要标准。因此 下面仅分析这4 项指标。 2 2 2 1 频率范围 有线电视系统的频率范围5 1 0 0 0 m h z ，这是按照国家标准g b 6 5 1 0 8 6 规定的。实际上有些地区有线电视台的频率范围是4 8 3 0 0 m h z 、 4 8 4 5 0m h z 、4 8 5 5 0 m h z 、4 8 8 6 0 m h z 、4 8 9 6 0 m h z 。而且双向的有 线电视系统的频率下限由4 8 m h z 降到5m h z 。尽管不同地区有线电视台 使用的频率范围可能不一样，但都没有超出国家标准。因此，就一个有 线电视系统而言，频率范围是指系统能传输信号的频率范围，它取决于 在系统中所传输的频道数量，而频道中最低频道的信号频率和最高频 道的信号频率决定了该系统的频率范围。 2 2 2 2 载噪比( c n ) 载噪比c n 是载波噪声比的简称。它是载波功率与噪声功率之比 并以d b 来表示。有线电视系统中所有设备的输入、输出阻抗均是7 5 山东大学硕士学位论文 q ，因此，载噪比也可用载波电压和噪声电压之比，用公式表示为： ( c n ) = 1 0 1 9 ( 载波功率噪声功率) = 2 0 l g ( 载波电压噪声电压) ( d b ) 从载嗓比的公式可以看出，载噪比的大小与电视图像质量的高低 有很大的关系，载噪比( c n ) 越高，图像清晰度越好，相反，图像清晰度 就差，就会在电视屏幕察觉到“雪花点”的干扰。为了使有线电视系统 达到一定的图像质量要求，国家标准规定：c n 4 3d b ( 嗓声带宽b = 5 7 5m h z ) 。为了保证系统载噪比的要求，除了在前端信号源部分增加 电视信号强度( 如提高天线的增益) 外，还应在传输线路中选用噪声系 数( f ) 小的放大器或适当提高放大器的输入信号电平。在讨论载嗓比 的同时，顺便提一下信噪比指标。信嗓比是视频信号功率与噪声功率之 比。信噪比与载噪比的关系，可根据奈奎斯特滤波特性计算得出 s n = ( c n ) 0 1 9 5 4 f ( f n 一f 1 3 ) 式中 f 一奈奎斯特滤波器的带宽( f = fl + f n ) f 卜一残留边带( fl = o 7 5m h z ) f n 视频带宽( p a l 制af n = 5 7 5 m h z ) 故s x = c n 0 2 2 8 9 等式两边取对数，信噪比( s n ) 与载噪比( c n ) s n = c n 一6 4 ( d b ) 2 2 2 3 用户电平 用户电平是指每个终端用户上的输出电压。为了便于计算和测量， 人们习惯选取一个参考电压v o ，然后取实际电压v i 和参考电压v o 之 比的常用对数，并称之为电平，记为v ( d b ) 。 1 4 山东大学硕士学位论文 ! ! ! ! - 自! ! ! e ! ! e ! ! _ ! ! e ! j e g ! e ! ! ! ! e ! e e e ! ! ! e ! v = 2 0 1 9 ( v 1 v o ) ( d b ) 国家标准规定了用户电平的范围，即在v h f 系统中用户电平是 5 7 8 3d b 。而在u h f 系统中的用户电平为6 0 8 3 d b ，也就是说在特 高频段( u h f ) 的下限电平比甚高频段( v i i f ) 高3 d b 。用户电平的高低对 图像质量有很大的影响。若用户电平太低( 假如小于5 7 d b ) 则在电视机 屏幕上会出现“雪花”点( 即噪声干扰) ，严重时会掉彩。若用户电平 太高( 如大于8 3d b ) ，则有可能使输入电平信号超出电视机的动态范围 容易产生非线性失真和不同步，导致无法收视正常的电视图像。工程设 计过程中，用户电平一般定为7 0d b 左右。在农村用户可略为低一些， 因为这些地方的电磁波干扰较小：在城区( 或强场区) 的用户适当选高 些，避免或减弱外来信号的干扰。 2 2 2 4 交扰调制比 有线电视系统传输多个频道的电视信号，当2 个或2 个以上频道的 信号通过有线电视系统或放大器时，由于有线电视系统或放大器存在 非线性，所以某个频道的调制信号就会对另一频道信号进行调制，这就 是交扰调制。交扰调制会产生竖直白条干扰，当2 个频道信号不同步( 即 2 个频道信号脉冲不是由同一发生器发出) 时，竖条会向左( 或向右) 缓慢移动。交扰调制严重时，会有横条干扰和串像，此时在一幅图像的 背景里会有另一幅图像( 负像) 在缓慢移动。为了衡量交扰调制对正常 收看图像的影响程度，有线电视系统用交扰调制比( c m ) 来定量的表 示。交扰调制比( c m ) 的定义为 ( c m ) = 加在被测载波上想要的调制电压( 峰峰值) 在被测载波不想要的 调制电压( 峰峰值) ( 倍) 用分贝表示为 山东大学硕士学位论文 ( c m ) = 2 0 l g ( 加在被测载波上想要的调制电压( 峰峰值) 在被测载波上 不想要的调制电压( 峰峰值) ( d b ) 规定不论系统规模大小，有线电视系统c m 4 6 d b 。交扰调制比越大 说明交调失真越小，图像质量越高。 在调制过程中，为了保证一定的交扰调制比，除了保证前端各频道 信号的均衡和选用非线性失真小的放大器之外，还应适当降低放大器 的输入信号电平。因为放大器的输入信号电平降低1 d b ，交扰调制比可 改善2 d b 。 2 3 有线电视信号监测的技术水平概况 传统的有线电视信号播出质量的监测一般采用由监测人员观察 “电视屏幕墙”的方法【4 ”。即在电视台设一个监控室，在监控室内有 多台电视机组成电视墙，每台电视机监测一个电视频道信号的质量， 同时由若干名专职人员负责人工监视。每当信号变弱或丢失时，立即 通知有关人员进行调试并做好现场记录。这种方法可以同时监测多路 电视频道信号的质量，但是其缺点也非常明显，即投资比较大，成本 较高。据估算，若传送3 0 套电视节目，这种监测系统一年的电费消耗 就在几万元以上。而且监控机房的工作环境极易造成人员疲劳，漏报 警率很高。另外，这种方法只能监测图像信号，对声音信号的监测需 要采用另外的方法。而且，城市有线电视网设置在各区的工作站、广 大农村有线电视网以及一些大型厂矿企业也有对有线电视信号进行监 测的要求。随着电视频道数目的不断增加，有线电视前端的监测任务 就越来越繁重，这种人工监视的方法已经无法满足需求。 为了提高有线电视信号监测的效率，已经有些人做了一些工作。 但对有线电视网中传输的射频信号进行监测的完整、有效的方法和系 统在国内并未见报道。某些系统只能监测图像信号 6 1 ，且需要从电视 机中提取视频信号，在单片机控制下每次切换到一路信号上进行监视， 实时性较差。另外一些系统用于监测站【7 1 ，主要监测空中电磁波的场 6 山东大学硕士学位论文 强。还有一些系统主要用于电视台的播控中心少量频道的监测，需 从监视器引出视音频信号。还有的系统只监测声音信号【外，只是把声 音信号转变成图形的方式显示在屏幕上，不能实现自动监测。比较先 进的方法是多路电视信号自动循环监测【1 0 ，是由监视器自动循环监 测多路视频、音频信号，每路每次持续得时间相等。这种方法电路简 单，便于操作，但由于每次只能监测路电视频道信号的质量，故实 时性较差。 从长远看，在有线电视系统的监测的目标应为自动监测、无人值 守和实时报警，为此，我们开发了一种新型的有线电视信号多路实时 监测系统，该系统成本低，性能优良，基本满足了有线电视信号监测 的要求。 山东大学硕士学位论文 3 1 系统组成 所示 第三章系统组成及工作原理 所设计的有线电视信号多路监测系统的组成和工作原理如图3 1 垭吐串行l j 硝谧 疆小嚣 图3 1 系统组成和丁：作原理图 该系统主要由两大部分组成：多路信号解调器部分和电视信号监 测部分。其中多路信号解调器主要包括单片机、1 6 个单路电视信号调 谐器、键盘、串行存储器、液晶显示模块和外围电路。信号监测部分 包括视频采集卡和相应的监测软件。 3 2 系统工作原理 该系统的输入信号为有线电视电缆传送的射频信号，到达多路信 号解调器后，可在用户的要求下从多路复用的电视信号中解调出所指 定监测的电视频道分离的视频、音频信号，该多路信号解调器共有十 六路通道，每一通道对应一个单路调谐器，这样此多路信号解调器可 1 8 山东大学硕士学位论文 一次解调出十六电视频道分离的视频、音频信号。将每十六路通道对 应的电视频道作为一个单元，称为一页，通过在解调器存储单元中设 定通道、频道的对应关系，可以方便的进行翻页操作，每翻一页，多 路信号解调器就能根据该页下各通道对应的频道关系解调出新的十六 路电视频道的视频、音频信号。将解调出的视频、音频信号送入嵌在 上位微机中的视频采集卡，通过软件控制视频采集卡即可实现对输入 信号的实时采集，同屏显示输入的十六路电视图像，并对多路电视信 号播出质量的监测，在电视信号出现故障的情况下，进行实时报警， 并自动记录报警信息以备查询。 具体来说，该系统的功能主要有： 1 自动采集并监测各路电视频道的图像信号。若信号故障则汜录 相关信息，包括出错频道、时间等，将这些数据存入数据库备查。 2 实时分屏显示各路电视频道的图像，可按照用户要求，进行电 视频道的单画面、四画面、八画面、十六画面分屏显示。 3 实时报警功能，当某一频道信号出现异常时，系统可启动声光 报警或短信报警，同时显示出错频道的频道号等信息。 4 统计查询功能，可对故障信息进行各种有条件查询，从而对电 视信号播出质量进行评测。 5 故障信息的打印。 9 山东大学硕士学位论文 ! 日_ _ _ _ _ _ l _ _ _ _ l l - = ! 日l _ - _ _ _ _ _ e 一 第四章多路信号解调器的设计 4 1 多路信号解调器的组成和工作原理 有线电视信号多路解调器的系统组成如图l 所示。它由单片机、 1 6 个电视信号调谐器、键盘、串行存储器、液晶显示器和电平转换器 等部件组成。 税额惰哮1 葺额信呼l 觇抒皓黜 音领信号2 视绷情号1 6 膏颉信号i5 豳4 1 多路信号解调器硬件连接示意图 该有线电视信号多路信号解调器的输入信号为有线电视电缆传输 的射频信号。该射频信号通过信号分支器还原出16 路无失真的信号。 分别接入1 6 路调谐器中，即可一次可解调出l6 个电视频道的音频和 视频信号。系统工作过程为，单片机根据来自键盘或上位微机经过电 平转换得到的指令，完成相应的调谐、显示、扫描等操作。其中主体 操作是完成对1 6 路调谐器的调谐，使其输出特定频道的视频和音频信 号。 调谐所需数据为各频道的编程分频字节和频偏值等。其中编程分 频字节根据各频道对应的图像载波频率通过计算得到，后面有说明。 频偏值则是为达到图像显示得最佳效果，对编程分频字节的修改值。 这些数据都是存储在串行存储器中。如图4 ，l 所示。对串行存储器的读 山东大学硕士学位论文 写必须符合1 2 c 总线时序。调谐时，单片机通过模拟1 2 c 总线时序，从 串行存储器中读取调谐所需数据，然后根据各调谐器不同的地址，按 照一定规则，将这些数据写入各调谐器的有关寄存器中，就完成了对 调谐器的调谐。调谐中可能修改调谐数据，新的调谐数据存入串行存 储器，以备以后调谐时调用。调谐期间，有关提示和调谐结果可随时 在液晶显示器上显示出来。 按照目前的标准，我国有线电视频道分为标谁频道( 5 7 个) 和增 补频道( 3 8 个) 。共9 5 个电视频道。我们把这些电视频道平均分成6 页。每页1 6 个频道( 最后一页1 5 个) ，分别对应1 6 路输出通道。将 每页中各通道对应的电视频道号及各频道对应的编程分频字节存储在 串行存储器中，通过翻页就可覆盖全部电视频段。 4 2 多路信号解谓器的硬件设计 4 2 1 多路信号解调器所需硬件 多路信号解调器所用到的主要硬件有单片机a t 8 9 c 5 2 、单路调谐 器f 1 2 5 6m k 2 、串行存储器a t 2 4 c 0 4 ，液晶显示模块e d m l 6 0 2 ( 0 1 ) a 、 看门狗定时器i m p 8 l 3 l 、电平转换芯片m a x 2 3 2 c 等，将各器件功能 特性分别介绍如下。 4 2 1 1a t 8 9 c 5 2 简介【1 2 】 a t 8 9 c 5 2 是a t m e l 公司生产的，带有8 k 字节快闪可编程可擦除 只读存储器的低电压、高性能c m o s 的8 位微处理器。a t 8 9 c 5 2 应用 了a t m e l 公司的高密度，不变的存储器制作技术，与m c s 5 l 的工业 标准兼容a a t 8 9 c 5 2 是种强有力的微处理器，灵活性高、价格比高， 可用于大多数嵌入控制系统。 a t 8 9 c 5 2 的主要特征： 1 与m c s 5 【兼容 山东大学硕士学位论文 2 8 k 字节可编程的快闪存储器 3 完全的静态操作：o h z 一2 4 m h z 4 2 5 6 * 8 b i t 的片内r a m 5 3 2 条可编程的i 0 线 6 3 个1 6 b i t 的定时计数器 7 6 个中断源 8 有可编程的串行通道 4 2 1 2 调谐器f 1 1 2 5 6m k 2 1 3 p h i l i p s 公司生产f 1 1 2 0 0 系列电调谐器，是专门为多媒体计算机 视频调谐功能设计制造的。f i l 2 5 6m k 2 是目前应用最广泛的一种，它 通过一根7 5 d 的射频天线接收射频信号解调出标准全电视信号。 f i l 2 5 6m k 2 具有以下特点： 1 符合c c i r d k 规范。 2 只用一个+ 5 v 电压供电，且功耗低。 3 可调谐全部电视频段( 4 9 7 5 m h z - - 8 6 3 2 5 m h z ) 。 4 锁相环控制调谐。 5 可输出视频信号、伴音信号及第二伴音中频信号。 6 由1 2 c 总线控制调谐、地址选择、以及读出a f c 的状态信息。 7 全部元件封装在一个小金属盒中。 8 能提供可选的3 个调谐步长：3 1 2 5 m h z ，5 0 0 m h z 。6 2 5 m h z f 1 1 2 5 6m k 2 内部有五个寄存器，用以控制它的工作方式。对它的 控制在软件设计部分进行介绍。 4 2 1 3 串行存储器a t 2 4 c 0 4 1 4 a t 2 4 c 0 4 是a t m e l 公司的产品，它是一种采用c m o s t 艺制成的 5 1 2 8 位的串行的电可擦除的可编程只读存储器。自定时写周期包括 自动擦除时间不超过l o m s ，典型时间为5 m s 。a t 2 4 c 0 4 的擦写周期寿 山东大学硕士学位论文 命可达1 0 万次以上。其引脚排列如图4 2 所示。 其管脚定义如下： s c l ：串行时钟端。用于对输入和输出数据的同步，写入e 2 p r o m 的数据用其上升沿同步，输出数据用其下降沿同步。 s d a ：串行数据( 地址) 输入，输出端。这是串行双向数据输入 输出线，漏极开路驱动，可以与任何数目的其他漏极开路 或集电极开路的器件“线或”连接。 w p ： 写保护。这个引脚用于硬件数据保护功能，当接地时，可 对存储器进行正常的读写操作；当接电源v c c 时，芯片就 具有数据写保护功能。 a o a l a 2 ：片选或页选地址输入。具体用法见后 v c c ：电源电压+ 5 v 。 g n d ：接地端。 n 0 9 18 目”c c 1 9 27 目师 艇q 36 p 弧 g n 0 q s 户默 i _ j 图4 2a t 2 4 c 0 4 的引脚图 4 2 1 4 点阵式液晶显示模块1 1 5 本系统中采用的液晶显示模块型号是e d m l 6 0 2 ( 01 ) a 。显示方式 为字符型a 显示格式为两行，每行可显示1 6 个字符。它有1 4 个7 1 线 端，其中有8 条数据线，3 条控制线，3 条电源线，引脚排列见图4 3 。 图43e d m l 6 0 2 ( 0 1 ) a 引脚排列图 山东大学硕士学位论文 引脚说明如表4 1 所示。 表41 e d m l 6 0 2 ( 0 1 ) 引脚说明 引脚号符号名称动能 1v s s地0 v 2v d d电源5 v 5 3v l c d 液晶驱动电压 4r s 寄存器选择h 数据寄存器 l 指令寄存器 5列w 读，写h 滨l 写 6e 使能下降梧触发 7 1 4d b 0 d b 7 8 位数据线数据传输 该液晶显示模块的特点为： 重量轻： 1 0 0 9 ： 体积小：约1 0 m m 厚： 功耗低：1 0 1 5 m w ： 显示内容丰富：内存1 9 2 种字符 或4 种字符； 指令功能强：可组合成各种输入、 要求； ( 包括a s c i i 码) ，可自定义8 现实、移位方式以满足不同的 接口方便简单：可与4 或