巧用视频采集卡实现多路音频监测报警

高红民

系统介绍

目前大多数广播电视中转台站,有线中继站,卫星地球站肩负着传输广播电视节目传输监测任务,都需要同时监测

多路伴音,在值班时只能监听一路的伴音,而这些台站绝大多数没有配备监播系统,只是通过一部电视屏幕来显示多路伴音条码图像,要想在某路音频丢失时立即察觉,是一项非常重要而艰巨的任务。为了能及时直观地多方面判断出多路音频是否正常,需要对多路音频进行监测报警。

我们传输中心各台站也存在这样的问题,值班员在值班中只能对电视伴音做重点监看监听,而对其他广播频道的伴音较少测听,有故障时不易发现问题,根据站里提出对广播进行自动监测报警要求,为此开发出发的“伴音监测报警”软件,为值班人员增加了一道监测工具,但由于该软件只能接入单路音频信号,不能全面掌握上下行伴音情况,为此在站领导带领指导下进一步攻关突破,把多路伴音按入电脑采集卡,利用多媒体计算机开发出多路音频报警,更加全面保障了我站安全播出。

系统框图与设计思路

总体思路:绝大多数台站都有伴音条码监视,只是通过一部电视屏幕来显示多路伴音条码图像,我们只要从伴音条码监视的视频分支信号接入电脑的视频采集卡,在电脑上显示出多路音频条码的图像,这时我们在音频条码报警门限上进行视频判断是否达到报警要求,设计如下图所示,这样就可以利用电脑在仅需添加一块视频采集卡的基础上实现多路的音频信号监视与报警功能。

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。由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,我们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Filter Graph的模型来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Filter Graph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的功能的,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, 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。由此我们就捕获到我们所需的视频图像。在电脑的前端显示出采集卡的视频信号。

2.利用Tcanvas绘制报警门限标志

要进判断音频门限是否达到报警门限位置,就是要在规定好的音频条码出现位置上判别是否绘制报警门限标志图形与预存的台标形状相似。本程序利用Tcanvas来预存图像,作为音频门限位置参考值。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。用画布(Tcanvas)对象封装了Windows的大部分图形输出功能,这使得我们可以通过他以更直观的方式和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,可以方便的设计图形绘制程序。

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属性就是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就是TColor 类型, 在Graphics单元中TColor定义如下:TColor = -(COLOR_ENDCOLORS + 1)..$02FFFFF;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:

ClAqua,CLBlack,ClBlue,ClbkGrray,ClFuchsoa......ClYellow

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 CopyRect(Dest : TRect;Canvas : TCanvas; Source TRect);

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。由此我们选择好所要图像的左上点与右下点,就可以截取台标的图像。

3.利用RGB判定来识别图像

我们是把音频信号转换成视频,在电脑程序上进行判断音频门限是否达到报警要求,利用判别所设报警门限标志处有音量与没有音量时的RGB值的差别进行计算识别的,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可由此来判断。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,基于以视频采集和判断,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,当检测出信号异常并在预先设定的时间内连续出现,我们就发出提示报警。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与播放报警声音。

电脑声音报警是采用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Window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,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。操作者可以方便打数据库进行编辑,并可拷贝到Word、Excel中来生成报表。

6.广播节目整点定时录音

由于广播新闻综合等到频道只有在整点时才肯定有呼号,为了保证上行节目正确播出,值班员需要花较大精力来监听呼号,为此在广播进行自动监测报警基础上添加广播节目整点录音回放功能,可以在整点前一分钟时进行广播节目录制长度为两分钟的录音,并可随时回放,由此作为识别广播综合频道的标识,确保节目源的安全。

创新点

本系统是国内首创的台标异常与上下行伴音综合报警系统,由于本系统的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,及时帮助值班人员判断故障处理事故。

主要创新点:

1.以较少的投入,实现视音频信号比对、监测功能,实现自动报警。经过福建卫星上行站两年多的使用,我们发现,本系统除了能随时对非法攻击引致的台标异常等情况进行报警外,还能及时发现本站的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window 系统下可免安装。

经济社会效益

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。

提示与报警:为提高系统报警的准确率,减少误报率,基于以视频采集和判断,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,当检测出伴音信号丢失并在预先设定的时间内连续出现,我们就发出提示报警。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,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。

系统的界面介绍

本系统是由目前最流行多媒体开发工具之一Delphi编写的。可以运行在Windows9X,2000, XP下。硬件配置要求:微机: CPU:PIII800M以上 硬盘:4G以上 内存:256M以上,其主要界面如下图:

1.为视频信号显示窗口,多路伴音采样的平台。

2.监测、测试、参数设置页面,是本系统主要操作的平台

3.多路伴音显示的窗口,音频监测的平台。

4.各小圆点为可拖动是音频监测点,可以随便拖放至某一路伴音信号上监测。

5.录间回放按钮与窗口。

总结

本系统在传输中心成功使用了两年多,可以准确地在伴音丢失时能及时报警。对传输台站来说,在使用较少的硬件设备下,可较理想地完成多路伴音自动监测任务。本系统使用至今已两年多,运行良好,为传输中心安全播出提供了更多一层的报警保障。