廣播電視信號(hào)測(cè)量、識(shí)別與轉(zhuǎn)換新型系統(tǒng)設(shè)計(jì),廣播電視論文

廣播電視信號(hào)測(cè)量、識(shí)別與轉(zhuǎn)換新型系統(tǒng)設(shè)計(jì),廣播電視論文0引言.廣播電視監(jiān)測(cè)對(duì)于監(jiān)控廣播電視的播出情況、改善廣播電視信號(hào)傳輸和播出質(zhì)量、核查廣播電視覆蓋網(wǎng)效果、維護(hù)空中電波和網(wǎng)臺(tái)播出秩序、嚴(yán)格保衛(wèi)并有效利用頻率資源、加強(qiáng)廣播電視事業(yè)管理等有著重要的意義。當(dāng)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)促進(jìn)了各種光學(xué)、電學(xué)乃至圖像等信號(hào)檢測(cè)技術(shù)的迅速發(fā)展[1-10]，廣播電視信號(hào)監(jiān)測(cè)方式方法也由過(guò)去的以人為主進(jìn)行監(jiān)視、監(jiān)聽(tīng)的監(jiān)測(cè)手段發(fā)展為借助于各種電子儀器、設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)設(shè)備的功能也由以前的簡(jiǎn)單、單一發(fā)展為如今的綜合化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。監(jiān)測(cè)設(shè)備不僅應(yīng)定性地檢測(cè)出廣播電視信號(hào)的播出情況，還應(yīng)該定量地測(cè)量廣播電視信號(hào)中的一些參數(shù)和指標(biāo)，如載波場(chǎng)強(qiáng)、調(diào)制度、頻偏等，這些參數(shù)將是評(píng)估廣播電視信號(hào)發(fā)射、接收情況的重要根據(jù)。1系統(tǒng)方案設(shè)計(jì).1.1系統(tǒng)功能.本文介紹的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能為：自動(dòng)掃描廣播電視頻段，搜索廣播電視信號(hào)并向監(jiān)測(cè)終端輸出，測(cè)量載波場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度，并能存儲(chǔ)廣播電視信號(hào)的頻率及場(chǎng)強(qiáng)，對(duì)非法信號(hào)辨別并報(bào)警。因而，系統(tǒng)的主要功能模塊將包括高頻調(diào)諧模塊、視音頻信號(hào)辨別模塊、場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量模塊及包括鍵盤、顯示、A/D、非易失存儲(chǔ)器在內(nèi)的控制系統(tǒng)。除此之外，為了方便監(jiān)測(cè)設(shè)備的升級(jí)和組網(wǎng)，務(wù)必設(shè)計(jì)出通信接口。1.2設(shè)計(jì)方案論證.1.2.1高頻調(diào)諧模塊.此模塊的首要任務(wù)是高頻調(diào)諧，以實(shí)現(xiàn)廣播電視信號(hào)頻道的選擇及聲音、圖像信號(hào)的獲取。本系統(tǒng)采用PLL頻率合成方式。PLL頻率數(shù)字調(diào)諧系統(tǒng)主要由壓控振蕩器〔VCO〕、相位比擬器〔PD〕、低通濾波器〔LPF〕、可編程分頻器、高穩(wěn)定晶體振蕩器、參考分頻器、控制器等組成。高穩(wěn)定度的晶振使得本振頻率穩(wěn)定性極高，而且在單片機(jī)的控制下可實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn)掃描。當(dāng)前電視機(jī)廣泛采用的PLL數(shù)字頻率合成高頻頭集頻率合成、中頻放大、視頻檢波等功能于一體，能直接解調(diào)出電視信號(hào)和FM廣播信號(hào)。1.2.2場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量模塊.此模塊的作用是測(cè)量廣播電視載波場(chǎng)強(qiáng)，載波場(chǎng)強(qiáng)的大小是斷定能否存在廣播電視信號(hào)的重要根據(jù)，而且只要定量測(cè)出場(chǎng)強(qiáng)值的大小，才能保證選臺(tái)時(shí)調(diào)諧到被選頻道的中心頻率。測(cè)量載波場(chǎng)強(qiáng)的一般方式方法是測(cè)量中頻信號(hào)的強(qiáng)弱，由于中頻信號(hào)的頻率固定，中頻放大器對(duì)所有頻率信號(hào)的中頻信號(hào)有固定的增益，避免因放大器頻率響應(yīng)特性而引起的誤差。由于超外差接收機(jī)具有自動(dòng)增益電路〔AGC〕，AGC電路本身是一個(gè)負(fù)反應(yīng)系統(tǒng)，它從放大的中頻信號(hào)檢波獲取AGC控制電壓，去控制中放和高放的增益。因而，可直接測(cè)量此反應(yīng)信號(hào)，即AGC電壓的大小，來(lái)反映了場(chǎng)強(qiáng)的大小。1.2.3信號(hào)辨別模塊.此模塊的作用為：當(dāng)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量模塊檢測(cè)到有較強(qiáng)的載波信號(hào)時(shí)能否真正存在電視信號(hào)和調(diào)頻廣播信號(hào)。全電視信號(hào)是由圖像信號(hào)和同步信號(hào)、消隱信號(hào)等一些脈沖信號(hào)組成[11]，而這些脈沖信號(hào)都有嚴(yán)格的周期性，例如：行同步信號(hào)的周期是64us，場(chǎng)同步信號(hào)的周期是20ms。因而，測(cè)量同步信號(hào)的有無(wú)，即可斷定能否有全電視信號(hào)存在。調(diào)頻廣播〔FM〕信號(hào)沒(méi)有同步信號(hào)，但可通過(guò)測(cè)量音頻輸出情況來(lái)斷定。當(dāng)某一頻率的載波信號(hào)較強(qiáng)，接收機(jī)的自動(dòng)增益控制功能抑制了噪聲信號(hào)的放大，輸出的將是音頻信號(hào)或靜音，不管哪種情況都只包含很小的噪聲成分。相反，當(dāng)載波很弱時(shí)，輸出端將會(huì)是放大后的噪聲信號(hào)。這樣，即可通過(guò)測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)與輸出信號(hào)來(lái)斷定能否存在調(diào)頻廣播〔FM〕信號(hào)。1.2.4控制模塊.本系統(tǒng)的控制模塊主要是包括鍵盤、顯示、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、非易失存儲(chǔ)器〔EEPROM〕在內(nèi)的微控制器系統(tǒng)，除此之外還有視頻信號(hào)監(jiān)視器、揚(yáng)聲器等終端。這里需要著重考慮的是人機(jī)對(duì)話經(jīng)過(guò)中顯示器的選擇?？紤]到本系統(tǒng)中已有必須的電視監(jiān)視器，采用視頻字符疊加技術(shù)將使顯示方式愈加靈敏。鍵盤的選擇將根據(jù)系統(tǒng)功能的描繪敘述，先確定按鍵的多少，再結(jié)合單片機(jī)剩余I/O口的多少來(lái)決定。假如I/O口的數(shù)量允許，則優(yōu)先選用獨(dú)立按鍵式；否則，可考慮采用串行接口，外接移位托存器，理論上能擴(kuò)展任意多的按鍵。選擇非易失存儲(chǔ)器除考慮存儲(chǔ)容量外，也需要注意I/O口的數(shù)量。在I/O口允許的情況下，選用并行方式可提高訪問(wèn)速度，大大減輕程序的負(fù)擔(dān)。假如系統(tǒng)對(duì)訪問(wèn)速度要求不高，則采用串行方式不僅能夠節(jié)省I/O口線，而且使硬件愈加簡(jiǎn)潔。A/D轉(zhuǎn)換器的選擇主要考慮精度和接口方式。本系統(tǒng)中需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)有：電視載波場(chǎng)強(qiáng)，F(xiàn)M載波場(chǎng)強(qiáng)，F(xiàn)M音頻值。華而不實(shí)載波場(chǎng)強(qiáng)要求測(cè)量精度為1dB即可，而音頻測(cè)量的精度要求更低，因而，選用8位的A/D轉(zhuǎn)換器就足以知足要求。為了方便地控制音量，擬采用數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)音量控制。而且，采用數(shù)字電位器還可實(shí)現(xiàn)靜噪的功能，避免沒(méi)有信號(hào)時(shí)的噪聲輸出。關(guān)于通信接口，由于單片機(jī)內(nèi)置了串行異步通信口〔UART〕，因而只需添加TTL和RS232之間的電平轉(zhuǎn)換電路即可。1.3系統(tǒng)框圖及各部分功能.根據(jù)設(shè)計(jì)方案，如此圖1所示。TCL2002MF為所選定的高頻調(diào)諧器，是由I2C總線控制的數(shù)字化鎖相環(huán)頻率合成高頻頭，工作頻率覆蓋VHFLow、VHFHigh、UHF及FM的所有波段，能直接解調(diào)出電視〔及其伴音〕信號(hào)和調(diào)頻廣播信號(hào)，并有引腳輸出電視通道的自動(dòng)增益控制〔AGC〕信號(hào)和10.7MHz的FM中頻信號(hào)。可見(jiàn)，TCL2002MF高頻頭的功能完全迎合的了設(shè)計(jì)方案的要求，非常合適本系統(tǒng)的使用。實(shí)際上，電視載波場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)量就通過(guò)直接測(cè)量高頻頭AGC信號(hào)的大小來(lái)完成。SA605D是PHILIPS設(shè)計(jì)生產(chǎn)的FM中頻處理芯片，內(nèi)置高增益的中頻放大器以及自動(dòng)增益控制電路，其輸出引腳RSSI〔ReceivedSignalStrengthIndicator〕所反映的輸入信號(hào)強(qiáng)弱范圍達(dá)90dB，也就是講，本系統(tǒng)所能測(cè)量的FM載波場(chǎng)強(qiáng)的動(dòng)態(tài)范圍將達(dá)90dB。音頻檢測(cè)模塊的作用是，先將溝通的音頻信號(hào)整流成直流信號(hào)，再經(jīng)平均值電路得到一個(gè)反映音頻信號(hào)強(qiáng)弱的直流信號(hào)。測(cè)出此直流信號(hào)的大小，并與設(shè)定的下限比擬，即可定性地?cái)喽芊翊嬖谝纛l信號(hào)。同步分離模塊主要用于測(cè)定同步信號(hào)的有無(wú)，來(lái)判定視頻信號(hào)的有無(wú)。另外，在視頻疊加模塊中也需要復(fù)合同步信號(hào)。視頻疊加模塊的作用是，將人機(jī)對(duì)話的字符信息疊加于視頻信號(hào)中，來(lái)實(shí)如今電視屏幕上顯示字符的功能。此模塊的核心是一片屏幕字符顯示〔On-ScreenDisplay〕芯片uPD6464，通過(guò)串行總線與單片機(jī)接口，內(nèi)置的字庫(kù)包含數(shù)字、大小寫字母、一些常用字符和漢字在內(nèi)的256種，而且字體、顏色、背景等均有多種顯示形式，這些功能使得顯示豐富、復(fù)雜的內(nèi)容成為可能。2關(guān)鍵模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).2.1高頻調(diào)諧器的應(yīng)用電路.本系統(tǒng)選用了TCL2002MF高頻頭作為高頻調(diào)諧模塊的核心，它是由I2C總線控制的數(shù)字化鎖相環(huán)頻率合成高頻頭，工作頻率覆蓋VHFLow、VHFHigh、UHF及FM的所有波段，能直接解調(diào)出電視〔及其伴音〕信號(hào)和調(diào)頻廣播信號(hào)，并有引腳輸出電視通道的自動(dòng)增益控制〔AGC〕信號(hào)和10.7MHz的FM中頻信號(hào)。如此圖2所示。2.2載波場(chǎng)強(qiáng)測(cè)量.如上所述，高頻頭AGC信號(hào)的強(qiáng)弱，反映了載波場(chǎng)強(qiáng)的大小，故可用A/D轉(zhuǎn)換器直接測(cè)出AGC信號(hào)的幅值。除此之外還需用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以得出AGC信號(hào)幅值與場(chǎng)強(qiáng)值的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于TCL2002MF高頻頭引出了10.7MHz的FM中頻信號(hào)，這樣，即可用帶有AGC輸出的FM中頻處理芯片來(lái)確定調(diào)頻廣播〔FM〕信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的大小。這里選用了PHILIPS設(shè)計(jì)生產(chǎn)的FM中頻處理芯片SA605D，該芯片內(nèi)置高增益的中頻放大器以及自動(dòng)增益控制電路，其輸出引腳RSSI反映輸入中頻信號(hào)強(qiáng)弱，SA605D所能測(cè)量的FM載波場(chǎng)強(qiáng)的動(dòng)態(tài)范圍能到達(dá)90dB。射頻信號(hào)和本振信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻后得到中頻信號(hào)，由20腳輸出，需外接中心頻率為10.7MHz的帶通濾波器以濾掉20腳輸出的中頻信號(hào)中10.7MHz以外的其他頻率。如此圖3所示。中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、鑒頻、濾波，即得到聲音信號(hào)。SA605D的輸出信號(hào)包括RSSI、AUDIO、DATA三部分內(nèi)容。華而不實(shí)，輸出信號(hào)AUDIO和DATA基本上是一樣的。DATA被解釋為UNMUTEDAUDIO，就是講，DATA引腳輸出的音頻信號(hào)是不能夠被屏蔽的，而AUDIO引腳的輸出則是能夠被屏蔽的。SA605D的引腳5MUTEIN為低電平常即可將引腳8AUDIOOUT的輸出屏蔽。RSSI引腳輸出一個(gè)反映接收信號(hào)強(qiáng)弱的電壓值，該引腳電壓值越高，則表示清楚接收的信號(hào)越強(qiáng)。在本系統(tǒng)中，由于FM信號(hào)的混頻已在TCL2002MF高頻頭中完成，高頻頭的IF引腳已經(jīng)輸出10.7MHz的FM中頻信號(hào)，因而省去了SA605D典型應(yīng)用圖中的射頻輸入部分和本振部分，只要將高頻頭輸出的中頻信號(hào)經(jīng)10.7MHz濾波器后直接接SA605D的中頻輸入端〔引腳18〕即可。另外，由于音頻信號(hào)取自高頻頭的音頻輸出端，故AUDIO和DATA引腳的輸出電路可以省去，只保存RSSI端的輸出。RSSI信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍大約為0.2-4.7V，可直接由A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)量。2.3信號(hào)辨別.電視信號(hào)辨別的一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容是檢測(cè)同步信號(hào)。原則上，測(cè)量行同步信號(hào)或場(chǎng)同步信號(hào)均可，顯然場(chǎng)同步信號(hào)周期太大，頻率太低，嚴(yán)重制約著測(cè)量的速度，因而這里選擇測(cè)行同步信號(hào)。LM1881是專用的視頻同步分離集成電路，能直接從視頻信號(hào)中分離出復(fù)合同步信號(hào)、行同步信號(hào)以及場(chǎng)同步信號(hào)。獲得行同步信號(hào)后，即可用單片機(jī)定時(shí)器對(duì)其頻率進(jìn)行測(cè)量.由于調(diào)頻廣播信號(hào)沒(méi)有同步信號(hào)，故辨別方式與電視信號(hào)有所不同，但可通過(guò)測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)與音頻信號(hào)來(lái)斷定。這種判別方式方法的基本原理簡(jiǎn)述如下：當(dāng)某一頻率的載波信號(hào)較強(qiáng)、信噪比擬高時(shí)，接收機(jī)的自動(dòng)增益控制功能抑制了噪聲信號(hào)的放大，輸出的噪聲成分很弱；相反，當(dāng)載波信號(hào)很弱時(shí)，輸入端的噪聲將被大幅度地放大，導(dǎo)致輸出的噪聲功率很大。由音頻放大器、整流電路和平均值電路三部分組成。放大的溝通音頻信號(hào)由整流電路整流成直流信號(hào)，再經(jīng)平均值電路得到反映音頻信號(hào)強(qiáng)弱的直流分量。測(cè)出此直流分量的大小，并與設(shè)定的下限比擬，即可定性地?cái)喽芊翊嬖谝纛l信號(hào)。如此圖4所示。2.4視頻字符疊加.此模塊的核心是一片屏幕字符顯示〔On-ScreenDisplay〕芯片uPD6464，通過(guò)串行總線與單片機(jī)接口，內(nèi)置的字庫(kù)包含了數(shù)字、大小寫字母、一些常用字符和漢字在內(nèi)的256種，而且字體、顏色、背景等均有多種顯示形式。24腳VBSI是視頻信號(hào)輸入端，21腳VBSO是疊加后的視頻信號(hào)輸出端，17腳CSYIN是復(fù)合同步信號(hào)輸入端，而CLK、CS、DATA，則分別是與單片機(jī)連接的時(shí)鐘端、片選端、數(shù)據(jù)端。本應(yīng)用電路要求輸入視頻信號(hào)的幅值為2VP-P，假如輸入信號(hào)幅值不知足此條件，則應(yīng)增加視頻放大電路進(jìn)行調(diào)整。由于電視信號(hào)辨別模塊中已采用了同步分離電路LM1881，故復(fù)合同步信號(hào)直接取自LM1881。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，VBSO輸出的視頻信號(hào)帶載能力差，而且直流分量偏大，導(dǎo)致顯示效果不佳，因而采用了射極輸出電路，不僅提高了帶載能力，而且起到了減小直流分量的作用，大大改善了實(shí)際顯示效果。如此圖5所示。結(jié)束語(yǔ).本論文闡述的是針對(duì)便攜式無(wú)線發(fā)射機(jī)而設(shè)計(jì)的廣播電視信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用來(lái)監(jiān)測(cè)調(diào)頻廣播和電視頻段的信號(hào)，監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)為載波場(chǎng)強(qiáng)和音頻強(qiáng)度。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)中，采用了廣播電視技術(shù)發(fā)展的最新成果，并廣泛使用國(guó)外優(yōu)秀的大規(guī)模集成電路，如PHILIPS生產(chǎn)的高性能中頻處理芯片SA605D、NEC生產(chǎn)的屏幕字符顯示芯片uPD6464等，使得本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件簡(jiǎn)潔，性能可靠，并且大大縮短了研發(fā)周期，提高了整機(jī)性能價(jià)格比。以下為參考文獻(xiàn)[1]張雷,楊勇,趙星,等.多級(jí)投影式集成成像三維顯示的視場(chǎng)角拓展[J].光學(xué)精致細(xì)密工程,2020,21(1):1-6.[2]徐文清,詹杰,徐青山.天空背景亮度測(cè)量系統(tǒng)的研制[J].光學(xué)精致細(xì)密工程,2020,21(1):46-52.[3]戴美玲,楊?？?何小元.基于雙頻彩色光柵投影測(cè)量不連續(xù)物體三維形貌[J].光學(xué)精致細(xì)密工程,2020,21(1):7-12.[4]王小鵬,劉志華,陳天寧.透明材料微小器件鍵合質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].光學(xué)精致細(xì)密工程,2020,21(1):69-76.[5]張雷,丁亞林,張洪文,等.基于正時(shí)帶的簾幕式快門設(shè)計(jì)與精度分析[J].光學(xué)精致細(xì)密工程,2020,(21)2:380-387.[6]劉麗麗,黃濤,蔡敏,等.大視場(chǎng)液晶自適應(yīng)視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)[J].光學(xué)精致細(xì)密工程,2020,21(2):301-307.[7]趙梓權(quán),王瑞光,鄭喜鳳,等.用彩色CCD相機(jī)測(cè)量發(fā)光二極管顯示屏的色度[J]光學(xué)精致細(xì)密工程,2020,21(3):575-582.[8]楊振嶺,方偉,王凱,等.小視場(chǎng)絕對(duì)輻射計(jì)視場(chǎng)測(cè)量及修正項(xiàng)計(jì)算[J].光學(xué)精致細(xì)密工程,2020,21(4):870-875.[9]陳新華,季軼群,沈?yàn)槊?基于星點(diǎn)圖像的小像差復(fù)原[J].光學(xué)精致細(xì)密工程,2020,20(4):706-711.[10]崔東旭,史繼芳,李宏光.光子計(jì)數(shù)法測(cè)量類針