非法入侵电视信号的硬件检测方法及其实现
2007-11-14
作者:裘 焱, 吴亚锋, 徐建荣
摘 要:介绍了一种用硬件实现非法电视干扰信号的检测方法" title="检测方法">检测方法。在分析非法入侵信号干扰特点的基础上,提出了硬件检测的原理方法,给出了硬件检测系统" title="检测系统">检测系统的设计构想。该系统主要由信号处理、智能判别和报警控制三个模块组成。大量的模拟实验和应用结果表明,本检测方法能够有效地检测出非法入侵的信号。
关键词:电视信号 非法干扰 检测
目前电视信号常用的传送方式为卫星传送,即通过太空中的电视卫星转发器进行转发,信号到达地面后进行解压,然后转换成电视中所看到的视频信号。由于电视信号传输参数的公开性,正常电视信号经常受到一些非法电视信号的干扰。如我国的鑫诺卫星就曾受到法轮功非法信号的入侵,在社会上造成了极坏的影响。防止这类现象发生的一种方法就是对每一套电视节目进行实时监控,即当发现有非法信号侵入时,立即切断该套节目的播出。
非法信号的入侵过程有以下特点:
(1) 侵害的时间不固定,有可能一天多次,也可能几个月一次。
(2) 侵害的对象不固定,少则一套电视节目,多则几套、十几套节目。
(3) 侵害时间短(几个微秒)。侵害完成时,其信号与正常信号无任何差别。
(4) 功率很大,正常信号会被完全覆盖。
由于这些特点,传统的人工监测和软件方法都很难达到要求。人工监测费时耗力,且反应较慢,其结果是只有在非法信号入侵一定时间后才会被工作人员发现。软件方法的灵敏度较低,程序在进行轮检时有可能错过侵入的非法信号。
本文根据非法入侵信号的特点分析了硬件检测的可行性,采用一种高效、智能的硬件系统来鉴别非法侵入信号。介绍了监测的原理以及实现电路的设计,并通过实验证明了其有效性。
1 检测系统原理及组成
虽然非法入侵信号有上述各种特点,很难监测,但其在入侵过程中,必然引起正常电视信号的局部变化。正常视频垂直同步信号" title="同步信号">同步信号与受到非法入侵信号侵入时的视频垂直同步信号比较如图1所示。由图可以看出,当输入的视频信号受到非法侵入时,其时序则会出现短暂的改变,但很快恢复正常。利用这一现象可以对其进行延迟处理,并将两个信号进行“与”处理,比较的结果将会反映出有无非法入侵信号存在,其原理如图2所示。
根据以上非法入侵信号的检测原理,设计了如图3所示的硬件检测系统。该系统分为三个模块:信号处理模块" title="处理模块">处理模块、智能判别模块和智能报警模块" title="报警模块">报警模块。
在该系统中,信号处理模块采用大规模集成电路搭建,信号处理速度快、灵敏度高,主要负责对电视信号进行处理。智能判别模块采用MCS51单片机作为智能核心,它满足智能化要求,主要负责对处理的信号进行判别。智能报警模块以计算机为平台编写报警软件,主要负责报警提示。其系统硬件连接图如图4所示。
2 系统实现电路
2.1 信号处理模块(以一路信号为例)
信号处理框图如图5所示。由图5可知该系统设计的数据处理过程是:当视频信号输入时,先使用LM1881将其中的垂直同步信号提出,再经过C4098延时,最后将两个信号通过‘与门’。在正常情况下二者与后的结果应为一直线,此时不会触发后序电路中的74HC74,即目前无非法信号干扰。当非法信号侵入时,其信号变为图1下部所示信号,但由于采用了C4098进行延时,所以延时信号与垂直同步信号经过‘与门’后会产生一系列的脉冲信号(见图2(f)),此时74HC74触发器被激活,在其输出端会产生相应的变化(1变0或0变1),从而可以快速地检测到正常信号已被非法信号侵入。
2.2 智能判别模块
该模块中包含一块MCS8031单片机,用于智能判别和与计算机进行报警通讯。此外,还包含有74HC138译码器和74HC244等元器件,它们的主要功能是对多个硬件端口进行轮检,以判断正常信号是否受到了侵入。智能判别框图如图6所示。
如前所述,系统上电后,视频信号输入通过LM1881和C4098共同处理后。若存在干扰信号,则74HC74被置1,该1被记入74HC244中。在MCS8031单片机轮检过程中,通过该路的硬件地址打开74HC244得到该路的数据,并进行有无干扰判断。若干扰存在,则通过RS232 口向计算机发出报警代码,使计算机报警,然后对该路的74HC74清零后关闭。
2.3 智能报警模块
收到MCS8031单片机报警代码后,显示受干扰的通道、次数并且报警。源码可根据需要编写(这里不作赘述)。 本文介绍了一种非法入侵电视信号的硬件检测方法和电路系统。通过实践应用表明,其检测准确率达到95%。系统的设计原理简单,实现过程也较为容易,检测效率较软件检测方法提高了很多,而且灵敏度很高。本系统的应用可有效地降低电视工作人员的工作强度,提高电视节目的播出质量,具有良好的应用前景。
参考文献
[1] 侯伯文.单片微型计算机原理及应用.北京:机械工业出版社, 1987.
[2] 顾淑平.微机原理及MCS-51单片机应用. 北京:煤炭工业出版社,1991.
[3] 周斌. 电视机、收录机、音响设备集成电路实用手册.北京:科学技术文献出版社, 1992.
[4] 蔡永昭.大规模集成电路设计基础.西安:电子科技大学出版社,1990.
[5] 陈贵灿, 张瑞智, 程军. 大规模集成电路设计. 北京:高等教育出版社,2005.