CN1211962C - 视频信号检测器 - Google Patents

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Abstract

一种从CRT获取修正的基带视频信号的装置，它包括位于电视机外壳外表面并靠近CRT插座的电容采集装置(12)和两个位于外壳(16)外表面并与电容采集装置相隔一定距离的电感采集装置(14)，它们的轴基本上互相垂直。电容采集装置(12)检测电视机的视频信号，而电感采集装置(14)检测电视机的水平和垂直同步信号。响应于电感采集装置检测的水平同步信号，视频信号的水平同步分量被替换。滤波器被设计成滤除中心在电源线频率整数倍附近的频带。电容采集装置(12)包括电容采集板和电容屏蔽板，并且电容屏蔽板比电容采集板离开插座更远。两个电感采集装置(14)其中一个的轴平行于CRT轴。

Description

视频信号检测器
(1)发明领域
本发明涉及以非侵入方式检测电视机视频信号的检测器。
(2)背景技术
为了确定接收统计采样家庭的电视机所调谐的频道或节目，收视测量系统采用了许多方法。这些方法通常涉及被监视电视机视频信号的检测。例如，由于被监视电视机的本地振荡器频率取决于它所调谐的频道，所以为了确定所调谐的频道可以检测本地振荡器的输出。在另一实例中，信号注入系统在被监视电视机可调谐的各种载波频率上依次注入各种信号。随后检测注入信号以识别所调谐的频道。
为了检测视频信号，大多数收视测量系统(特别是被证明在使用中是足够可靠的系统)至少需要将被监视电视机拆开并直接连至视频电路系统(例如通过焊接)。这种侵入方法被认为减少了采样家庭同意在电视收视测量中合作的可能性。而合作可能性的减少又增加了调查的炒作成本并降低了所获数据的可靠性。因此在电视收视测量领域一直需要一种可靠的非侵入检测器，它无需技术安装人员打开被监视电视机的机箱或外壳。
固定在采样电视机附近并测量垂直和水平同步信号(它们是所发射电视节目信号的一部分)的频率和相位的非侵入检测器是公知的技术。例如，Lenard的美国专利No.3,130,265揭示了一种收视测量方法，它要求位于检测广播区域内的每个发射器有唯一的插口相位。但是控制所有发射器的相位被证实是不可能的事情。
Gall在美国专利No.4,847,685中揭示了一种系统，它(i)检测所有被检测广播市场内所有电视台的垂直和水平同步信号的相位；(ii)测量采样电视机这些信号的相位；以及(iii)补偿信号从电视台到达中央监视站和采样电视机途经的距离。Solar在美国专利No.4,764,808中揭示了一种系统，它根据采样电视机水平同步频率的非侵入测量确定所观看电视台的颜色突发脉冲频率。为确定所观看的电视台，该测量频率与每个电视台实际彩色突发脉冲频率相对标准值的偏离进行比较。但是Solar的系统和Gall的系统无法区分来自同一位置的多个节目。例如来自同一上行链路设备的两个卫星节目频道可能具有相同的彩色突发脉冲频率，因此在Solar和Gall所揭示的专利中是无法区分的。而且如果要测量大量的节目源，则Solar和Gall的系统是不实用的。
其它系统有基于内容的系统，它们通过读取节目中嵌入的辅助编码或将节目中提取的模式与基准模式库比较确定电视机调谐的节目。在Haselwood等人的美国专利No.4,025,851和Keene的美国专利No.5,450,122中揭示了检测嵌入辅助编码的系统。在Kiewit等人的美国专利No.4,697,209(作为参考文献包含在本发明中)中揭示了利用模式识别的系统。
基于内容的系统一般测量的是交流电流，因此随着测量带宽的增大更容易产生噪声。为了使信噪比最大，大多数基于内容的系统与被监视电视机内的音频或视频电路系统以非侵入方式直接连接。与此相反的是，在公知的以非侵入方式检测嵌入辅助编码的基于内容的系统中，辅助编码(模式痕迹)变化得很慢。例如在Jensen等人的美国专利No.5,450,490中揭示了非侵入方式检测嵌入音频信号中辅助编码的系统(该系统利用麦克风采集嵌入有辅助编码的音频信号)。在Schober等人的美国专利No.5,404,160中揭示了另一种非侵入方式检测辅助编码的系统，为了插入辅助编码，系统交替变化视频信号中顺序扫描线的亮度。虽然Schober等人专利所揭示的系统工作在视频信号上，但是它的数据速率在习惯上称为“音频”的频率上，例如NTSC在信号中15.6kHz的水平扫描线频率。
本发明的目标是提供一种非侵入检测器，它解决了上述一个或多个问题。
(3)发明内容
按照本发明的一个方面，一种用于以非侵入方式检测接收机的信号的检测装置，其中所述接收机具有CRT，该CRT具有电子束轴，其特征在于，所述检测装置包括：节目信号检测器，(i)它位于外壳的外表面上；(ii)靠近接收机，与CRT电子束轴对齐；以及(iii)在一个能检测到节目信号所载带的节目内容的位置上，所述节目信号检测器被设计为在接收机工作时获取节目信号和其中的第一水平同步分量；同步信号检测器，位于所述外壳外表面上的一个能检测到第二水平同步分量的位置上，它与所述节目信号检测器相隔一定距离；以及信号处理器，用于处理所获节目信号，所述信号处理装置通过替换第一水平同步分量，产生经修正的节目信号以响应第二水平同步分量，所述信号处理器将经修正的视频信号作为输入提供给一识别装置。
按照本发明的另一方面，用于以非侵入方式检测电视机信号的系统包括：视频信号检测装置、同步信号检测装置以及信号处理装置。视频信号检测装置具有电容采集电路并且位于靠近电视机CRT插口附近的外壳外表面。视频信号检测装置在电视机工作时获取视频信号。所获取的视频信号包含第一水平同步分量。同步信号检测装置包括电感采集电路，它位于外壳的外表面并与视频信号检测装置相隔一定的距离。同步信号检测装置包含第二水平同步分量作为输出。信号处理装置处理所获取的视频信号并通过替换第一水平同步分量形成修正的视频信号以响应第二水平同步信号。信号处理装置向识别装置提供作为输入的修正视频信号。
按照本发明的另一方面，从CRT获取修正的基带视频信号的装置包括视频探头、同步探头和同步信号替换装置。视频探头具有视频信号输出并且位于CRT插口附近。同步探头具有同步信号输出并且与视频探头相隔一定的距离。同步信号替换装置具有同步输出信号和视频信号输出作为输入并且用水平同步信号替换视频信号输出的水平同步分量以响应同步信号输出。同步信号替换装置具有修正的基态视频信号作为输出。
按照本发明的另一方面，一种读取随带有CRT的电视机接收并显示的电视广播信号一起发送的辅助编码的方法，其特征在于包括以下步骤：a)利用设置在靠近CRT插口附近的电视机外部的电容检测器获取基带视频信号；b)利用位于电视机外部并与电容检测器相隔一定距离的电感检测器获取水平同步信号；c)从基带视频信号中去除水平同步分量；d)用标准的水平同步信号代替去除的水平同步分量以响应电感检测器获取的水平同步信号，从而形成修正的视频基带信号；以及e)从修正的基带视频信号中读取辅助编码。
按照本发明的另一方面，一种识别带有CRT的电视机接收并显示的多个电视节目其中一个的模式识别方法，其特征在于包括以下步骤：a)利用设置在靠近CRT插口附近的电视机外部的电容检测器获取基带视频信号；b)利用位于电视机外部并与电容检测器相隔一定距离的电感检测器获取水平同步信号；c)从基带视频信号中去除水平同步分量；d)用水平同步信号代替去除的水平同步分量以响应电感检测器获取的水平同步信号，从而形成修正的视频基带信号；以及e)向模式识别装置提供修正的基带视频信号。
(4)附图说明
通过以下结合附图对本发明的描述可以进一步理解本发明的各种优点，其中：
图1为包含按照本发明的非侵入方式水平和垂直同步检测器以及非侵入视频检测器的电视收视测量系统的框图；
图2为图1所示电视收视测量系统检测器部分的框图；
图3为本发明非侵入视频检测器的前视图；
图4为本发明非侵入水平和垂直同步信号检测器的平面图；
图5为处理本发明非侵入视频检测器输出的电路的示意图；
图6为处理本发明非侵入水平和垂直同步信号检测器输出的电路的示意图；
图7为同步信号去除和替换电路的示意图；以及
图8为图7电路输出的信号幅度与信号频率的函数关系图。
(5)具体实施方式
按照本发明，在被统计采样居所10进行电视调谐测量的电视机监视系统8包括电容非侵入视频检测器12和非侵入水平与垂直同步检测器14，它们附着在电视机18外壳或机箱16的外表面上，相距一定的距离。电视机18的显示器20为单个阴极射线管。电视机18也可以拥有多个阴极射线管，它们被用作附加的彩色投影仪。如下所要详述的，电容非侵入视频检测器12比较好的是沿显示器20纵轴附着在外壳16的背面22，从而使得电容非侵入视频检测器12紧贴在显示器20插口后面，而非侵入水平与垂直同步检测器14比较好的是附着在外壳16的顶部某一位置上，通常在显示器20的颈部26以上。值得指出的是，也可以考虑将非侵入水平与垂直同步检测器14放置在其它位置上(例如外壳16的侧面27)。这样，电容非侵入视频检测器基本上集中在显示器20的纵轴上，而非侵入水平与垂直同步检测器14从显示器20的纵轴向外辐射。
来自电容非侵入视频检测器12和非侵入水平与垂直同步检测器14的视频信号由视频处理器28处理，该处理器向可以与其同处一个位置的节目识别装置30提供输出。如收视测量技术中公知的那样，节目识别装置30也可以位于经公用交换网向中央数据汇接局34传送综合数据的中央数据存储和提供单元32内。在大多数情况下，节目识别装置30读取叠加在本地电视台38或者信号传送链的电视信号上的节目识别辅助编码。但是应该理解的是，来自电容非侵入视频检测器12和非侵入水平与垂直同步检测器14的视频信号同样可以很好地用于其它电视收视测量系统，例如那些从视频信号中提取模式特征的系统和那些利用模式特征来识别统计采样居所10观看的节目。
图2示出了电视机监视系统8的检测部分39。检测部分39的电容非侵入视频检测器12包括电容视频探头40和将视频信号馈送至视频处理器28的视频探头放大器42。非侵入水平与垂直同步检测器14利用水平同步信号引线46和垂直同步信号引线48将信号送至H/V同步驱动器44。H/V同步驱动器44包括水平同步检测器50和水平同步检测器52。为了启动用下面详述的标准同步信号代替电容非侵入视频检测器12所获的合成视频信号的水平同步分量，水平同步检测器50向同步选通54提供水平同步信号。
图3更为详细地示出了电容非侵入视频检测器12。电容非侵入视频检测器12包括由介电支撑层58将其与屏蔽电极56隔开的电容视频探头(比较好的是铜箔片)。例如电容视频探头40可以如共同待批的美国专利No.5,737,026那样布局，图6示出了非侵入检测器120的箔片120b和非端电阻120c。介电支撑层58比较好的是G10型电路板，厚度为1.5-2.0mm，它也支持视频探头放大器42。在电容非侵入视频检测器12的较佳实施例中，电容视频探头40为面向插口24固定(例如利用双面胶将电容视频探头40粘合到外壳背面22上)的28×45毫米矩形。
来自电容视频探头40的信号作为输入经耦合62被送至视频探头放大器42，视频探头放大器42的输出由屏蔽缆线64被送至视频处理器28。这种结构下的屏蔽电极为较大的矩形，每边都延伸到电容视频探头40大约10毫米以外处。屏蔽电极56可以是注入铜箔片之类的接地平面，在每个方向上都延伸到电容视频探头40以外。将电容视频探头40插在视频信号源(在这种情况下为显示器20的插口)与距离较近的屏蔽电极56之间阻止了电容视频探头40响应显示器20后面接地变化电容。例如，屏蔽电容56确保了显示器20插口24处电容视频探头40的视频信号的检测不受电视机18后或投影电视机前人们走动的影响。
图4示出了非侵入水平与垂直同步检测器14的局部示意图，它包括水平同步采集线圈66和垂直同步采集线圈68，它们同处一个外壳70内。水平同步采集线圈66和垂直同步采集线圈68与水平同步检测器50和垂直同步检测器52通过共轴屏蔽缆线72相连。如图4所示，非侵入水平与垂直同步检测器14的水平同步采集线圈66的长度方向与显示器20的颈部26基本平行，而非侵入水平与垂直同步检测器14的垂直同步采集线圈68的长度方向与显示器20的颈部26基本垂直。
在电视收视测量技术领域，多年来采用的是只有一个线圈的类似检测器，它确定电视机18何时开启。因此本领域内技术人员将会认识到，非侵入水平与垂直同步检测器14可以位于多个靠近外壳背面22并且在显示器20偏转线圈边缘持仓内部的其它位置上从而可靠地检测水平和/或垂直同步信号。例如，非侵入水平与垂直同步检测器14可以位于电视机18其中一个侧面上，水平同步采集线圈66与垂直同步采集线圈68与显示器20的颈部26适当对齐。
值得指出的是，由于电视机18偏转线圈产生磁场的对称性，非侵入水平与垂直同步检测器14的水平与随着同步信号的检测比较好的是在距显示器20轴向一定径向距离上完成。对于紧贴插口24的电容非侵入视频检测器12来说的较佳位置对于非侵入水平与垂直同步检测器14则不是较佳位置。实际上，紧贴插口24之后测量水平同步信号可以提供异常大的读取值。例如，对于一些电视机，测量到的脉冲具有与显示器20正常工作相反的极性。因此显而易见的是，应该将检测视频信号的电容非侵入视频检测器12与检测水平和垂直同步信号的非侵入水平与垂直同步检测器14分开。视频信号采集检测器与同步检测器的分开放置明显改善了非侵入电视调谐测量的效果。
图5详细示出的视频探头放大器42被用来放大非侵入视频检测器12获取的信号。电容视频探头40与具有电容耦合到高阻抗放大器78输入端76的输出的MOSFET缓冲器74。高阻抗放大器例如可以是国家半导体公司制造的LM 6361。高阻抗放大器78具有与视频输出驱动器82(图7，它的功能相当于同步选通54)相连的输出。屏蔽电极56与公共电路接地84相连。
与公共电路接地84相连的还有整形电容，它提供标准化的电容以使视频探头放大器42不对介电支撑层58的选择厚度敏感。在实施例中为10皮法的整形电容86也可以用来控制所获视频信号的高频翻卷特征。通过使整形电容86与电容视频探头40与屏蔽电极56之间的电容达到平衡，可以改进对检测信号的低频响应特性。
图6示出了处理水平与垂直同步信号的电路系统。水平信号由水平同步检测器50检测，而垂直同步信号由垂直同步检测器52检测。水平同步检测器50与垂直同步检测器52可以例如采用模拟器件公司制造的OP275型OP AMPS。
水平同步信号引线46上的水平同步信号被送至包括水平同步比较器级88的水平同步检测器50。水平同步比较器级88将水平同步信号与基准电平进行比较。水平同步比较器级88清除水平同步信号并阻挡诸如垂直同步虚假信号之类的噪声而不会有强滤波产生的延迟。水平同步比较器级88的输出与检测水平同步信号极性的条件互补级90相连。如果水平同步信号的极性与标准极性不同，则条件互补级90将来自水平同步比较器级88的水平同步信号反转以确保信号线92与94上的水平同步信号具有何时的极性。
同样，垂直同步信号引线48上的垂直同步信号被送至包括垂直同步检测器52的垂直同步比较器级96。垂直同步比较器级96将垂直同步信号与基准电平进行比较。垂直同步检测器52具有两个垂直同步信号路径。第一路径包括垂直同步比较器级96，它借助产生更大延迟但不是强壮的垂直同步信号的强低通滤波器清除垂直同步信号并阻挡诸如水平同步虚假信号之类的噪声。第二路径包含去除垂直同步信号中水平同步虚假信号的同步斩波器98和弱低通滤波器。第二路径产生较小的延迟但是垂直同步信号的噪声电平较高。垂直同步信号两条路径由或门99作或运算以形成非常小延迟的无噪声和稳定的垂直同步信号，随后它被送至节目识别装置30。由图6所示装置产生的其中一个水平同步输出与其中一个垂直同步输出与节目识别装置30相连。斩波器98例如可以采用Motorola公司制造的CD 4053型电路。
如上所述，来自视频探头放大器42的基带视频信号被输入至视频输出驱动器82。如图7所示，视频输出驱动器82包括高通和陷波滤波器100，它使功率线频率整数倍附近的基带视频信号分量衰减。虽然整数倍可以是包括1在内的任意整数，但是比较好的是高通和陷波滤波器100使功率线频率第一谐波附近的基带视频信号分量衰减，例如120Hz处。最终的高通基带视频信号随后由运算放大器102放大。运算放大器102例如可以是OP275型运算放大器。运算放大器102的输出被施加在视频开关106的一个端子104上。视频开关106例如可以是CD 4053型。
水平同步检测器50的信号线92与视频开关106的控制端108相连。当水平同步脉冲由非侵入水平和垂直同步检测器14采集时，施加在控制端108的最终电压使得视频开关106将输入110与输出端112耦合。输入110上的电压具有可由分压器(它包括连接在电源电压Vcc与电路公共之间的降压电阻114和116)控制的极性和大小。另一方面，当不存在水平同步脉冲时，视频开关106使得来自运算放大器102的高通基带视频信号与输出端112耦合。
因此视频开关106去除了基带视频信号中的任何水平同步分量并在水平同步检测器50的控制下用更好的水平同步信号代替去除的水平同步分量。因此利用电容非侵入视频检测器12、非侵入水平与垂直同步检测器14和视频开关106，在视频输出驱动器82的模拟输出118与编码输出120上提供了具有标准水平同步分量的修正视频信号。输出118可以用作模式识别以识别电视上观看的节目或频道。输出120起缓冲器作用并且可以用作检测嵌入修正视频信号内的节目或频道识别编码。
图8示出了输出118处修正视频信号幅度的较佳频谱曲线。图8示出的是频率函数的频谱曲线。修正的视频信号具有频谱122，它在1.5Mhz左右具有峰值124并在2.8Mhz以外的高频具有6.5db/倍频程的下跌。在峰值124的低频侧，频谱122的幅度跌落得较慢并且在8kHz左右降低至3dB。两倍于功率线频率处的陷波126和低频处的响应下跌防止了功率线诱发的噪声。值得指出的是，由于从电视电源耦合或靠近电视机18的荧光灯发射的交流功率线噪声的缘故，或者由于其它光源发射的噪声的缘故，陷波126特别重要。电视电源通常是一个具有可察觉谐波失真输出的开关电源。该谐波失真在功率线频率的小整数倍处特别严重。在早期的电视机中，可察觉的功率例如通常从CRT灯丝连接处辐射出来。在新一代具有交流-直流转换器的电视机中，交流-直流转换器通常是噪声源。在几乎所有情况下，噪声可能会由于在交流电源线与电视机直流电路系统之间没有公共接地而加剧。
视频输出驱动器82模拟输出118处的修正视频信号具有合适的带宽用于检测辅助编码的系统或者采用视频模式识别的系统。模拟输出118(和/或编码输出120)与节目识别装置30相连。如上所述，节目识别装置30检测修正视频信号中的辅助编码或者从修正视频信号中提取模式以同基准模式库进行比较。在这种方式下，可以识别出电视机18上收看的节目。
一些用辅助编码编码节目的系统将辅助编码插入视频谱的低能部分(例如在视频带底部下方2MHz左右)。在Loughlin等人的美国专利No.3,838,444中揭示了这样一种基于频率的系统。本发明装置提供的响应在低能侧只比峰值124下降2.5dB，因此可用于这种基于频率的系统。
其它编码系统在视频帧不用的部分加入辅助编码。例如上述Hasel Wood等人专利揭示的AMOL系统是基于时间的系统，它在垂直消隐间隔的扫描线上加入辅助编码。图8所示系统与在间隔为64毫秒的NTSC扫描线上写入50个以上比特的系统是兼容的，因此可用于基于时间和基于频率的系统。
如上所述，本发明允许以非侵入方式从采样电视机中获取视频信号。视频信号可以进一步处理以从中提取节目识别辅助编码和/或提取可用于识别节目的模式识别的模式。本发明的装置包括两个靠近电视机阴极射线管(CRT)但相距一定距离的检测器。第一个检测器为位于紧靠CRT枪的接收机背面的屏蔽电容检测器。另一个检测器为电感检测器，比较好的是位于电视机的顶部并且采集代表电视机水平和垂直频率和相位的信号。电子滤波器装置使得功率线频率和第一谐波衰减。
上面描述了本发明的某些改进。对于本领域内技术人员来说其它改进也是显而易见的，例如，虽然上述电容非侵入视频检测器12紧靠显示器20的插口24之后，但是显而易见的是，电容非侵入视频检测器12可以位于任意位置上检测视频信号。而且虽然合成数据如上所述经公用交换电话网36被送至中央数据汇接局34，但是也可以采用其它通信信道代替，例如射频或微波信道以及卫星系统。此外，虽然本发明在揭示时与电视机监视联系在一起，但是也可以用于其它接收机的监视上。而且如上所述，视频开关106通过将标准的水平同步脉冲(根据输入110的电压)耦合到输出端112响应被非侵入水平和垂直同步检测器14采集的水平同步脉冲。因此去除了来自运算放大器102的视频信号中较弱或失真的水平同步分量并用更为精确的合成水平同步信号代替。但是非侵入水平与垂直检测器14采集的水平同步脉冲可以用来直接代替来自运算放大器102的视频信号中较弱或失真的水平同步分量。因此本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (6)

1.一种用于以非侵入方式检测接收机(18)的信号的检测装置，其中所述接收机具有CRT，该CRT具有电子束轴，其特征在于，所述检测装置包括：
节目信号检测器(12)，(i)它位于外壳(16)的外表面上；(ii)靠近接收机(18)，与CRT电子束轴对齐；以及(iii)在一个能检测到节目信号所载带的节目内容的位置上，所述节目信号检测器(12)被设计为在接收机(18)工作时获取节目信号和其中的第一水平同步分量；
同步信号检测器，位于所述外壳(16)外表面上的一个能检测到第二水平同步分量的位置上，它与所述节目信号检测器(12)相隔一定距离；以及
信号处理器，用于处理所获节目信号，所述信号处理装置通过替换第一水平同步分量，产生经修正的节目信号以响应第二水平同步分量，所述信号处理器将经修正的视频信号作为输入提供给一识别装置。
2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述节目信号检测器(12)为电容采集装置(40/56/58)；并且所述同步信号检测器(12)包括第一电感采集装置。
3.如权利要求2所述的检测装置，其特征在于，所述同步信号检测器还包括第二电感采集装置；所述第一和第二电感采集装置(66和68)中的每一个都具有一个轴，并且所述第一、第二电感采集装置(66和68)的轴互相垂直。
4.如权利要求2所述的检测装置，其特征在于进一步包括用于滤波所获节目信号的节目滤波装置(100)，所述信号滤波装置(100)从所获视频信号中去除以功率线频率整数倍附近为中心的频率窄带。
5.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于进一步包括用于滤波所获节目信号的节目滤波装置(100)，所述信号滤波装置(100)从所获视频信号中去除基于功率线频率的频率。
6.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于所述节目信号检测器(12)沿接收机(18)轴接近共轴放置，而同步信号检测器(14)沿该轴径向放置。
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