時間:2023-03-29 09:25:23
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關鍵詞:數字電視模擬電視編碼調制標準
1數字電視概念
1.1數字電視定義
數字電視是電視數字化和網絡化后的產物。數字電視是一個系統,是指從電視節目采集、制作、編輯、播出、傳輸、用戶端接收、顯示等全過程的數字化,換句話說就是系統所有過程信號全是由O、1組成的數字流。
數字電視已不僅僅是傳統意義上的電視,而是能提供包括圖像、數據、語音等全方位的服務,是3C融合的一個典范,是計算機、傳輸平臺、消費電子三個環節的聚焦點。
1.2數字電視與模擬電視的對比
數字電視采用的技術與原模擬電視有著很大的不同。其技術比較見下表。
1.3數字電視的優勢
1)現有模擬電視頻道帶寬為8MHz,只能傳送一套普通的模擬電視節目。采用數字電視后一個頻道內就傳送1—8套數字電視節目(隨著編碼技術的改進,傳送數量還會進一步提高),電視頻道利用率大大提高。
數字電視與模擬電視的技術比較
模擬電視
數字電視
描述
采用模擬信號傳輸電視圖像、伴音、
附加功能等信號
采用數字信號傳輸電視圖像、伴音、附加功能等信號
信源編解碼
因為信號數據量不大。所以不存在信息編碼壓縮問題
電視信號數字化后,其信號的數據傳輸率很高。須具有良好的數據編碼壓縮技術
復用
無夏用器,視頻、音頻信號分別傳輸
將編碼后的視頻、音頻、輔助數據信號分別打包后復合成單路串行的比特流,使數字電視具備了可擴展性、分級性、交互性、與網絡的互通性
信道編解碼調制解調
圖像信號按行、場排列,并具有行、
場同步信號、前后均衡脈沖等,并對
視頻信號有補償處理。調制方式一般采用調頻或調幅
有壓縮及復用,傳送時的信號不再有模擬電視場、行標志及概念。通過
糾錯、均衡來提高信號抗干擾能力,調鍘采用QAM、COFDM等新方法。
且隨著調制方法技術的改進。傳輸效率會進一步提高
特點
信號數據量少,技術成熟.價格便宜
信號不易在傳輸中失真,清晰度高,占用頻帶窄。數字電視信號可方便地在數字網絡中傳輸,與計算機具有良好接口。
2)清晰度高、音頻效果好、抗干擾能力強。在同樣覆蓋范圍內,數字電視的發射功率要比模擬電視小一個數量級。
3)可以實現移動接收、便攜接收及各種數據增值業務,實現視頻點播等各種互動電視業務,實現加密/解密和加擾/解擾功能,保證通信的隱秘性及收費業務。
4)系統采用了開放的中間件技術,能實現各種交互式應用,可與計算機網絡及互聯網等的互通互連。
5)易于實現信號存儲,而且存儲時間與信號的特性無關,易于開展多種增值業務。
6)由于保留了現有模擬電視視頻格式,用戶端僅需加裝數字電視機頂盒即可接收數字電視節目,利于系統的平穩過渡,減少消費者的經濟負擔。
1.4數字電視的應用范圍
1)基本業務:只要節目源許可,用戶可以收看數百套數字電視節目,以及幾十套調頻廣播節目和數字音頻廣播(DAB)節目。
2)擴展業務:可提供如圖文電視、電視會議、數據信息廣播、加密電視、視頻點播等。
3)增值業務:可通過雙向傳輸系統進行交互式的多功能應用,如互聯網接入、遠程教學、遠程醫療、電子郵件、計算機聯網、數據通訊、家庭保安監控等多媒體信息服務。
1.5數字電視的弱點
數字電視并不是完美無缺的,它同樣存在著一些弱點。例如在取樣的過程、量化誤差、壓縮編碼所帶來的信號損傷,在節目制作及傳輸過程中貫通延遲。有些損傷可以修復,并不影響圖像的最終質量,而有些損傷只能通過一些補償措施削弱它的影響,但這并不能影響電視領域向數字化的轉變。與電視信號數字化后所帶來的好處相比,這些影響往往會被忽略。
2數字電視分類
2.1按信號傳輸方式可分為:地面無線傳輸數字電視(地面數字電視);衛星傳輸數字電視(衛星數字電視);有線傳輸數字電視(有線數字電視)。
2.2按圖像清晰度可分為三大類
1)數字高清晰度電視(HDTV):需至少720線逐行或1080線隔行掃描、屏幕寬高比應為16:9、采用杜比數字音響,能將高清晰格式轉化為其他格式并能接收并顯示較低格式的信號,圖像質量可達到或接近35mm寬銀幕電影的水平。
2)數字標準清晰度電視(SDTV):必須達到480線逐行掃描,能將720逐行、1080隔行等格式變為480逐行輸出,采用杜比數字音響。對應現有電視的分辨率,其圖像質量為演播室水平。
3)數字普通清晰度電視(LDTV):顯示掃描格式低于標準清晰度電視,即低于480線逐行掃描的標準。對應現有VCD的分辨率。
2.3按照產品類型可分為
數字電視顯示器、數字電視機頂盒和一體化數字電視接收機;
2.4按顯示屏幕幅型比分類
數字電視可分為4:3和16:9幅型比兩種類型。
3數字電視技術
數字電視的實現,以下幾項技術是關鍵:
3.1數字電視的信源(視頻、音頻)編解碼技術在1920x1080顯示格式下,數字化后信號的數碼率在傳輸中高達995Mbit/s,這比現行模擬電視的傳輸信息量大得多,因此必須去除圖像信號中的多余信息,將數碼率壓縮到能在一個8MHz模擬電視信道中傳送。視頻編碼技術主要功能是完成圖像的壓縮,使數字電視的信號傳輸量由995Mbit/s減少為20Mbit/s~30Mbit/s。國際組織已經制定了對圖像進行壓縮編碼的標準有JPEG(靜態圖像壓縮編碼標準)、MPEG-2(運動圖像壓縮編碼標準)等。音頻編解碼主要功能是完成聲音信息的壓縮。對伴音進行壓縮編碼標準有MPEG伴音壓縮編碼標準、AC-3等。
3.2數字電視的復用系統
數字電視的復用系統從發送端信息的流向來看,它將視頻、音頻、輔助數據等編碼器送來的數據比特流,經處理復合成單路串行的比特流,送給信遭編碼及調制。接受端與此過程相反。在HDTV復用傳輸標準方面,美國、歐洲、日本都采用了MPEG-2標準。
3.3數字電視的信道編解碼及調制解調
為了提高傳輸的頻帶利用率,通過調制把傳輸信號放在載波或脈沖串上,為發射做好準備。數字電視采用多進制調制方法,例如:殘留邊帶調制(VSB);正交振幅調制(QAM);四相相移鍵控調制(QPSK);差動四相相移鍵控調制(DQPSK);編碼正交頻分復用調制(COFDM)等。
為了提高數字電視傳輸的可靠性,通過糾錯編碼、網格編碼、均衡等技術,提高信號的抗干擾能力,方法如:里德一索羅門碼、卷積碼、交織、格狀編碼調制等。美國、歐洲、日本數字電視的制式、標準不統一,主要是指在該方面的不同。
數字電視標準
數字電視標準是指數字電視采用的視音頻采樣、壓縮格式、傳輸方式和服務信息格式等的規定。目前投入使用的有三種:
美國的ATSC(先進電視系統委員會);歐洲的DVB(數字視頻廣播);日本的ISDB(綜合服務數字廣播)。
每一種標準對于信源的處理、畫面格式及傳輸方式等方面均有一些差別。每一種數字電視標準又可分為衛星傳輸、電纜傳輸和地面傳輸方式。
4.1美國ATSC標準
ATSC標準由四個層級組成,最高為圖像層,確定圖像的形式,包括象素陣列、幅型比和幀頻。接著是圖像壓縮層。再下來是系統復用層,特定的數據被納入不同的壓縮包中。最后是傳輸層,確定數據傳輸的調制和信道編碼方案。下面兩層共同承擔普通數據的傳輸。上面兩層確定在普通數據傳輸基礎上運行的特定配置,如HDTV或SDTV;還確定ATSC標準支持的具體圖像格式。
另外,ATSC還開發并通過了可為采用50Hz幀頻的國家使用的另行標準。
ATSC成員30個,其中有美國國內成員20個、來自阿根廷、法國、韓國等7個國家的成員10個,中國的廣播科學研究院也參加了ATSC組織。
4.2歐洲DVB標準
支持室內接收、移動接收等需求,包括4個系統。
1)DVB傳輸系統:涉及衛星、有線電視、地面、SMATV、MMDS等所有傳輸媒體。
DVB-S數字衛星廣播系統標準。衛星傳輸具有覆蓋面廣、節目容量大等特點。
DVB-C數字有線電視廣播系統標準。系統前端可從衛星和地面發射獲得信號。
pWB-T數字地面電視廣播系統標準。本地區覆蓋最好。傳輸質量高,但接收費用也高。
DVB-SMATV是數字衛星共用天線電視(SMATV)廣播系統標準。
DVB-MS高于10GHz的數字廣播MMDS分配系統標準。
DVB-MC低于10GHz的數字廣播MMDS分配系統標準。
2)DVB基帶附加信息系統:可傳送接收IRD調諧、節目指南及圖文、字幕、圖標等信息。
DVB標準定義的畫面格式
DVB-SI數字廣播業務信息系統標準。
DVB-TXT數字圖文廣播系統標準,用于固定格式圖文電視的傳送。
DVB-SUB為數字廣播字幕系統標準,用于字幕及圖標的傳送。
3)DVB交互業務服務:對應標準有:DVB—NIP、DVB-R.CC和DVB-R.CT。
4)DVB條件接收及接口標準:條件接收是付費電視廣播的基本部分。DVB數字廣播系統與其他電信網絡(如SDH、ATM等)連接,可實現DVB向電信網絡的過渡。標準包括:DVB-C11DVB-PDH,DVB-SDH,DVB—ATM、DVB-PI和DVB-IRDI。
DVB成員已經達到265個(來自35個國家和地區),主要集中在歐洲并遍及世界各地,我國的廣播科學研究院和TCL電子集團也在其中。
4.3日本ISDB標準
日本數字電視首先考慮的是衛星信道,采用QPSK調制。并在1999年了數字電視的標準--ISDB。ISDB是日本的DIBEG(數字廣播專家組)制訂的數字廣播系統標準,它利用一種已經標準化的復用方案在一個普通的傳輸信道上發送各種不同種類的信號,同時已經復用的信號也可以通過各種不同的傳輸信道發送出去。ISDB具有柔軟性、擴展性、共通性等特點,可以靈活地集成和發送多節目的電視和其它數據業務。
ISDB籌劃指導委員會委員17個,其他成員23個,其成員均為日本國內電子公司和廣播ISDB標準定義的畫面格式三種數字電視標準對比機構。
4.4三種數字電視標準的對比
無論哪一種制式,它們的視頻壓縮技術都采用了MPEG-2標準,但是由于美國和歐洲等在模擬電視的制式的差別,為了兼容性,它們的視頻采樣格式也存在差別,主要體現在行和列的分辨率及場頻等。
在數字電視信號的傳輸中,衛星傳輸一般采用QPSK調制技術,電纜傳輸一般采用QAM調制技術,但地面傳輸采用的技術則在不同的制式中存在很大差別,如美國的ATSC采用的是VSB調制技術,而歐洲的DVB和日本的ISDB則使用oFDM調制技術。
服務信息是指在數字電視中開展增值服務所用的數據,美國ATSC制式中的PSIP部分和歐洲DVB制式中的SI部分分別規定了各自數字電視中的服務信息格式。
ATScATV優點:頻譜效率高、功率峰均比低,明顯地減少了脈沖干擾。可將與原模擬NTSC信號的同頻和鄰頻干擾減至最小。缺點是不能抵抗多徑干擾,不支持移動接收。
DVB-T優點:在基于大量小功率、工作在同一頻道的眾多發射機,每一個均覆蓋一個較小的區域的這樣一種單頻網絡來說,DVB是一三種標準數字地面廣播系統的比較
種最佳選擇。同時提供了良好的移動接收性能。缺點是:其載/噪比低于8-VBS,并且限制了信號的有效傳輸距離,對來自于電機的脈沖干擾較敏感,較高的峰/均值比,并且需要較高功率的發射機,保護間隔降低了頻譜效率并明顯減少帶寬的比特/赫茲率。
ISDB-T和DVB-T非常類似,根據分層和窄帶接收同時實現固定、移動和便攜接收,是日本制式的特點;與DVB-T相比,ISDB-T增加了部分接收和分層傳輸功能。
5中國的數字電視
早在1996年,我國便開始了數字電視的研究工作,數字電視被列人原國家科委“八五”重大科技產業工程項目,并成立了數字高清晰度電視的總體組。1999年10月,高清晰度方案被成功用于國慶50周年大典的數字電視現場直播。后國家將數字電視發展計劃納入“十五”高新技術的12個重大專項之列,數字電視研究工作全面啟動。
5.1中國數字電視標準
1)信源編碼技術標準:
中國的數字音視頻編解碼標準工作組制定了面向數字電視和高清激光視盤播放機的AVS標準。該標準與MPEG-2標準完全兼容,也可以兼容MPEG-4AVC/H.264國際標準基本層,其壓縮水平可達MPEG-2標準的2-3倍。
2)信道傳輸技術標準
中國的衛星數字電視標準采用歐洲DVB—S標準。
中國有線數字電視的標準還在報批過程中,大中型城市有線電視臺多采用歐洲的DVB-T標準在試播。
中國的地面數字電視標準方案目前還在制定過程之中。
3)條件接收系統標準(CA)、用戶管理系統(SMC)已制定完成。
5.2數字電視現狀及發展:
1)中國數字電視規劃:
國家廣電總局制定了《我國有線電視向數字化過渡時間表>。
2003年數字電視標準出臺(未按期實現)。
2005年進行數字電視的商業播出,有線數字電視用戶超過3000萬戶,直轄市、東部地區地(市)級以上城市、中部地區省會市和部分地(市)級城市、西部地區部分省會市的有線電視完成向數字化過渡。
2008年用數字電視轉播奧運會,東部地區縣以上城市、中部地區地(市)級城市和大分縣級城市、西部地區部分地(市)級以上城市和少數縣級城市的有線電視基本完成向數字化過渡。
2010年全面實現數字廣播電視,中部地區縣級城市、西部地區大部分縣以上城市的有線電視基本完成向數字化過渡。
2015年停播模擬信號,西部地區縣級城市的有線電視基本完成向數字化過渡。
2)數字電視現實的困難:
要發展數字電視面臨的問題還很多。一是原先電視臺設備的更換,節目的制作成本高于模擬電視。這直接造成數字電視初期節目源緊張。二是數字電視的基礎是雙向電視網絡,現有網絡由單向改為雙向改造成本較高,難度很大。三是我國數字電視標準的不確定也影響了數字電視的進程。
1.統計復用參數設置
通過進行最高碼率、最低碼率以及優先級等參數的設置與調整,能夠優化信號傳輸系統。在保證統計復用組內帶寬充分的情況之下,通過調整最高碼率,讓其與輸入碼流一致,能夠使得節目碼流全都通過統計復用器,從而保證了圖像的質量。調整最低碼率,能夠有效地過濾掉噪聲大、質量差的碼流,去其糟粕取其精華,從而提升了信號的整體質量。另外,對TS流設置優先級,在統計復用器的處理過程中,通過運行統計復用算法,實現對TS流的優先級控制。根據節目的收視率和輸入信號的質量進行精心調整,可以使得有線數字節目運營商受益。
2.統計復用技術的應用研究
2.1統計復用技術在互動電視系統中的應用
視頻點播是互動電視的重要功能。用戶通過STB發射點播信號,通過CMTS回傳通道,將點播信息發送到VOD服務器,互動電視系統中的VOD服務器在接收到點播請求之后,將點播的節目數據流SPTS輸送到各地市的交換機中,通過交換機將信號輸送到分機房的IPQAM設備上,經過調制后,將信號進行發射,最后由機頂盒中的接收天線進行接收,完成視頻點播服務。隨著各地加大互動業務的推廣力度,用戶的點播數也產生了大幅度的增長。然而,在點播高峰期,視頻通道的負荷可達80%,視頻通道與用戶需求之間產生了較大的矛盾,為滿足用戶的點播需求,必須擴大視頻通道,而視頻通道的擴容成本高,建設周期長。另外,有些地區的分機房的IPQAM設備不足,也無法滿足用戶的點播需求。在這樣情況下,通過引入統計復用技術,能夠在不影響畫面質量的前提下,通過對視頻服務器要輸出的TS流進行管理,實現單頻點TS流增加50%的效果。這就相當于擴大了50%的視頻通道容量。另外,在一些點播熱點區域,利用統計復用技術,電視臺通過修改前端的相關參數,就能夠將服務器要發出的信號進行壓縮,節省通道的占用,在點播量出現下降的時候,通過恢復相關設置就能實現功能的恢復。利用統計復用技術實現了互動電視系統的“軟控制”。
2.2統計復用技術在地面數字電視中的應用
MPEG—2作為較為成熟的一種音頻視頻編碼技術,被廣泛應用于有線數字電視、衛星數字電視、制作數字電視節目和視頻光盤等領域。地面數字電視廣播,由于地面傳輸環境的復雜,容易發生多徑反射現象,容易發生信號的衰減,而且傳播過程中干擾信號多,因此信號傳輸通道的負荷量就比較低。在一些縣級電視單位,無法直接復用衛星信號的TS流,加之,頻率資源有限。因此,往往會在一個頻點中壓縮8~10個以上的電視節目,影響了節目的畫面質量,也造成了資源的浪費。利用統計復用器能夠實現對MPEG—2傳輸流的再復用,完成多節目的傳送,實現數字電視節目的傳輸。僅1U高度的統計復用器就能夠對192個HD數字MPEG—2業務的碼流進行重組、復用以及碼率轉換等。而這些MPEG—2業務可以是音頻、視頻,也可以是SPTS、MPTS。而且利用統計復用技術能夠直接復用衛星TS流,減少了中間環節,智能地對輸出的節目碼流進行分配,保證了數字電視節目的圖像質量。另外,在一些縣級地面數字電視廣播中,實測碼率僅為1.6Mbps,采用統計復用技術后,提高了圖像分辨率,在42英寸的液晶電視機上畫面質量仍然為人們所接受。
3.結語
有線數字電視網絡運行的過程中,網絡信號的傳輸會受到放大器以及載噪比所影響,也會對吸信號電平調節造成一定的限制。一般情況下,有線數字電視的信號傳輸主要采用的是拓撲式的的網絡結構,而且,在這種情況下,電平也會由于電網消耗而逐漸降低,在電平值降到一定程度時,有線數字電視的信號傳輸也會受到一定的影響,甚至出現馬賽克的現象,因此,需要保證電視信號傳輸的穩定性,這樣才能避免以上電視不良現象的出現。網絡放大器技術主要應用放大器來放大電平傳輸信號,從而確保數字電視信號傳輸的穩定性,在實踐中該技術的應用極為廣泛,這也是能夠保障有線數字電視在運行過程中正常接收信號的關鍵所在。
2有線數字電視網絡常見的故障
2.1室內布線故障有線數字電視在使用之前,需要對室內進行布線,而這個過程也是有線數字電視經常發生故障的環節,布線經常不合理以及分配器的不合理等,都會對有線數字電視造成極大的影響,信號接收不正常也會導致電視使用的不正常。
2.2數字電視圖像形成故障數字電視圖像形成故障是常有發生的事,造成這類故障的因素有很多,例如,電視自身問題、電平信號問題等,本節僅從有線數字電視網絡的角度出發進行分析,如果分支分配器、放大器等受到損壞的話,那么在載噪比不高的情況下,電平信號也會較低,從而造成有線數字電視出現無圖像的現象[3]。
2.3有線數字電視網絡系統故障現階段,有線數字電視主要是有線數字系統發揮出相應的作用來實現的,但是,在實際有線數字系統運行的過程中,發現系統經常發生接觸不良的問題,例如,接頭生銹等都會引發有線數字系統故障,在接觸不良故障的影響下,電平頻段偏低造成信號傳輸中斷,或少量信號傳輸存在斷斷續續的現象,使得無法正常使用電視來觀看節目。
3有線數字電視網絡維護措施
3.1合理進行室內布線在對室內進行布線的過程中,要根據實際的情況對室內進行合理的布線,尤其是在布線接頭處,必須保證布線有著很好的連接性,同時,室內的布線更不能受到其他線路的影響。另外,要對分配器進行合理布置,這樣才能有效解決室內布線故障,對有線數字電視網絡進行有效的維護,進一步保障有線數字電視運行的正常。
3.2合理選擇設備有線數字電視圖形故障的主要原因是信號不能正常傳輸,或是斷斷續續無法持續穩定傳輸,在實際中發現,造成這方面的故障主要是分支分配器、放大器受到損壞的緣故。對此,在有線數字維護的過程中,不僅要保證分支分配器、放大器的完好性,更好根據實際的使用情況合理的選擇設備,要盡量選擇阻抗相互匹配的分支分配器,以及選擇頻帶寬、線性好的放大器,這樣才能保障分支分配器和放大器質量的同時,充分將其設備的功能發揮出來,提高有線電視信號傳輸的穩定性,才能有效解決數字電視圖像形成的故障。
3.3加強對系統的檢查有線數字電視網絡系統故障屢見不鮮,對人們的正常使用電視造成極大的影響,而引起這方面的原因主要是一些電纜接頭處的不良而引發的,因此,有線數字電視維護人員應積極做好系統的檢查工作,并且,要將注意力集中在有線數字系統中電纜接頭的位置上,確保電纜接線頭的良好性,這樣才能保障有線數字電視網絡信號傳輸的可靠性,才能確保有線數字電視網絡系統的正常運行,通過加強對有線數字網絡系統的檢查工作,才能切實的提高有線數字電視網絡系統運行的可靠性和穩定性。
4結論
1.1基帶預失真技術基帶預失真技術作為數字電視發射機技術中的關鍵性技術,因為有時發射機的功率放大器會出現問題,從而造成發射機的非線性失真,那么基帶預失真技術就能夠提高發射機功率放大器的使用效率。與此同時,還可以通過校正多工器的幅度和末級帶的通濾波器來提高調制發射機的誤差比。因為數字電視的信號是一種寬頻譜的信號,所以在實際的使用過程中,在非線性的區域中使用功率放大器時就會產生干擾,導致較差的輸出信號,甚至不能正常地接受輸出信號。而如果功率放大器只是在A類線性區使用,那么數字電視發射機就會出現較大的功率消耗,而且運轉的效率不高。這種情況會嚴重影響到數字電視發射機的可靠性,而且運行的成本也會增加。
以FPGA硬件為基礎的基帶預失真技術就會在基帶的數字區域中進行預校正,這樣就能夠補償數字電視發射機可能出現的非線性失真。而且這種預校正是與頻率有關的,這樣將對高功率的功能放大器有非常明顯的校正作用。這一技術還可以通過PC機上具備的工具軟件,對現行和非線性的預校正特性進行調節。
1.2低相噪捷變頻技術在信道編碼的調制過程中,對本振信號相位噪聲有較高的要求,要求必須保持絕對低的相位噪聲和寬頻帶捷變頻,不然就有可能造成調制誤差比降低,使信號不能被正確地接收。要有效地解決以上問題那么使用高中頻變頻技術以及高穩定的參考源是一個好的辦法。新型的數字電視激勵器就采用了2次變頻的方案,滿足了對于捷變頻功能的需求。
1.3功率檢測技術數字電視發射機的輸出射頻功率是控制整機的主要參數,所以及時地獲得輸出射頻功率尤為重要,可以通過檢波器對該功率進行檢測。新型的數字電視激勵器采用了數字采樣的技術,從而讓有效地解決了輸出射頻功率檢測中的精確性的問題,其中所具備的新的檢測系統能夠對數字電視發射機的輸出射頻功率進行精確地檢測,從而對數字電視發射機能夠進行準確的控制。
2比較國外數字電視發射機和國內數字電視發射機各自的優勢
數字電視發射機在國外的研究和生產已經有多年的歷史了,不管是在技術上還是在制造上各方面都趨向了成熟。就目前來看,國外的數字電視發射機主要具備了以下幾種優勢:水冷發射機、數字激勵器以及縫隙的填充器。數字電視發射機在我國的開發是從2002年開始的,但是當時因為國外封鎖了數字電視發射機的核心技術,而單頻網適配器以及數字激勵器等數字電視發射機的關鍵部件只能夠依靠進口,嚴重影響了我國數字電視的開發和研究。但是因為有多年的模擬發射機的生產技術的積累,所以我國的數字電視發射機的生產技術也發展迅速,在上述的關鍵技術被突破的基礎上,我國的數字電視發射機進入了產業化發展,目前而言我國的設備在技術水平方面已經與國外相當。
國產的設備因為配合了我國的國標,所以在推廣時占有相當明顯的優勢,而且發射機的生產廠家由于與國標的相關單位進行合作和實驗,所以已經掌握了覆蓋測試參數、單頻網技術等最新的技術。可以想見,數字電視的覆蓋在進行前期的設計和規劃時因為要結合地區的實際情況和條件來進行,所以這個系統工程并不存在統一的模式,那么運用國外的產品就無法更好地施行“因地制宜”,而且在技術支持方面和售后的服務方面國外的數字電視發射機由于存在的空間和地區差異,所以并不占優勢。相反,國內的數字電視發射機由于技術的進步目前占有較大的優勢。
3結束語
在我國最開始的廣播電視系統中,由于轉播的頻道和渠道都比較少,所以廣播電視控制系統也相對比較簡單,僅僅依靠簡單的轉播系統就可以完成廣播電視的正常播出,并且在播放的過程中極少會出現故障問題,即使出現問題,由于系統原理、結構都比較簡單,也能夠在最短的時間內將其解決,以保證廣播電視的正常播出。后來,隨著科學技術的不斷發展以及廣播電視播出頻道的增加和傳播方式多樣化,傳統的廣播電視轉播發射系統就滿足不了正常轉播需求了,于是衍生出了后來的多頻道播控系統。多頻道播控系統改變了以往的單一系統的單一傳統的轉播模式,而是設立了智能化的總控制系統,通過播控系統對多套頻率的節目進行播控,保證了廣播電視的正常播放,并且由于廣播電視內容的增加,一時間極大的豐富了人們的精神文化生活。后來,又經過一段時間的發展,為了能夠使廣播電視播出信號覆蓋范圍更加廣泛,更好地豐富人們的精神文化生活,我國又從國外發達國家引進了固體化廣播電視發射設備,通過傳播功率更大更強的廣播電視信號,對廣播電視播出多套節目進行控制的同時使更多的人能夠收聽和收看到廣播電視節目,是廣播電視的普及使用范圍得到進一步擴大。但是,由于開始的時候我國引進的急速還不夠成熟,不僅耗費成本巨大,還極為容易發生問題,嚴重影響了廣播電視系統的正常播放,也加大了廣播電視技術維護工作的難度。而發展的現在,數字化技術已經成為廣播電視發展的主流,以往的模擬信號漸漸的都被數字化技術所取代,并且,廣播電視的監控系統、傳輸系統以及播放系統都逐漸實現了數字化建設。同時,廣播電視播放系統數字化技術的實現,也極大的帶動了圖像、信息、聲音等傳輸技術的發展,使得廣播電視播放功能越來越多,質量也越來越好,全面豐富了人們的精神文化生活。
2數字廣播電視技術維護工作應用的特點
2.1系統越來越復雜
隨著數字化廣播電視播放技術的實現,廣播電視節目的數量和頻道一直在不斷的增加,而為了保證對所有的頻道和節目進行靈活控制,保證廣播電視節目播放的穩定性和安全性,數字化廣播電視播放系統也跟著不斷地改革和更新,導致系統變得越來越復雜,極大的增加了系統維護的工作難度。
2.2系統傳輸容量不斷擴大
自從進入二十一世紀以來,科學技術就一直在飛速發展,各行各業的技術也跟著不斷進行提升,而廣播電視播放技術同樣如此,播放系統的播放手段一天比一天先進,數字壓縮量和系統傳輸容量越來越大,于是,對廣播電視播放系統的精細化要求也越來越高。
2.3廣播電視播放系統實現信息化和智能化
二十一世紀是一個信息化時代,也是一個互聯網技術全面普及的時代,在這種時展形勢的帶動之下,廣播電視信號的傳輸也逐漸的實現了信息化和智能化。所以,為了能夠迎合廣播電視播放技術的發展,在數字廣播電視技術維護工作中應用的維護系統也應該逐漸實現信息化和智能化。
2.4提升數字廣播電視傳輸系統的穩定性和安全性
雖然廣播電視播放系統已經實現了數字信息化,播放和傳輸系統的穩定性和可靠性也得到了有效提升,但是,非法入侵信號以及外來干擾風險也跟著有了大幅度的增加,所以,在日常的維護工作中,維護人員除了要重視對系統的維護和檢修工作之外,還要對來自外界的非法入侵和干擾進行嚴格監控,以全面提升數字廣播電視傳輸系統的穩定性和安全性。
2.5保證設備安全和播放安全
想要有效保證廣播電視信號傳輸安全以及設備運行安全,首先就要保證設備和播放的安全性。因此,在數字廣播電視技術維護工作中,除了對播放系統和傳輸系統進行維護和檢修之外,還要保證設備運行的安全性以及廣播電視播放系統運行的安全性,避免在廣播電視播放過程中發生安全事故,影響廣播電視播放的穩定性和安全性。
3數字廣播電視技術維護工作應用對策
3.1明確設備和系統工作原理,及時有效解決故障
想要做好數字廣播電視技術的維護工作,首先就要對數字廣播電視播放的設備以及播放系統的工作原理進行詳細了解,一旦數字廣播電視播放真的出現問題,盡可能保證在第一時間找到故障所在,并對故障進行有效解決,降低停播率,最大限度的降低對人們精神文化生活影響。通常情況下,在對故障進行檢查的過程中,首先要根據電路運行以及數字技術的特點,在結合設備以及播放系統運行原理的基礎上對故障發生的部位進行初步判斷。然后,再利用專業的設備儀器對故障進行詳細的檢測,確定故障發生的位置并對故障進行合理解決。
3.2對設備和系統進行定期檢修
跟所有系統的維護工作一樣,對數字廣播電視播放設備以及播放系統進行定期檢修具有十分重要的影響作用。尤其是對于一些比較容易受到損害,比較容易受到溫度影響的設備和元件的維護,更是會直接關系到廣播電視播放系統運行的穩定性和可靠性,以及故障發生的頻率。所以,在對數字廣播電視技術進行維護的工作中,一定要做好設備和系統的定期檢查工作,以此來降低故障發生的可能性,把隱患消除在萌芽狀態,對數字廣播電視播放設備和系統的穩定運行形成更好的保障。
3.3對設備以及系統運行狀態和所發生故障進行詳細記錄
在日常的維護工作中,一定要做好設備以及系統運行狀態和所發生故障的記錄,這樣就使維護工作人員可以對設備以及系統運行特點進行詳細了解,有針對性的做好設備和系統的維護工作。如此一來,當維護工作人員能夠對設備的運行狀態以及經常發生的故障擁有一個詳細的了解之后,一旦出現故障,維護人員就可以第一時間對故障發生的位置進行初步確定。并且,在遇到相同故障的情況下,維護工作人員就可以在參考紀律檔案的基礎上及時發現問題,合理排除故障,更好的保障廣播電視節目播放的穩定性和可靠性。
3.4加強自身學習,提高工作能力
隨著科學技術的不斷發展,數字廣播電視播放技術也在不停的改革和更新,作為維護工作人員,如果不能夠通過學習和總結來提高自身的工作能力,就會因為自身能力所限而滿足不了數字廣播電視維護工作需求,進而導致廣播電視不能夠穩定、可靠進行播放。所以,在日常的維護工作中,維護人員一定做好通過對每一種故障出現以及解決情況的記錄,并對其進行不斷摸索和學習,提高自身的工作能力,一旦日后發生相同或者是相似的問題,能夠在最短的時間內進行合理解決。除此之外,維護人員還要加強自身的學習,了解最新最先進的數字廣播電視播放系統的工作原理,學習最高效的維護管理方法,并通過不斷的實踐和總結對所學知識和技術進行驗證和鞏固,最終實現能夠完美勝任數字廣播電視技術維護工作的目標。
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1.1RF輸出單元:輸出濾波器是RF輸出單元的主要器件,它主要影響發射機的無用發射性能,由于數字電視發射機的無用發射是連續的,因此必須采用帶通濾波器。
1.2監控部分:數字電視的監控系統由五部分構成,主要包括傳感器、微處理器和PC機等。它的主要作用就是對發射機的工作狀態、信號傳輸、電視機故障處理等進行監控,以此保證發射機的穩定工作。
2數字電視發射機的技術與應用
2.1數字電視發射技術與模擬電視發射機技術。數字電視發射技術和模擬電視發射技術都是全固態、單通道發射,兩者在大功率合成、供電系統、冷卻系統、控制單元等技術上存在互通的關系,在設計理念上,兩者都實現了設計的模塊化、智能化、自動化、網絡化特點,綜上所述,數字電視發射機與模擬發射機存在很多相似之處。但是數字電視發射技術與模擬技術又存在著一定的差異性。數字電視發射技術在激勵器方面采用了信道編碼,這項技術是國標規定的內容,頒布國標之后,信道編碼已經順利解決了國標部分的問題,伴隨著我國數字電視發射機技術的發展,中國廠商在發射機產品制造中解決了基帶預矯正、平均功率、低相噪本振和單頻網等技術難題,這些關鍵性技術難題的克服都離不開數字化技術水平的提高。
2.2調頻廣播發射的數字技術特點。數字化技術的發展使得調頻廣播的發射具備了以下特點:抗干擾能力強、信號穩定、電臺頻道變寬。調頻廣播的信號傳播受到自然環境、工業生產活動、家用電器干擾等等因素的影響,諸多因素在信號傳播過程中一旦一起參與進來就難以被分辨出來,調頻收音機卻可以通過限幅變化切除掉干擾信號。數字調頻激勵器的引入,使得調頻廣播發射機改進了同步指標,降低了傳播過程中的噪音影響,使人們獲得了更好的音頻質量。數字音頻信號傳輸節約了系統同步性用時,提高了系統調試和維護的工作強度。調頻廣播系統是一個全方位的信息傳播平臺,具有較大的社會實用性。隨著科技的進步,數字化技術還會不斷更新,數字化廣播也會有更長足的發展和進步。
2.3數字微波通信技術。數字微波通過技術經過近半個世紀的發展,已經取得了一定的成績,且在一段時期內是通信系統傳輸的主要方式之一,但是由于近年來各種信息傳輸技術的快速發展,如光纖技術、衛星技術等,使得微波技術進行了新的發展期,面臨的挑戰也更多。現代通信傳輸的三大支柱是衛星技術、光纖技術和數字微波通信技術。當前我國的廣播電視領域,已經將光纖傳播作為主要的信號傳輸方式,我國廣電行業早已開展以光纖網絡為基礎的網絡建設。光纖通信技術的特點是容量大、抗干擾能力強、損耗程度低,在廣播電視信號的傳輸過程中基本不會受到中繼引起的噪聲影響,減少了接受信號延時較長的現象。光纖傳播技術是高質量的視頻和音頻傳輸介質,它的傳輸效果非常理想化,逐步成為了直播或者遠地傳播最為主要的方式,也成為了廣播電視城域網最穩定可靠的數字電視和數據傳輸鏈路。隨著數字電視的不斷普及,電視正在由給人們提供單項接收信息向雙向互動方向發展,光纖傳播技術在電視傳播中的使用,擴展了傳輸的長度和寬度,還使電視傳播具備了很強的信號質量,帶動了廣播電視技術的雙向發展。綜上所述,數字電視發射機技術不僅使數字電視行業得到了高效的發展,其在社會生活的各個領域中都發揮著重要的作用。
嵌入式技術融合了先進的集成電路技術、通信技術和計算機軟硬件技術,設計學科眾多,具有很強的實用性和專業性,是一個技術密集、高度分散、不斷創新的知識集成系統。由于涉及多個學科的交叉,嵌入式技術課程除了包含傳統的應用電子技術專業課程外還涵括了一些正處在發展中的新興的技術課程。嵌入式技術教學體系主要體現以下4個特點:①知識涉及面廣。嵌入式技術的理論和實踐幾乎涵蓋了計算機科學與技術、電子信息工程、通信工程等多個專業的基礎知識,知識體系要求比較全面。所以嵌入式技術涉及多學科專業的相互融合,而且大多為較為先進的新技術,知識內容較為龐大。②課程綜合性強。嵌入式技術不像方向只側重于某一點的其他一些專業學科,其集軟硬件技術于一體,需要在課程學習的同時,進行軟硬件協同設計。③課程實踐性要求高。嵌入式技術的相關課程實踐學時比例較大,通過動手實踐來解除學生對理論知識的深澀難懂,通過實例驗證來加深對課程內容的理解。實踐學時的增添,培養了學生的實踐應用能力,同時也為省級或國家級技能大賽的嵌入式方向賽題及課外第二課堂及創新小組進行知識儲備。④新興領域多,內容較前沿。嵌入式技術的相關原理、基本技術雖然近些年內沒有根本性改變,但是研究和應用往往牽涉到社會生活的新興領域和科技研究的最新成果,需要不斷補充新的內容。
二嵌入式技術課程門類建設
鑒于嵌入式技術課程授課內容概括性強,講授難度大;同時高職學生的理解能力又有限,對領會此類課程難度更大,教與學都存在一定的問題,所以在高職學生的培養過程中,需要與本科學生有很大的不同,每門課程都要強調實踐,注重理論與實際緊密結合。課程講授過程中注重知識的前沿性,以適應嵌入式技術的快速更新。
1嵌入式系統處理器及應用
本課程結合典型的ARM芯片,通過講授ARM的內部架構、ARM的指令系統、ARM匯編程序設計、ARM存儲系統、ARM內部資源的C語言編程以及簡單的嵌入式系統的設計等知識,使學生熟悉ARM嵌入式處理器結構與簡單應用,掌握ARM系統的軟硬件構成,具備基于ARM體系架構的應用處理器為核心進行系統設計及相關應用的能力。
2嵌入式系統設計與開發
本課程通過實際的嵌入式應用項目的案例分析,講授嵌入式系統的開發流程和方法,使學生掌握幾種常用的嵌入式應用開發方法,如嵌入式圖形系統、嵌入式數據庫、嵌入式Web服務器、GSM、GPRS等,熟悉嵌入式系統的開發環境、嵌入式實時操作系統,培養學生從事嵌入式系統設計與開發的能力。
3智能家居系統
本課程通過兩室兩廳智能家居電子系統設計項目的學習,使學生掌握智能燈光控制、智能電器控制、智能溫度控制、智能窗戶控制、智能窗簾控制、智能安防控制、智能遙控控制、智能定時控制、智能網絡控制、智能遠程控制、智能場景控制等智能家居系統組成與控制工作原理,使學生初步具備根據客戶要求設計制定智能家居控制系統方案的能力。
4物聯網技術
本課程主要內容包括射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按物物與互聯網連接起來,及物聯網在各個領域的典型應用。讓學生學生理解物聯網的概念,開闊學術視野,啟發學習興趣。
5教學機器人組裝與調試
本課程通過具體的教學機器人制作項目讓學生了解機器人的結構、種類、工作原理,使學生熟悉教學機器人的制作及控制調試過程,讓學生在掌握機器人的核心技術的基本知識基礎上,具備組裝、控制、調試和維護機器人的能力。
三嵌入式技術課程實施方法
在進行嵌入式技術授課時,教師可以引入一些實際的嵌入式電子產品,并進行實例分析,分解產品加工特點,進而倒推出整個產品的開發過程。這種教學方法即為實例剖析教學法。實例剖析教學法包含了產品到部件的整個過程。這種教學方法便于學生更好地了解和把握各章節內容的內在聯系,從而有效提升其解決實際開發問題的能力。教師可以在具體的學習過程中適當安排一些嵌入式技術學習任務,并劃分學習小組,引導和鼓勵學生單獨完成相應的產品設計和開發工作。同時,在課程結束后,教師還可以單獨開設一些綜合實訓項目,使學生從整體上把握嵌入式產品開發的規律和方法,提升其職業能力,使其更好地適應企業的崗位需求,實現學校到企業的良好過渡。通過三個實踐教學環節,學生的專業能力水平得到了極大的提升,并逐漸具備單獨完成嵌入式項目開發的能力。這三個環節即章節實驗環節、課程設計環節、綜合實訓環節。其中,章節實驗環節主要通過實驗的方式進行內容分解,并將章節知識融入實驗當中,實現了理論和實踐的有機結合。課程設計環節則側重課程內容的組織和安排,旨在通過課程的優化設計提升學生的專業能力。綜合實訓過程的實踐性較強。在此環節中,學生的主要任務為設計出嵌入式產品雛形,并明確其功能和性能,并制定出具體的改進方案。
四結束語
在傳統的實驗教學中,依賴的是硬件實驗設備,這種實驗設備價格昂貴,建設一個實驗室至少需要30~40萬元,在使用的過程中因為學生不能夠熟練操作實驗設備和儀器,容易造成損壞,維護費用也很高,使得很多實驗教學很難開展。虛擬實驗管理平臺(建設成本大大低于硬件實驗室)放置在學校的網絡服務器中即可,依靠信息技術在計算機上最大程度地模擬出與硬件實驗相同的實驗環境,并且提供實驗教學和管理一體化功能。平臺內可以由教師設計驗證性典型實驗并制定實驗評分標準,平臺會根據學生實際實驗情況并依據評分標準計算出學生實驗成績和學生在實驗過程中出現的錯誤及存在的問題,教師再針對性普遍存在的問題進行講解,做到教學重點突出。虛擬實驗管理平臺內部具有各種電子元器件和儀器儀表用以進行設計、連接、配置和調試,并可以根據需要進行添加,器件庫比硬件實驗室配備更加豐富。只要具備網絡,學生可以利用任何能夠支配的時間反復設計電子技術實驗,即使是多個班級的學生同時做實驗也可以,這樣就解決了實驗時間和實驗場所受限的問題,實驗過程不會造成設備的損耗;平臺內部含有幫助功能,學生在自主實驗過程中遇到問題可以自行查詢解決問題,增強了學生的自學能力。
2采用虛擬實驗管理平臺和虛擬仿真軟件的對比研究
虛擬仿真軟件中元件采用的是元器件符號,儀器儀表采用例化的符號,界面方便整潔、易于調試,但是對于學生認知的能力幫助不大;虛擬實驗管理平臺內部的元器件和儀表儀器,是按照實際器件模型來進行建模。比如對于電阻來說,采用和實際實物相同的色環電阻,這對于學生認識實驗器件和設備具有很大的幫助作用,對于儀器儀表也都是采用和實際儀表相同的操作界面,直觀性強,可操作性高,避免了學生在實際實物操作過程中因為不熟悉實驗設備而產生損失。虛擬實驗管理平臺中,在設計搭建電路之前要考慮元器件在整個區域的排放位置,如果擺放不正確就需要刪除后重新搭建,這類似于在實際面包板中搭建電路,在設計電路之前必須先對整體進行布局思考;在仿真軟件中搭建電路的整體擺放特別方便,如果有錯誤也可以進行整體移動。從這一點來說,采用虛擬實驗管理平臺沒有采用虛擬仿真軟件方便快捷,但是有利于學生提前思考能力的培養,盡量把問題解決在發生之前。對于虛擬實驗管理平臺和虛擬仿真軟件相比,仿真軟件的功能更強大,虛擬實驗管理平臺更加針對學生日常實驗,而仿真軟件更針對學生進行大型設計。在仿真軟件中,如果有兩條導線相連一般通過節點的方式,在虛擬實驗管理平臺中一般通過接到連接的器件管腳的方式,因為在實際中用面包板,不能夠使用裸線,因此它們之間的相連是通過接到對應器件節點的方式。針對模擬電子技術課程中的三極管放大電路分別采用虛擬仿真軟件和虛擬實驗管理平臺進行實驗,并在學生實驗后針對這兩種方法和采用硬件實驗進行了比較,95%以上的學生認為采用虛擬實驗管理平臺的方式比采用虛擬仿真軟件的方式更加接近真實實驗環境,如果能在課程實驗中先進行虛擬平臺實驗,再進行真實實驗互補的實驗的模式能更加有效地促進實驗能力。
3結論
在整個采樣值傳輸時序分布結構當中,MU中對于采樣信號進行數字化處理過程當中時延問題能夠借助于信號調理時延予以處理,在此基礎產生A/D轉換過程中的時延問題。這一時延在經過FIR濾波器群延時處理之后會生成與MU采樣信號數字化處理時延相對應的數據處理時延,并在以太網控制器進行信號發送以及報文傳輸的過程當中產生與之相對應的時延。從這一角度上來說,在電力系統各類型設備電壓及電流信號自產生直至處理完成的全過程當中,高階FIR濾波器裝置所對應的群延時問題是數據時延問題最為嚴重的一個階段。假定整個數據采樣周期的時間設定為50us,與之相對應的一般性64階結構FIR濾波器裝置所涉及到的群延時間則表現為1.5ms以上。從這一角度上來說,僅僅依賴于傳統意義上的插值運算是無法針對電流及電壓信號在采集、傳輸至處理全過程中所產生時延問題予以有效控制及補償的。在這一背景作用之下,應當采取一種特殊的兩極同步處理方式,即首先借助于數字移相器裝置針對相位滯后信號進行前移處理,進而在應用動態化二次拉格朗日插值計算的方式實現這部分滯后信號的精確性相位同步處理。在這一過程當中,需要重點關注如下兩個方面的問題。
(1)首先,在數字移相器進行滯后信號
遷移處理以及相位均衡的過程當中,由阻容網絡以及運算放大器裝置所構成的整個超前移相很明顯,模擬移相器連續傳遞函數的取值同圖1中所示的電阻值R以及C均存在密切關系。基于以上分析,通過對拉普拉斯變換復變量參數的引入與替代處理能夠獲取與系統連續信號對應模擬角頻率以及拉普拉斯變換復變量虛部參數相關的移相器頻率特性傳遞函數。在針對相拼特性進行深入分析的過程當中不難發現,圖1中整個模擬移相器在進行數據同步處理過程當中所表現出的移相讀數始終維持在0°~180°范圍之內。進而通過對校正系數的調節與計算,能夠在均方差最小原則的處理作用之下獲取頻域方差函數作用之下個點的min參數,最終能夠獲取數字同步處理中所需要的全通濾波器最優化解。
(2)其次,借助于插值重采樣作業方式
實現整個電子式互感器中傳輸數據的同步處理是現階段應用比較普遍的一種處理方式。MU能夠兼容接受PPS或是B格式碼。與此同時,FPGA支持下的數據同步模塊能夠將間隔時間在1s范圍之內的同步脈沖頭進行均勻分割處理,并形成均勻性的4000個時間片。以上每個時間片的開始位置均與一個獨立的同步采樣脈沖信號相對應。在此基礎之上,能夠將此過程中所獲取的同步采樣脈沖信號作為基準參數并進行插值處理,借助于此種方式實現良好的采樣同步。特別值得注意的一點在于:為確保信號帶寬能夠在數字同步處理過程當中得到有效拓展,并實現對混疊誤差的有效控制,需要在高壓采集板運行過程當中引入采樣技術,同時在MU當中設計有抽取濾波器裝置,實現對采樣頻率的有效恢復。從某種程度上來說,建立在動態化二次拉格朗日差值運算基礎之上的差值分析能夠實現4抽1模式的濾波抽取與差值計算。
2電子式互感器數字通信技術分析
結合信息模型分層分類思想方式,建立在IECE標準配置基礎之上的MU服務器基本模型結構示意圖。從該MU服務器基本模型結構示意圖當中不難發現:MU服務器模型在應用過程當中將所涉及到的12路采集信號進行了兩路數據集的分配,與之相對應的是差異性的采樣值控制塊綁定。在當前技術條件支持下,考慮到IEC標準配置對于測量值的發送以及保護值的發送要求存在一定的差異性,因此要求采樣值控制塊能夠實現對與之相對應電流信號以及電壓信號的集中式發送。實踐研究結果表明:在基于這一MU服務器模型應用之下所表現出的數據信號集中式發送速率基本可以達到平均每秒4kbit單位。基于以上分析,在數字通信技術應用過程特別需要關注的是對分布式采樣值控制塊的構建。在當前技術條件支持下,采樣值控制塊讀寫操作以及報文傳輸操作這兩者之間存在著本質性的差異性。報文傳輸操作能夠直接實現與以太網的連接,在簡化了操作步驟的同時使得報文傳輸的實時性要求較高。而對于采樣值控制塊而言,其從本質上來說屬于全部A協議集與T協議集的映射,在MMS當中屬于復雜度最高的模塊。但在遠程控制功能以及在線監測功能的作用之下,采樣值控制塊的應用對于數字通信的實時性要求角度。在此基礎之上應當構建的IED對象與MMS對象之間的所表現出映射關系為。
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