數(shù)字電視信號高效率傳輸技術(shù)

馬 麗

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)廣播電視臺，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引 言

數(shù)字電視是新時(shí)期社會技術(shù)研究的代表性成果與產(chǎn)物，無論中國或是歐美等發(fā)達(dá)國家，均在積極探索與數(shù)字電視發(fā)展相關(guān)的技術(shù)。為了確保我國數(shù)字電視技術(shù)處于領(lǐng)先發(fā)展地位，有關(guān)技術(shù)單位對數(shù)字電視進(jìn)行深入研究，發(fā)現(xiàn)我國現(xiàn)階段的數(shù)字電視信號傳輸技術(shù)成熟度仍相對較低，信號在傳輸時(shí)存在傳輸效率低的問題，同時(shí)，信號的傳輸信道也無法得到保障[1]。盡管一些支撐單位已針對現(xiàn)狀提出了地下掩埋與架設(shè)信道的信號傳輸方式，但由于電纜線的運(yùn)行極易受到外界多種因素的影響與干預(yù)，因此，與數(shù)字電視信號傳輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù)仍未能被有效解決。尤其是在城市建設(shè)水平不斷提升的社會背景下，越來越多的社會群體，對于數(shù)字電視信號的傳輸提出了要求[2]。縱觀我國數(shù)字電視與數(shù)字化廣播的發(fā)展，從信號產(chǎn)生到后期的傳輸與接收，均涉及信號處理與轉(zhuǎn)換行為，盡管現(xiàn)行的傳輸技術(shù)可以保障信號的實(shí)時(shí)與穩(wěn)定傳輸，但大部分傳輸技術(shù)均是在有線電纜支撐下進(jìn)行的。為了滿足社會更多群體的需求，本文將基于信號的傳輸過程與用戶需求結(jié)合，設(shè)計(jì)一種針對數(shù)字電視的信號傳輸技術(shù)，希望通過此次設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高信號的傳輸效率與傳輸水平，為我國電子技術(shù)行業(yè)的發(fā)展提供新的研究方向。

1 數(shù)字電視信號高效率傳輸技術(shù)

1.1 設(shè)計(jì)數(shù)字電視信號高效率傳輸信道

數(shù)字電視信號的傳輸是一個(gè)復(fù)雜的過程，要確保信號的有效傳輸，需要設(shè)計(jì)數(shù)字電視信號高效率傳輸信道。信號在傳輸過程中，大多呈現(xiàn)為分層結(jié)構(gòu)，其中所有的獨(dú)立信號均由無數(shù)個(gè)基本幀構(gòu)成，因此，可將信號傳輸過程看成基本幀的傳輸過程。例如，數(shù)字電視信號由幀頭與幀體兩個(gè)部分構(gòu)成，可將信號中的“P→N”序列作為幀頭，將銜接序列的多個(gè)小程序與數(shù)據(jù)字節(jié)作為幀體，根據(jù)兩者的構(gòu)成，進(jìn)行傳輸?shù)耐娇刂芠3]。要滿足數(shù)字電視信號的高效率傳輸，需要將常規(guī)的幀頭轉(zhuǎn)換成超幀頭，按照數(shù)據(jù)塊的序列傳輸方式，選擇對應(yīng)長度的信道。數(shù)字電視信號的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 數(shù)字電視信號結(jié)構(gòu)

圖1中，信號的幀頭在傳輸過程中屬于引導(dǎo)與定位結(jié)構(gòu)，可以用于定位傳輸終端與接收端。幀體是攜帶數(shù)字電視信息與數(shù)據(jù)的關(guān)鍵載體，當(dāng)幀體中的數(shù)據(jù)塊被表示為時(shí)域信號時(shí)，可直接使用單載波信道作為傳輸通道，即可實(shí)現(xiàn)信號的高效率傳輸。當(dāng)幀體中的數(shù)據(jù)塊被表示為頻帶信號時(shí)，僅依靠此種傳輸方式難以滿足信號直接傳輸需求。為了滿足此種數(shù)字電視信號的傳輸要求，需要在傳輸前，對信號進(jìn)行形式轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換原則為：

式中：F(k)表示時(shí)域信號；X(k)為頻帶信號；k表示數(shù)字電視信號中的幀體；N表示信號幀頭數(shù)量。當(dāng)轉(zhuǎn)換過程滿足式（1）時(shí)，可以認(rèn)為此時(shí)多載波模式的數(shù)字電視信號可以被轉(zhuǎn)換，但需要全面考慮幀體的數(shù)量[4]。假定數(shù)據(jù)塊的總數(shù)為m，此時(shí)，與數(shù)據(jù)塊對應(yīng)的載波體數(shù)量也可以表示為m，因此，每個(gè)相鄰子載波之間的頻帶間隔為1mkHz。

在確定數(shù)字電視信號的構(gòu)成及其在傳輸時(shí)的特性時(shí)，需要將其特性與傳輸信道參數(shù)進(jìn)行對接，并以此為依據(jù)，調(diào)整傳輸信道的頻數(shù)，以此種方式，對信號進(jìn)行約束，從而達(dá)到對數(shù)字電視信號傳輸?shù)膶?shí)時(shí)調(diào)控[5]。綜合相關(guān)需求，對信號傳輸信道的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與規(guī)劃，如表1所示。

表1 數(shù)字電視信號傳輸信道參數(shù)設(shè)計(jì)

按照上述方式，對數(shù)字電視信號的傳輸信道進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，確保滿足標(biāo)準(zhǔn)的電視信號可在信道內(nèi)高效率傳輸。

1.2 基于數(shù)字微波技術(shù)處理信號噪聲

完成數(shù)字電視信號傳輸信道的選擇后，考慮到并不是所有傳輸信道均處于獨(dú)立狀態(tài)，因此，需要在終端接收數(shù)字電視信號后，對信號進(jìn)行除雜降噪處理。在去除冗余信號過程中，一旦噪聲處理不足，會出現(xiàn)影響終端接收效果的問題，但在噪聲處理過度時(shí)，一些有用的信號又可能會丟失。為了更好地實(shí)現(xiàn)對數(shù)字電視信號的噪聲處理，引進(jìn)數(shù)字微波技術(shù)，采用劃分信號層數(shù)的方式，降低信號的噪聲，并通過此種方式確定噪聲最優(yōu)分解度。假定終端接收的數(shù)字電視信號由真實(shí)信號與噪聲信號構(gòu)成，真實(shí)信號表示為y(t)，噪聲信號表示為η(t)，則終端觀測到的數(shù)字電視信號x(t)可以表示為：

使用數(shù)字微波技術(shù)，對噪聲信號進(jìn)行小波轉(zhuǎn)換，并在接收端設(shè)備上對瞬時(shí)信號進(jìn)行離散處理。假定小波分解的尺度為j，則在其位置n處，存在一個(gè)近似系數(shù)，可使用系數(shù)對接收的信號進(jìn)行重構(gòu)。重構(gòu)后，可以認(rèn)為此時(shí)大部分真實(shí)信號被集成一個(gè)小波團(tuán)。重構(gòu)后的數(shù)字電視信號可以表示為：

式中：表示重構(gòu)后的數(shù)字電視信號；aj表示在第j尺度下的分解系數(shù)；dj表示在第j尺度下的細(xì)節(jié)系數(shù)。其中j的取值范圍為0～+∞。

完成上述計(jì)算后，可得出此時(shí)信號中噪聲的剩余量為：

按照式（4）對數(shù)字電視信號中的近似噪聲進(jìn)行分解。分解過程中，需要根據(jù)信號的層級結(jié)構(gòu)與小波轉(zhuǎn)換系數(shù)進(jìn)行處理，以此得到一個(gè)噪聲去除最優(yōu)解。將最優(yōu)解代入式（4），得到r的具體值，r值越小，代表信道中傳輸?shù)臄?shù)字電視信號噪聲越少，去噪效果越佳。反之，r值越大，代表信道中傳輸?shù)臄?shù)字電視信號噪聲越多，去噪效果越差。此時(shí)需要重新按照上文提出的步驟進(jìn)行信號噪聲處理，以此可以實(shí)現(xiàn)對信號噪聲的有效處理。

1.3 基于基帶調(diào)控的傳輸信號實(shí)時(shí)追蹤

完成上述相關(guān)設(shè)計(jì)后，需要通過實(shí)時(shí)調(diào)控基帶傳輸頻率的方式，對傳輸?shù)臄?shù)字電視信號進(jìn)行追蹤。考慮到電視信號是從前端信號源發(fā)射出去的，經(jīng)過多個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)試與頻譜轉(zhuǎn)換，即可在傳輸信道上形成數(shù)字信號，在此種條件下，頻譜函數(shù)在信道內(nèi)呈現(xiàn)一種空間規(guī)律，這種規(guī)律符合直流電流的低頻傳輸規(guī)律[6]。信號傳輸?shù)念l率總是受到外界因素的限制，一旦這種限制與頻譜特性不適配，便會使頻譜傳輸?shù)男盘柲芰砍尸F(xiàn)逐漸減弱的趨勢，使得信號的信噪比持續(xù)降低。此時(shí)信號的誤碼率也將上升，甚至?xí)︵徑诺佬盘栐斐奢^強(qiáng)的干擾。因此，需要改變編碼的碼型，進(jìn)行基帶調(diào)控，將傳統(tǒng)的信號表達(dá)方式“0”與“1”轉(zhuǎn)換為不同的傳輸碼型，確保信號傳輸過程中頻譜呈現(xiàn)中頻集中趨勢。采用這種方式，可以初步實(shí)現(xiàn)對信號的實(shí)時(shí)表達(dá)。基帶調(diào)控中的信號編碼形式如表2所示。

表2 基帶調(diào)控中的信號編碼形式

按照表2的編碼形式對信號進(jìn)行頻帶描述，為了確保基帶信號調(diào)控具有一定有效性與同步性，可以在此基礎(chǔ)上，使用寬帶雙向碼進(jìn)行數(shù)字電視信號的半周期表達(dá)。在確保數(shù)字電視信號的傳輸具有一定效率后，需要考慮到信號在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)陌踩浴榱藢?shí)現(xiàn)信號傳輸?shù)陌踩裕刹捎脙煞N方式。其一，在網(wǎng)絡(luò)傳輸前端安裝一個(gè)可實(shí)現(xiàn)信號自動監(jiān)控的集成系統(tǒng)，數(shù)字電視信號在傳輸中的信息量較大，僅依靠后端工作人員，根本無法實(shí)現(xiàn)對所有信號的實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，而通過集成系統(tǒng)，可以預(yù)測信號在傳輸過程中，終端的所有參數(shù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)，以此實(shí)現(xiàn)對傳輸過程的有效預(yù)測。其二，將安全預(yù)警系統(tǒng)與傳輸系統(tǒng)進(jìn)行通信連接，當(dāng)后端檢測到傳輸?shù)男盘柎嬖诋惓r(shí)，終端將觸發(fā)預(yù)警功能，此時(shí)前端可發(fā)射追蹤信號，對傳輸?shù)臄?shù)字電視信號進(jìn)行攔截。通過這種方式，不僅可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)字電視信號的高效率傳輸，同時(shí)也可以在很大程度上保障信號在傳輸過程中的安全性。

2 實(shí)例應(yīng)用分析

本文完成了數(shù)字電視信號高效率傳輸技術(shù)的設(shè)計(jì)，為了驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中有效，設(shè)計(jì)了如下的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)選擇某高校作為研究場所，以校內(nèi)教學(xué)樓作為參照，將數(shù)字電視信號發(fā)射機(jī)安裝在多媒體教室，選擇某班級教室作為信號接收區(qū)域。信號從前端發(fā)出后，需要穿過教學(xué)樓等多個(gè)建筑物到達(dá)室內(nèi)，在此過程中，考慮到信號傳輸可能存在一定損耗，而損耗會影響信號的傳輸效率，為此，將前端信號發(fā)射強(qiáng)度與終端接收信號強(qiáng)度的差值，作為此次實(shí)驗(yàn)的評價(jià)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)過程中，選擇A、B、C、D、E、F六個(gè)點(diǎn)作為數(shù)字電視信號發(fā)射端，發(fā)射的信號均由同一個(gè)接收機(jī)進(jìn)行接收，記錄不同發(fā)射端在完成信號發(fā)射后，接收端的信號強(qiáng)度。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成表格，如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，數(shù)字電視信號從發(fā)射端發(fā)出后，接收端信號強(qiáng)度基本不存在損耗。只有A、C、E、F端存在少量損耗，但損耗量較低，可以忽略不計(jì)。因此，可以認(rèn)為本文設(shè)計(jì)的傳輸技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中可滿足信號高效率傳輸需求。

3 結(jié) 語

本文從設(shè)計(jì)數(shù)字電視信號高效率傳輸信道、處理信號噪聲及傳輸信號實(shí)時(shí)追蹤3個(gè)方面，對數(shù)字電視信號高效率傳輸技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過實(shí)例驗(yàn)證的方式，證明了本文設(shè)計(jì)的傳輸技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中可滿足信號高效率傳輸需求。因此，有必要在后期的相關(guān)研究中，加大對技術(shù)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，建立完善的技術(shù)保護(hù)機(jī)制，以此為技術(shù)的應(yīng)用提供保障。此項(xiàng)技術(shù)的研究在我國仍屬于一個(gè)高新技術(shù)研究領(lǐng)域，與之相關(guān)的調(diào)研與設(shè)計(jì)成果仍不夠完善，要實(shí)現(xiàn)該技術(shù)在市場內(nèi)的廣泛應(yīng)用，還需要在后期的研究中，持續(xù)加大研究投入，從而滿足更多用戶與消費(fèi)者群體的需求。