數字電視信號高效率傳輸技術

馬 麗

（新疆生產建設兵團廣播電視臺，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引 言

數字電視是新時期社會技術研究的代表性成果與產物，無論中國或是歐美等發達國家，均在積極探索與數字電視發展相關的技術。為了確保我國數字電視技術處于領先發展地位，有關技術單位對數字電視進行深入研究，發現我國現階段的數字電視信號傳輸技術成熟度仍相對較低，信號在傳輸時存在傳輸效率低的問題，同時，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狀提出了地下掩埋與架設信道的信號傳輸方式，但由于電纜線的運行極易受到外界多種因素的影響與干預，因此，與數字電視信號傳輸的相關技術仍未能被有效解決。尤其是在城市建設水平不斷提升的社會背景下，越來越多的社會群體，對于數字電視信號的傳輸提出了要求[2]。縱觀我國數字電視與數字化廣播的發展，從信號產生到后期的傳輸與接收，均涉及信號處理與轉換行為，盡管現行的傳輸技術可以保障信號的實時與穩定傳輸，但大部分傳輸技術均是在有線電纜支撐下進行的。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合，設計一種針對數字電視的信號傳輸技術，希望通過此次設計，進一步提高信號的傳輸效率與傳輸水平，為我國電子技術行業的發展提供新的研究方向。

1 數字電視信號高效率傳輸技術

1.1 設計數字電視信號高效率傳輸信道

數字電視信號的傳輸是一個復雜的過程，要確保信號的有效傳輸，需要設計數字電視信號高效率傳輸信道。信號在傳輸過程中，大多呈現為分層結構，其中所有的獨立信號均由無數個基本幀構成，因此，可將信號傳輸過程看成基本幀的傳輸過程。例如，數字電視信號由幀頭與幀體兩個部分構成，可將信號中的“P→N”序列作為幀頭，將銜接序列的多個小程序與數據字節作為幀體，根據兩者的構成，進行傳輸的同步控制[3]。要滿足數字電視信號的高效率傳輸，需要將常規的幀頭轉換成超幀頭，按照數據塊的序列傳輸方式，選擇對應長度的信道。數字電視信號的結構如圖1所示。

圖1 數字電視信號結構

圖1中，信號的幀頭在傳輸過程中屬于引導與定位結構，可以用于定位傳輸終端與接收端。幀體是攜帶數字電視信息與數據的關鍵載體，當幀體中的數據塊被表示為時域信號時，可直接使用單載波信道作為傳輸通道，即可實現信號的高效率傳輸。當幀體中的數據塊被表示為頻帶信號時，僅依靠此種傳輸方式難以滿足信號直接傳輸需求。為了滿足此種數字電視信號的傳輸要求，需要在傳輸前，對信號進行形式轉換。轉換原則為：

式中：F(k)表示時域信號；X(k)為頻帶信號；k表示數字電視信號中的幀體；N表示信號幀頭數量。當轉換過程滿足式（1）時，可以認為此時多載波模式的數字電視信號可以被轉換，但需要全面考慮幀體的數量[4]。假定數據塊的總數為m，此時，與數據塊對應的載波體數量也可以表示為m，因此，每個相鄰子載波之間的頻帶間隔為1mkHz。

在確定數字電視信號的構成及其在傳輸時的特性時，需要將其特性與傳輸信道參數進行對接，并以此為依據，調整傳輸信道的頻數，以此種方式，對信號進行約束，從而達到對數字電視信號傳輸的實時調控[5]。綜合相關需求，對信號傳輸信道的參數進行設計與規劃，如表1所示。

表1 數字電視信號傳輸信道參數設計

按照上述方式，對數字電視信號的傳輸信道進行參數設計，確保滿足標準的電視信號可在信道內高效率傳輸。

1.2 基于數字微波技術處理信號噪聲

完成數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立狀態，因此，需要在終端接收數字電視信號后，對信號進行除雜降噪處理。在去除冗余信號過程中，一旦噪聲處理不足，會出現影響終端接收效果的問題，但在噪聲處理過度時，一些有用的信號又可能會丟失。為了更好地實現對數字電視信號的噪聲處理，引進數字微波技術，采用劃分信號層數的方式，降低信號的噪聲，并通過此種方式確定噪聲最優分解度。假定終端接收的數字電視信號由真實信號與噪聲信號構成，真實信號表示為y(t)，噪聲信號表示為η(t)，則終端觀測到的數字電視信號x(t)可以表示為：

使用數字微波技術，對噪聲信號進行小波轉換，并在接收端設備上對瞬時信號進行離散處理。假定小波分解的尺度為j，則在其位置n處，存在一個近似系數，可使用系數對接收的信號進行重構。重構后，可以認為此時大部分真實信號被集成一個小波團。重構后的數字電視信號可以表示為：

式中：表示重構后的數字電視信號；aj表示在第j尺度下的分解系數；dj表示在第j尺度下的細節系數。其中j的取值范圍為0～+∞。

完成上述計算后，可得出此時信號中噪聲的剩余量為：

按照式（4）對數字電視信號中的近似噪聲進行分解。分解過程中，需要根據信號的層級結構與小波轉換系數進行處理，以此得到一個噪聲去除最優解。將最優解代入式（4），得到r的具體值，r值越小，代表信道中傳輸的數字電視信號噪聲越少，去噪效果越佳。反之，r值越大，代表信道中傳輸的數字電視信號噪聲越多，去噪效果越差。此時需要重新按照上文提出的步驟進行信號噪聲處理，以此可以實現對信號噪聲的有效處理。

1.3 基于基帶調控的傳輸信號實時追蹤

完成上述相關設計后，需要通過實時調控基帶傳輸頻率的方式，對傳輸的數字電視信號進行追蹤。考慮到電視信號是從前端信號源發射出去的，經過多個環節的調試與頻譜轉換，即可在傳輸信道上形成數字信號，在此種條件下，頻譜函數在信道內呈現一種空間規律，這種規律符合直流電流的低頻傳輸規律[6]。信號傳輸的頻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，便會使頻譜傳輸的信號能量呈現逐漸減弱的趨勢，使得信號的信噪比持續降低。此時信號的誤碼率也將上升，甚至會對鄰近信道信號造成較強的干擾。因此，需要改變編碼的碼型，進行基帶調控，將傳統的信號表達方式“0”與“1”轉換為不同的傳輸碼型，確保信號傳輸過程中頻譜呈現中頻集中趨勢。采用這種方式，可以初步實現對信號的實時表達。基帶調控中的信號編碼形式如表2所示。

表2 基帶調控中的信號編碼形式

按照表2的編碼形式對信號進行頻帶描述，為了確保基帶信號調控具有一定有效性與同步性，可以在此基礎上，使用寬帶雙向碼進行數字電視信號的半周期表達。在確保數字電視信號的傳輸具有一定效率后，需要考慮到信號在網絡中傳輸的安全性。為了實現信號傳輸的安全性，可采用兩種方式。其一，在網絡傳輸前端安裝一個可實現信號自動監控的集成系統，數字電視信號在傳輸中的信息量較大，僅依靠后端工作人員，根本無法實現對所有信號的實時監控與管理，而通過集成系統，可以預測信號在傳輸過程中，終端的所有參數與運行數據，以此實現對傳輸過程的有效預測。其二，將安全預警系統與傳輸系統進行通信連接，當后端檢測到傳輸的信號存在異常時，終端將觸發預警功能，此時前端可發射追蹤信號，對傳輸的數字電視信號進行攔截。通過這種方式，不僅可以實現對數字電視信號的高效率傳輸，同時也可以在很大程度上保障信號在傳輸過程中的安全性。

2 實例應用分析

本文完成了數字電視信號高效率傳輸技術的設計，為了驗證此次設計在實際應用中有效，設計了如下的應用實驗。

實驗選擇某高校作為研究場所，以校內教學樓作為參照，將數字電視信號發射機安裝在多媒體教室，選擇某班級教室作為信號接收區域。信號從前端發出后，需要穿過教學樓等多個建筑物到達室內，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，將前端信號發射強度與終端接收信號強度的差值，作為此次實驗的評價指標。實驗過程中，選擇A、B、C、D、E、F六個點作為數字電視信號發射端，發射的信號均由同一個接收機進行接收，記錄不同發射端在完成信號發射后，接收端的信號強度。將實驗結果整理成表格，如表3所示。

表3 實驗結果

從表3的實驗結果可以看出，數字電視信號從發射端發出后，接收端信號強度基本不存在損耗。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。因此，可以認為本文設計的傳輸技術在實際應用中可滿足信號高效率傳輸需求。

3 結 語

本文從設計數字電視信號高效率傳輸信道、處理信號噪聲及傳輸信號實時追蹤3個方面，對數字電視信號高效率傳輸技術進行設計，并通過實例驗證的方式，證明了本文設計的傳輸技術在實際應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研究中，加大對技術產權的保護，建立完善的技術保護機制，以此為技術的應用提供保障。此項技術的研究在我國仍屬于一個高新技術研究領域，與之相關的調研與設計成果仍不夠完善，要實現該技術在市場內的廣泛應用，還需要在后期的研究中，持續加大研究投入，從而滿足更多用戶與消費者群體的需求。