廣播電視信號節能傳輸技術應用

陶文鳳

（萊西市融媒體中心，山東 青島 266600）

0 引 言

隨著廣播電視行業的快速發展，廣播電視信號的傳輸技術也不斷進步。雖然傳輸技術變得更加先進，但相應的能源消耗卻不容忽視。為了實現良性循環發展，廣播電視行業需要采取節能減排的措施。在這一背景下，廣播電視信號節能傳輸技術應運而生，成為了廣播電視行業的重要發展方向。本文將重點介紹廣播電視信號節能傳輸技術的應用，探討該技術在廣播電視行業中的發展現狀和未來發展趨勢。

1 高效編碼算法

高效編碼算法是廣播電視信號節能傳輸中的重要應用之一，其主要目的是通過有效壓縮數據，降低信號傳輸時所需的能量[1]。

基于深度學習的AVS3 視頻編碼技術相較于傳統的視頻編碼技術，有著更高的壓縮效率、更少的碼率波動和更好的視覺質量。在廣播電視信號節能傳輸中，AVS3 視頻編碼技術可以降低視頻傳輸時所需的帶寬和能量消耗，實現節能效果[2]。

其在廣播電視信號節能傳輸中的具體應用主要表現在以下幾個方面。第一，高效的視頻編碼。AVS3視頻編碼技術可以對視頻信號進行高效的壓縮，降低傳輸時所需的帶寬，從而減少視頻傳輸過程中的能量消耗；第二，帶寬自適應技術。在廣播電視傳輸中，當無法提供足夠的帶寬來傳輸高質量視頻時，AVS3視頻編碼技術可以根據網絡條件自適應降低視頻質量，降低視頻碼率，從而在有限的帶寬條件下，保證視頻傳輸的順暢性。第三，快速解碼技術?？焖俳獯a技術可以使廣播電視接收設備快速解碼壓縮視頻數據；其中在數字視頻編碼框架中采用的環路濾波技術包含了密集網絡的思想，通過密集殘差神經網絡（Dense Residual Network，DRN）進行環路濾波，這一網絡模型以密集殘差單元（Dense Residual Unit，DRU）作為基本單元，較傳統殘差單元不同之處在于，去掉了BN層、增多了一個旁路，將輸入X 直接送到下一個二極管整流器（Diode Rectifier Units，DRU），基于多個DRU級聯，各DRU 的輸入和前一個DRU 以及之前所有提取的特征都相關，不僅不會增加網絡模型參數，還有利于提高網絡性能（DRU 的網絡結構如圖1 所示）[3]。綜上，基于深度學習的AVS3 視頻編碼技術可以提高視頻編碼和解碼的效率，降低帶寬和能量消耗，在廣播電視信號節能傳輸方面具有非常重要的應用價值。

圖1 密集殘差神經網絡結構

2 新型調制調節技術

2.1 OFDM

正交頻分復用技術（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）是一種廣泛應用于現代通信技術中的調制技術，通過將信號在不同的子載波間劃分傳輸，降低整體的帶寬需求，提高信號的傳輸速率，并且還能夠通過選擇不同的子載波，根據不同的頻率特性進行信道調節，以提高信號傳輸的穩定性和可靠性等[4]。OFDM 將不同路徑的窄帶信號擴展成一個寬帶信號的示例如圖2 所示。

圖2 OFDM 將不同路徑的窄帶信號擴展成一個寬帶信號

唐春森等人在研究中提出采用OFDM 技術提高數據載波頻帶利用率與抗干擾性，實現高速數據傳輸。實驗結果發現，系統數據傳輸速率皆大于10 Mb/s（如表1 所示），提示OFDM 技術采取多載波的方式進行數據傳輸，充分利用了信號通道的寬帶，進而提高了數據傳輸速率[5]。

表1 數據傳輸速率

由上分析可知，OFDM 技術具有帶寬利用率高、多路信號傳輸、自適應調節信道、靈活性等優點。同時它也存在一些不足之處，如多普勒效應和信噪比的下降等問題[6]。

2.2 MIMO

多入多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術是用于現代通信技術中基站與移動終端之間的一種無線通信技術，它可以通過多個天線同時傳輸和接收數據，從而實現更快速、更可靠的數據傳輸，提高了傳輸速率和數據吞吐量[7]。在MIMO 技術中，通信設備使用多個天線進行信號傳輸和接收，這些天線之間相互獨立，被稱為空間信道；傳輸時，MIMO 技術可以同時使用多個空間信道，在同一頻率上傳輸不同的數據，大大提高信道的帶寬利用率。在接收端，利用MIMO 技術同時接收多個信道的提取信號，可以消除大部分信號的干擾，提高信號接收的穩健性。

在數字電視廣播的傳輸中，使用MIMO 技術可以利用多個天線來傳輸和接收信號，以提高信號傳輸的可靠性，降低噪聲和干擾等因素對信號傳輸的影響，使得數字電視傳輸信道更加穩定，同時降低傳輸功率，實現了數字電視廣播的節能[8]。

MIMO 技術在廣播電視信號的傳輸和接收過程中具備高速數據傳輸、有效降低傳輸功率和節能等優點，目前已成為現代電視傳輸的主要技術手段。

3 優化傳輸設備

3.1 采用先進的低功耗芯片

傳輸設備的耗電量對電視信號的傳輸效果與功耗影響巨大，因此采用先進的低功耗芯片技術可以有效減少傳輸設備的功耗，并且也可以提高信號傳輸速度和穩定性，實現節能傳輸的目標。

沈志春等學者的研究中，闡述了一款低功耗芯片設計方法，基于先進工藝低功耗芯片中2 個子模塊的寄存器轉換級電路（Register Transfer Level，RTL）代碼，分別使用傳統優化方法與模塊優化方法加以綜合優化。通過分析可知，在功耗方面，模塊優化方案與傳統優化方案相比，其芯片的漏電功耗降低近22.5%，因此使用模塊化做綜合優化設計，既滿足了設計時序，又實現了降低22.5%的漏電功耗[9]。

3.2 優化傳輸設備的設計結構

在傳輸設備的結構設計上，應該采用緊湊、精簡以及高效的設計方式，減少傳輸設備的體積和重量，提高散熱能力和空氣流通性，從而達到減少能耗的目的。第一，采用可變功率控制技術。傳輸設備可以根據信號強度自動調整發射功率，以達到最佳傳輸效果。在信號強的地方可以降低發射功率，從而實現節能的目的。第二，采用深度睡眠模式技術。傳輸設備在不需傳輸信號時，進入深度睡眠狀態，降低功耗。例如，通過使用專用的睡眠線路，可以將設備處于待機狀態時的功耗降低到0.1 W 以下。第三，采用智能傳輸方案。傳輸設備可以根據實時的傳輸質量數據調整傳輸策略，從而減少重復傳輸和功耗，提高傳輸效率。第四，采用高效的加解密技術。采用經過優化的加解密算法可以在保證傳輸質量的前提下降低功耗。除了上述方案，還可以通過對傳輸機制的研究和改進，以及采用新型材料和工藝等手段，持續優化傳輸設備的設計結構，從而實現更為高效、可靠以及節能的傳輸方案。

4 基于互聯網的傳輸方式

4.1 數字微波

一般來說，數字微波主要是指利用微波形式對相關數字信號進行傳輸，微波作為一種典型電磁波，其頻率介于300 MHz ～300 GHz。廣播電視信號在傳輸過程，可采用該技術對信號頻率進行針對性調整，保證廣播電視信號傳輸更精準、可靠，清晰度與效率更高，同時也在一定程度上實現節能目標，具體體現在以下幾個方面。第一，高效能量利用。數字微波的傳輸過程是通過無線電波實現的，相比傳統的有線電纜傳輸方式，數字微波傳輸的能量利用率較高。數字微波傳輸所需的能量相對較少，因此在傳輸廣播信號的過程中能夠降低能源消耗。第二，提高傳輸效率。與傳統的有線電纜傳輸方式相比，數字微波傳輸的速度較快，能夠在短時間內完成廣播電視信號的傳輸和分發。傳輸速度的提高也能夠降低傳輸時間和頻次等要素所產生的能源消耗。第三，降低耗能成本。數字微波傳輸技術所需的硬件設備較少，設備運行功率也相對較小，因此相對于傳統的有線電纜方式，數字微波技術對企業和機構的建設成本與運行成本都有所降低。第四，提高信號質量。數字微波傳輸技術能夠提高信號傳輸的質量水平，同時也可以降低信號傳輸時的波動和中斷，從而減少重傳和設備維護等過程所需的能源消耗。

4.2 流媒體技術

流媒體技術是一種廣播電視信號傳輸的新興技術，將其應用于廣播電視信號節能傳輸中，既降低了傳統方式的能源消耗，又能夠提高傳輸效率、降低運營成本，在一定程度上可以實現節能目標，具體表現在以下4 個方面[10]。第一，節省能源。流媒體技術使用互聯網或局域網傳輸數據，相比傳統的無線或有線信號傳輸方式，采用流媒體技術能夠充分利用現有的網絡設施，節省能源消耗。第二，優化傳輸效率。流媒體技術采用數據流傳輸方式，能夠優化傳輸效率，減少等待時間和傳輸時間，從而降低傳輸能源消耗。第三，靈活的傳輸方式。流媒體技術能夠自適應不同帶寬和網絡環境下的傳輸方式，根據網絡帶寬的變化，合理調整數據流量和傳輸速率，降低傳輸過程中的能耗。第四，降低運營成本。流媒體技術的傳輸設備和設施開銷相對較低，同時不需要租用傳統的無線和有線傳輸設備，因此可以降低廣播電視傳輸過程的運營成本。

5 結 論

廣播電視信號節能傳輸技術是當前廣播電視行業內重要的技術之一，通過高效的編碼算法、新型的調制調節技術、優化傳輸設備以及基于互聯網的傳輸方式等手段，廣播電視行業正在不斷探索如何降低能源消耗，減少傳輸成本，提高傳輸質量。目前，該技術還有更加廣闊的發展空間和巨大的潛力。在未來，新興技術不斷涌現，7G、8K、AI 等技術的應用將為廣播電視信號節能傳輸技術的進一步發展提供更多的機會和挑戰。相信在廣播電視行業相關各方的共同努力下，廣播電視信號節能傳輸技術的應用將持續推進，并為廣播電視行業的可持續發展提供更加優化的解決方案。