廣播電視工程信號源傳輸方案研究

2023-12-29 00:00:00孫英翠

中國傳媒科技 2023年6期

摘要：【目的】隨著信息技術的發展和廣播電視媒體的轉型升級，傳統的模擬傳輸方式已經不能滿足當前的需求，研究廣播電視工程信號源傳輸方案，旨在探索有效的信號傳輸方式，實現信號傳輸的高質量、高可靠性和高覆蓋范圍，提高廣播電視節目的播出效果和觀眾的觀看體驗。【方法】文章通過分析對比不同傳輸方式、調制技術等方案的實際傳輸經驗，分析不同傳輸方法的傳輸質量和效果，得出了廣播電視工程信號源傳輸面臨的信號質量、信號傳輸等技術問題。【結果】采用先進信號處理技術及壓縮算法，通過增加發射功率，優化信號傳輸參數等途徑，可有效改善廣播電視工程信號源傳輸質量，提高觀眾觀感體驗。【結論】通過應用信號增強、降噪、濾波等技術手段或壓縮算法可提高信號質量；調整編碼參數、優化碼率控制、降低噪聲影響，可有效應對公路等地形障礙帶來的信號傳輸問題。

關鍵詞：廣播電視；信號傳輸；移動廣播；信號覆蓋；寬帶限制 " " " " 中圖分類號：TN945.5 " " " " "文獻標識碼：A

文章編號：1671-0134（2023）06-154-05 " " " " DOI：10.19483/j.cnki.11-4653/n.2023.06.033

本文著錄格式：孫英翠.廣播電視工程信號源傳輸方案研究[J].中國傳媒科技，2023（06）：154-158.

導語

廣播電視是受眾獲取信息或參與娛樂的重要渠道之一，信號源的有效傳輸對廣播電視節目的播出效果和觀眾的觀看體驗有著至關重要的影響。隨著數字化和智能化的發展，傳統的模擬傳輸方式已經無法滿足當前受眾的觀看需求，在不斷升級技術的背景下，數字傳輸、IPTV傳輸、OTT傳輸和移動廣播傳輸等多種傳播方式逐漸被大眾所認知。然而，在數字化進程不斷發展的今天，廣播電視工程信號源傳輸面臨的技術挑戰也在不斷增加，信號在傳播過程中常常出現信號質量無法得到保障，出現弱信號覆蓋或深度覆蓋情況等。因而，研究廣播電視工程信號源傳輸方案具有重要的意義。本文從不同的信號源傳輸方式和技術手段出發，探討了廣播電視工程信號源傳輸的技術挑戰及解決方案，以期為廣播電視工程信號源傳輸方案的研究提供一定的參考。

1.廣播電視工程信號源及其傳輸方法概述

1.1 " 信號源概述

廣播電視工程中的信號源是指能夠傳輸音視頻內容的源頭，一般包括攝像機、麥克風、播出控制室、編碼器等設備。這些設備將音視頻內容采集、處理、編碼后，生成數字信號源，通過各種傳輸媒介傳送到接收端，最終在顯示設備上播放出來。[1]信號源的質量和穩定性直接影響到廣播電視節目的播出效果和觀眾的觀感體驗。近年來，隨著VR、AR等新興技術的發展，廣播電視工程中的信號源已經發生了一定的變化，新型的信號源也包括虛擬現實內容和通過大數據分析產生的信號源等。

1.2 " 信號源類型

信號源類型主要包括音頻信號源、視頻信號源、綜合信號源、VR和AR信號源，以及大數據分析產生的信號源。其中音頻信號源是指采集和傳輸音頻信號的設備，視頻信號源是指采集和傳輸視頻信號的設備，綜合信號源綜合了音視頻信號源，VR、AR信號源通過虛擬現實技術或增強現實技術產生的信號源，大數據分析產生的信號源是基于大數據分析和處理產生的信號源。[2]信號源的質量和穩定性直接影響到廣播電視節目的播出效果和觀眾的觀感體驗。

1.3 " 廣播電視工程信號源傳輸方法

1.3.1 " 傳統傳輸方法

1.3.1.1 "模擬傳輸

廣播電視工程信號源的模擬傳輸方法是一種傳統的信號傳輸方式，采用的是模擬信號傳輸技術，傳輸中容易受到傳輸距離、傳輸線路、信噪比等因素的影響，可能導致信號質量下降。此外，模擬信號傳輸還會受到頻段限制，無法實現高清、超高清等高質量的信號傳輸。此外，模擬傳輸方法傳輸設備簡單、傳輸距離遠、傳輸延時低，適用于廣播電視工程中一些特殊的實時傳輸場景。綜合來看，模擬傳輸方法在廣播電視工程中仍然具有一定的適用性，但隨著數字信號傳輸技術的不斷發展，數字傳輸已逐漸取代了模擬傳輸，成為主流的信號傳輸方式。

1.3.1.2 "數字傳輸

廣播電視工程信號源的數字傳輸方法是繼模擬傳輸后的一種現代化信號傳輸方法，該方法采用數字信號傳輸技術，可實現高質量、高清晰度的信號傳輸。[3]數字傳輸方法利用壓縮算法、糾錯編碼等技術，使傳輸過程中的信號質量得以保障，并能夠支持高帶寬的信號傳輸需求。此外，數字傳輸方法具有更好的靈活性和可控性，能滿足廣播電視工程中各種復雜的傳輸需求。綜合來看，數字傳輸方法已成為廣播電視工程中主流的信號傳輸方式，是廣播電視工程傳輸技術的重要組成部分，也是廣播電視技術不斷發展和進步的重要動力。

1.3.2 " 新興傳輸方法

1.3.2.1 "IPTV傳輸

IPTV是廣播電視工程中的一種數字傳輸方法，其采用互聯網協議技術，實現音視頻內容的傳輸和播放。IPTV具有更加靈活和高效的網絡分發方式，可以通過寬帶網絡傳輸高清、超高清的視頻信號，支持點播、時移、直播等多種播放模式。[4]同時，IPTV還支持用戶的個性化需求，如頻道訂購、自主播放控制等。相對于傳統的有線電視和衛星電視，IPTV更加具有互聯網時代的特點，可提供更多的個性化、交互式的服務，受到越來越多用戶的青睞。因此，IPTV已成為廣播電視工程中一種備受關注的數字傳輸方法，具有廣闊的市場前景和發展潛力。

1.3.2.2 "OTT傳輸

OTT（Over-The-Top）是一種數字傳輸方法，指的是通過互聯網將音視頻內容傳輸到終端用戶的設備中，而不需要借助傳統的廣播電視網絡。[5]OTT傳輸方法具有更加靈活和高效的內容分發方式，可以讓用戶隨時隨地訪問和觀看高清、超高清的音視頻內容。此外，OTT傳輸方法還支持用戶自主選擇、點播、時移等多種播放方式，具有更強的個性化和交互性。相較于傳統的有線電視和衛星電視，OTT傳輸方法具有更低的成本和更廣的覆蓋范圍，可以提供更多的服務和應用。[6]因此，OTT已成為廣播電視工程中備受關注的數字傳輸方法之一。

1.3.2.3 "移動廣播

移動廣播是廣播電視工程中的一種數字傳輸方法，利用移動通信網絡，將音視頻內容傳輸到用戶的移動設備上進行播放。移動廣播具有覆蓋范圍廣、內容豐富、交互性強等特點，適合移動用戶在旅途中進行高質量音視頻內容的獲取和觀看。[7]移動廣播的傳輸方式通常采用數字化的信號傳輸技術，利用各種編碼和壓縮技術，將音視頻信號轉換為適合在移動通信網絡上傳輸的數據流。移動廣播傳輸方法的應用范圍廣泛，包括移動電視、移動視頻、移動音樂等，為廣播電視工程中數字傳輸技術的發展提供了更加廣闊的空間和市場前景。

2.廣播電視工程信號源傳輸面臨的挑戰

2.1 " 信號質量易受損

信號質量保障是廣播電視工程中信號傳輸面臨的重要技術挑戰之一。在信號傳輸過程中，由于受到傳輸距離、傳輸線路、信噪比等因素的影響，會導致信號質量下降，從而影響到廣播電視節目的播出效果和觀眾的觀看體驗。傳輸距離是影響信號質量的主要因素。在廣播電視工程中，信號需要通過無線電波或者傳輸線路進行傳輸，傳輸距離越遠，信號就會受到更多的衰減和干擾，從而導致信號質量下降。[8]例如，在數字電視廣播中，由于傳輸距離較長，信號容易受到多徑衰落和多普勒效應的影響，從而導致圖像出現模糊、失真等問題。傳輸線路也是影響信號質量的重要因素。在廣播電視工程中，信號需要通過傳輸線路進行傳輸，傳輸線路的質量和參數對信號的傳輸效果有很大的影響。例如，在有線電視傳輸中，信號需要通過同軸電纜進行傳輸，如果同軸電纜的質量不好或者線路阻抗不匹配，就會導致信號衰減和失真。此外，廣播電視工程信號還存在信噪比影響信號質量。信噪比是指信號與噪聲之間的比值，信號越強，噪聲越弱，信噪比就越高。在廣播電視工程中，噪聲主要來源于電磁干擾、電路噪聲等因素。如果信噪比較低，就會導致信號失真、干擾和降噪等問題。[9]

2.2 " 弱信號覆蓋或深度覆蓋

弱信號覆蓋和深度覆蓋是廣播電視工程中面臨的兩個主要問題，它們都會影響信號的傳輸和接收質量，從而影響廣播電視節目的播出效果和觀眾的觀看體驗。弱信號覆蓋主要是指在信號傳輸過程中，由于傳輸距離遠、傳輸線路差、干擾等因素的影響，導致接收端接收到的信號弱而不清晰的情況。[10]在電視廣播中，弱信號覆蓋可能導致圖像失真、花屏、噪聲等問題，影響觀眾的觀看體驗；在數字音頻廣播中，弱信號覆蓋可能導致音頻雜音、信號噪聲等問題，影響聽眾的收聽體驗；在移動廣播中，弱信號覆蓋可能導致信號斷續、卡頓、無法連接等問題，影響用戶的使用體驗。深度覆蓋主要是指信號需要穿過障礙物，例如：建筑物、山地等地形，導致信號傳輸過程中信號質量下降或者完全無法傳輸的情況。[11]在有線電視傳輸中，由于信號需要通過同軸電纜進行傳輸，當同軸電纜遇到障礙物時，信號質量容易受到影響，從而出現圖像失真、噪聲等問題；在數字電視廣播中，信號需要通過無線電波進行傳輸，當信號遇到建筑物、山地等障礙物時，信號的傳輸質量會下降或者完全無法傳輸，從而出現圖像失真、卡頓或其他問題；在移動廣播中，由于信號需要通過無線電波進行傳輸，當信號遇到障礙物則可能出現中斷，導致接收方信號斷續。

3.廣播電視工程信號源傳輸解決方案

3.1 " 采用先進信號處理技術及壓縮算法

3.1.1 " 信號處理技術

為保障信號質量，廣播電視工程采用了一系列的技術手段和解決方案。其中，信號處理技術是一種常見的方法，采用數字信號處理技術可提高信號的質量和穩定性。例如，通過信號增強、降噪、濾波等技術手段來消除噪聲和干擾，提高信號質量。

3.1.1.1 "信號增強技術

信號增強技術可以通過增加信號的強度或者改變信號的波形，從而提高信號的質量和穩定性。信號增強技術包括放大、補償和補充等多種處理方式。[12]例如，通過增加信號的增益來放大信號的強度，能夠提高信號的清晰度和可讀性；通過補償技術可降低信號的失真和損失，能夠提高信號的穩定性和準確性。

3.1.1.2 "降噪技術

降噪技術可以通過消除信號中的噪聲，從而提高信號的質量和清晰度。降噪技術主要包括濾波、譜減和自適應降噪等多種處理方式。例如，采用低通濾波器可濾除高頻噪聲；采用譜減技術可分析信號的頻譜分布，進而減少噪聲的干擾。

3.1.1.3 "濾波技術

濾波技術可以通過對信號進行濾波，去除信號中的雜音和干擾，從而提高信號的質量和準確度。濾波技術主要包括低通、高通、帶通和帶阻濾波等多種處理方式。例如，通過采用低通濾波器來濾除高頻噪聲，可使得信號變得平滑和穩定。

3.1.2 " 壓縮算法

采用高效的壓縮算法可以將信號數據壓縮到更小的體積，減少傳輸數據量，提高傳輸效率。高效的壓縮算法是廣播電視工程中保障信號傳輸效率和質量的重要手段之一。[13]其中，最常用的壓縮算法是基于離散余弦變換（Discrete Cosine Transform，DCT）的JPEG壓縮算法和基于小波變換（Wavelet Transform）的視頻壓縮標準H.264/AVC和HEVC。

在JPEG壓縮算法中，輸入的信號被分割成若干個8×8大小的小塊，對每個小塊進行DCT變換，然后對變換后的系數進行量化、編碼和打包，形成壓縮后的數據。DCT變化公式見式（1）：

（1）

式（1）中，為原始信號在坐標處的像素值，為塊的大小，和為DCT系數，可以

通過或計算得到。

量化是將DCT變換后的系數進行舍棄或縮放的過程，以達到壓縮數據的目的。通常，每個系數都除以一個固定的量化因子，然后四舍五入得到整數，最后將整數打包成壓縮數據。量化公式見式（2）：

（2）

式（2）中，為量化因子，可以根據壓縮質量的需求進行調整。在視頻壓縮標準H.264/AVC和HEVC中，采用小波變換對視頻信號進行分解和重構。其壓縮過程可以分為多個步驟，包括預測、變換、量化、編碼和打包等。其中，變換階段使用了小波變換，通過對視頻的空間和時間域進行分解和重構，實現了對視頻信號的高效壓縮。通過對信號進行DCT或小波變換，然后進行量化、編碼和打包等處理，可以實現對信號的高效壓縮和傳輸。

3.2 " 增加發射功率，優化信號傳輸參數

增加發射功率能夠提高信號傳輸的覆蓋范圍和質量，使廣播電視節目能夠更好地傳輸到遠距離的觀眾中，并提高觀眾觀看節目的質量和體驗。[14]增加發射功率需要升級或更換廣播電視設備中的發射機、天線等部件，以提高發射功率和信號的傳輸效果。除了增加發射功率，還可以通過優化信號的傳輸參數提高信號的傳輸效果，常用的優化方法包括調整視頻編碼參數、優化碼率控制、降低噪聲等。

3.2.1 " 調整編碼參數

調整視頻編碼參數是優化信號傳輸參數中較為常用的方法。調整視頻編碼參數公式見式（3）：

（3）

式（3）中，為量化步長，為量化系數，均為可調參數。視頻編碼參數的設置會影響視頻信號的壓縮比和清晰度，通過調整編碼參數，可以使視頻信號在保持一定清晰度的情況下，達到更好的壓縮效果，從而減少信號傳輸所需的帶寬。例如，在H.264視頻編碼中，通過調整QP值（量化參數）和幀率等參數，可以在不影響畫面質量的前提下，減少視頻數據量。

3.2.2 " 優化碼率控制

碼率控制是指在視頻壓縮中控制碼率大小的過程。在恒定碼率（CBR）模式下，碼率控制公式見式（4），在可變碼率（VBR）模式下，碼率控制公式見式（5）：

（4）

（5）

式（4）中，幀數表示視頻中的幀數，時長表示視頻播放時長，式（5）中，平均比特率表示每個視頻幀需要的比特數。通過優化碼率控制算法，可以使視頻信號的碼率更加穩定，減少傳輸過程中的帶寬波動。例如，在H.264視頻編碼中，通過設置恒定碼率（CBR）或可變碼率（VBR）模式，可以使碼率控制更加合理，從而優化信號傳輸效果。

3.2.3 " 降低噪聲

在信號傳輸過程中，由于各種干擾因素的存在，可能會引入噪聲，影響信號質量。通過采用自適應濾波算法，可以減少噪聲的影響，提高信號的清晰度和可靠性。[15]自適應濾波算法是一種能夠自適應地調整濾波器參數的信號處理算法，它根據輸入信號的特性，自動地調整濾波器的參數，從而使得輸出信號更加清晰和可靠。常用的自適應濾波算法包括最小均方誤差（LMS）算法和遞歸最小二乘（RLS）算法。在LMS算法中，濾波器參數的更新公式見式（6）：

（6）

其中，表示濾波器的參數向量，為步長（控制參數更新的速度），為期望輸出與實際輸出之間的誤差，為輸入信號。RLS算法中，濾波器參數的更新公式見式（7）：

（7）

式（7）中，表示濾波器的參數向量，為期望輸出與實際輸出之間的誤差，為輸入信號，和分別為遞歸最小二乘濾波器的增益向量和協方差矩陣，它們可以通過公式（8）進行遞歸計算：

（8）

式（8）中，為一個正則化參數，用于控制濾波器的穩定性。在實際應用中，根據具體的應用場景選擇合適的自適應濾波算法，并調整算法的參數，可達到最優的降噪效果。

綜上所述，根據廣播電視信號特性和傳輸環境，通過采用調整編碼參數、優化碼率控制、降低噪聲等多種方法，可以有效地應對公路等地形障礙帶來的信號傳輸問題，提高廣播電視節目的播出質量和觀眾的觀看體驗。

結語

數字化時代背景下，廣播電視節目的傳輸方式和技術已經得到了極大地發展和變革，新興技術的不斷涌現和廣泛應用，為廣播電視工程信號源傳輸方案的研究和應用帶來了更多的可能性和機遇。廣播電視工程信號源傳輸方案研究是一個綜合性的課題，需要多學科、多領域的知識和技術的綜合應用。伴隨著技術的革新，廣播電視信號源傳輸也逐漸面臨著更多的技術性挑戰問題。通過從傳輸方式、信號處理、調制技術等方面入手，以提高廣播電視信號的傳輸質量和覆蓋范圍。未來，隨著技術的不斷發展和應用的不斷拓展，仍需繼續加強對新技術的研究和應用，不斷改進廣播電視信號傳播傳統技術，以提高廣播電視工程信號源傳輸方案的質量和效率，滿足觀眾對高清、穩定廣播電視節目的需求。

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