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第一篇：編碼器總結報告

編碼器報告

1.編碼器的分類

1.1按碼盤的刻孔方式不同分類

（1）增量型：就是每轉過單位的角度就發(fā)出一個脈沖信號(也有發(fā)正余弦信號，然后對其進行細分，斬波出頻率更高的脈沖)，通常為A相、B相、Z相輸出，A相、B相為相互延遲1/4周期的脈沖輸出，根據延遲關系可以區(qū)別正反轉，而且通過取A相、B相的上升和下降沿可以進行2或4倍頻；Z相為單圈脈沖，即每圈發(fā)出一個脈沖。

（2）絕對值型：就是對應一圈，每個基準的角度發(fā)出一個唯一與該角度對應二進制的數(shù)值，通過外部記圈器件可以進行多個位置的記錄和測量。

1.2以編碼器工作原理分類

光電式、磁電式和觸點電刷式。

1.3按信號的輸出類型分類

電壓輸出、集電極開路輸出、推拉互補輸出和長線驅動輸出。

1.4以編碼器機械安裝形式分類

（1）有軸型：有軸型又可分為夾緊法蘭型、同步法蘭型和伺服安裝型等。（2）軸套型：軸套型又可分為半空型、全空型和大口徑型等。

2.編碼器的工作原理

2.1光電式編碼器的工作原理

旋轉編碼器是一種光電式旋轉測量裝置，它將被測的角位移直接轉換成數(shù)字信號（高速脈沖信號），不同型號的旋轉編碼器，其輸出脈沖的相數(shù)也不同，有的旋轉編碼器輸出A、B、Z三相脈沖，有的只有A、B相兩相，最簡單的只有A相。

編碼器有5條引線，其中3條是脈沖輸出線，1條是COM端線，1條是電源線（OC門輸出型）。

增量式旋轉編碼器通過內部兩個光敏接受管轉化其角度碼盤的時序和相位關系，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負方向）。下面對增量式旋轉編碼器的內部工作原理：

A,B兩點對應兩個光敏接受管，A,B兩點間距為 S2 ,角度碼盤的光柵間距分別為S0和S1。

當角度碼盤以某個速度勻速轉動時，那么可知輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值相同，同理角度碼盤以其他的速度勻速轉動時，輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值仍相同。如果角度碼盤做變速運動，把它看成為多個運動周期（在下面定義）的組合，那么每個運動周期中輸出波形圖中的S0：S1：S2比值與實際圖的S0：S1：S2比值仍相同。

通過輸出波形圖可知每個運動周期的時序為

A,B輸出值保存起來，與下一個A,B輸出值做比較，就可以輕易的得出角度碼盤的運動方向，如果光柵格S0等于S1時，也就是S0和S1弧度夾角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度碼盤運動位移角度為S0弧度夾角的1/2，除以所消毫的時間，就得到此次角度碼盤運動位移角速度。S0等于S1時，且S2等于S0的1/2時，1/4個運動周期就可以得到運動方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1個運動周期才可以得到運動方向位和位移角度了。

2.2接觸式編碼器的工作原理

接觸式編碼器由碼盤和電刷組成的。

碼盤是利用制造印刷電路板的工藝，在銅箔板上制作某種碼制圖形的盤式印刷電路板。如8421碼等。

電刷是一種活動觸頭結構，在外界力的作用下旋轉碼盤時，電刷與碼盤接觸就產生某種碼制的某一數(shù)字編碼輸出。

8421碼是最基本、最簡單的二進制碼，是用四位為今之計來表示一位等值的十進制數(shù)，工十六中組合。以8421制作的碼盤和旋轉軸固定在一起。

碼盤上有四圈碼道。相應地對應碼道上有一個電刷，四個電刷沿著一個固定的徑向安裝。黑色部分為導電區(qū)，電刷接觸導電部分時，輸出高電平，白色處為絕緣區(qū)，電刷接觸絕緣區(qū)是，輸出低電平。

編碼器的分辨率取決于碼道的數(shù)目n，位數(shù)越多，分辨率越高。當然分辨率精度越高，對碼盤和電刷制作和安裝要求越嚴格。一般去n<9。

2.3電磁式編碼器的工作原理

光電式編碼器的主要缺點是對潮濕氣體和污染敏感，而可靠性差，而電磁式編碼器不易受塵埃和結露影響，同時其結構簡單緊湊，可高速運轉，響應速度快（達500~700KHz），體積比光電式編碼器小，而成本更低，且易將多個元件精確地排列組合，比用光學元件和半導體電磁敏感元件更容易構成新功能器件和多功能器件。

碼盤：在碼盤上按照編碼圖形，制作出磁化區(qū)和非磁化區(qū)。

電刷采用小型的磁環(huán)或者馬蹄型磁芯作為磁頭。磁頭上有兩組繞組線圈，一組是激勵線圈，另一組是輸出線圈。

3.編碼器的輸出 3.1集電極開路輸出

集電極開路輸出是以輸出電路的晶體管發(fā)射極作為公共端，并且集電極懸空的輸出電路。一般分為NPN集電極開路輸出（見圖1）和PNP集電極開路輸出（見圖2）。

圖1 NPN集電極開路輸出

圖2 PNP集電極開路輸出

3.2電壓輸出

電壓輸出是在集電極開路輸出的電路基礎上，在電源間和集電極之間接了一個上拉電阻，使得集電極和電源之間能有一個穩(wěn)定的電壓狀態(tài)，見圖3。

圖3 電壓輸出

3.3互補輸出

互補輸出是輸出上具備NPN和PNP兩種輸出晶體管的輸出電路。根據輸出信號的[H]、[L]，2個輸出晶體管交互進行[ON]、[OFF]動作，比集電極開路輸出的電路傳輸距離能稍遠，也可與集電極開路輸入機器（NPN、PNP）連接。輸出電路見圖4。

圖4 互補輸出

3.4線性驅動輸出

線性驅動輸出是采用RS-422標準，用AM26LS31芯片應用于高速、長距離數(shù)據傳輸?shù)妮敵瞿Ｊ健Ｐ盘栆圆罘中问捷敵?，因此抗干擾能力更強。輸出信號需專門能接收線性驅動輸出的設備才能接收。輸出電路見圖5。

圖5 3.5編碼器的并行輸出

絕對型編碼器輸出的是多位數(shù)碼(格雷碼或純二進制碼)，并行輸出就是在接口上有多點高低電平輸出，以代表數(shù)碼的1或0，對于位數(shù)不高的絕對編碼器，一般就直接以此形式輸出數(shù)碼，可直接進入PLC或上位機的I/O接口，輸出即時，連接簡單。但是并行輸出有如下問題：

（1）必須是格雷碼，因為如是純二進制碼，在數(shù)據刷新時可能有多位變化，讀數(shù)會在短時間里造成錯碼。

（2）所有接口必須確保連接好，因為如有個別連接不良點，該點電位始終是0，造成錯碼而無法判斷。

（3）（4）傳輸距離不能遠，一般在一兩米，對于復雜環(huán)境，最好有隔離。

對于位數(shù)較多，要許多芯電纜，并要確保連接優(yōu)良，由此帶來工程難度，同樣，對于編碼器，要同時有許多節(jié)點輸出，增加編碼器的故障損壞率。

并行輸出時間上，數(shù)據同時發(fā)出;空間上，每個位數(shù)的數(shù)據各占用一根線纜。增量型編碼器輸出的通常是并行輸出。

3.6編碼器的串行輸出

串行輸出就是通過約定，在時間上有先后的數(shù)據輸出，這種約定稱為通訊規(guī)約，其連接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。串行輸出連接線少，傳輸距離遠，對于編碼器的保護和可靠性就大大提高了，一般高位數(shù)的絕對編碼器都是用串行輸出的

串行輸出編碼器連接德國西門子的設備是比較容易的，但是連接非德國系的設備，接口就是問題了，我公司提供各種接口輸出的儀表，可以解決這樣的問題。

串行：時間上，數(shù)據按照約定，有先后;空間上，所有位數(shù)的數(shù)據都在一組線纜上(先后)發(fā)出。

串行是指按時間約定，串行輸出數(shù)字編碼信號，基本是絕對的，但也有一些增量編碼器，通過內置電池記憶原點，其也可以通過串行輸出位置值，如電池線不聯(lián)，還是增量編碼器，此也稱為偽絕對值編碼器，在一些日本伺服系統(tǒng)中較多見。其本質其實還是增量編碼器。

4.編碼器的常用術語

■輸出脈沖數(shù)/轉

旋轉編碼器轉一圈所輸出的脈沖數(shù)發(fā)，對于光學式旋轉編碼器，通常與旋轉編碼器內部的光柵的槽數(shù)相同（也可在電路上使輸出脈沖數(shù)增加到槽數(shù)的2倍4倍）。■分辨率

分辨率表示旋轉編碼器的主軸旋轉一周，讀出位置數(shù)據的最大等分數(shù)。絕對值型不以脈沖形式輸出，而以代碼形式表示當前主軸位置（角度）。與增量型不同，相當于增量型的“輸出脈沖/轉”。■光柵

光學式旋轉編碼器，其光柵有金屬和玻璃兩種。如是金屬制的，開有通光孔槽；如是玻璃制的，是在玻璃表面涂了一層遮光膜，在此上面沒有透明線條（槽）。槽數(shù)少的場合，可在金屬圓盤上用沖床加工或腐蝕法開槽。在耐沖擊型編碼器上使用了金屬的光柵，它與金屬制的光柵相比不耐沖擊，因此在使用上請注意，不要將沖擊直接施加于編碼器上。■最大響應頻率

最大響應頻率是在1秒內能響應的最大脈沖數(shù)（例：最大響應頻率為2KHz，即1秒內可響應2000個脈沖），公式如下：

最大響應轉速（rpm）/60×（脈沖數(shù)/轉）=輸出頻率Hz ■最大響應轉速

最大響應轉速是可響應的最高轉速，在此轉速下發(fā)生的脈沖可響應公式如下：最大響應頻率（Hz）/（脈沖數(shù)/轉）×60=軸的轉速rpm ■輸出波形

輸出脈沖（信號）的波形?！鲚敵鲂盘栂辔徊?/p>

二相輸出時，二個輸出脈沖波形的相對的的時間差?！鲚敵鲭妷?/p>

指輸出脈沖的電壓。輸出電壓會因輸出電流的變化而有所變化。各系列的輸出電壓請參照輸出電流特性圖 ■起動轉矩

使處于靜止狀態(tài)的編碼器軸旋轉必要的力矩。一般情況下運轉中的力矩要比起動力矩小。■軸允許負荷

表示可加在軸上的最大負荷，有徑向和軸向負荷兩種。徑向負荷對于軸來說，是垂直方向的，受力與偏心偏角等有關；軸向負荷對軸來說，是水平方向的，受力與推拉軸的力有關。這兩個力的大小影響軸的機械壽命 ■軸慣性力矩

該值表示旋轉軸的慣量和對轉速變化的阻力 ■轉速

該速度指示編碼器的機械載荷限制。如果超出該限制，將對軸承使用壽命產生負面影響，另外信號也可能中斷。■格雷碼

格雷碼是高級數(shù)據，因為是單元距離和循環(huán)碼，所以很安全。每步只有一位變化。數(shù)據處理時，格雷碼須轉化成二進制碼。■工作電流

指通道允許的負載電流?！龉ぷ鳒囟?/p>

參數(shù)表中提到的數(shù)據和公差，在此溫度范圍內是保證的。如果稍高或稍低，編碼器不會損壞。當恢復工作溫度又能達到技術規(guī)范?！龉ぷ麟妷?/p>

編碼器的供電電壓。5.總結

編碼器為傳感器類的一種，主要用來偵測機械運動的速度、位置、角度、距離或計數(shù)，除了應用在產業(yè)機械外，許多的馬達控制如伺服馬達、BLDC伺服馬達均需配備編碼器以供馬達控制器作為換相、速度及位置的檢出所以應用范圍相當廣泛。光電編碼器是利用光柵衍射原理實現(xiàn)位移—數(shù)字變換的，從50年代開始應用于機床和計算儀器，因其結構簡單、計量精度高、壽命長等優(yōu)點，在國內外受到重視和推廣，在精密定位、速度、長度、加速度、振動等方面得到廣泛的應用。

第二篇：編碼器基礎知識

編碼器基礎知識.txt逆風的方向，更適合飛翔。我不怕萬人阻擋，只怕自己投降。你發(fā)怒一分鐘，便失去60分鐘的幸福。忙碌是一種幸福，讓我們沒時間體會痛苦;奔波是一種快樂，讓我們真實地感受生活;疲憊是一種享受，讓我們無暇空虛。生活就像“呼吸”“呼”是為出一口氣，“吸”是為爭一口氣。增量旋轉編碼器選型有哪些注意事項？

應注意三方面的參數(shù)：

1.機械安裝尺寸，包括定位止口，軸徑，安裝孔位；電纜出線方式；安裝空間體積；工作環(huán)境防護等級是否滿足要求。

2.分辨率，即編碼器工作時每圈輸出的脈沖數(shù)，是否滿足設計使用精度要求。

3.電氣接口，編碼器輸出方式常見有推拉輸出（F型HTL格式），電壓輸出（E），集電極開路（C，常見C為NPN型管輸出，C2為PNP型管輸出），長線驅動器輸出。其輸出方式應和其控制系統(tǒng)的接口電路相匹配。

請教如何使用增量編碼器？

1，增量型旋轉編碼器有分辨率的差異，使用每圈產生的脈沖數(shù)來計量，數(shù)目從6到5400或更高，脈沖數(shù)越多，分辨率越高；這是選型的重要依據之一。

2，增量型編碼器通常有三路信號輸出（差分有六路信號）：A,B和Z，一般采用TTL電平，A脈沖在前，B脈沖在后，A,B脈沖相差90度，每圈發(fā)出一個Z脈沖，可作為參考機械零位。一般利用A超前B或B超前A進行判向。

3，使用PLC采集數(shù)據，可選用高速計數(shù)模塊；使用工控機采集數(shù)據，可選用高速計數(shù)板卡；使用單片機采集數(shù)據，建議選用帶光電耦合器的輸入端口。

4，建議B脈沖做順向（前向）脈沖，A脈沖做逆向（后向）脈沖，Z原點零位脈沖。

5，在電子裝置中設立計數(shù)棧。

關于電源供應及編碼器和PLC連接：

一般編碼器的工作電源有三種：5Vdc、5-13 Vdc或11-26Vdc。如果你買的編碼器用的是11-26Vdc的，就可以用PLC的24V電源，需注意的是：

1．編碼器的耗電流，在PLC的電源功率范圍內。

2．編碼器如是并行輸出，連接PLC的I/O點，需了解編碼器的信號電平是推拉式（或稱推挽式）輸出還是集電極開路輸出，如是集電極開路輸出的，有N型和P型兩種，需與PLC的I/O極性相同。如是推拉式輸出則連接沒有什么問題。

3．編碼器如是驅動器輸出，一般信號電平是5V的，連接的時候要小心，不要讓24V的電源

電平串入5V的信號接線中去而損壞編碼器的信號端。

干擾的問題

選擇什么樣的輸出對抗干擾也很重要，一般輸出帶反向信號的抗干擾要好一些，即A+~A-,B+~B-,Z+~Z-，其特征是加上電源8根線，而不是5根線(共零)。帶反向信號的在電纜中的傳輸是對稱的，受干擾小，在接受設備中也可以再增加判斷（例如接受設備的信號利用

A、B信號90°相位差，讀到電平10、11、01、00四種狀態(tài)時，計為一有效脈沖，此方案可有效提高系統(tǒng)抗干擾性能（計數(shù)準確））。

何為長線驅動？普通型編碼器能否遠距離傳送？

長線驅動也稱差分長線驅動，5V，TTL的正負波形對稱形式，由于其正負電流方向相反，對外電磁場抵消，故抗干擾能力較強。普通型編碼器一般傳輸距離是100米，如果是24V HTL型且有對稱負信號的，傳輸距離300-400米。

增量光柵Z信號可否作零點？圓光柵編碼器如何選用？

無論直線光柵還是軸編碼器其Z信號的均可達到同AB信號相同的精確度，只不過軸編碼器是一圈一個，而直線光柵是每隔一定距離一個，用這個信號可達到很高的重復精度?？上扔闷胀ǖ慕咏_關初定位，然后找最為接近的Z信號(每次同方向找)，裝的時候不要望忘了將其相位調的和光柵相位一致，否則不準。

增量型編碼器和絕對型編碼器有何區(qū)別？做一個伺服系統(tǒng)時怎么選擇呢？

常用的為增量型編碼器，如果對位置、零位有嚴格要求用絕對型編碼器。伺服系統(tǒng)要具體分析，看應用場合。

測速度用常用增量型編碼器，可無限累加測量；測位置用絕對型編碼器，位置唯一性（單圈或多圈），最終看應用場合，看要實現(xiàn)的目的和要求。

絕對型旋轉編碼器選型注意事項，旋轉編碼器和接近開關、光電開關優(yōu)勢比較：

絕對編碼器單圈從經濟型8位到高精度17位；

絕對編碼器多圈大部分用25位，輸出有SSI，總線Profibus-DP,Can L2,Interbus,DeviceNet。

從增量式編碼器到絕對式編碼器

旋轉增量式編碼器以轉動時輸出脈沖，通過計數(shù)設備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設備的內部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產結果出現(xiàn)后才能知道。

解決的方法是增加參考點，編碼器每經過參考點，將參考位置修正進計數(shù)設備的記憶位置。在參考點以前，是不能保證位置的準確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點，開機找零等方法。

比如，打印機掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點，然后才工作。

這樣的方法對有些工控項目比較麻煩，甚至不允許開機找零（開機后就要知道準確位置），于是就有了絕對編碼器的出現(xiàn)。

絕對編碼器光碼盤上有許多道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線。。。編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。

絕對編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據的可靠性大大提高了。

由于絕對編碼器在位置定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經越來越多地應用于工控定位中。

測速度需要可以無限累加測量，目前增量型編碼器在測速應用方面仍處于無可取代的主流位置。

從單圈絕對式編碼器到多圈絕對式編碼器

旋轉單圈絕對式編碼器，以轉動中測量光碼盤各道刻線，以獲取唯一的編碼，當轉動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼器只能用于旋轉范圍360度以內的測量，稱為單圈絕對式編碼器。

如果要測量旋轉超過360度范圍，就要用到多圈絕對式編碼器。

編碼器生產廠家運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤旋轉時，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎上再增加圈數(shù)的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復，而無需記憶。

多圈編碼器另一個優(yōu)點是由于測量范圍大，實際使用往往富裕較多，這樣在安裝時不必要費勁找零點，將某一中間位置作為起始點就可以了，而大大簡化了安裝調試難度。

絕對型編碼器的串行和并行輸出的介紹

并行輸出：

絕對型編碼器輸出的是多位數(shù)碼（格雷碼或純二進制碼），并行輸出就是在接口上有多點高低電平輸出，以代表數(shù)碼的1或0，對于位數(shù)不高的絕對編碼器，一般就直接以此形式輸出數(shù)碼，可直接進入PLC或上位機的I/O接口，輸出即時，連接簡單。但是并行輸出有如下問題：

1。必須是格雷碼，因為如是純二進制碼，在數(shù)據刷新時可能有多位變化，讀數(shù)會在短時間里造成錯碼。

2。所有接口必須確保連接好，因為如有個別連接不良點，該點電位始終是0，造成錯碼而無法判斷。

3。傳輸距離不能遠，一般在一兩米，對于復雜環(huán)境，最好有隔離。

4。對于位數(shù)較多，要許多芯電纜，并要確保連接優(yōu)良，由此帶來工程難度，同樣，對于編碼器，要同時有許多節(jié)點輸出，增加編碼器的故障損壞率。

并行：時間上，數(shù)據同時發(fā)出；空間上，每個位數(shù)的數(shù)據各占用一根線纜。

增量型編碼器輸出的通常是并行輸出。

串行輸出：

串行輸出就是通過約定，在時間上有先后的數(shù)據輸出，這種約定稱為通訊規(guī)約，其連接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。

串行輸出連接線少，傳輸距離遠，對于編碼器的保護和可靠性就大大提高了，一般高位數(shù)的絕對編碼器都是用串行輸出的。

由于絕對型編碼器的部分知名廠家在德國，所以串行輸出大部分是與德國的西門子配套的，如SSI同步串行輸出，總線型是PROFIBUS-DP的輸出等。

串行：時間上，數(shù)據按照約定，有先后；空間上，所有位數(shù)的數(shù)據都在一組線纜上（先后）發(fā)出。

串行編碼器應該都是絕對式的?

為什么叫“絕對型編碼器”？

“絕對型編碼器”相對于“增量型編碼器”而言。

“絕對型編碼器”使用某種方式表示并記憶物體的絕對位置，角度和圈數(shù)。即一旦位置，角度和圈數(shù)固定，什么時候編碼器的示值都唯一固定，包括停電后投電?！霸隽啃途幋a器”做不到這一點。一般“增量型編碼器”輸出兩個A、B脈沖信號，和一個Z(L)零位信號，A、B脈沖互差90度相位角。通過脈沖計數(shù)可以知道位置，角度和圈數(shù)增量，通過A,B脈沖信號超前或滯后可以知道方向，停電后，必須從約定的基準重新開始計數(shù)。“增量型編碼器”表示位置，角度和圈數(shù)需要做后處理，重新投電要做“復零”操作，所以，“增量型編碼器”比“絕對型編碼器”在價格上便宜許多。

絕對值編碼器SSI輸出，同時提供了增量值信號A、B兩相1Vpp，是派什么用處的？

在我們提供的絕對值編碼器，德國的HEIDENHAIN的SSI輸出和德國HENGSTLER的SSI輸出，都同時提供了增量值信號A、B兩相1Vpp正弦波輸出，構成了絕對與增量的雙輸出，很多用戶不明白這個增量信號是干什么用的，而剪掉聯(lián)線廢棄不用，真是蠻可惜的。

一。此增量信號可以作為絕對信號的冗余。

二。可以讓絕對信號作為位置閉環(huán)，而增量信號作為速度閉環(huán)，構成位置控制與速度控制的雙閉環(huán)系統(tǒng)，以達到位置的準確（無位置沖過頭而振蕩）和速度的高效，這是一個較先進的課題，目前國內似乎還沒有看到有很好的應用介紹。

三。增量信號是正弦波信號，其可以用模擬電路細分，這樣，在絕對值編碼器兩個最小相鄰碼之間，還可以因為相位的變化不同，獲得更精細的分辨率，從而可以大大提高絕對值編碼器的分辨率。

電子凸輪開關

現(xiàn)在還有一種絕對值、增量值、定位電子凸輪開關三輸出的編碼器，除了上面介紹的RS485絕對值信號、A/B增量值信號以外，還同時提供了多點定位電子凸輪開關，可預設定位開關，到預設位置可直接輸出開關信號，控制減速、停車。這樣，這一個絕對值編碼器可同時輸出連續(xù)絕對值信號顯示位置、輸出增量值信號作速度閉環(huán)、輸出定位電子凸輪開關控制減速、定位！

SSI與Biss、Endat、Hipeface:

SSI為同步串聯(lián)界面(synchronous-serial interface)的英文縮寫，其實際為兩個RS422通道，利用中斷的時鐘同步讀數(shù)，最高時鐘速度1.1 MHz.ssi的數(shù)據形式最簡單，一般不包含CRC校驗、產品內部信息及地址，在運動控制中，有提出更快、信息更多的要求時，各家編碼器廠家推出了各自的方案，以海德漢為首的聯(lián)合西門子公司，推出的是Endat;以寶馬集團及亨斯樂推出的是Biss(有個Biss協(xié)會）；以STEGMANN為首的推出hipeface.實際上都是在SSI的基礎上的改良的，基本物理格式都差不多，RS422（或RS485）,由時鐘脈沖觸發(fā)，只是速度更快，可達2-10MHZ，并可增加編碼器的內部信息、CRC校驗、故障報警的功能，有的可以增加地址，有的可以增加正余弦增量信號作冗余。由于目前的協(xié)議不同一，這些輸出都要連接專用的接口，故具體使用，還是建議直接找各自的編碼器廠家咨詢?yōu)楹谩?/p>

就我們使用的經驗，除非你對速度及編碼器安全有特別的要求，一般還是用SSI通用的好，方便。

絕對型編碼器（多圈）與PLC的連接有多種方法,簡單介紹幾種：

1。SSI或各種總線連接，缺點是要用專用SSI接口或總線模塊，有的PLC還沒有，成本較高。

2。并行連接，進PLC的開關輸入模塊，但多圈的位數(shù)高，要十幾、二十幾根線纜，可靠性降低，成本上去了。

3。4--20mA（選擇有模擬量輸出功能的絕對值多圈編碼器）進模擬量電流模塊，缺點，精度有所犧牲。

4。MODBUS RTU進485通訊接口（要有雙向功能的），缺點:要專門編程，速度可能降低，有時設備地址會丟。

一般的單圈位數(shù)低的用第二種方法。而多圈的要看應用了，簡單點的用4--20mA的方法。

第三篇：編碼器知識小結

編碼器知識小結

一、關于編碼器

1、名詞解釋

編碼器（encoder）,是一種對運動中的機械位移變化信息（包括位置、速度、角度、力矩等）進行檢測，并以數(shù)字化的形式將采集到的信息進行編碼輸出的傳感器，是一種角位移傳感器。

2、應用

根據編碼器的特點，其廣泛應用于數(shù)控機床、自動生產線、加工中心、機器人、醫(yī)療器械、雷達、電梯、起重機械、伺服電機、測控行業(yè)等領域。但由于產品的特殊性，多數(shù)人對編碼器本身了解很少，其更多的應用在OEM市場，如電梯、機床、伺服電機配套便是其主要應用領域，占據了整體應用市場份額的53%。

3、分類

編碼器的種類很多，根據不同的分類方式，主要有以下幾種：

A、根據檢測原理，編碼器可分為光電式、磁式、感應式和電容式。B、根據測量方式，編碼器可分為直線式和旋轉式。

C、根據編碼方式，編碼器可分為增量式、絕對式、混合式。

編碼器種類的不同，其用途也存在相應的差異，如絕對式編碼器相比增量式編碼器來說，其在定位方面明顯優(yōu)于增量式編碼器，已越來越多的用于工控定位中，當然其價格也更高。

在選擇具體的編碼器時，除了考慮以上的分類之外，還需要考慮使用環(huán)境、安裝機械條件、電機的大小、精度的高低，成本要求等因素。

4、生產廠家

目前生產編碼器的廠家有很多，市場份額較高的企業(yè)主要有Heidenhain、Tamagawa、Nemicon、Yuheng、Baumer、Rep、P+F、Danaher、Koyo、Omron等，市場集中度很高，前三名的企業(yè)占據了接近50%的市場份額。其中歐美品牌占據了高端市場，其產品價格較高；韓日企業(yè)占據了中端市場，產品定價居中；而國內企業(yè)主要進攻低端市場，以量取勝。

部分企業(yè)及相關產品見附表。

5、發(fā)展趨勢: 隨著工業(yè)4.0時代的到來，在數(shù)控機床、工業(yè)機器人、3D打印機、伺服系統(tǒng)、高精度閉環(huán)控制系統(tǒng)領域中，其對于精度高、響應快速、穩(wěn)定性好、體積小的編碼器的需求將越來越多。

編碼器的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方向：

第一，設計專用產品。如中達電通設計了CNC專用增量式編碼器和伺服電機專用型編碼器，新推出CNC主軸專用的CS7系列編碼器，其結構緊湊、外型小巧，分辨率較高，采用線驅動輸出，轉速快。

第二，優(yōu)化產品結構。如伊貝基公司將傳統(tǒng)的碼盤改為碼輪，優(yōu)化算法，使編碼器的體積更小而精度更高。

第三，進一步提高光電編碼器的性能，制造高精度、高分辨率、高頻響的光電軸角編碼器是提高其性能的三個主要方向。

第四，差異化的信號傳輸與接口設計。

第五，產品制造向系列化、標準化方向發(fā)展。為適應批量生產，滿足市場需求，光電編碼器的產品及其組成元件應本著低成本，高質量的原則逐漸向系列化、標準化的方向發(fā)展。

第六，適用于惡劣的工作環(huán)境。在某些特殊的應用場合，要求光電編碼器有良好的抗沖擊、耐高溫、耐腐蝕、及防振動等能力，即不僅能工作在較理想的工作環(huán)境中，也能在惡劣的條件下正常運行。

二、關于伊貝基編碼器

1、伊貝基編碼器的特點

伊貝基主要產品為增量式光電旋轉編碼器。相對于傳統(tǒng)光電編碼器，其結構上的主要區(qū)別在于用碼輪取代碼盤。傳統(tǒng)碼盤直徑小到一定程度時，受制于現(xiàn)有加工工藝水平，其精度會達到一個瓶頸。而伊貝基編碼器將碼盤改為碼輪后，通過優(yōu)化算法，碼輪的直徑可以達到非常小（最小直徑5mm），而精度非常高。

2、產品現(xiàn)狀

公司現(xiàn)有產品具有直徑小、精度高、性價比高、零位寬度可選、帶自檢功能，可根據用戶需求進行部分差異化設計等特點；但產品線單

一、市場份額較低，潛在用戶獲知了解公司產品的渠道少。

3、公司產品發(fā)展方向

a、保持或加大研發(fā)投入，保持或進一步鞏固公司在小直徑高精度編碼器領域的領先地位。

b、加大市場推廣，增加產品曝光率，提供更多渠道給現(xiàn)有及潛在客戶以了解公司產品。

c、完善售前、售后服務體系。

d、改進生產工藝，現(xiàn)有生產工藝自動化程度較低，人工參與度較高，產品質量受人因素影響較高，且容易達到產量瓶頸。

e、豐富公司產品線，增加市場占有率。f、嚴格控制產品質量。

第四篇：數(shù)字視頻信號源的編碼器和解碼器的研究

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數(shù)字視頻信號源的編碼器和解碼器的設計

摘要

數(shù)字視頻/音頻壓縮編碼是數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)，主要解決電視信號數(shù)字化后所帶來的海量數(shù)據量如何能夠有效地存儲和傳輸?shù)膯栴}。近20年來，視頻/音頻壓縮編碼技術一直處于快速發(fā)展之中，新技術和新標準不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)代視頻/音頻壓縮編碼技術已經比較成熟，可以在保持較好圖像質量前提下，達到較高的壓縮比。

近年來,衛(wèi)星數(shù)字廣播電視逐漸走進千家萬戶，受到大眾的喜愛。與傳統(tǒng)的模擬電視相比，衛(wèi)星數(shù)字廣播電視采用了全數(shù)字的圖像/聲音處理技術，MPEG-2這一數(shù)字視頻音頻編碼標準被應用其中。MPEG-2采用的具有運動補償?shù)膸g壓縮編碼技術支持高圖像分辨率，為數(shù)字廣播電視行業(yè)帶來了技術性的革命。本文主要針對數(shù)字視頻信號源的編碼器和解碼器的研究。

關鍵詞：視頻/音頻壓縮編碼技術，編碼器，譯碼器

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1數(shù)字電視的優(yōu)點和發(fā)展概況及其基本結構..........................................................................1 1.1數(shù)字電視的優(yōu)點和發(fā)展概況.............................................................................................1 1.2數(shù)字電視的基本組成.........................................................................................................3 2視頻壓縮編碼的方法..............................................................................................................3 2.1 AVI.......................................................................................................................................3 2.2運動補償預測.....................................................................................................................5 2.3 預測編碼基本原理.............................................................................................................5 2.4混合編碼.............................................................................................................................7 3 MPEG-2編碼器原理..............................................................................................................7 3.1MPEG-2標準的基本結構...................................................................................................7 3.2MPEG-2視頻編碼系統(tǒng)原理及關鍵技術...........................................................................8 4 MPEG-2解碼器原理............................................................................................................10 總

結.......................................................................................................................................12 致

謝.......................................................................................................................................13 參考文獻...................................................................................................................................14

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1數(shù)字電視的優(yōu)點和發(fā)展概況及其基本結構

1.1數(shù)字電視的優(yōu)點和發(fā)展概況

數(shù)字電視主要有清晰度高，音頻效果好，抗干擾能力強，頻道數(shù)量大增，可以支持500套數(shù)字頻道，可開展多功能的交互式電視服務等優(yōu)勢，筆者將詳細論述其多樣的頻道和人性化服務的優(yōu)勢，以及其特有的產品價值。

(1)花樣百出的付費頻道

數(shù)字電視中的節(jié)目，尤其是付費頻道的節(jié)目，是數(shù)字電視實現(xiàn)蓋利之根本，要想使付費頻道能被用戶所接受，其節(jié)目的內容的品質需要更為上乘。首先，各地所開播的付費頻道其有小眾化、專業(yè)化、個性化、多元化、服務性的特點。如北廣傳媒開辦的付費頻道中有《考試在線》、《四海釣魚》、《車迷》、《愛家購物》、《動感音樂》等。上海付費頻道中視頻節(jié)目有24套，音頻節(jié)目10套。另外，從這幾個頻道的名稱就可以看出，付費頻道的釗一對性十分的強，基本都固定在一個小的專業(yè)領域里，這樣就符合當今受眾越來越突出個體的需要以及對快速獲得所需信息的效率追求。另外，由于各類付費頻道對于專業(yè)性的要求更高，所以只依靠節(jié)目制作者本身是不夠的，那么就出現(xiàn)了與社會機構合作經營付費頻道和引入海外節(jié)目的形式。如江蘇《靚裝頻道》，為了強化其國際性，該頻道投入大量資金，通過法國Fashion TV在國內的版權代理唐龍國際傳媒公司購買節(jié)目版權，另外還與美國部分時尚媒體建立了合作關系。吉林電視臺的《吉祥購物頻道》是與上海合家購物有限公司合作推出，全部節(jié)目在上海制作完成，吉林電視臺負責節(jié)目策劃和播出，上海合家購物公司提供完善、豐富的物流保障。

(2)數(shù)字電視的人性化服務特質

首先，數(shù)字電視本身存在著眾多的優(yōu)點，從數(shù)字電視和模擬電視情況的比較就可以看出，數(shù)字電視無論從技術條件，還是內容結構，甚至是蓋利方式，都可以促使其更加注重通過服務來贏得用戶。所以，現(xiàn)今條件下，觀眾可以獲得以下幾種便利服務:一是數(shù)字增值服務，這類服務使電視成為了一種信息工其和娛樂工其。如電視節(jié)目指南(EGP)，這就類似于書本的目錄一樣，它可以把現(xiàn)在播放的各個電視臺的節(jié)目列成一份節(jié)目單，用戶可以根據自己的需求進行選課程設計說明書

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擇，節(jié)省了模擬電視中通過不斷調臺來選擇節(jié)目的時間。另外，以上海數(shù)字付費電視和青島模式為例，在上海數(shù)字付費電視中的數(shù)據增值服務共有7類，如《氣象信息》、《新聞中心》、《堅果游戲》、《股票行情》等。而在青島模式中，它為用戶提供了海量信息，其搭建了電子政務平臺、文化教育平臺、生活信息平臺，電子商務平臺。這此平臺隨時為用戶提供了最新的政府建設、居民生活、股市即時行情等信息。其實，這樣的資訊平臺，也是數(shù)字電視拓展外圍業(yè)務的有利手段。如英國的B-SKY-B就有一個《Open》的購物頻道，它上面銷售的東西包括PC、電器、書和唱片等，更重要的是其便捷的交易方式，提高了“沖動型購買”的機會，由于B-SKY-B的機頂盒本身安裝時就有加密系統(tǒng)，對于用戶信息和地址十分清楚，所以用戶根本不用敲自己的地址甚至是信用卡號，就可以實現(xiàn)交易。二是視頻點播服務(VOD)，主要分為兩類準視頻點播，即“預先安排好節(jié)目菜單及電視節(jié)目播出時間表，將同一節(jié)目以一定的時間間隔安排在不同的數(shù)字頻道內播出?！焙驼嬉曨l點播，它可以實現(xiàn)用戶自行控制節(jié)目播放情況，如請進和后退。三是下載服務。如果用戶想觀看某個電視節(jié)目，卻在節(jié)目播出的時段沒有時間，那么就可以通過預訂節(jié)目，讓運營方把該節(jié)目下載到機頂盒中，讓用戶可以依據自己的時間觀看該節(jié)目。四是互聯(lián)網接入。用戶可以用電視瀏覽網站，而且其速度比電腦更快。

(3)有別于傳統(tǒng)電視的產品價值

由于傳統(tǒng)電視媒體生產的節(jié)目是一種單純的“灌輸”式的“免費便餐”，電視上有什么節(jié)目，觀眾就被動的在現(xiàn)有的節(jié)目中進行選擇，并且傳統(tǒng)電視節(jié)目的價值只有擁有了廣告時段，廣告商的贊助，才會獲得價值，所以節(jié)目被賣給了廣告商，受眾被賣給了廣告，并不是一種不等價交換。因而，傳統(tǒng)電視媒體的產品與商品從根本上違背了市場價值規(guī)律。“而數(shù)字電視媒體的產品是真正意義上的等價交換商品，它通過市場經濟‘那只無形的手’，以付費電視收視點擊次數(shù)和收視群體文化背景的統(tǒng)計信息，發(fā)揮按質論價、優(yōu)勝劣汰的市場調節(jié)作用，客觀地依據價值法規(guī)創(chuàng)造產品的增值與增量。”所以，數(shù)字電視的節(jié)目成為了一種單純的商品，其價值本身就在于它所包含的信息，是否可以滿足觀眾的需求，觀眾看電視就像是逛超級市場，面對明碼標價的商品，自主選擇各類商品。這種售出方式，才是以受眾為本位，實現(xiàn)信息的有效獲取。

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1.2數(shù)字電視的基本組成

交互式數(shù)字電視系統(tǒng)由三部分組成：數(shù)字前端系統(tǒng)、雙向傳輸網絡和用戶終端系統(tǒng)[1]。

數(shù)字前端系統(tǒng)通常劃分為信源處理、信息處理和傳輸處理三部分，完成節(jié)目的數(shù)字化、加擾、授權和認證等功能；雙向傳輸網絡主要通過衛(wèi)星、Cable、地面發(fā)射、MMDS等方式將節(jié)目傳送到用戶家中，回傳可采用HFC回傳通道、PSTN和其它網絡；用戶終端系統(tǒng)采用機頂盒（STB）收看數(shù)字電視節(jié)目或實現(xiàn)交互式功能，如收看付費電視、實現(xiàn)Internet瀏覽、遠程教育等。

2視頻壓縮編碼的方法

壓縮編碼的方法有幾十種之多，并在編碼過程中涉及較深的的數(shù)學里理論基礎問題，在此僅介紹幾種常用的壓縮編碼方法[2]。2.1 AVI AVI（Audio Video Interleave）是一種音頻視像交插記錄的數(shù)字視頻文件格式。1992年初Microsoft公司推出了AVI技術及其應用軟件VFW（Video for Windows）。在AVI文件中，運動圖像和伴音數(shù)據是以交織的方式存儲，并獨立于硬件設備。這種按交替方式組織音頻和視像數(shù)據的方式可使得讀取視頻數(shù)據流時能更有效地從存儲媒介得到連續(xù)的信息。構成一個AVI文件的主要參數(shù)包括視像參數(shù)、伴音參數(shù)和壓縮參數(shù)等[3]。2.1.1視像參數(shù)

（1）、視窗尺寸（Video size）：根據不同的應用要求，AVI的視窗大小或分辨率可按4：3的比例或隨意調整：大到全屏640×480，小到160×120甚至更低。窗口越大，視頻文件的數(shù)據量越大。

（2）、幀率（Frames per second）：幀率也可以調整，而且與數(shù)據量成正比。不同的幀率會產生不同的畫面連續(xù)效果。2.1.2伴音參數(shù)

在AVI文件中，視像和伴音是分別存儲的，因此可以把一段視頻中的視像與另一段視頻中的伴音組合在一起。AVI 文件與WAV文件密切相關，因為WAV

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文件是AVI文件中伴音信號的來源。伴音的基本參數(shù)也即WAV文件格式的參數(shù)，除此以外，AVI文件還包括與音頻有關的其他參數(shù)[4]：

（1）視像與伴音的交織參數(shù)（Interlace Audio Every X Frames）AVI格式中每X幀交織存儲的音頻信號，也即伴音和視像交替的頻率X是可調參數(shù)，X的最小值是一幀，即每個視頻幀與音頻數(shù)據交織組織，這是CD－ROM上使用的默認值。交織參數(shù)越小，回放AVI文件時讀到內存中的數(shù)據流越少，回放越容易連續(xù)。因此，如果AVI文件的存儲平臺的數(shù)據傳輸率較大，則交錯參數(shù)可設置得高一些。當AVI文件存儲在硬盤上時，也即從硬盤上讀AVI文件進行播放時，可以使用大一些的交織頻率，如幾幀，甚至1秒[5]。

（2）同步控制（Synchronization）在AVI文件中，視像和伴音是同步得很好的。但在MPC中回放AVI文件時則有可能出現(xiàn)視像和伴音不同步的現(xiàn)象。

（3）壓縮參數(shù)：在采集原始模擬視頻時可以用不壓縮的方式，這樣可以獲得最優(yōu)秀的圖像質量。編輯后應根據應用環(huán)境環(huán)擇合適的壓縮參數(shù)。2.1.3AVI數(shù)字視頻的特點

提供無硬件視頻回放功能：AVI格式和VFW軟件雖然是為當前的MPC設計的，但它也可以不斷提高以適應MPC的發(fā)展。根據AVI格式的參數(shù)，其視窗的大小和幀率可以根據播放環(huán)境的硬件能力和處理速度進行調整。在低檔MPC機上或在網絡上播放時，VFW的視窗可以很小，色彩數(shù)和幀率可以很低；而在Pentium級系統(tǒng)上，對于64K色、320×240的壓縮視頻數(shù)據可實現(xiàn)每秒25幀的回放速率。這樣，VFW就可以適用于不同的硬件平臺，使用戶可以在普通的MPC上進行數(shù)字視頻信息的編輯和重放，而不需要昂貴的專門硬件設備。

實現(xiàn)同步控制和實時播放：通過同步控制參數(shù)，AVI可以通過自調整來適應重放環(huán)境，如果MPC的處理能力不夠高，而AVI文件的數(shù)據率又較大，在WINDOWS環(huán)境下播放該AVI文件時，播放器可以通過丟掉某些幀，調整AVI的實際播放數(shù)據率來達到視頻、音頻同步的效果。

可以高效地播放存儲在硬盤和光盤上的AVI文件：由于AVI數(shù)據的交叉存儲，VFW播放AVI數(shù)據時只需占用有限的內存空間，因為播放程序可以一邊讀取硬盤或光盤上的視頻數(shù)據一邊播放，而無需預先把容量很大的視頻數(shù)據加載到內存中。在播放AVI視頻數(shù)據時，只需在指定的時間內訪問少量的視頻圖像

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和部分音頻數(shù)據。這種方式不僅可以提高系統(tǒng)的工作效率，同時也可以實現(xiàn)迅速地加載和快速地啟動播放程序，減少播放AVI視頻數(shù)據時用戶的等待時間。

提供了開放的AVI數(shù)字視頻文件結構：AVI文件結構不僅解決了音頻和視頻的同步問題，而且具有通用和開放的特點。它可以在任何Windows環(huán)境下工作，而且還具有擴展環(huán)境的功能。用戶可以開發(fā)自己的AVI視頻文件，在Windows環(huán)境下可隨時調用。

AVI文件可以再編輯：AVI一般采用幀內有損壓縮，可以用一般的視頻編輯軟件如Adobe Premiere或Media Studio進行再編輯和處理。2.2運動補償預測

待傳送的時變圖像一般都包含幾個具有不同運動隊的物體。如果攝像機固定, 則景物靜止;在搖鏡頭的情況下, 景物則以幾乎均勻的速度移動。在任何一種情況下, 除由于運動而新增的背景和前景外, 奇遇像元都在前一幀出現(xiàn)過, 它的位置取決于所屬物體的運動情況。因此, 如果圖像的運動已知, 就可以通過對前一幀圖像上的像元位移和插值來得到當前場像元的良好預測, 這正是運動補償預測編碼的基礎, 其目的是使預測建立在更接近輸入信號實際模型的基礎上, 以獲得比固定預測器更好的改進。其基本技術包含以下幾部分: 1.圖像位移場的估計:一個簡單的方法是首先從圖像中分出固定背景和具有不同但均勻位移的幾個物體, 然后分別計算每個物體的位移量。

2.利用位移量產生運動補償?shù)念A測(這包括前面場或幀的插值)。3.對預測誤差及附帶信息(分割和位移估計)進行編碼。

對于固定物體和背景來說, 位移為零, 最佳預測就是前一幀的數(shù)據。對運動區(qū)域來說, 預測就是插值濾波器的輸出, 濾波器的參數(shù)由位移估計決定。2.3 預測編碼基本原理

由于語音信號的相鄰抽樣點之間有一定的幅度關聯(lián)性，所以，可根據以前時刻的樣值來預測現(xiàn)時刻的樣值，只要傳預測值和實際值之差，而不需要每個樣值都傳輸。這種方法就是預測編碼。

語音信號的樣值可分為可預測和不可預測兩部分?？深A測部分(相關部分)是由過去的一些權值加權后得到的；不可預測的部分(非相關部分)可看成是預

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測誤差。這樣，在數(shù)字通信中，就不用直接傳送原始話音信號序列，而只傳送差值序列。因為差值序列的信息可以代替原始序列中的有效信息，而差值信號的能量遠小于原樣值，就可以使量化電平數(shù)減少，從而大大地壓縮數(shù)碼率。在接收端，只要把差值序列疊加到預測序列上，就可以恢復原始序列。

圖1給出了差值脈碼調制(DPCM)系統(tǒng)原理框圖。圖中輸入樣值信號接收端重建信號為后的差值，是，是輸入信號與預測信號的差值，為量化

經編碼后輸出的數(shù)字碼。

圖1DPCM系統(tǒng)

編碼器中的預測器與解碼器中的預測器完全相同。因此，在無傳輸誤碼的情況下，解碼器輸出的重建信號化誤差定義為輸入信號

和編碼器的完全相同。DPCM的總量的差值。即有

與解碼器輸出的重建信號

由上式可知，在這種DPCM系統(tǒng)中，總量化誤差只和差值信號的量化誤差有關。圖2說明了預測的原理。

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圖2 DPCM預測原理

由圖2可見，預測值跟蹤輸入信號抽樣值變化。DPCM的方框圖如圖2.3中，它是典型的線性預測方式。

設原始信號序列中是序列中現(xiàn)在的樣值，而，并用

是的前

為，其

個樣值。若選用的前N個樣值來預測

其中，j為任意整數(shù)，表示預測值，則

數(shù)。為預測系數(shù)或加權系

是過去N個為預測階數(shù)。由上式可見，線性預測中，第n個預測值樣值的線性組合。2.4混合編碼

將幾種圖像序列的壓縮技術結合起來, 就構成了混合編碼方法。不同的圖像壓縮技術有不同的優(yōu)缺點。適當?shù)慕Y合有利于圖像更好的壓縮。MPEG-2編碼器原理

3.1MPEG-2標準的基本結構

MPEG全名：Moving Pictures Experts Group，中文譯名：動態(tài)圖像專家組。MPEG-2是該工作組于1994年發(fā)布的視頻和音頻壓縮國際標準，正式名稱

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為：活動圖像及伴音信息的通用編碼。MPEG-2標準分為9個部分，統(tǒng)稱為ISO/IECI38l8國際標準。第一部分系統(tǒng)，這一部分對MPEG-2的系統(tǒng)層次結構進行了定義，描述這一標準是如何將多個視頻，音頻和數(shù)據的基本碼流合成傳輸碼流和節(jié)目碼流的；第二部分視頻，描述了視頻的編碼方法，目的在于使視頻數(shù)據能夠以計算機能夠處理的形式在電視廣播信道上進行傳輸；第三部分音頻，是在MPEG-1基礎上進行的改進，用于音頻信號的編碼和解碼，與MPEG-1的音頻編碼音頻標準是反向兼容的：第四部分符合測試，對每一個編碼碼流進行檢驗，判斷其是否符合MPEG-2標準碼流；第五部分軟件，描述MPEG-2標準如何以軟件形式將第一、二、三部分實現(xiàn)的方法；第六部分數(shù)字化存儲媒體命令與控制部分，介紹了在交互式多媒體網絡中服務器與用戶之間會話指令的控制規(guī)范。這六個部分已經成為了國際編碼的正式標準，在數(shù)字電視領域中得到了廣泛的應用。MPEG-2標準的第七部分規(guī)定了多通道音頻編碼，與MPEG-1音頻不存在反向兼容關系；第八部分目前已停止運作；第九部分規(guī)定了傳送碼流的實時接口。

3.2MPEG-2視頻編碼系統(tǒng)原理及關鍵技術

MPEG-2圖像壓縮的原理利用了圖像的空間相關性和時間相關性。圖像的空間相關性是指在一幀圖像內每一個場景都是由數(shù)以億計的像素點構成的，通常狀況下一個像素與其周圍的一些像素在亮度、色度上存在的特定關系；圖像的時間相關性是因為一個節(jié)目是由若干個情節(jié)構成，一個情節(jié)包含眾多的圖像序列，而圖像序列是由許多幀連續(xù)的圖像組成的，在任何一個圖像序列中，前后幀的圖像存在一定的相關性。

在衛(wèi)星數(shù)字廣播電視的傳輸過程中，在衛(wèi)星數(shù)字廣播電視的傳輸過程中，如果將所得有信息都以編碼形式進行傳輸就會影響傳輸速率，加大系統(tǒng)負擔。因而，問題的關鍵就在于如何剔除圖像中由于時間相關性和空間相關性造成的冗余信息，通過保留非相關信息的傳輸以節(jié)省傳輸占用的頻帶，接收機再按照特定的解碼方法，利用傳出過去的非相關信息恢復成原始圖像，同時需要確保圖像質量使畫面盡可能的清晰連貫。

MPEG-2標準的視頻壓縮編碼技術與傳統(tǒng)技術相比能夠在相同畫面質量的前提下更大的限度上去除圖像中存在的冗余信息。MPEG-2標準利用了具有運

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動補償特點的幀間壓縮編碼技術、DCT技術、熵編碼減少了視頻傳輸?shù)臅r間冗余度、空間冗余度，信息表示上的統(tǒng)計冗余度，從而極大地增強了壓縮性能，節(jié)省了視頻傳輸占用的頻帶。

(一)幀間壓縮編碼技術

MPEG-2中的編碼圖像由I幀，P幀、B幀三類構成。I幀圖像采用了幀內編碼的方式，壓縮的倍數(shù)較低。通過減少單幀圖像內的空間相關性而暫時忽略時間相關性在接收機初始化、信道獲取、節(jié)目的切換和插入上減少了視頻冗余。通過編碼器對I幀圖像出現(xiàn)頻率的選擇使其周期性地出現(xiàn)于圖像序列中。P幀和B幀圖像都采用了幀間編碼的方式，利用空間相關性的同時利用了時間相關性。P幀圖像采用的前向時間預測提高了視頻壓縮的效率和圖像的質量。B幀圖像采用了未來幀作為參考，將圖像幀于幀之間的傳輸順序和顯示順序打亂進行傳輸，通過雙向時間預測大大地提高了視頻壓縮倍數(shù)。

(二)DCT技術

DCT技術實際上是空間變換技術的一種，在MPEG-2標準中DCT的基本單位是8x8的像塊。

DCT變換通過設置像塊能量的位置，DCT變換通過設置像塊能量的位置，將圖像的能量集中在少數(shù)幾個低頻的DCT系數(shù)上，在新生成的8x8的DCT系數(shù)塊中，左上角少量低頻系數(shù)被賦予較大的數(shù)值，其余系數(shù)被賦予較小的數(shù)值，這樣就可以在只編碼和傳輸幾個少數(shù)系數(shù)的同時對圖像質量不造成破壞。雖然DCT技術沒有對圖像直接進行壓縮，但通過對圖像能量的集中為下一步的壓縮奠定了基礎。量化過程實際上就是以某個量化步長去除DCT系數(shù)。量化的步長越小，包含的視頻信息越多，量化精度也就越細，但是所需要的傳輸頻帶也就高。由于人類的視覺對低頻系數(shù)感應更為明顯，因而在DCT變換系數(shù)中，對越低頻系數(shù)分配的量化精度越細，對越高頻系數(shù)分配的量化精度越粗，一般情況下，大多數(shù)的高頻系數(shù)在量化之后都會轉變?yōu)榱?。通過這一方式，在量化精度不嚴重超過需要的前提下，盡可能多地涵蓋了DCT空間的頻率信息。量化后，8x8二維矩陣中大多數(shù)的非零DCT系數(shù)位于左上角，通過之型掃描將原來的二維數(shù)組轉換為一維數(shù)組后，這些系數(shù)集中在數(shù)組的前部，量化結果為零的DCT系數(shù)則位于數(shù)組鍵字、所用技術、應用領域、所屬領域、經費數(shù)量等因素，通

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過對數(shù)據庫中已有項目的遍歷對比，來尋找與目標項目接近的項目，當存在某因素交集時記為1，無交集記為0，并做出累加，最后選取總得分最高的項目作為最佳參考項目。在找到接近項目后，調用對比項目的經費使用情況來判斷。從理論上講，應著重研究項目相似度的計算理論，通過對項目間進行全面的相似度分析，可以作為后續(xù)課題展開研究。MPEG-2解碼器原理

解碼器的工作原理如圖3所示

圖3解碼器的工作原理

解碼器中有一個頻率為27 MHz左右的壓控振蕩器(VCO-Voltage Controlled Oscillator)，VCO輸出信號作為解碼器系統(tǒng)時鐘送人計數(shù)器中，產生當前STC樣值，它與PCR一樣也是42 bit數(shù)值，其中高33 bit是以27MHz經過300分頻后的時鐘為單位計數(shù)值PCR_ Base，其作用是在解碼器切換節(jié)目時，提供對解碼器PCR計數(shù)器的初始值，以讓該PCR值與PTS, DTS最大可能地達到相同的時間起點。低9 bit是以27 MHz時鐘為單位的計數(shù)值PCR Extension ,它的作用是通過解碼器端的鎖相環(huán)電路修正解碼器的系統(tǒng)時鐘，使其達到和編碼器一致的27MHz。從接收到的碼流中依次獲得各幀的PTS和DTS值，將其和當前STC值的高33 bit位作比較。如果DTS大于STC值，則對碼流進行緩存，同時監(jiān)測

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STC值的變化，當STC值增大到與DTS值相等時，對該幀碼流進行解碼，播放該幀;如果由于傳輸網絡的緩沖延時抖動，當碼流到達解碼器時，其PTS值已經小于STC值，則解碼器跳過這一幀，丟棄該幀數(shù)據。由于PTS和DTS是根據PCR值產生的，因此必須將獲得的第一個PCR值作為初始值去置位解碼器的STC計數(shù)器，使它們的值一樣，否則將導致時基不同，從而解碼出錯。音頻與視頻的處理相似，只是不存在時序重排的問題。

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總

結

通過這次數(shù)字視頻信號源的編碼器和解碼器的研究的課程設計讓我學到了許多知識，不僅給我開闊了思路，而且還讓我認識到了自己對以前所學過知識的不足。

在這次課程設計當中我碰到了許多問題，我曾經接觸過這方面的書籍和實物，也對其有一些簡單的了解。但是卻不知道具體的工作原理，當我拿到課程設計的題名后完全不知道該怎么辦好，好在有同學們和老師的幫助使我明白了其中的道理，于此同時我通過大量地閱讀和查閱相關的資料，最終此次課程設計才得以完成。

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致

謝

課程設計是在大學生活中必須經歷的過程，從設計之初的無從下手到設計工作的圓滿完成，期間遇到了諸多的問題和困難。但最終在同學們的熱心幫助的老師細心指導下，通過自己的努力，最終這些問題與困難都得到了圓滿解決。

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參考文獻

[1].蔣秀華.現(xiàn)代電視機原理 [M].北京高等教育出版社，2008.P88~99

[2].裴昌辛.電視原理與現(xiàn)代電視系統(tǒng) [M].西安.西安電子科技大學出版社，1997.P101~169

[3].趙堅勇.電視原理與接收技術 [M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.P56~99

[4].劉達.數(shù)字電視技術 [M].北京：電子工業(yè)出版社，2007．P45~88

[5].解玉琢.MPEG-2運動圖像編碼國家標準及MPEG的新進展 [M].北京：清華大學出版社，2002．P99~155

第五篇：數(shù)據結構課程設計報告(HuffMan編碼器)

《數(shù)據結構》課程設計報告

題目：HuffMan編碼器

數(shù)據結構設計報告

計科0403

041106308

雷娜

一．問題描述

二．基本要求(需求分析)

三．?概要設計(設計思想、實現(xiàn)方法、模塊設計)

四．?詳細設計(數(shù)據結構設計、算法設計、算法分析)

五．測試數(shù)據及測試結果

六．課程設計小結(心得體會、存在問題、改進措施)

一．問題描述

利用哈夫曼編碼進行通信可以大大提高信道利用率，縮短信息傳輸時間，降低傳輸成本。

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但是，這要求在發(fā)送端通過一個編碼系統(tǒng)對待傳數(shù)據預先編碼，在接收端將傳來的數(shù)據進行譯碼（復原）。對于雙工信道（即可以雙向傳輸信息的信道），每端都需要一個完整的編/譯碼系統(tǒng)。試為這樣的信息收發(fā)站寫一個哈夫曼碼的編/譯碼系統(tǒng)。二．基本要求(需求分析)

一個完整的系統(tǒng)應具有以下功能：

（1）I：初始化（Initialization）。從終端讀入字符集大小n，以及n個字符和n個權值，建立哈夫曼樹，并將它存于文件hfmTree中。

（2）E：編碼（Encoding）。利用已建好的哈夫曼樹（如不在內存，則從文件hfmTree中讀入），對文件ToBeTran中的正文進行編碼，然后將結果存入文件CodeFile中。

（3）D：譯碼（Decoding）。利用已建好的哈夫曼樹將文件CodeFile中的代碼進行譯碼，結果存入文件TextFile中。

（4）P：印代碼文件（Print）。將文件CodeFile以緊湊格式顯示在終端上，每行50個代碼。同時將此字符形式的編碼文件寫入文件CodePrin中。

（5）T：印哈夫曼樹（Tree printing）。將已在內存中的哈夫曼樹以直觀的方式（樹或凹入表形式）顯示在終端上，同時將此字符形式的哈夫曼樹寫入文件TreePrint中。[測試數(shù)據] 用下表給出的字符集和頻度的實際統(tǒng)計數(shù)據建立哈夫曼樹，并實現(xiàn)以下報文的編碼和譯碼：“THIS PROGRAM IS MY FAVORITE”。

字符空格 A

M 頻度 186

13 22 32 103 21 15 47 57 1

20 字符 N

Z 頻度 57

15 1

51 80 23 8 1 1[實現(xiàn)提示]

（1）編碼結果以文本方式存儲在文件CodeFile中。

（2）用戶界面可以設計為“菜單”方式：顯示上述功能符號，再加上“Q”，表示退出運行Quit。請用戶鍵入一個選擇功能符。此功能執(zhí)行完畢后再顯示此菜單，直至某次用戶選擇了“Q”為止。

（3）在程序的一次執(zhí)行過程中，第一次執(zhí)行I，D或C命令之后，哈夫曼樹已經在內存了，不必再讀入。每次執(zhí)行中不一定執(zhí)行I命令，因為文件hfmTree可能早已建好。

三．概要設計(設計思想、實現(xiàn)方法、模塊設計)哈夫曼編碼是一種效率比較高的變長無失真信源編碼方法，它的平均碼長

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最短，因此是最佳編碼。我采用二進制哈夫曼編碼。

1．設計思想

a、原理：構造一個碼樹。

b、編碼步驟：

(1)將信源符號按概率從大到小的順序排列，為方便起見，令p(x1)≥p(x2)≥?≥p(xn)。

(2)對概率最小的兩個信源符號求其概率之和，同時給兩個符號分別賦予碼元“0 ”和“1”。將“概率之和”當作一個新符號的概率，與剩下符號的概率一起，形成一個縮減信源，結果得到一個只包含（n－1）個信源符號的新信源，稱為信源的第一次縮減信源,用S1表示。

(3)將縮減信源S1的符號仍按概率從大到小的順序排列，重復步驟2，得到只含（n－2）個符號的縮減信源S2。

(4)重復上述步驟，直至縮減信源只剩下兩個符號為止，此時所剩兩個符號的概率之和必為1。

(5)按上述步驟實際上構造了一個碼樹，從樹根到端點經過的樹枝即為碼字。

2．實現(xiàn)方法

第一，哈夫曼編碼實際上構造了一個碼樹，碼樹從最上層的端點開始構造，直到樹根束，最后得到一個橫放的碼樹，因此，編出的碼是即時碼。

第二，哈夫曼編碼采用概率匹配方法來決定各碼字的碼長，概率大的符號對應于短碼，概率小的符號對應于長碼，從而使平均碼長最小。

第三，每次對概率最小的兩個符號求概率之和形成縮減信源時，就構造出兩個樹枝，由于給兩個樹枝賦碼元時是任意的，因此編出的碼字并不惟一。

3．模塊設計

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1．進入的操作界面：

（圖一）

2．輸入字符串，及編碼結果

（圖二）

3．統(tǒng)計不同字符數(shù)及帶權路徑長度

（圖三）

4．各字符編碼明細

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（圖四）

四．詳細設計(數(shù)據結構設計、算法設計、算法分析)

（一）數(shù)據結構設計

1)結點類型：

//huffcode.cpp

typedef struct HaffmanTreeNode {

char ch, code[15];

int weight;

int parent, lchild, rchild;} HTNode, *HaTree;

typedef struct { HTNode arr[MAX_NODE];

int total;} HTree;

2)基本操作：

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int statistic_char(char *text, HTree *t);int create_htree(HTree *t);void coding(HTree *t, int head_i, char *code);void print_htree_ldr(HTree *t, int head_i, int deep, int* path);void code_string(char *text, HTree *t,char *codes);

（二）算法設計

在哈夫曼編碼過程中，對縮減信源符號按概率由大到小的順序重新排列時，應使合并后的新符號盡可能排在靠前的位置，這樣可使合并后的新符號重復編碼次數(shù)減少，使短碼得到充分利用。

（三）算法分析

(1)有效的信源編碼可取得較好的冗余壓縮效果。(2)有效的信源編碼可使輸出碼元概率均勻化。

4．測試數(shù)據及測試結果

1．輸入簡短英文字符串：

（圖五）

2．輸入數(shù)字英文混合串：

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（圖六）

3．混合串：

（圖七）

4．輸入復雜無規(guī)則長串：

（圖八）

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六．課程設計小結(心得體會、存在問題、改進措施)

本次程序設計使我不僅深化理解了教學內容，進一步提高靈活運用數(shù)據結構、算法和程序設計技術的能力，而且在總體分析、總體結構設計、算法設計、程序設計、上機操作及程序調試等基本技能方面受到了綜合訓練。

本次實驗我選擇Huffman編譯碼器的課題。幫助我深入研究樹的各種存儲結構的特性及其應用。由于課程設計著眼于原理與應用的結合，使我學會把書本上和課堂上學到的知識用于解決實際問題，從而培養(yǎng)了一部分計算機軟件工作所需要的動手能力。

我通過對Huffman編譯碼原理的學習，再通過分析、設計、編碼、調試等各環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了Huffman編譯碼器的數(shù)據實現(xiàn)和界面實現(xiàn)。在Huffman編譯碼器數(shù)據結構的算法設計中我同時用到了多種技術和方法，如算法設計的構思方法，算法的編碼，遞歸技術，與二叉樹和樹相關的技術等。從而幫助我深入學習研究了樹的各種存儲結構的特性及其應用。

為了實現(xiàn)界面友好的要求，我決定采用MFC的界面操作，所以必須以C++為基本語言，但是由于學習數(shù)據結構課程是基于PASCAL，實驗數(shù)據結構部分設計遇到一些語法沖突。但是通過課程實踐學習，我又開始熟悉C++的編程環(huán)境，從而實現(xiàn)了在不同語言上數(shù)據結構思想的統(tǒng)一。

此次課程設計并沒有劃定具體題目，包括算法需求都由我們度量，思路開闊。我始終和同學探討并獨立研究新的功能的實現(xiàn)。通過嘗試來學習，通過實踐去理解。

當然，通過多天來的上機實踐，我獲取了一些心得：

一．充分準備。由于課題寬泛，很多同學去網上下了界面優(yōu)良的源程序。相對而言在DOS下編程的我開始時很焦急，不知如何實現(xiàn)界面友好。準備充分是很重要的，為了實現(xiàn)MFC，我重新學習了C++語言。

二．冷靜，耐心投入。集中精力地編程，不被外界影響，使自己的思路始終連貫不被打斷。對待每一個錯誤，都要仔細分析，太過焦急，不僅不能及時的改正錯誤，還對后面的編程造成影響。

三．要有一種堅持不懈的毅力，不管自己的程序多么復雜，多么冗長，要堅持不懈的去完成。冷靜思考。

四．要對自己有信心，出錯是必然的?！皩覒?zhàn)屢敗，屢敗屢戰(zhàn)”，不怕受挫的心理承受能力和從零開始的決心是走向成功的必要條件。

五．學會與別人學習討論，但不依賴別人，可以通過借鑒思路從而創(chuàng)新，但決不照搬別人的東西。

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通過查找資料，我發(fā)現(xiàn)我們做Huffman編碼和解碼時，一般都要在內存通過指針生成Huffman樹，這是一個比較費時間、費空間的過程。實際上，真正的Huffman編碼程序經常使用其他更快的數(shù)據結構來完成樹的生成，如散列等。所以我的課題有待繼續(xù)學習研究。

?用戶手冊/使用說明

（圖九）

1．在此處輸入要編碼的字符串，點擊進行編碼。

2．再次輸入時再點擊可成功使用，不會受之前結果影響。

?附錄(源程序清單)//huffcode.cpp //C編寫的源代碼，原來含有writef()以及printf(),但由于最終用MFC界面實現(xiàn)，故刪去，只作為一 //些功能子函數(shù)被MFC的對話框類調用。//另外，對于類型申明等已包含于頭文件。#include “stdafx.h” #include “huffcode.h”

統(tǒng)計字符出現(xiàn)的頻率

*/ int statistic_char(char *text, HTree *t){

int i, j;

int text_len = strlen(text);

t->total = 0;

for(i=0;i

for(j=0;jtotal;j++)

if(t->arr[j].ch == text[i])

{

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t->arr[j].weight ++;

break;

}

if(j==t->total){

t->arr[t->total].ch = text[i];

t->arr[t->total].weight = 1;

t->total ++;

}

return t->total;}

int create_htree(HTree *t){

int i;

int total_node = t->total * 2-1;int min1, min2;/* 權最小的兩個結點 */

int min1_i, min2_i;/*

權最小結點對應的編號

int leaves = t->total;

for(i=0;i

t->arr[i].parent =-1;

t->arr[i].rchild =-1;

t->arr[i].lchild =-1;

}

while(t->total < total_node){

min1 = min2 = MAX_WEIGHT;

for(i=0;itotal;i++){ /*

對每一個結點

if(t->arr[i].parent ==-1 /*

結點沒有被合并

&& t->arr[i].weight < min2){ /*

結點的權比最小權小

if(t->arr[i].weight < min1){ /*

如果它比最小的結點還小

min2_i = min1_i;min2 = min1;

min1_i = i;

min1 = t->arr[i].weight;

}

else

{

min2_i = i;

min2 = t->arr[i].weight;

}

t->arr[t->total].weight = min1 + min2;

t->arr[t->total].parent =-1;

t->arr[min1_i].parent = t->total;

t->arr[min2_i].parent = t->total;

t->arr[t->total].ch = ' ';

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t->total ++;

}

return 0;} /*

對哈夫曼樹進行編碼

*/ void coding(HTree *t, int head_i, char *code){

if(head_i ==-1)return;

if(t->arr[head_i].lchild ==-1 && t->arr[head_i].rchild ==-1){

strcpy(t->arr[head_i].code, code);/

}

else {

int len = strlen(code);

strcat(code, “0”);

coding(t, t->arr[head_i].lchild, code);

code[len] = '1';

coding(t, t->arr[head_i].rchild, code);

code[len] = '

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編碼器總結報告（精選5篇）

第一篇：編碼器總結報告

第二篇：編碼器基礎知識

第三篇：編碼器知識小結

第四篇：數(shù)字視頻信號源的編碼器和解碼器的研究

第五篇：數(shù)據結構課程設計報告(HuffMan編碼器)