第一篇：2-2. 實用信號源的設計和制作

題目二 實用信號源的設計和制作（第二屆）

一、任務

在給定±15V電源電壓條件下，設計并制作一個正弦波和脈沖波信號源。

二、要求

1．基本要求

（1）正弦波信號源

① 信號頻率：20Hz～20kHz步進調整，步長為5Hz

② 頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于10-4

③ 非線性失真系數(shù)≤3%

（2）脈沖波信號源

① 信號頻率：20Hz～20kHz步進調整，步長為5Hz

② 上升時間和下降時間：≤1μs

③平頂斜降：≤5%

④ 脈沖占空比：2%～98%步進可調，步長為2%

（3）上述兩個信號源公共要求

① 頻率可預置。

② 在負載為600Ω時，輸出幅度為3V。

③ 完成5位頻率的數(shù)字顯示。

2．發(fā)揮部分

（1）正弦波和脈沖波頻率步長改為1Hz。

（2）正弦波和脈沖波幅度可步進調整，調整范圍為100mV～3V，步長為100mV。

（3）正弦波和脈沖波頻率可自動步進，步長為1Hz。

（4）降低正弦波非線性失真系數(shù)。

第二篇：信號源的設計與制作Protel仿真實驗報告

信號源的設計與制作 Protel 99se 仿真

何雷剛

信 號 源 的 設 計 與 制 作

Protel 仿真

實驗報告

姓名 ： 何 雷

剛

學號 ： 0407090107 班級 ： 電 信0901 時間 ： 2010.11.19

信號源的設計與制作 Protel 99se 仿真

何雷剛

目錄

一、課程設計的目的及要求..............................3 1.1 設計目的................................................3 1.2 設計要求................................................3

二、函數(shù)發(fā)生器基本原理................................3 2.1 原理框圖................................................3 2.2 函數(shù)發(fā)生器的總方案......................................3

三、各組成部分的工作原理..............................4 3.1 方波發(fā)生電路的工作原理..................................4 3.2 方波---三角波轉換電路的工作原理.........................5 3.3 三角波---正弦波轉換電路的工作原理.......................5

四、Protel原理圖繪制..................................6 4.1設置畫圖環(huán)境............................................6 4.2 定位元件和加載元件庫....................................6 4.3 放置元件并排版..........................................7 4.4 電路連接................................................7 4.5 電路及電氣規(guī)則檢查......................................8

五、PCB板的制作.......................................9 5.1 生成網(wǎng)絡表..............................................8 5.2 創(chuàng)建PCB文件............................................9 5.3 導入網(wǎng)絡報表至PCB.....................................11 5.4元件的布局.............................................12

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何雷剛

5.5自動布線...............................................12

六、元件清單.........................................13

七、心得體會.........................................13

信號源的設計與制作

Protel 仿真

一、課程設計的目的及要求

1.1 設計目的

1、對電路、模電、數(shù)電等基礎知識的掌握，對Protel 99se軟件的熟練使用

2、培養(yǎng)學生綜合設計和實踐能力。

1.2 設計要求

1、繪制信號源的的電路原理圖*.Sch，能夠實現(xiàn)完備的功能

2、能夠生成網(wǎng)絡報表*.NET和原件清單*.XLS

3、繪制相應電路的單面印刷版圖*.Pcb并進行仿真，給出仿真結果

二、函數(shù)發(fā)生器基本原理

2.1 原理框圖

2.2 函數(shù)發(fā)生器的總方案

函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波

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何雷剛

形的電路或儀器。根據(jù)用途不同，有產生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成電路(如單片函數(shù)發(fā)生器模塊8038)。為進一步掌握電路的基本理論及實驗調試技術，本課題采用由集成運算放大器與晶體管差分放大器共同組成的方波—三角波—正弦波函數(shù)發(fā)生器的設計方法。

產生正弦波、方波、三角波的方案有多種，如首先產生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變換成方波，再由積分電路將方波變成三角波；也可以首先產生三角波—方波，再將三角波變成正弦波或將方波變成正弦波等等。本課題采用先產生方波—三角波，再將三角波變換成正弦波的電路設計方法，本課題中函數(shù)發(fā)生器電路組成為由比較器和積分器組成方波—三角波產生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器傳輸特性曲線的非線性。

三、各組成部分的工作原理

3.1 方波發(fā)生電路的工作原理

矩形波產生電路

此電路由反相輸入的滯回比較器和RC電路組成。RC回路既作為延遲環(huán)節(jié)，又作為反饋網(wǎng)絡，通過RC充、放電實現(xiàn)輸出狀態(tài)的自動轉換。設某一時刻輸出電壓Uo=+Uz,則同相輸入端電位Up=+UT。Uo通過R3對電容C正向充電。反相輸入端電位n隨時間t的增長而逐漸增高，當t趨于無窮時，Un趨于+Uz；但是，一旦Un=+Ut后再稍增大，Uo就會從+Uz躍變?yōu)?Uz,與此同時Up從+Ut躍變?yōu)?Ut。隨后，Uo又通過R3對電容C反向充電。Un隨時間逐漸增長而減低，當t趨于無窮大時，Un趨于-Uz；但是，一旦

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Un=-Ut,再減小，Uo就從-Uz躍變?yōu)?Uz，Up從-Ut躍變?yōu)?Ut，電容又開始正相充電。上述過程周而復始，電路產生了自激振蕩。

3.2 方波---三角波轉換電路的工作原理

方波—三角波產生電路

方波變三角波電路圖，方波轉三角波電路圖如圖所示為具有三角波和矩形波輸出的振蕩電路。該電路由密勒積分器A2和施密特觸發(fā)器A1構成，可以產生三角波和矩形波輸出。振蕩頻率由密勒積分器的時間常數(shù)(R3+R4)?C1和觸發(fā)器的滯后電壓Vcc(R1+R2)/(R1+R2+R3)確定，其中Vcc為電源電壓。調節(jié)電阻R3可以改變振蕩頻率，而調節(jié)電阻R2既可以改變三角波的輸出幅度，也可以改變振蕩頻率。A2輸出三角波，A1輸出矩形波，它們之間相位差為90度。

3.3 三角波---正弦波轉換電路的工作原理

三角波——正弦波的變換電路主要由差分放大電路來完成，電路圖如圖所示。

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差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器，可以有效的抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。波形變換的原理是利用差分放大器的傳輸特性曲線的非線性，波形變換過程如圖所示。由圖可以看出，傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)域越窄越好;三角波的幅度Uim應正好使晶體接近飽和區(qū)域或者截至區(qū)域。用差分放大電路實現(xiàn)三角波到正弦波。

三角波-正弦波變換電路

四、Protel原理圖繪制

4.1設置畫圖環(huán)境

使用菜單Design/Document Options，出現(xiàn)如圖所示的窗口，可以設置圖紙尺寸、柵格等內容。還可以在菜單選擇Tools ? SchematicPreferences打開原理圖參數(shù)對話框進行設置,然后保存作為圖紙使用。

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Document Option對話框

4.2 定位元件和加載元件庫 4.3 放置元件并排版 4.4 電路連接

整體電路圖結果

4.5 電路及電氣規(guī)則檢查

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五、PCB板的制作

5.1 生成網(wǎng)絡表

選擇菜單Design/Create Netlist命令，如圖所示。

生成網(wǎng)絡表選項

點OK直接生成網(wǎng)絡表，如圖所示。

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網(wǎng)絡表中主要內容分為兩部分，一部分是各元件的屬性參數(shù)，以方括號作為開頭和結尾；一部分是各元件引腳的電氣連接信息，以圓括號作為開頭和結尾，如上圖(16)所示。

5.2 創(chuàng)建PCB文件

1、使用菜單File/New/PCB建立PCB文件。

2、出現(xiàn)PCB界面后要畫出版圖，注意此時要點到Keep-OutLayer再開始畫線，畫出為粉色。然后畫Top Layer，稍微比布局層大一點，畫出為紅色，如圖所示。

PCB置線

5.3 導入網(wǎng)絡報表至PCB 在PCB文件里面選擇菜單Design/Netlist…命令，出現(xiàn)下面對話框

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然后點Browse，選擇網(wǎng)絡報表.NET文件，出現(xiàn)下面對話框，如圖所示：

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5.4元件的布局

在上一步最后選擇OK，生成下面的PCB圖，進行排版，布局，讓看起來比較美觀，如下圖所示！

5.5自動布線

在Auto Route下可以有手動和自動兩種方式來布局，由于手動布局太復雜，這里采用自動布局的方式。執(zhí)行Auto Route后開始自動布線。布線后見圖。

自動布線后的效果圖

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六、元件清單

七、心得體會

此次通過使用Protel 99se軟件對函數(shù)信號發(fā)生器的設計與仿真，我深刻認識到了實踐的重要性。許多東西在書上看起來很簡單，但在實際操作時不那么容易，比如對工具軟件的使用。通過本次課設對于電路仿真軟件有了系統(tǒng)的認識，并且掌握了基本的操作，能夠完成原理圖的繪制，PCB的制作及仿真等。

最重要的是鍛煉了實際動手操作能力，掌握了新的技能，也明白學校安排這個課程設計的原因。本次課設更接近與實際的設計，學校在有意的培養(yǎng)我們是我們能夠更有競爭力。真正使我們能在現(xiàn)實社會中掌握真本領，有立足之地。

在整個電路繪制到PCB制作再到仿真，我個人感覺仿真部分是最難的，本次軟件使用中，前四五次的仿真都無法出現(xiàn)。后來通過使用一個電容產生自激后才有波形的顯現(xiàn)，可能這個軟件的仿真是十分理想的的電路狀況。當出現(xiàn)問題并想方設法去解決的時候才是真正考驗人的時候，需要你去查找去找新的知識，在這個過程中無疑又增進了自己對軟件的認識與知識的掌握。

通過這次課程設計，我 信號源的設計與制作 Protel 99se 仿真

何雷剛

時候，心里感到非常的興奮，雖然幾經(jīng)周折，但最后還是成功了，實現(xiàn)了應有的功能，感覺有很大的收獲。

第三篇：通信原理信號源實驗報告

信號源實驗實驗報告(本實驗包括 CPLD 可編程數(shù)字信號發(fā)生器實驗與模擬信號源實驗,共兩個實驗。)一、實驗目的 1、熟悉各種時鐘信號的特點及波形。

2、熟悉各種數(shù)字信號的特點及波形。

3、熟悉各種模擬信號的產生方法及其用途。

4、觀察分析各種模擬信號波形的特點。

二、實驗內容 1、熟悉 CPLD 可編程信號發(fā)生器各測量點波形。

2、測量并分析各測量點波形及數(shù)據(jù)。

3、學習CPLD 可編程器件的編程操作。

4、測量并分析各測量點波形及數(shù)據(jù)。

5、熟悉幾種模擬信號的產生方法,了解信號的來源、變換過程與使用方法。

三、實驗器材 1、信號源模塊

一塊 2、連接線

若干 3、20M 雙蹤示波器

一臺 四、實驗原理((一))D CPLD 可編程數(shù)字信號發(fā)生器實驗實驗原理

CPLD 可編程模塊用來產生實驗系統(tǒng)所需要的各種時鐘信號與各種數(shù)字信號。它由 CPLD可編程器件 ALTERA 公司的 EPM240T100C5、下載接口電路與一塊晶振組成。晶振 JZ1 用來產生系統(tǒng)內的 32、768MHz 主時鐘。

1、CPLD 數(shù)字信號發(fā)生器 包含以下五部分: 1)時鐘信號產生電路 將晶振產生的32、768MH Z 時鐘送入CPLD內計數(shù)器進行分頻,生成實驗所需的時鐘信號。通過撥碼開關 S4 與 S5 來改變時鐘頻率。有兩組時鐘輸出,輸出點為“CLK1”與“CLK2”,S4

控制“CLK1”輸出時鐘的頻率,S5 控制“CLK2”輸出時鐘的頻率。

2)偽隨機序列產生電路 通常產生偽隨機序列的電路為一反饋移存器。它又可分為線性反饋移存器與非線性反饋移存器兩類。由線性反饋移存器產生出的周期最長的二進制數(shù)字序列稱為最大長度線性反饋移存器序列,通常簡稱為 m 序列。

以 15 位 m 序列為例,說明 m 序列產生原理。

在圖 1-1 中示出一個 4 級反饋移存器。若其初始狀態(tài)為(0 1 2 3, , , a a a a)＝(1,1,1,1),則在移位一次時 1 a 與 0 a 模 2 相加產生新的輸入41 1 0 a ? ? ?,新的狀態(tài)變?yōu)?1 2 3 4, , , a a a a)＝(0,1,1,1),這樣移位 15 次后又回到初始狀態(tài)(1,1,1,1)。不難瞧出,若初始狀態(tài)為全“0”,即“0,0,0,0”,則移位后得到的仍然為全“0”狀態(tài)。這就意味著在這種反饋寄存器中應避免出現(xiàn)全“0”狀態(tài),不然移位寄存器的狀態(tài)將不會改變。因為 4 級移存器共有 24 =16 種可能的不同狀態(tài)。除全“0”狀態(tài)外,剩下 15 種狀態(tài)可用,即由任何 4 級反饋移存器產生的序列的周期最長為 15。

a 3 a 2 a 1 a 0+輸出 圖 1-1位 m 序列產生 信號源產生一個 15 位的 m 序列,由“PN”端口輸出,可根據(jù)需要生成不同頻率的偽隨機碼,碼型為 1111,頻率由 S4 控制,對應關系如表 1-2 所示。

3)幀同步信號產生電路 信號源產生 8K 幀同步信號,用作脈沖編碼調制的幀同步輸入,由“FS”輸出。

4)NRZ 碼復用電路以及碼選信號產生電路 碼選信號產生電路:主要用于 8 選 1 電路的碼選信號;NRZ 碼復用電路:將三路八位串行信號送入 CPLD,進行固定速率時分復用,復用輸出一路 24 位 NRZ 碼,輸出端口為“NRZ”,碼速率由撥碼開關 S5 控制,對應關系見表 1-2。

5)終端接收解復用電路 將 NRZ 碼(從“NRZIN”輸入)、位同步時鐘(從“BS”輸入)與幀同步信號(從“FSIN”輸入)送入 CPLD,進行解復用,將串行碼轉換為并行碼,輸出到終端光條(U6 與 U4)顯示。

2、24 位 NRZ 碼產生電路

本單元產生 NRZ 信號,信號速率根據(jù)輸入時鐘不同自行選擇,幀結構如圖 1-2 所示。幀長為 24 位,其中首位無定義(本實驗系統(tǒng)將首位固定為 0),第 2 位到第 8 位就是幀同步碼(7位巴克碼 1110010),另外 16 位為 2 路數(shù)據(jù)信號,每路 8 位。此 NRZ 信號為集中插入幀同步碼時分復用信號。光條(U1、U2 與 U3)對應位亮狀態(tài)表示信號 1,滅狀態(tài)表示信號 0。

× 1 1 1 0 0 1 0 × × × × × × × × × × × × × × × ×無定義位幀同步碼 數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)2 圖 1-2 幀結構 1)并行碼產生器 由手動撥碼開關 S1、S2、S3 控制產生幀同步碼與 16 路數(shù)據(jù)位,每組發(fā)光二極管的前八位對應 8 個數(shù)據(jù)位。撥碼開關撥上為 1,撥下為 0。

2)八選一電路 采用 8 路數(shù)據(jù)選擇器 74LS151,其管腳定義如圖 1-3 所示。真值表如表 1-1 所示。

表 1-1 74LS151 真值表 C B A STR Y L L L L D0 L L H L D1 L H L L D2 L H H L D3 H L L L D4 H L H L D5 H H L L D6 H H H L D7 × × × H L 圖 1-3

74LS151 管腳定義 74LS151 為互補輸出的 8 選 1 數(shù)據(jù)選擇器,數(shù)據(jù)選擇端(地址端)為 C、B、A,按二進制譯碼,從 8 個輸入數(shù)據(jù) D0～D7 中選擇一個需要的數(shù)據(jù)。STR 為選通端,低電平有效。

本信號源采用三組 8 選 1 電路,U12,U13,U15 的地址信號輸入端 A、B、C 分別接 CPLD 輸出的 74151_A、74151_B、74151_C 信號,它們的 8 個數(shù)據(jù)信號輸入端 D0～D7 分別與 S1,S2,S3輸出的 8 個并行信號相連。由表 1-1 可以分析出 U12,U13,U15 輸出信號都就是以 8 位為周期的串行信號。

((二))模擬信號源實驗 實驗原理

模擬信號源電路用來產生實驗所需的各種低頻信號:同步正弦波信號、非同步信號與音樂信

號。

(一)同步信號源(同步正弦波發(fā)生器)1、功用 同步信號源用來產生與編碼數(shù)字信號同步的 2KHz 正弦波信號,可用在 PAM 抽樣定理、增量調制、PCM 編碼實驗,作為模擬輸入信號。在沒有數(shù)字存貯示波器的條件下,用它作為編碼實驗的輸入信號,可在普通示波器上觀察到穩(wěn)定的編碼數(shù)字信號波形。

2、電路原理 圖 2-1 為同步正弦信號發(fā)生器的電路圖。它由 2KHz 方波信號產生器(圖中省略了)、同相放大器與低通濾波器三部分組成。

C25333321411U19ATL0841098U19CTL084R1920KC35472W1100K2K1TP32KC7104C19104C14104+12V-12VR76k8R106k8R96k8R1510kTH1TH 圖 2-1

同步正弦波產生電路 2KHz 的方波信號由 CPLD 可編程器件 U8 內的邏輯電路通過編程產生。

“2K 同步正弦波”為其測量點。U19A 及周邊的電阻組成一個的同相放大電路,起到隔離與放大作用,。U19C 及周邊的阻容網(wǎng)絡組成一個截止頻率為 2K 的二階低通濾波器,濾除方波信號里的高次諧波與雜波,得到正弦波信號。調節(jié) W1 改變同相放大器的放大增益,從而改變輸出正弦波的幅度(0～5V)。

(二)非同步信號源 非同步信號源利用混合信號SoC型8位單片機C8051F330,采用DDS(直接數(shù)字頻率合成)技術產生。通過波形選擇器 S6 選擇輸出波形,對應發(fā)光二極管亮。它可產生頻率為180Hz~18KHz 的正弦波、180Hz~10KHz 的三角波與 250Hz~250KHz 的方波信號。按鍵 S7、S8分別可對各波形頻率進行增減調整。

非同步信號輸出幅度為 0~4V,通過調節(jié) W4 改變輸出信號幅度。可利用它定性地觀察通信話路的頻率特性,同時用作增量調制、脈沖編碼調制實驗的模擬輸入信號。

3218 4U10ATL082C4104-12V+12VC31041TP4非 同 步 信 號調 節(jié) 幅 度TH8TH3218 4U11ATL082R61100W4100KS6 SW-PBS7 SW-PBS8SW-PBR3010KR6015KC38330PC41100P567U10BTL082C40330PR2722KR2827KR2910KR3347KC26104C24104 +12V-12VC37330PP0.31P0.22P0.13P0.04GND5VDD6RST/C2CK7P2.0/C2D8P1.79P0.420P0.519P0.618P0.717P1.016P1.115P1.214P1.313P1.412P1.511P1.610U5C8051F3303.3VR596203.3VC2CKC2DC33104C30104C43100uD9LEDD10LEDD11LEDR77330R78330R80330R76100R74100R73100波 形 選 擇頻 率

+頻 率

-567U11BTL082R8310KR823.3KselR811KX013X114X215X312X41X55X62X74INH6A11B10C9VEE7X3VCC16GND8U14CD4051sel+12V567U20BTL082R8710KR853.3KR211K567U9BTL082+12V-12VC42330PR8415KR716.8KR233.3KC44200PR2510K3218 4U9ATL082sel1 3218 4U20ATL082R8810KR863.3KR22 1Ksel1+12V-12V(三)音樂信號產生電路 1、功用 音樂信號產生電路用來產生音樂信號,作模擬輸入信號檢查話音信道的開通情況及通話質量。

2、工作原理 D43.3VR34100E410uF/16V1234U21K13PIN1TP10MUSICVCCTH7THC6104C9104+12V-12V3218 4U7AR4751kR524k7R56100kC10 153R628k2R4010k567U7BC22682C11102C20222 圖 2-3 音樂信號產生電路 音樂信號產生電路見圖 2-3。音樂信號由 U21 音樂片厚膜集成電路產生。該片的 1 腳為電源端,2 腳為控制端,3 腳為輸出端,4 腳為公共地端。V CC 經(jīng) R34、D4 向 U21 的 1 腳提供 3、3V 電源電壓,當 2 腳通過 K1 輸入控制電壓+3、3V 時,音樂片即有音樂信號從第 3 腳輸出,經(jīng)低通濾波器輸出,輸出端口為“音樂輸出”(四)載波產生電路 1、功用 載波產生電路用來產生數(shù)字調制所需的正弦波信號,頻率有 64KHz 與 128KHz 兩種。

2、工作原理 64K 載波產生電路如圖 2-4 所示,128K 載波產生電路如圖 2-5 所示 64KHz(128KHz)的方波信號由 CPLD 可編程器件 U8 內的邏輯電路通過編程產生。“64K同步正弦波”(“64K”同步正弦波)為其測量點。U17A(U18A)及周邊的電阻組成一個的同相放大電路,起到隔離與放大作用。U17D(U18D)及周邊的阻容網(wǎng)絡組成一個截止頻率為64K(128KHz)的二階低通濾波器,濾除方波信號里的高次諧波與雜波,得到正弦波信號。調節(jié)W2(W3)改變同相放大器的放大增益,從而改變輸出正弦波的幅度(0～5V)。

321411U17ATL084C31104W250KR1451KR2447K121314U17DTL0841TP164KC21 470pfC28200pfR354k7R3110K64kC18104C15104C39 102R547k+12V-12VTH2TH 圖 2-4

64K 載波產生電路 321411U18ATL084C32104W350KR1651KR2639k121314U18DTL0841TP2128KC23 330pfC29100pfR363k3R328k2128kC2104C12104C17 470pfR7239k+12V-12VTH3TH 圖 2-5

128K 載波產生電路 五、實驗結果 1、觀測時鐘信號輸出波形。

撥碼開關 時鐘

撥碼開關 時鐘 0000 32、768M 1000 128K 0001 16、384M 1001 64K 0010 8、192M 1010 32K 0011 4、096M 1011 16K 0100 2、048M 1100 8K 0101 1、024M 1101 4K 0110 512K 1110 2K 0111 256K 1111 1K 根據(jù)上面表格進行測量:

2、用示波器觀測幀同步信號輸出波形

3、用示波器觀測偽隨機信號輸出波形

4、觀測 NRZ 碼輸出波形 1)將撥碼開關 S1,S2,S3 設置為“01110 10101010”,S5 設為“1010”,用示波器觀測“NRZ”輸出波形。

2)保持碼型不變,改變碼速率(改變 S5 設置值),用示波器觀測“NRZ”輸出波形。

3)保持碼速率不變,改變碼型(改變 S1、S2、S3 設置值),用示波器觀測“NRZ”輸出波形。

1、用示波器測量“2K 同步正弦波”、“64K 同步正弦波”、“128K 同步正弦波”各點輸出的正弦波波形,對應的電位器 W1,W2,W3 可分別改變各正弦波的幅度。

2、用示波器測量“非同步信號源”輸出波形。

1)按鍵 S6 選擇為“正弦波”,改變 W4,調節(jié)信號幅度(調節(jié)范圍為 0～4V),用示波器觀察輸出波形。

2)保持信號幅度為 3V,改變 S7、S8,調節(jié)信號頻率(調節(jié)范圍為 180Hz~18KHz),用示波器觀察輸出波形。

3)將波形分別選擇為三角波、方波,重復上面兩個步驟。

3、將控制開關 K1 設為“ON”,令音樂片加上控制信號,產生音樂信號輸出,用示波器在“音樂輸出”端口觀察音樂信號輸出波形。

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(jù)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(jīng)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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目 錄

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(jīng)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(jù)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(jù)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。”和真視頻點播，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(jù)自己的時間觀看該節(jié)目。四是互聯(lián)網(wǎng)接入。用戶可以用電視瀏覽網(wǎng)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(jīng)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(jù)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(jù)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(jù)的方式可使得讀取視頻數(shù)據(jù)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(jù)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(jù)量越大。

（2）、幀率（Frames per second）：幀率也可以調整，而且與數(shù)據(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)AVI格式的參數(shù)，其視窗的大小和幀率可以根據(jù)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(wǎng)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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)的交叉存儲，VFW播放AVI數(shù)據(jù)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(jù)一邊播放，而無需預先把容量很大的視頻數(shù)據(jù)加載到內存中。在播放AVI視頻數(shù)據(jù)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(jù)。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(jù)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(jù)。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(jù)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。可預測部分(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(jīng)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(jù)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(jù)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(wǎng)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(jīng)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)榱恪Ｍㄟ^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(jīng)費數(shù)量等因素，通

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過對數(shù)據(jù)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(jīng)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(jīng)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(wǎng)絡的緩沖延時抖動，當碼流到達解碼器時，其PTS值已經(jīng)小于STC值，則解碼器跳過這一幀，丟棄該幀數(shù)據(jù)。由于PTS和DTS是根據(jù)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(jīng)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(jīng)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

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第五篇：關于有線電視系統(tǒng)信號源的選擇（最終版）

關于有線電視系統(tǒng)信號源的選擇

隨著數(shù)字電視的推進，為了節(jié)約成本，方便管理，全國各地的賓館酒店以及學校工廠紛紛對原有的有線電視系統(tǒng)進行施工，將數(shù)字方式更改為模擬方式。簡單說，就是把一戶一機改為一個頻道一個機頂盒。

但對于該有線電視前端系統(tǒng)的信號源，則有著不同的選擇。

作為賓館酒店來說，信號源可以分為幾種：衛(wèi)星信號、數(shù)字電視信號或者混合信號。

其中衛(wèi)星信號指的是采用衛(wèi)星接收系統(tǒng)接收亞洲三號105.5、中星6B115.5、鑫諾三號125和中星9號92.2等四顆衛(wèi)星傳送的國內免費節(jié)目。從衛(wèi)星信號來說，由于92.2中星9號衛(wèi)星采用的是ku波ABS-S波束，由于其雨衰問題及可能存在的升級問題，所以一般不建議作為有線電視前端的主節(jié)目源，對于各地電視臺來說，也只是作為備用節(jié)目源。而鑫諾三號的節(jié)目源較少，亞洲三號不允許大規(guī)模傳送，故多采用

中星6B為主節(jié)目源進行轉播。

數(shù)字電視信號指的就是機頂盒。將機頂盒作為節(jié)目源，一個頻道使用一臺機頂盒，將機頂盒解壓后的音視頻信號傳輸?shù)皆械挠芯€電視系統(tǒng)當中。

混合信號一般是以衛(wèi)星信號為主，機頂盒信號為輔的一種手段。由于衛(wèi)星信號沒有免費的央視3568

等節(jié)目，所以在一些前端中，會使用少量的機頂盒輔助傳輸一些加密節(jié)目。

其實說到這里，大家也基本看明白了。主要的信號來源其實就是衛(wèi)星信號和機頂盒信號兩種。當然還有一些，比如開路信號、原系統(tǒng)中的模擬信號等等。但由于不常用，故在此暫不討論。

說到這兩種信號，其實各有好處。

衛(wèi)星信號的最大的特點就是免費。但不可避免的是，由于賓館酒店出于成本上的考慮，一般不會增加備用信號。而衛(wèi)星信號的不穩(wěn)定性則可能帶來意外的轉播事故。比如09年4月份的中星6B事件和09年8月的鑫諾三號事件。并且，由于我國直播星出于起步狀態(tài)，對于加解密系統(tǒng)的測試工作也在同步進行。這也勢必增加了獨立收視群體的不穩(wěn)定因素。而有線電視數(shù)字機頂盒則可以較好的避免以上潛在問題。由于地方電視臺采取的是多種信號并發(fā)，并具備一套以上的備用信號，所以該類信號相對較穩(wěn)定。即使某顆衛(wèi)星出問題，可以很快使用其他的備用信號，恢復正常。當然不可避免的是每個機頂盒不菲的收視費用。

但作為經(jīng)營性的酒店賓館來說，有線電視作為一項不很重要，但又不可或缺的服務，穩(wěn)定是最重要的。降低該類設備的故障率，減免維修工時，是最為理想的。所以，綜合各種因素來考慮的話，還是使用

機頂盒比較合適一些。