广播电视信号节能传输技术应用

陶文凤

（莱西市融媒体中心，山东 青岛 266600）

0 引 言

随着广播电视行业的快速发展，广播电视信号的传输技术也不断进步。虽然传输技术变得更加先进，但相应的能源消耗却不容忽视。为了实现良性循环发展，广播电视行业需要采取节能减排的措施。在这一背景下，广播电视信号节能传输技术应运而生，成为了广播电视行业的重要发展方向。本文将重点介绍广播电视信号节能传输技术的应用，探讨该技术在广播电视行业中的发展现状和未来发展趋势。

1 高效编码算法

高效编码算法是广播电视信号节能传输中的重要应用之一，其主要目的是通过有效压缩数据，降低信号传输时所需的能量[1]。

基于深度学习的AVS3 视频编码技术相较于传统的视频编码技术，有着更高的压缩效率、更少的码率波动和更好的视觉质量。在广播电视信号节能传输中，AVS3 视频编码技术可以降低视频传输时所需的带宽和能量消耗，实现节能效果[2]。

其在广播电视信号节能传输中的具体应用主要表现在以下几个方面。第一，高效的视频编码。AVS3视频编码技术可以对视频信号进行高效的压缩，降低传输时所需的带宽，从而减少视频传输过程中的能量消耗；第二，带宽自适应技术。在广播电视传输中，当无法提供足够的带宽来传输高质量视频时，AVS3视频编码技术可以根据网络条件自适应降低视频质量，降低视频码率，从而在有限的带宽条件下，保证视频传输的顺畅性。第三，快速解码技术。快速解码技术可以使广播电视接收设备快速解码压缩视频数据；其中在数字视频编码框架中采用的环路滤波技术包含了密集网络的思想，通过密集残差神经网络（Dense Residual Network，DRN）进行环路滤波，这一网络模型以密集残差单元（Dense Residual Unit，DRU）作为基本单元，较传统残差单元不同之处在于，去掉了BN层、增多了一个旁路，将输入X 直接送到下一个二极管整流器（Diode Rectifier Units，DRU），基于多个DRU级联，各DRU 的输入和前一个DRU 以及之前所有提取的特征都相关，不仅不会增加网络模型参数，还有利于提高网络性能（DRU 的网络结构如图1 所示）[3]。综上，基于深度学习的AVS3 视频编码技术可以提高视频编码和解码的效率，降低带宽和能量消耗，在广播电视信号节能传输方面具有非常重要的应用价值。

图1 密集残差神经网络结构

2 新型调制调节技术

2.1 OFDM

正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）是一种广泛应用于现代通信技术中的调制技术，通过将信号在不同的子载波间划分传输，降低整体的带宽需求，提高信号的传输速率，并且还能够通过选择不同的子载波，根据不同的频率特性进行信道调节，以提高信号传输的稳定性和可靠性等[4]。OFDM 将不同路径的窄带信号扩展成一个宽带信号的示例如图2 所示。

图2 OFDM 将不同路径的窄带信号扩展成一个宽带信号

唐春森等人在研究中提出采用OFDM 技术提高数据载波频带利用率与抗干扰性，实现高速数据传输。实验结果发现，系统数据传输速率皆大于10 Mb/s（如表1 所示），提示OFDM 技术采取多载波的方式进行数据传输，充分利用了信号通道的宽带，进而提高了数据传输速率[5]。

表1 数据传输速率

由上分析可知，OFDM 技术具有带宽利用率高、多路信号传输、自适应调节信道、灵活性等优点。同时它也存在一些不足之处，如多普勒效应和信噪比的下降等问题[6]。

2.2 MIMO

多入多出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技术是用于现代通信技术中基站与移动终端之间的一种无线通信技术，它可以通过多个天线同时传输和接收数据，从而实现更快速、更可靠的数据传输，提高了传输速率和数据吞吐量[7]。在MIMO 技术中，通信设备使用多个天线进行信号传输和接收，这些天线之间相互独立，被称为空间信道；传输时，MIMO 技术可以同时使用多个空间信道，在同一频率上传输不同的数据，大大提高信道的带宽利用率。在接收端，利用MIMO 技术同时接收多个信道的提取信号，可以消除大部分信号的干扰，提高信号接收的稳健性。

在数字电视广播的传输中，使用MIMO 技术可以利用多个天线来传输和接收信号，以提高信号传输的可靠性，降低噪声和干扰等因素对信号传输的影响，使得数字电视传输信道更加稳定，同时降低传输功率，实现了数字电视广播的节能[8]。

MIMO 技术在广播电视信号的传输和接收过程中具备高速数据传输、有效降低传输功率和节能等优点，目前已成为现代电视传输的主要技术手段。

3 优化传输设备

3.1 采用先进的低功耗芯片

传输设备的耗电量对电视信号的传输效果与功耗影响巨大，因此采用先进的低功耗芯片技术可以有效减少传输设备的功耗，并且也可以提高信号传输速度和稳定性，实现节能传输的目标。

沈志春等学者的研究中，阐述了一款低功耗芯片设计方法，基于先进工艺低功耗芯片中2 个子模块的寄存器转换级电路（Register Transfer Level，RTL）代码，分别使用传统优化方法与模块优化方法加以综合优化。通过分析可知，在功耗方面，模块优化方案与传统优化方案相比，其芯片的漏电功耗降低近22.5%，因此使用模块化做综合优化设计，既满足了设计时序，又实现了降低22.5%的漏电功耗[9]。

3.2 优化传输设备的设计结构

在传输设备的结构设计上，应该采用紧凑、精简以及高效的设计方式，减少传输设备的体积和重量，提高散热能力和空气流通性，从而达到减少能耗的目的。第一，采用可变功率控制技术。传输设备可以根据信号强度自动调整发射功率，以达到最佳传输效果。在信号强的地方可以降低发射功率，从而实现节能的目的。第二，采用深度睡眠模式技术。传输设备在不需传输信号时，进入深度睡眠状态，降低功耗。例如，通过使用专用的睡眠线路，可以将设备处于待机状态时的功耗降低到0.1 W 以下。第三，采用智能传输方案。传输设备可以根据实时的传输质量数据调整传输策略，从而减少重复传输和功耗，提高传输效率。第四，采用高效的加解密技术。采用经过优化的加解密算法可以在保证传输质量的前提下降低功耗。除了上述方案，还可以通过对传输机制的研究和改进，以及采用新型材料和工艺等手段，持续优化传输设备的设计结构，从而实现更为高效、可靠以及节能的传输方案。

4 基于互联网的传输方式

4.1 数字微波

一般来说，数字微波主要是指利用微波形式对相关数字信号进行传输，微波作为一种典型电磁波，其频率介于300 MHz ～300 GHz。广播电视信号在传输过程，可采用该技术对信号频率进行针对性调整，保证广播电视信号传输更精准、可靠，清晰度与效率更高，同时也在一定程度上实现节能目标，具体体现在以下几个方面。第一，高效能量利用。数字微波的传输过程是通过无线电波实现的，相比传统的有线电缆传输方式，数字微波传输的能量利用率较高。数字微波传输所需的能量相对较少，因此在传输广播信号的过程中能够降低能源消耗。第二，提高传输效率。与传统的有线电缆传输方式相比，数字微波传输的速度较快，能够在短时间内完成广播电视信号的传输和分发。传输速度的提高也能够降低传输时间和频次等要素所产生的能源消耗。第三，降低耗能成本。数字微波传输技术所需的硬件设备较少，设备运行功率也相对较小，因此相对于传统的有线电缆方式，数字微波技术对企业和机构的建设成本与运行成本都有所降低。第四，提高信号质量。数字微波传输技术能够提高信号传输的质量水平，同时也可以降低信号传输时的波动和中断，从而减少重传和设备维护等过程所需的能源消耗。

4.2 流媒体技术

流媒体技术是一种广播电视信号传输的新兴技术，将其应用于广播电视信号节能传输中，既降低了传统方式的能源消耗，又能够提高传输效率、降低运营成本，在一定程度上可以实现节能目标，具体表现在以下4 个方面[10]。第一，节省能源。流媒体技术使用互联网或局域网传输数据，相比传统的无线或有线信号传输方式，采用流媒体技术能够充分利用现有的网络设施，节省能源消耗。第二，优化传输效率。流媒体技术采用数据流传输方式，能够优化传输效率，减少等待时间和传输时间，从而降低传输能源消耗。第三，灵活的传输方式。流媒体技术能够自适应不同带宽和网络环境下的传输方式，根据网络带宽的变化，合理调整数据流量和传输速率，降低传输过程中的能耗。第四，降低运营成本。流媒体技术的传输设备和设施开销相对较低，同时不需要租用传统的无线和有线传输设备，因此可以降低广播电视传输过程的运营成本。

5 结 论

广播电视信号节能传输技术是当前广播电视行业内重要的技术之一，通过高效的编码算法、新型的调制调节技术、优化传输设备以及基于互联网的传输方式等手段，广播电视行业正在不断探索如何降低能源消耗，减少传输成本，提高传输质量。目前，该技术还有更加广阔的发展空间和巨大的潜力。在未来，新兴技术不断涌现，7G、8K、AI 等技术的应用将为广播电视信号节能传输技术的进一步发展提供更多的机会和挑战。相信在广播电视行业相关各方的共同努力下，广播电视信号节能传输技术的应用将持续推进，并为广播电视行业的可持续发展提供更加优化的解决方案。