解码技术论文精品(七篇)

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篇(1)

论文关键词:直读式电子压力计;单芯远距离传输;曼彻斯特码;编码;解码

论文摘要:本文从现有存储式电子压力计的技术现状出发，分析了在井下高温、高压、远距离条件下，实现压力、温度数据实时可靠采集、传输、分析的压力计——直读式电子压力计的数据传输方案和实施，并从技术需求分析、通讯方案选择、单芯远距离传输、曼彻斯特码编解码的软硬件设计等方面，对直读式电子压力计数据传输方案进行了深入研究。试验数据分析结果表明，本文研究结果解决了直读式电子压力计的关键技术，增强了电子压力计在油田测井领域的市场竞争力。

一、引言

目前存储式电子压力计已广泛应用于国内各大油田高温井下压力和温度的测量。存储式电子压力计在工作过程中，仪器内的单片机系统和各种传感器共同完成井下压力和温度的采集，并以数字量形式存储于电可改写型存储器中，待测试过程完成后，再将压力计返回地面，用专门配套研制的数据回放仪与压力计连接，通过软件和硬件接口通讯进行数据的接收、回放和处理，使用很不方便，影响生产。

因此，为克服存储式电子压力计的上述缺点，提高油田生产效率，提升电子压力计在油田测井领域的市场竞争力，必须研制在井下高温、高压、远距离条件下，实现压力、温度数据实时可靠采集、传输、分析的压力计——直读式电子压力计。

二、直读式电子压力计技术需求分析

（一）功能及主要技术指标要求

直读式电子压力计实现井下压力和温度参数的测量，并将测量结果通过单芯铠装电缆实时传送至地面解码控制仪，主要技术指标要求如下所示。

a) 压力测量范围：（0～30、45、60、80）MPa；压力测量误差： 0.04%F.S；

b) 温度测量范围：（-20～+150）℃， 测量误差：±1℃；

c) 传输距离不小于6000m；通讯误码率1.0×10-7。

（二）基本方案及工作原理

直读式电子压力计由井下电子压力计和地面解码控制仪两部分组成，其中井下电子压力计由压力传感器、温度传感器、信号放大电路、模数转换电路、单片机系统、编码电路、数字通讯接口电路和装载于单片机系统中的相关工作软件组成，解码控制仪由解码电路、通讯接口电路、通用计算机(油田配置)和相关工作软件组成。

工作过程中，井下电子压力计由地面解码控制仪通过单芯铠装电缆提供能源，温度和压力传感器分别将环境压力和温度转换为电信号输出，该电信号经放大和模数转换后由单片机系统进行数据实时采集和处理，然后按一定周期经数字通讯口输出。井下电子压力计和井上解码控制仪之间通过单芯铠装电缆连接，解码控制仪中通讯接口电路接收井下电子压力计输出的压力和温度数据，并经解码后输入计算机中进行实时分析和处理。

三、数据传输方案选择

设备之间数据通讯通常有并行通讯和串行通讯两种方案，并行通讯的缺点是传输距离短，通讯信道所占点号多，而串行通讯与之相反。根据井下电子压力计与井上解码控制仪的数据传输特点，需选择串行数据传输方式。

在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分逻辑1和逻辑0，即用正的电压跳变表示逻辑0，用负的电压跳变表示逻辑1。

在油田测井中，井下电子压力计在井下采集大量信息，并传送给地面解码控制仪；但井下电子压力计到地面解码控制仪这段信道的传输距离较长且环境恶劣，常用的NRZ码不适合在这样的信道里传输，而且NRZ码含有丰富的直流分量，容易引起滚筒的磁化。曼彻斯特编码方式使得信号以串行脉冲码的调制方式在数据线上传输，和最常用的NRZ码相比，消除了NRZ码的直流成分，具有时钟恢复和更好的抗干扰性能，这使它更适合于从井下到井上的信道传输，因而在井下电子压力计和地面解码控制仪之间选用曼彻斯特编码使数据传输可靠性更高、传输距离更远。

四、曼彻斯特码编码软硬件设计

每一周期井下电子压力计需将采集到的压力和温度两个参数分别进行曼彻斯特编码方式输出，井下电子压力计与地面解码控制仪之间按如下通讯协议进行。

a) 压力与温度均以字为单位进行传送，先发送压力字，后发送温度字，一个压力字和一个温度字的组合称为一个消息；

b) 每一个字由20位组成，第1～3位为3个起始位，第4～19位为16个数据位，第20位为奇偶校验位；

c) 压力字3个起始位电平为先高后低，温度字起始位为先低后高，高低电平均各占一位半，压力字与温度字校验位均采用奇校验；

d) 传输的波特率：5.7292 kbps（175μs/位），传输一个消息共耗时3.5ms。为保证数据传输可靠性，井下电子压力计同一消息在一个采样周期内重复发送两次，地面解码控制仪根据校验位判断每个字的正确性。

由单片机编程输出两路I/O控制信号，经过滤波电路、运放电路、整型电路后，产生曼彻斯特编码双相电平信号，并经单芯铠装电缆送至地面解码控制仪。为满足曼彻斯特编码格式及井下电子压力计与地面解码控制仪之间的通讯协议，井下电子压力计软件采用如下的编程方式输出波形。

a）压力字同步头为262.5μs高电平后跟随262.5μs低电平，温度字同步头为262.5μs低电平后跟随262.5μs高电平；

b）若数据位为逻辑0，则在87.5μs低电平后跟随87.5μs高电平；

c）若数据位为逻辑1，则在87.5μs高电平后跟随87.5μs低电平；

d）校验位的波形产生方式与数据位相同。

五、曼彻斯特码解码软硬件设计

地面解码控制仪需将井下电子压力计输出的曼彻斯特码进行解码，并按通讯协议用软件将接收到的曼彻斯特码数据转换为井下电子压力计测得的压力和温度数据，即地面解码控制仪中的解码过程为井下电子压力计编码过程的逆过程。曼彻斯特码解码过程可分为如下三部分：

a) 同步字头检测，并辨别其为温度数据还是压力数据。

b) 对曼码形式的数据进行解码，从曼彻斯特码波形中分离出同步时钟，并将时钟和数据进行处理使曼码数据转化为非归零二进制数据。

c) 将串行数据转化为并行数据，并进行奇偶校验，以检验数据传输的正确性。

经过几千米铠装电缆传输上来的数据，幅度衰减到毫伏级，因此井上需要精密的解码电路，才能保证数据传输无误码率。井下传输上来的数据经过滤波电路、精密运算放大器、双D触发器输出曼码波形给单片机，经过单片机的程序转化为井下的压力与温度数字量。

六、试验结果

直读式电子压力计首台产品完成厂内试验后，到油田用8000m的铠装电缆连接井下电子压力计和地面解码控制仪，将电子压力计下放到井下6500m的深度，在温度高达150℃、压力为30～60 MPa的油井中测试压力和温度。在三次连续5个小时的测试过程中，数据传输准确可靠，没有出现丢点现象，误码率为零。

七、结束语

试验数据统计分析结果表明，本文研究结果解决了直读式电子压力计通讯方案、通讯协议、单芯远距离传输、曼彻斯特码编解码软硬件设计等关键技术，增强了电子压力计在油田测井领域的市场竞争力。

参考文献

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论文关键词：视频编码,压缩技术

 

一、引言

所谓视频编码方式就是指通过特定的压缩技术，将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。视频压缩发展到现在己有几十年的历史。1948年，Oliver提出了第一个编码理论脉冲编码调制(PulseCodingModulation，简称PCM);同年，Shannon的经典论文“通信的数学原理”首次提出了信息率失真函数的概念;1959年，Shannon进一步确立了码率失真理论;而Berger在1971年所著的《信息率失真理论》一书则对率失真理论做了系统地论述和扩展;以上各项工作奠定了信息编码的理论基础。

二、AVS基本介绍

AVS是基于我国创新技术和部分公开技术的自主标准，技术方案简洁，芯片实现复杂度低，达到了第二代标准的最高水平；而且，AVS通过简洁的一站式许可政策，是开放式制订的国家、国际标准，易于推广；此外，AVS是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系，为数字音视频产业提供更全面的解决方案。综上所述，AVS可称第二代信源标准的上选。

图1AVS视频编码器框图

三、AVS主要技术

AVS采用的主要技术包括：8x8整数变换量化技术、帧内预测、半像素与1/4精度像素插值、特殊的帧间预测运动补偿、二维熵编码、去块效应环内滤波等：

1.整数变换量化：AVS为了避开H.264的专利问题，选择了以往标准广泛采用的8×8变换，这样可以在16位处理器上无失配地实现。AVS采用的64级量化，可以完全适应不同的应用和业务对码率和质量的要求。目前AVS所采用的8x8变换与量化方案大大降低了芯片的实现难度。

2.帧内预测：AVS采用的帧内预测技术，是用相邻块的像素预测当前块，同时采用代表空间域纹理方向的多种预测模式。AVS亮度和色度帧内预测都是以8x8块为单位的。亮度块采用5种预测模式，色度块采用4种预测模式，而这4种模式中有3种和亮度块的预测模式相同。在编码质量相当的前提下，AVS采用较少的预测模式，使方案更加简洁、实现的复杂度大为降低。

3.帧间预测运动补偿：帧间运动补偿编码是混合编码技术框架中最重要的部分之一。AVS标准采用了16×16，16×8，8×16和8×84种用于运动补偿的宏块模式，去除了MPEG-4AVC/H.264标准中的8×4，4×8，4×4的块模式，这样可以更好地刻画物体运动，提高运动搜索的准确性。

4.半像素与1/4精度像素插值：AVS通过4抽头滤波器（-1，5，5，-1）得到半像素点，再通过4抽头滤波器（1，7，7，1）和均值滤波器得到1/4像素点，在不降低性能的情况下减少插值所需要的参考像素点，减小了数据存取带宽需求，这在高分辨率视频压缩应用中是非常有意义的。

5.预测模式：AVS的B帧双向预测使用了直接模式、对称模式和跳跃模式。使用对称模式时，码流只需要传送前向运动矢量，后向运动矢量可由前向运动矢量导出，从而节省后向运动矢量的编码开销；对于直接模式，前块的前、后向运动矢量都是由后向参考图像相应位置块的运动矢量按比例分配导出，因此也可以节省运动矢量的编码开销；跳跃模式的运动矢量导出方法和直接模式的相同，跳跃模式编码块都不编码运动补偿的残差，也不传送运动矢量，即该模式下宏块只需要传输模式信号则可。

6.二维熵编码：AVS熵编码采用自适应变长编码技术。在AVS熵编码过程中，定长码用来编码具有均匀分布的语法元素，指数哥伦布码用以编码可变概率分布的语法元素。采用指数哥伦布码的优势在于：一方面，它的硬件复杂度比较低，可以根据闭合公式解析码字，无需查表；另一方面，它可以根据编码元素的概率分布灵活确定k阶指数哥伦布码编码，如果k选得恰当，编码效率可以逼近信息熵。预测残差的块变换系数后，经扫描形成（level、run）对串，level、run不是独立事件，而存在很强的相关性，在AVS中level、run采用二维联合编码，并根据当前level、run的不同概率分布趋势，自适应改变指数哥伦布码的阶数。

四、总结与展望

目前AVS技术可实现标准清晰度、相当清晰度、低清晰度等不同格式视频的压缩，但针对此类应用的压缩效率还有待不断提高，这应当是AVS视频技术进一步发展的重点所在：着力AVS编解码的实际应用研究，优化AVS运动搜索算法，提高AVS解码速度，从而推动我国数字音视频标准AVS的推广和应用。

参考文献

1 陈亮 AVS先进编码技术研究 华中科技大学 2006

2 申青平 AVS-M关键技术及多平台应用研究 湘潭大学 2007

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论文关键词：RFID，医药品，物流，信息系统

 

引言

近些年来，频频出现的医药品安全事故使公众对医药品生产工艺和用药安全产生了不同程度的质疑。部分事故就是由于现在医药品物流系统的不完善所导致的。为此，商务部将出台《医药物流企业分级评估指标》、《医药物流服务规范》、《药品零售企业经营服务规范》和《药品现代物流企业标准》等针对医药物流企业的一系列行业标准。可见，改善医药品物流信息系统，提高其服务水平，增强医药品监管、维护正常的药品市场秩序，成为当务之急。

1 RFID的基本概念

Radio Frequency Identification（RFID）即无线射频识别，是利用电磁感应、无线电波或者是微波等信号通过空间耦合进行非接触式的双向通信信息系统，通过这种形式的数据交换从而达到识别目标的一种技术，俗称电子标签。[1]

由于具有可非接触式数据交换、有效读写距离远、读写速度快、可识别高速运动的物品、数据记忆容量大、安全保密性高、读写穿透力强、可重复使用、耐恶劣环境能力强等一系列优点，因此RFID主要用于军事、航空、交通、物流、制造、汽车、零售、医疗、动物、食品、票证、服装、图书、煤矿、防伪等广泛领域中的自动识别和数据采集。

RFID的初次使用可追溯到上世纪六十年代电子商品防盗系统（Electronic Article Surveillance，EAS）中的比特电子标签。从七十年代开始，RFID技术及产品进入到快速发展的时期，如RFID技术逐渐融入到动物追踪识别系统以及电子车牌系统。RFID技术及产品进入到商业应用阶段是从八十年代开始，此后各种规模的RFID系统开始出现，RFID技术及产品逐渐成为人们生活的一部分，RFID技术标准化问题也日趋得到重视论文服务。自本世纪初开始，RFID技术开始向物流与供应链领域渗透。[8]

一个完整的RFID系统应当由RFID数据采集器、中间件或接口、应用系统软件以及信息管理平台构成；其中数据采集器内包含标签、芯片、阅读器以及天线，这其中的芯片主要用于数据交换时的储存。正是由于芯片的这一独特之处，使得RFID与传统的条形码技术有所区别。[9]

整个RFID系统的工作原理如图1所示：RFID系统工作时必须有个前提，就是要处于一定的有效磁场区域内。带有信息的电子标签进入到有效磁场区域内，当阅读器通过天线发送出一定频率的射频查询信号，这时电子标签凭借感应电流获得的能量而被激活，将存储在芯片的信息经自身解码后通过内置天线发送出去。阅读器的接收天线接收到信号后，传送给到阅读器。接下来信息系统，阅读器对接收到的信号进行解调解码，解码后的信息通过应用系统软件最终输送到信息管理平台进行相应处理和控制。[2]

图1 RFID系统工作原理图

2 医药品物流系统分析

医药品物流是在依托一定的物流设备、技术和物流管理信息系统的基础上，有效整合营销渠道上下游资源，优化医药品供、销、配、运等环节中的验收、存储、分拣、配送等作业过程，通过自动化、信息化和效益化等技术的应用，从而提高订单处理能力，减少货物分拣差错，降低库存及缩短配送时间，进一步降低

物流成本，提高物流服务水平和资金使用效益。典型的医药品物流过程如图2所示：[3]

图2 医药品物流过程

2009年，国务院出台了《物流业调整和振兴规划》，医药品物流的发展是其中的主要任务之一。由于医药品自身的一些特性，医药品物流系统相比较于其他物流系统而言，对于逆向物流的管理更为重要。

2.1医药品物流复杂性高

医药品行业是一个集高投入、高技术、高风险与高回报等特点于一身的行业。医药品物流最大的特点就是分类复杂、品种繁多。医药品行业分类如表1所示：

表1 医药品行业分类

 

序号

标志值

类型

1.

按照自身性质分

化学原料药、化学药品、医疗器械、化学试剂以及保健品等

2

按照来源和性状

中药材、中药饮片、中成药，化学原料药及其制剂、抗生素类、生化药品、血清疫苗、血液制品，放射性药品等

3

按照温度分

常温品种、低温品种、冷冻品种等

4

按中国药品管理制度分

处方药和非处方药

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关键词:超高频;射频识别;读写器

中图分类号：TN92 文献标识码：A

Research and Design of UHF RFID reader

LI Bao-shan，LI Ge

（Inner Mongolia University of Science and Technology, Inner Mongolia Baotou 014010,China）

Abstract:The system of UHF RFID has the advantages such as storage capacity, read and write speed, recognition distance, and can read or write multiple RFID tags simultaneously, which has been applied widely in many fields. In order to meet market requirements, this paper proposes a design project of a UHF RFID system interrogator based on ARM. In this paper, two aspects of hardware and software design of the interrogator are described, the design gives the structure of interrogator, work processes and the related flow chart of software. The practical results show that the interrogator has the advantages of read and write speed, efficient read-write, recognition distance and so on, which can meet market requirements.

Keywords: RFID; UHF; reader

1引言

超高频射频识别[1]（Radio Frequency Identification，RFID）即无线射频识别技术，是自动识别技术的一种，通过无线耦合的方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据，不需人工接触，不需光学可视即可完成信息输入和处理，并且操作简单快捷，具有广泛的应用前景。

RFID系统按工作频率可分为低频、高频、超高频、微波四个频段。其中，超高频（UHF） RFID系统具有读写距离远，同时识别多标签，读写速度快等优点，因此UHF RFID系统使用的场景越来越多。UHF频段的RFID产品也逐渐成为这个行业的主流产品。

2系统结构及其工作原理

2.1系统结构

基本的RFID系统主要由三部分组成：电子标签（Tag）、读写器（Reader）、PC机或后台数据库，其基本结构如图1所示。

2.2系统的工作原理

RFID技术的基本工作原理[2]是利用空间电磁波的耦合或者传播来进行通信，达到自动识别被识别对象，获取识别对象相关信息的目的。读写器通过天线发送一定频率的射频信号，当贴有电子标签的物体进入无线识别系统读写器的识读范围时，其天线将产生感应电流，电子标签获得能量被激活并向读写器发送自身的编码等信息，读写器接收到电子标签发射回来的电磁波信号后，经过处理得到电子标签存储的代码等信息，这些信息可以作为物体的特征数据被传送到计算机进一步处理。

3UHF读写器设计

3.1读写器的结构

UHF读写器的内部结构如图2所示。 读写器主要由三部分组成：（1）主控部分：本设计中，主控部分选用ARM9单片机；（2）射频部分：射频部分又由发射部分和接收部分两部分组成，其中发射部分由调制器、滤波器和功率放大器组成；接收部分由滤波电路解调器多级运放和整形电路组成；（3）天线。

3.2工作流程

读写器的工作过程分发送读写命令和接收标签返回信息两阶段，具体如下：

1 ）发送读标签命令的工作流程如下:

（1）计算机发送读标签命令给主控制器，主控制器接收到来自计算机的读标签信号，启动读标签程序，主控制器内相应的编解码电路FPGA对读标签令进行编码，FPGA将编码好的基带信号送至调制器; （2）调制器将基带信号与本振信号混合,将混合信号调制到 UHF 频段；（3）调制后的高频信号被送至功率放大器进行放大; （4）放大后的信号被送入环形器，环形器再将高频信号送至天线发射。

2 ）接收标签返回信息的工作流程如下:

（1）标签接收到读写器发来的信号，获得能量被激活，开始执行读写器命令，并将返回的应答信息以后向散射调制方式送至天线；（2）天线将接收到的信号经环形器送至带通滤波器滤波；（3）信号经过滤波后被送至解调电路，解调电路将信号进行解调后送至放大电路进行放大；放大后的信号被送至整形电路，形成基带信号送至编解码电路解码；（4）编解码电路将基带信号进行解码并进行CRC校验,形成标签信息,传给 ARM；（5）最后，ARM 将接收的标签信息按照一定规则传给计算机进行处理。

3.3主控部分

主控模块选择 ARM为控制芯片 , 该模块的主要功能就是协调系统工作。主要包括控制读写器与计算机的数据通讯；在启动时向 FPGA 传送配置数据初始化 FGPA；控制锁相环频率合成器的输出频率使其产生系统所需的频率；控制发射输出的功率大小；在读标过程中向 FPGA 传送读标签命令从而启动编码程序和对接收的信号进行解码；处理标签信息，实现防冲突功能。

3.4发射部分

发射部分的原理图如图3所示。发射部分的工作流程如下:

（1 ）ARM主控制器设定工作频率，控制频率合成器产生载波频率并送至功率分配器；（2） 编解码电路将标签命令编码成基带信号送至混频器；（3 ）混频器将载波信号和基带信号混合将其调制到所需频率,调制后的高频送带通滤波器滤波,然后送至功率放大器进行放大，功率大器的放大倍数由 ARM 根据需要控制 ;（ 4 ）放大后的信号经环形器送天线发射;

3.5接收部分

同样，标签返回读写器的信息，也要由相应的接收电路进行接收和处理，接收部分的原理图如图4所示。接收部分的工作流程如下:

（1 ）环形器将天线接收到的标签信号送至带通滤波器进行滤波，滤波后的信号送至小信号放大器进行放大；（ 2 ）放大后的信号被送至 90°相移功率分配器，90°相移功率分配器将信号分成正交的2 路信号：一路是没有相移的信号,另一路是相移 90°的信号，这 2 路信号同时送到2 个完全相同的解调电路进行解调；（ 3 ）解调电路解调出相对应的中频 IF 信号并送入二阶LC低通滤波器，滤除残留的载波；（4）解调滤波后的信号通过差分放大电路，然后被送至电压比较器；（5） 电压比较器将放大后完整的解调信号电压与设定的基准电压比较，还原成标签返回信息的基带信号，经整形后送至编解码电路解码处理。

3.6读写器软件设计

系统控制软件包括对读写器的初始化、配置控制器和编解码电路、设定发射功率、发送寻卡命令、防冲突算法实现、读卡命令、数据处理、与计算机进行通信等。软件控制流程如图 5所示。

4结束语

超高频读写器对系统的要求比较高，它要求数据传输和处理速度快 ,选择ARM9作为主控制器 ,增强了数据的处理速度的同时也适应不断增加的 RFID标签和读写器之间数据传递量。另外，选择ARM9作为控制器其处理速度快，接口资源丰富 ,可扩展性强，为以后在实际应用中读写器的升级扩展打下良好的基础。经过测试该读写器在同类型产品设计中具有一定优势，各项性能都符合系统设计要求。

参考文献

[1] 肖菊兰，张红雨. 超高频FRID读写器设计[J].北京：电子设计工程，2010.

[2] 王晓华，周晓光，孙百生. 超高频射频识别读写器设计[J].北京：电子测量技术，2007.

[3] 尚 锐. 一种超高频 RFID读写器的设计[J].仪表技术, 2008（8）:31-33

[4] 蒋泰，李柏.UHF频段射频识别读写器的设计[J].广西工学院学报, 2007（3）:48-51

[5] EPCglobal Inc.. Specification for RFID Air Interface[S]. EPCglobal Inc.,2008

[6] Joshua Y. Maina，Marlin H. Mickle，Michael R. Lovell，Laura A.Schaefer. Application of CDMA for anti-collision and increased read efficiency of multiple RFID tags[J]. Journal of Manufacturing Systems,2007,11（6）:28-29

[7] Kipnis I , Chiu S , Loyer M ,et al．A 900MHz UHF RFID reader 6transceiver IC．IEEE Int Solid-State Circuits Conf Dig Tech Papers,2007

[8] 张福洪 ,邓朝日,赵晓红,方洪灿.RFID 读写器发射模块电路设计与实现[J].电子器件, 2009

[9] 章小城，向伟，徐丹.基于 Intel R1000芯片的超高频RFID 手持式读写器设计[J]. 计算机与数字工程, 2008

[10] 李伟.超高频FRID读写器的研究与设计[D]. 郑州: 郑州大学硕士学位论文.2010

[11] 陈友平.基于ARM9的UHF读写器模块设计[D].成都：电子科技大学硕士学位论文.2010

[12] 曾庆远. 基于ARM 嵌入式平台的RFID 读写设计[D]. 成都：电子科技大学硕士学位论文.2009

作者简介

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【关键词】电子相册 STM32单片机 液晶显示

1 引言

电子相册也叫做数码相框，是指可以不借助计算机能在LCD 液晶屏上显示图片的一种电子产品。电子相册结合了数字电视技术、数字信号存储技术和LCD液晶显示技术，即将成为最受欢迎的个性化数码产品之一。电子相册继承了相框的温情和数码的时尚，给人类的生活带来了无穷的乐趣。鉴于电子相册广泛的用途，电子相册的开发具有重要的意义和市场价值。虽然目前电子相册还没能普及，但随着数码照相机的普及，电子相册将成为必不可少的配套产品，它也将会成为继电视机、计算机之后人们生活中不可或缺的第三类显示器件！本文提出了一种基于STM32系列单片机 STM32F103RCT6的低功耗、低成本设计方案，该方案电路简单，主要依靠软件实现各项功能。而STM32 更是具有价格低、自身外设丰富、实时性能强、功耗低等特点。因此，进行基于STM32平台的电子相册的设计具有重要的实用价值和理论意义。

2 硬件电路

本系统采用基于ARM Cortex-M3内核的STM32作为主控制器，外扩SD卡、TFT彩屏以及按键。STM32主控模块：主要用来读取存储模块中的数据，并且驱动LCD显示。液晶显示模块：主要用来显示BMP、JPG等格式的图片。存储模块：主要用来存放BMP、JPG等格式的图片。按键模块：主要用来对图片进行翻页。

2.1 STM32主控模块

本设计选用的STM32系列单片机 STM32F103RCT6 ，该芯片具有256KB闪存、48KB RAM、8个定时器、3个SPI、5个串口、1个FSMC接口以及64个通用IO口。该芯片是基于ARM Cortex-M3内核的嵌入式处理器，其特点是高性能、低功耗、低成本。基于以上优点，该设计采用此单片机作为主控芯片。

2.2 显示模块

本设计采用2.8英寸TFT-LCD屏作为显示模块，TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器，该显示屏具有亮度好、层次感强、颜色鲜艳、对比度高等特点，在手机、MP4等产品中得到了广泛的应用。该显示屏采用ILI9341作为控制器，采用16位80并口与外部连接，选用触摸屏专用芯片XPT2046，可实现触摸操作。

2.3 存储模块

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备，已经被广泛应用于许多电子产品中。例如数码相机、PDA和多媒体播放器等。SD卡体积小、重量轻，但却有容量大、数据传输率快、移动灵活以及安全性高等特点。SD卡只能使用3.3V的输入输出电平，故控制器一定要能够支持3.3V电压。设计中使用SPI模式，在SD卡收到复位信号，同时CS为低电平时启用SPI模式。在SD卡初始化的时候，时钟周期最大不能超过400KHZ。

3 系统的软件设计

该设计通过CPU对SD卡中的BMP、JPG等格式图片进行处理、读取，然后以幻灯片的形式在TFT彩屏上显示出来，并通过按键控制图片的切换。该设计的总体流程图如图1所示。

3.1 SD卡的读取

常用的文件系统有FAT12/16/32等，FAT12管理8M左右的空间， FAT16管理2G的空间， FAT32管理2TB的空间。由于FAT32采用了更小的簇，这样就可以更有效的保存数据，不会造成浪费。通常SD卡上的数据信息由MBR（有的也没有MBR）、DBR、FAT、FDT和数据区5个部分组成。MBR称为主引导记录区， DBR为操作系统引导记录区，FAT称为文件分配表，FDT称为文件根目录表。

SD卡在进行读写操作之前都必须首先对SD卡进行的初始化。初始化SD卡时，SPI的时钟不能太快。在初始化之后，再提高SPI的速率。刚开始要先发送至少74个时钟信号，随后就是写入两个命令CMD0与CMD1，使SD卡进入SPI模式。SD卡的读写操作是通过发送SD卡命令完成的。SPI总线模式支持单块（CMD24）和多块（CMD25）写操作，在需要读取SD卡中的数据时，执行命令字CMD17，首先接收到第一个响应命令字节（0xFE），接着接收到512个字节的SD卡数据，最后接收到2个字节的CRC验证码。

3.2 液晶显示屏的控制

ILI9341液晶控制器的主要使用6个重要的命令：0XD3，是读ID4指令，用于读取LCD控制器的ID；0X36，是存储访问控制指令，可以控制ILI9341存储器的读写方向；0X2A，是列地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认），该指令用于设置横坐标；0X2B，是页地址设置指令，在从左到右，从上到下的扫描方式（默认），该指令用于设置纵坐标；0X2C，是写GRAM指令，在发送该指令之后，便可以往LCD的GRAM里面写入颜色数据了，该指令支持连续写；0X2E，是读GRAM指令，用于读取ILI9341的显存（GRAM）。

3.3 图片解码

我们常用的图片格式有很多，最常用的有三种：JPEG（或JPG）、BMP和GIF。其中JPEG（或JPG）和BMP是静态图片，而GIF则是可以实现动态图片。

BMP（全称Bitmap）是Window操作系统中的标准图像文件格式。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，故此，BMP图片文件占用的空间较大，但是没有失真。BMP格式文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。对于BMP格式的图片，我们采取从SD卡中边读取边解码显示的方式进行解码，一般FAT32文件簇的大小都是512字节，所以我们以簇为单位读取图片信息，之后解码显示，接着读取下一簇信息并在液晶上显示，直到读完最后一簇，我们的图片也就解码显示完毕

JPEG是Joint Photographic Experts Group（联合图像专家组）的缩写，同BMP格式不同，JPEG是一种有损压缩格式，能够将图像压缩在很小的储存空间。JPEG压缩技术非常先进，它使用有损压缩方式除去多余的数据。而且JPEG是一种灵活的图像格式，可以调节图像的质量，压缩比率通常可以处于在10∶1到40∶1之间，压缩率越高，图像的品质越差，反之，图像品质就越高。JPEG格式主要压缩高频信息，同时较好的保留了色彩的信息，它可以支持24bit真彩色，主要适用于互联网和连续色调的图像。JPEG的解码是一个很复杂的过程，该设计中用到了FATFS的作者提供的一个的JPG/JPEG解码库：TjpgDec，只需3.5KB的FLASH和3KB的RAM即可实现JPG/JPEG解码。JPEG/JPEG图像文件解码过程如下：首先从文件头开始读出文件的相关信息；接着从图像数据流中读取一个编码单元（MCU） ，并提取里边的各个颜色分量；将颜色分量从数据流恢复成矩阵数据；接下来对8×8 的数据矩阵进一步解码；最后颜色系统YCrCb 向RGB 转换，排列整合各个MCU 的解码数据。

4 结论

本论文设计了一款基于STM32单片机的电子相册，该设计的主控芯片具有256KB闪存和48KB RAM，时钟频率可达72MHz，并且集成了丰富的片内外设，功耗低，价格便宜。TFT液晶触摸屏具有亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳等特点。该系统的硬件电路很简单，主要通过软件来实现具体的功能，最终设计了一款具有价格便宜，功能齐全，显示效果良好，模块化结构的电子相册。

参考文献

[1]张洋，严汉宇，刘军.原子教你玩STM32[M].北京：北京航空航天大学出版社，2013.

[2]梁明亮，齐公博.基于ARM9的简易数码相框[J].电子制作，2010（10）.

[3]丁鑫蕾.一种简易数码相框的设计[J].微型机与应用，2010（31）.

[4]任松岩.基于ARM的数码相框的设计[J].电子制作，2010（03）.

[5]刘军.例说STM32[J].北京：北京航空航天大学，2011（10）.

[6]谭浩强.C程序设计[M].北京：清华大学出版社，2008.

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【 关键词 】 卫星广播；防插播；AES编解码 【 中图分类号 】 TN93

Technology Discussion on Satellite Broadcast Preventing from Insertion

Lu Lin 1 Zou Nan-jing 2 Jiang Hao 1

（1.No.36 Research Institute of CETC ZhejiangJiaxing 314033；

2.Zhejiang Radio and Television Group ZhejiangHangzhou 310005）

【 Abstract 】 The article bases on present situation and development trend of satellite broadcast preventing from insertion， has carried on the thorough discussion to the satellite broadcast transmission guard measure.To ensure reliable run of satellite broadcast and television system，construct and consummate safe broadcast system have the important reference significance.

【 Keywords 】 satellite broadcast； preventing from insertion； AEC code

1 引言

广播电视作为，是最为重要的宣传阵地，也是老百姓喜闻乐见的传播工具，受众面十分广泛，因此广播电视的插播亦将演变成突发的公共安全事件，广播电视安全播出已经成为广电系统的生命，根据中央政令各播出机构必须按照在任何时间、任何情况都不出现非法画面的要求做好安全播出工作。

目前，中央和省级广播节目大部分通过卫星链路，采用与电视节目复用上行的方式为调频覆盖点提供节目信号。研发基于卫星传输的广播节目防插播安全防范系统，对增强技术防范，切实提高安全播出保障能力具有十分重要的意义。

2 研究现状和发展趋势

针对恶意干扰，我国专家已提出了一些卫星抗干扰措施，主要有几种方法。

1）信号压制法。即增加正常广播节目信号的上行功率，使得信号强度明显大于干扰，以压制干扰信号。

2）空间隔离法。即上行固定赋形波束接收。卫星转发器接收天线的固定赋形波束仅覆盖各地合法的特定地区，不包含最有可能产生干扰的地区，以达到抗干扰目的。

3）频率隔离法。即改变上行信号频率。当卫星上转发器接收机接收到干扰信号时，转发器接收机依据控制信号及时改变接收频率以拒收干扰信号，并同时对应改变给定地面上行站发射频率，以使转发器接收机能继续接收并转发合法上行信号。

这些干扰措施，能够在一定程度上对特定区域的卫星干扰进行隔离，但无法从根本上防范恶意干扰和非法插播。

3 卫星广播防插播可行性分析

目前全国绝大多数广播电台采用MPEG1-LAYER2音频压缩编码标准。主要依据屏蔽模式通用子带编码复用和自适应谱感知熵编码算法。传输信号带宽为20Hz-20KHz。卫星上下行传输链路分别如图1和图2所示。

在卫星地球站上行端增加信号处理设备，实时对节目源进行增加认证标识处理，卫星地面接收下行端，增加特征信号检测装置，对数字卫星接收机送出的信号进行节目源合法性认证检测，只有通过认证的信号才能进行处理并经过FM发射机发射输出。从而对卫星上行干扰进行有效隔离。

4 卫星广播防插播具体实现

4.1 系统方案

分析卫星传输链路，将信号处理设备置于MPEG2信源编码与复用器前端，AES节目源信号首先经过信号处理设备接收解码，插入标识认证信号后重新编码输出至MPEG2复用器，然后送往卫星发射机发射输出。在卫星下行链路，特征信号检测装置首先对送入的AES信号进行特征解析，只有经过标识认证的信号才能输出给下游设备，对于未经认证的非法信号，自动切断输出并发出报警信号。

4.2 AES编解码

AES是广播级数字音频传输标准，也是地球站进行模拟音频数字化编码、传输的理论依据，它通过一条传输线进行数字音频数据串行传输，提供两个通道的音频数据，在发送和接收端需要对其进行耦合变换，以获得较好的共模抑制且避免信号的大地回路，具备通讯控制、状态信息和较好的检错能力。AES的接收与编解码的成功与否是整个系统是否构建成功的重要保证。

AES的编解码由芯片CS8420结合可编程逻辑器件EP2C50F484实现。AES信号经CS8420接收，并解码为采样频率与下游设备相同的串行码流，EP2C50F484对其进行缓冲，确定帧同步，判断音频数据、辅助数据和信息位，并将有效数据检出同时与调制后的标识认证信号合并并重新打包送入CS8420编码为AES信号送入MPEG2复用器。

AES/EBU帧和子帧的结构如图3所示，其中X、Y和Z都是子帧头的表示符号，相当于同步信息。每帧的第一个子帧的头用X表示，第二个用Y表示，但是第0帧的第一个子帧头要用Z表示，以表示一个块的开始。

4.3 对源信号的标识认证

在卫星地球站上行端的广播节目源信号中实时加入标识认证信号，选取频率为16kHz以上的至少一个频率值作为特征频率，将标识认证信号调制到特征频段，来自卫星地球站上行端的广播节目源信号和调制后的标识认证信号经过预处理和幅度控制后进行叠加，由发射站上星广播；

承载对源信号标识认证的信号处理设备由于位于MPEG2复用器前端，在MPEG2复用器中输入的码流不可避免的要经过MPEG2有损压缩、复用、调制、发射、接收等一系列过程，因此要想使处理后的音频流能被正常识别及解析，加入的标识认证信号必须符合音频信号的特征，这里选择一段连续的基带信号。

为了从连续的基带信号中取出离散的数字信息，必须要在最佳抽样时刻判决得到原始数据。同时为了保证源信号的传输质量，采用锁相环技术提取源信号的采样时钟和码流BIT时钟，以保证经特殊处理后源信号采样率和传输流同步。

4.4 对接收信号的认证识别

在卫星下行链路，对输出的AES数字信号进行解码，并对解码后的信号进行实时解析，对节目流中的标识认证信号进行捕获、分析，以确定节目信号的合法性。考虑到干扰情况的多样性，解析算法必须具有一定抗干扰特性，通过设计合理的判决机制，在出现日凌、太阳黑子爆发等非恶意干扰引起的卫星信号瞬时不稳定时，能确保正常播出；在发生严重恶意干扰、非法插播时，迅速切断节目流的传输，并发出相应的提示或告警信息。

5 结束语

研究基于卫星传输的广播节目防插播技术有助于构建和完善广播安全播出保障体系，抵御恶意插播行为，杜绝广播节目出现非法信号，同时可以有效减轻管理人员的工作压力，减少监控人力物力投入，具有显著的政治和经济效益。

参考文献

[1] 闵士权. 卫星广播电视抗干扰技术与应用.中国电子商情：通信市场，2007.3.

[2] 卢琳. 卫星广播节目防插播系统研究[硕士学位论文].东南大学，2012.

基金项目：

为2012年度浙江省科技厅重大科技专项（优先主题）社会发展项目――基于卫星传输的广播节目防插播系统。

作者简介：

卢琳（1979- ），女，汉族，通信指挥学院，本科，东南大学工程硕士学位，中国电子科技集团第36研究所，工程师；研究方向：视音频传输编解码及信息安全领域。

篇(7)

关键词：公路隧道，避雷，接地装置

 

该隧道位于江山市峡口镇与廿八都镇之间的群山峻岭之中,在达坞隧道出口的群山脚下为收费所、达坞隧道所办公大楼,两者和隧道之间有近百条电力电缆、控制电缆、通信电缆及视频信号电(光)缆相连接,收费站广场边有一排高度为20m的高杆金属照明灯，离其几十米处的互通有4杆25米高杆金属照明灯，隧道与隧道之间都有25米的高杆金属照明灯及室外可变情报板。隧道所办公楼倚山而建,其下方是地势低的多的廿八都古镇,土质为砂质土壤,土壤电阻率约为400Ω.m,土壤电阻率较高。但在雨季时,由于地下水丰富,其地理地貌十分有利于雷暴的生成发展。免费论文。根据江山市中心气象台提供的资料,该地区平均雷暴日为57天,经计算,该建筑物年预计雷击次数为0.31次/天,属于雷电活动频繁、雷击事故高发地区。免费论文。该建筑物为二类防雷建筑物。近年来,频繁的雷击已对隧道的监控系统、通信系统、计算机系统以及室外情报板等造成了一定的危害,因此隧道及建筑物的防雷工作刻不容缓。

一、雷击的特性

雷电破坏作用与峰值电流及其波形有最密切的关系,雷电波频谱是研究避雷的重要依据。从雷电波频谱结构可以获悉雷电波电压、电流的能量在各频段的分布,根据这些数据可以估算通信系统频带范围内雷电冲击的幅度和能量大小,进而确定避雷措施;即使在电力系统中,了解雷电波频谱分析,也有助于采取相应的避雷措施。典型的雷电流为近似的双指数函数曲线,可用下式表示:

i= I0 (e-α-e-β)

式中: I0――雷电流峰值(从数kA到数百kA);

α――波前衰减系数;

β――波尾衰减系数;

i――雷电流瞬时值。

雷电流曲线峰值的左边部分称为波前,从峰值至电流下降到峰值的一半的E点这部分称为波尾。雷电流波形的波前很陡,通常只有零点几微秒到十几微秒,并包含丰富的谐波电流。通过计算(过程从略),可求得雷电波的能量比率积累的频率分布。雷电波能量比率积累的频率分布:低频部分增值快,频率越高,增值越慢,说明雷电的能量大多分布在低频部分。从典型雷电波计算得到的数据可知,90%以上雷电能量分布在20 kHz以下。免费论文。即在防雷工程中,只要防止20kHz以下频率的雷电波侵入,就能把雷电波的能量削减掉90%以上。

二、隧道电气设备防雷工程设计

该隧道监控系统设备屡遭雷击损坏,从损坏的电气设备分析,都是弱电部分的接口电路或电源电路(如:摄像机解码板、电源板及摄像头等)损坏,而且无严重烧焦及机械性破坏,推断应是受到感应雷即雷电电磁脉冲的冲击影响所致。根据我国《建筑物防雷设计规范GB50057-94》,参照国际电工委员会IEC1024防雷与接地的有关规定采取屏蔽、泄放、消峰、分流、均压等电位联接的原理进行防雷工程的综合设计和改进。

（一）接地系统及措施

接地是防雷的基础,接地系统的设计与施工直接影响防雷的效果。只有良好的接地才能为入侵的雷电流提供畅顺的入地泄放通道,同时才能使屏蔽效果得到保障。该隧道建在花岗岩石之中,洞内无法利用基础钢筋作接地体,只能在电缆沟底部建造接地装置。为了减小接地电阻,可采用复合接地体,即水平接地体和垂直接地体相结合的方式,并在接地极周围填充长效降阻剂。垂直接地体的优点是在雷雨季节能积聚一定的山水,有利于改良接地极周围的土壤电阻率,降低接地电阻。而水平接地体能扩大地网的接地面积,使隧道成为一个大的均压体,减少闪击放电的机会,提高泄放雷电流的能力。

（二）屏蔽

隧道内的电气设备,外部电磁干扰主要有三种:雷电的电磁脉冲;电力系统中各种操作过电压;静电放电。由于雷电波主要是通过电磁感应和静电感应,在隧道内的电源线和信号线上产生过电压波,并沿电缆向两端传播冲击,使得隧道及监控室内的监控设备被击坏,而雷电从隧道口绕击进洞内的可能性很小。因此屏蔽只侧重于隧道外及洞口附近的各种电缆,将电源线和信号线分别敷设于镀锌线槽内,线槽每隔一定距离,按标准进行接地,从而使雷电作为干扰源的影响大大减小。

（三）均压、等电位联接

在隧道的电缆沟内及监控室内建立等电位连接带,将设备外壳及金属架构物进行可靠的搭接,就近接地,使整个监控系统处于准等电位水平,在隧道内形成一个均压带,避免被保护设备之间在雷击瞬间形成电位差而产生二次闪击、闪络现象而遭损坏。

（四）专用避雷器

在采取以上措施的同时,为防止感应雷电对一些重要的电气设备的冲击,须在其电源或信号输入端加装专用避雷器。避雷器的性能必须满足以下几点要求:

(1)避雷器不会对线路的正常运行造成影响;

(2)要有较好的箝位效果,冲击残压尽量小,并在设备的耐压范围内;

(3)要有足够的雷电通流容量,雷电发生时自身不会损坏,并能反复使用;

(4)能适应恶劣的工作环境;

(5)漏电流要小。响应时间要尽可能短,一般要求达ns级。

根据理论分析及实际经验,在下列易受感应雷影响的电气设备前加装相应的专用避雷器:

(1)在低压母线、监控系统电源输出端加装三相或单相电源避雷器,以防止感应雷电通过电源线损坏监控系统设备;

(2)在隧道内摄像机部分解码器输入输出端加装控制信号避雷器,以防止雷电通过控制信号线损坏摄像机解码器;

(3)在摄像机视频信号输入输出端加装同轴电缆避雷器;

(4)在通信机房配线架装设交换机配线避雷器;

(5)洞外广场摄像机安装云台、镜头控制线避雷器。

通过以上的技术处理,可有效防止雷电对隧道内电气设备的影响,最大限度地将雷击灾害减至最小。

三、结语

随着国民经济、科学技术的飞速发展,公路隧道机电设备的自动化程度越来越高,计算机用于自动控制及营运管理也越来越普遍。隧道内机电系统包括:照明、通风、火灾报警、闭路电视监控、通信、交通监测控制及供配电系统等都不可避免地会受到雷电灾害的影响,如何将雷电灾害的影响降至最低,是隧道机电系统在设计、施工及管理中一项非常重要的工作,必须予以充分重视。

参考文献：

1 公路隧道设计规范JTJ026-90

2 建筑物防雷设计规范GB50057-94

3 苏邦礼等.雷电与避雷工程.广州:广州中山大学出版社,1996.11