基于模糊控制技術(shù)的數(shù)字化電視方案

1、一種基于模糊控制技術(shù)的數(shù)字化電視方案1 模糊控制技術(shù)1965年美國計(jì)算機(jī)專家查德創(chuàng)立了模糊集合論 1, 將模糊集合理論應(yīng)用于工程實(shí)際, 產(chǎn) 生了模糊控制技術(shù)。 模糊控制技術(shù)是以模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ)的一門新興技術(shù)。 模糊數(shù)學(xué)是描 述模糊現(xiàn)象和處理模糊信息的數(shù)學(xué)方法 2,它把模糊信息原來“是”或“非”的不確定性, 轉(zhuǎn)換為“一定程度”的“是”或“非”的確定性, 例如:“高與矮”、 “厚與薄”、“冷與 熱”、 “年輕與不年輕”, 這些非量化的模糊信息, 在模糊數(shù)學(xué)中用一個叫隸屬度的基本要 領(lǐng)來表述。對不同高矮、厚薄、冷熱及年輕的“程度”,給出不同的隸屬值,這樣便可用定 量的數(shù)學(xué)方法來表述和處理模糊信息。

2、 模糊控制是應(yīng)用模糊集合論的一種控制理論。 模糊控 制技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被普遍應(yīng)用于各個領(lǐng)域。模糊控制技術(shù), 是一種能夠在容許定義的二值之間的模糊地帶, 有選擇地正確執(zhí)行某一 指令的技術(shù), 又稱模糊邏輯, 它是智能控制的一個分支, 它把人腦處理模糊概念的思維特點(diǎn) 用數(shù)學(xué)方式表達(dá)出來, 通過計(jì)算機(jī)去處理這些模糊數(shù)據(jù), 即給予量化。 模糊控制技術(shù)是目前 世界高新技術(shù)之一, 它的突出優(yōu)點(diǎn)就是能較好地仿效和描述人的思維方式, 總結(jié)和反映人的 經(jīng)驗(yàn),對復(fù)雜事物和系統(tǒng)可進(jìn)行模糊度量、模糊識別、模糊推理、模糊控制和模糊決策。目 前有進(jìn)一步與人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相互結(jié)合的發(fā)展趨勢。 隨著人類社會的發(fā)展, 人類面臨的

3、問題日益復(fù)雜, 常規(guī)的自動控制要求數(shù)據(jù)高度精確, 一旦出錯有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)失靈。 而 采用模糊邏輯控制,一處出錯即加以糾正,不會拖累全局,故系統(tǒng)穩(wěn)定、容錯性好。微處理 器在采用模糊邏輯之后, 其控制能力更接近人類的思維方式。 在一些復(fù)雜系統(tǒng), 特別是系統(tǒng) 存在定性的、不精確和不確定信息的情況下,模糊邏輯控制的效果優(yōu)于常規(guī)的控制。 圖 1 模糊邏輯控制器的基本結(jié)構(gòu)模糊控制是通過模仿人的思維方式來表示和分析不確定, 不精確信息的方法, 是一種精 確解決不確定不精確信息的方法。模糊邏輯控制工作過程分為四個階段 1, 如圖 1所示。(1模糊化輸入 /輸出變量按各種分類被安排成不同的隸屬值。(2知識庫

4、模糊控制是基于規(guī)則的控制, 規(guī)則起關(guān)鍵作用。 它是模糊控制器的核心。 控制的優(yōu)劣直 接決定了整個系統(tǒng)的控制精度。 控制規(guī)則的完整與合乎現(xiàn)實(shí)是構(gòu)成模糊控制器知識庫的最終 目標(biāo)。 模糊控制器的知識庫主要由控制規(guī)則構(gòu)成。 模糊規(guī)則的形成, 是把有經(jīng)驗(yàn)的操作人員或?qū)＜业目刂浦R和經(jīng)驗(yàn), 制定成若干個模糊控制規(guī)則, 并加以形式化數(shù)字處理以后存入電 腦。 根據(jù)模糊集合和模糊關(guān)系理論, 對不同類型的模糊規(guī)則, 可以采用不同的模糊推理方法。 模糊規(guī)則的形成依靠人的直覺和經(jīng)驗(yàn),沒有成熟固定的設(shè)計(jì)過程和方法。(3模糊推理輸入變量被加到一個 “ if then ”的控制規(guī)則的集合中, 按各種控制規(guī)則進(jìn)行推理,將 結(jié)

5、果合成在一起,產(chǎn)生一個“模糊推理輸出”集合。(4去模糊化對模糊推理輸出進(jìn)行解模糊判決,即在一個輸出范圍內(nèi)找到一個被認(rèn)為最具有代表性 的,可直接驅(qū)動控制裝置的,確切輸出控制值。模糊控制技術(shù)已滲透到經(jīng)濟(jì)社會和科學(xué)技術(shù)的各個領(lǐng)域, 引起國際科技界、 工程界和企 業(yè)界廣泛的重視 , 也是目前高新技術(shù)領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。模糊技術(shù)在電子工業(yè),特別是 模糊洗衣機(jī)、模糊空調(diào)器、模糊微波爐、 模糊冰箱等家電產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用,并已成 熟起來 3, 從而打破了精確邏輯一統(tǒng)天下的歷史。 但它在數(shù)字化電視機(jī)中的應(yīng)用還處于發(fā)展 階段。2 數(shù)字化電視原理所謂數(shù)字化電視機(jī)是將天線接收到的電視信號, 通過調(diào)諧器選臺變頻

6、和圖像、 伴音中頻 放大以后, 再分別解調(diào)取出調(diào)制在載波上的全電視信號和音頻信號, 然后再對全電視信號和 伴音信號進(jìn)行數(shù)字化處理, 提高顯示的圖像質(zhì)量。 因此, 數(shù)字化彩色電視機(jī)仍屬于模擬電視 接收機(jī)范疇, 并不是真正的數(shù)字電視機(jī)。 數(shù)字電視指的是從電視節(jié)目的采集、 制作和編輯到 信號的發(fā)射、傳輸和最終接收的全過程、全系統(tǒng)都是數(shù)字化的電視系統(tǒng) 4。數(shù)字化電視是從 模擬電視至數(shù)字電視的一種過渡性產(chǎn)品。 數(shù)字化彩色電視接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 2所示, 其中, 虛 線框內(nèi)的視頻信號的處理是用數(shù)字電路完成的。 圖 2 數(shù)字化彩色電視接收機(jī)信號經(jīng)模擬電路變換到圖像中頻, 放大檢波后, 一路全電視信號送給亮度、

7、色度信號和 同步分離電路的數(shù)字處理電路; 另一路中的伴音中頻送入模擬伴音中頻放大, 模擬鑒頻為音 頻基帶信號,再送入數(shù)字化的伴音信號處理電路。數(shù)字化電視與模擬電視二者共同之處在于電視的圖像、 伴音傳輸信號仍為模擬信號, 它 們的最大區(qū)別是信號處理方法不同 , 如圖 3所示。 圖 3 電視接收機(jī)信號處理流程3 基于模糊控制技術(shù)的數(shù)字化電視方案在收看電視節(jié)目時(shí), 如果觀看距離遠(yuǎn),且房間明亮,應(yīng)強(qiáng)調(diào)圖像輪廓的亮度;如果觀看 距離近, 且房間較暗, 應(yīng)強(qiáng)調(diào)圖像細(xì)節(jié)的表現(xiàn)力。 于是人們希望在房間亮度和觀看距離等客 觀條件變化時(shí), 能夠通過對亮度和對比度的控制來實(shí)現(xiàn)圖像層次感的控制, 并通過改變清晰 度來

8、控制圖像的立體感。 在大量實(shí)踐中, 人們確認(rèn)這樣一種電視圖像能夠使觀眾較長時(shí)間觀 看而不產(chǎn)生視覺疲勞,同時(shí)又有合適的對比度感。然而這其中的“亮暗”、“遠(yuǎn)近”,以及 “層次對比”等卻是一個十分模糊的概念,什么樣算亮、暗,什么樣算遠(yuǎn)、近的模糊性質(zhì), 是以往的精確控制無能為力的, 對此, 模糊控制技術(shù)卻可令人滿意。 模糊控制技術(shù)運(yùn)用在彩 色電視機(jī)中的中央處理器時(shí),便會建立 I 2C 總線控制,使電視機(jī)智能化。目前彩色電視機(jī)的 電腦模糊控制器已經(jīng)產(chǎn)生。采用模糊控制的彩色電視機(jī),國外品牌有日本三洋 C29ZS101型 以及日本松下大屏幕新畫王系列,它們都設(shè)計(jì)了一種人工智能電路。它所采用的模糊 AI 技

9、術(shù)主要包括動態(tài)清晰度、 動態(tài)降噪、 動態(tài)彩色噪聲控制、 動態(tài)彩色、動態(tài)圖像的模糊圖像控 制等 6部分內(nèi)容。 1995年 8月,由我國航天總公司二院和北京牡丹電子集團(tuán)公司協(xié)作研制 的大屏幕模糊控制彩電樣機(jī)通過技術(shù)鑒定。 廣東茂名地區(qū)的高州模糊控制技術(shù)集團(tuán)公司開發(fā) 并生產(chǎn)了 FC-1D 型彩色電視電腦模糊控制器 5。 在我國模糊控制技術(shù)應(yīng)用于數(shù)字化電視的技 術(shù)正處于發(fā)展階段。 在對模糊控制技術(shù)和數(shù)字化電視研究的基礎(chǔ)上, 現(xiàn)提出一種基于模糊控 制技術(shù)的數(shù)字化電視方案。 圖 4 模糊電視機(jī)模糊控制過程模糊電視機(jī)由電視機(jī)、 傳感器、 電腦三個基本部分組成。 傳感器的作用相當(dāng)于人的感覺 器官, 用來采集各

10、種信息, 并將這些信息轉(zhuǎn)換成電信號輸入電腦。 這里的電腦實(shí)際上是設(shè)計(jì) 人員特制的一快芯片, 里面存有根據(jù)傳感器輸出的電信號將影響平板畫質(zhì)的亮度、 色度、 對比度、 清晰度、 色溫等進(jìn)行的數(shù)字分析的情況編輯地一套控制規(guī)則。 當(dāng)電腦接收到傳感器傳 來的有關(guān)模糊信息后, 形成模糊量指令, 在運(yùn)用模糊控制規(guī)則做出模糊決策, 并向電視發(fā)出 執(zhí)行控制的信息,最后完成整個智能化調(diào)節(jié)過程。 圖 5 基于模糊控制技術(shù)的數(shù)字化電視方案基于模糊控制器的數(shù)字化電視方案如圖 5所示, 光電傳感器的作用是測量環(huán)境亮度并將 其轉(zhuǎn)化成電信號。 超聲波傳感器的作用是測距, 判斷手持遙控器的人與電視機(jī)的距離, 并將 采來信息轉(zhuǎn)化

11、成電信號。傳感器采樣信息輸入 CPU , CPU 的核心是模糊控制器,它是一種以 模糊邏輯算法、 模糊識別和模糊判決為核心的智能化系統(tǒng)。 它通過硬件電路把環(huán)境參量采集 下來, 經(jīng)軟件和硬件系統(tǒng)快速處理后,對彩電圖像的亮度、對比度和音量進(jìn)行自動調(diào)整,使 觀眾獲得最佳視聽效果和節(jié)能效果。4 結(jié)束語當(dāng)前, 模糊控制技術(shù)還處在發(fā)展階段,有待進(jìn)一步完善。 但可以相信, 它是一項(xiàng)新興的 高新技術(shù),有著誘人的發(fā)展前景和廣闊的應(yīng)用天地。事實(shí)表明, 未來的數(shù)字電視,必須建立在高度發(fā)展的數(shù)字編碼壓縮、模糊邏輯控制、衛(wèi) 星有線以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)雀咝录夹g(shù)的系統(tǒng)工程上, 這是一場技術(shù)革命。 模糊控制的數(shù)字 電視的推廣

12、應(yīng)用是新型彩電更新?lián)Q代的標(biāo)志。參考文獻(xiàn) :1楊輝,王金章 . 模糊控制技術(shù)及其應(yīng)用 M.南昌:江西科學(xué)技術(shù)出版社, 1997.102-167.2楊倫標(biāo),高英議 . 模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用 M.廣州:華南理工大學(xué)出版社, 1995.276-313.3余永權(quán) . 模糊控制技術(shù)與模糊家用電器 M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2000.1-3.4裴昌幸,劉乃安,杜武林 . 電視原理與現(xiàn)代電視系統(tǒng) M.西安:西安電子科技大學(xué)出版社, 1996.5. 5楊延寧,蘇芳珍,劉雅君 . 數(shù)字化電視中的模糊技術(shù) J.西部廣播電視, 2003(1:6.A method about digital television based on fuzzy controltechnologyWANG Xiang-yan(College of physics and Electronic information, Yanan University , Yanan 716000,China Abstract: The paper Introduce