变换思维（精选8篇）
有一只蜗牛，住在一棵梧桐树下面。一天清晨，太阳刚刚升起，蜗牛便开始从树根向树梢上爬。它爬得忽快忽慢，有时还停下来四处望一望，躲避可能发生的危险。直到太阳落山的时候，这只蜗牛终于爬到了梧桐树的树梢，它在树梢上睡了一觉。
第二天清晨，也是太阳刚刚升起的时候，蜗牛开始从树梢向下爬。它沿着昨天爬行所留下来的印迹，忽快忽慢地朝树下爬去。有时它也停下来望一望，或者吸食一点树汁。总体来看，朝下爬要比朝上轻松多了，所花费的时间也少一些。这样，当太阳还没落山的时候，蜗牛就已经到了梧桐树的根部，也就是昨天清晨它出发的地点。
请问：在蜗牛上下爬行的途中，会不会存在着这样一个疑点：蜗牛第一天上树时经过这一点的时刻几时几分几秒和蜗牛第二天下树时经过这一点的时刻完全相同？
要想回答这个问题，首先应该找到正确的思路。只有思路正确了，问题才能得到解决。否则，从一开始思路就错了的话，后面所有的努力都是白费的。其实，要想找到正确的思路也不是特别困难，因为只要你利用头脑中的视觉形象，通过各种方法找到两个问题的重合点，如果找到了这个重合点，所有的困难都迎刃而解。
现实生活中，人们往往很容易把问题复杂化，究其原因，最主要的因素是大脑中已经拥有过多的知识在作祟，束缚或阻碍了人的思维进步。因此，关键问题是我们要在充分认识这些转化的基础上，大胆开拓，变换思维方法去探求有价值的转化。
埃及人想知道金字塔的高度，但由于金字塔又高又陡，测量困难，为此他们向古希腊著名哲学家泰勒斯求救，泰勒斯愉快地答应了。
只见他让助手垂直立下一根标杆，然后不断地测量标杆影子的长度。开始时，影子很长，随着太阳逐渐升高，影子的长度越来越短，终于与标杆的长度相等了。泰勒斯急忙让助手测出金字塔影子的长度，然后告诉在场的人：这就是金字塔的高度。
同样一个问题，从一个方向思考问题容易陷入困境，变通一下思维，从另一个角度思考问题，很可能得到意外的收获。因此，思维的变通性是创新人才不可缺少的重要素质，它要求我们在处理问题时懂得灵活应用、举一反三、化繁为简，开启一个新的视角，问题自然就解决了。
解决排列组合问题的基本规律是“16字方针”, 即分类相加, 分步相乘, 有序排列, 无序组合。迅速解决排列组合的捷径是“12个技巧”, 具体方法与运用如下: (1) 特殊元素的“优先排列法”:对于特殊元素的排列组合问题, 一般先考虑特殊元素, 再考其他的元素。 (2) 总体淘汰法:对于含否定的问题, 还可以从总体中把不合要求的除去。 (3) 合理分类与准确分步:含有约束条件的排列组合问题, 按元素的性质进行分类、按事情发生的连续过程分步, 做到分类标准明确、分步层次清楚、不重不漏。 (4) 相邻问题用捆绑法:对于某些元素要求相邻的排列问题, 先将相邻接的元素“捆绑”起来, 看作一“大”元素与其余元素排列, 然后再对相邻元素内部进行排列。 (5) 不相邻问题用“插空法”:对某几个元素不相邻的排列问题, 可将其他元素排列好, 然后再将不相邻接元素在已排好的元素之间及两端的空隙之间插入。 (6) 顺序固定用“除法”:对于某几个元素按一定的顺序排列问题, 可先把这几个元素与其他元素一同进行全排列, 然后用总的排列数除以这几个元素的全排列数。 (7) 分排问题用直接法:把几个元素排成若干排的问题, 可采用统一排成一排的方法来处理。 (8) 试验:题中附加条件增多, 直接解决困难时, 用试验逐步寻找规律。而变换思维方法, 是数学解题的一个重要基本功, 也是培养学生思维品质、优化思维过程的一个重要方面, 更是深化学生用辩证唯物主义观点及其思想方法解决数学问题的有效途径。在课堂教学中要着眼于寻求问题与有关知识经验的逻辑关联, 观察、联想、类比是实现变换思维方法的根本途径。学生只要能形成变换思维的自觉意识, 就会善于“由此思彼”, 使问题化繁为简、化隐为显、化难为易。笔者下面就消除学生在解题活动中存在的思维障碍, 例说如何变换思维方法解排列组合问题。
例1.一部影片, 轮流给4个单位放映有多少种不同的放映方法?
[分析]本题如单纯将一部影片分配给四个单位去思考, 学生会感到难于理解, 如果能诱发学生将问题转移到将四个单位排成一排, 然后影片按一定方向 (只有一种) 去放映, 与本题题意相同, 就会实现化归的思想。显然就能将问题转化为四个单位排成一行的不同排法, 其结果为A44种。它体现了正难则反的解题思想。
例2.50个人排在一间有5排每排10个座位的教室, 能有多少种排法?
[分析]本题初看起来, 要考虑到有5排每排10位, 但事实上它只要转化为先在外面排成一排, 然后按顺序再坐到教室, 是同一个问题, 就容易得到题目的解法, 即有A5500种排法。
例3.已知集合A={a, b, c, d}, B={x, y, z}, 则从集合A到集合B的映射个数最多有多少个?
[分析]解决本题, 如果思维定势在映射上, 是很难的, 只要我们由映射的定义理解集合A到集合B的映射问题和4封信投入3个信箱的问题是相同的, 问题就很容易解决, 即从集合A到集合B的映射个数是34个。把映射和排列组合联系起来, 体现了解题的类比思想。
例4.从{1, 2, 3, 4, …, 20}中任选3个不同的数, 使这三个数组成等差数列, 这样的等差数列共有多少个?
[分析]本题如果单一的去找三个数组成等差数列, 是非常困难的, 不妨去寻找等差数列的等差中项性质, 用等差数列的对称性, 会发现2作为中项的数列只有1, 2, 3和3, 2, 1, 即有两个数列。19作为中项的数列只有18, 19, 20和20, 19, 18, 也有两个数列。3做中项的数列有2, 3, 4组成的两个等差数列和1, 3, 5组成的两个等差数列。同理18做中项的数列也有四个等差数列, 找中项以此类推, 很容易求出本题的答案是180个。
例5.三个人坐在一排8个座位上, 若每人左、右两边都有空位, 那么共有多少种不同的排法?
[分析]如果我们的思维定势在如何按题中的要求把三个人排在一排8个座位上, 问题是很难入手解决的。不妨把座位理解成凳子, 让这三个人每人背上一个凳子, 然后插入5个凳子的4个空中 (不包括两边) , 即有, A43=24种。体现了排列组合中的捆绑思想, 但我们这里所说的捆绑是把不同对象进行捆绑。
例6.12块糖分给3人吃, 每人至少能分到一块糖的分法有多少种?
[分析]因为糖是相同的, 只需考虑糖的个数。第一种方法是, 如果糖的个数较少时, 可以先给3人每人一快糖, 然后再分配。但是本题是12快糖, 分起来仍然很麻烦。为此还得变换思维方法, 只要在12个糖之间11个空 (不包括两边) , 插入2根筷子就能分成每份至少有一块糖的3份, 即易得12块糖分给3人吃, 每人至少能分到一块糖的分法有求C211种。
【摘要】新课改对于我们的教学提出了很多要求。“以人为本”，“以学生的发展为本”的出发点使得我们必须重新思考我们的教学模式。新课改要求我们要具有开放性的课程观、民主化的师生关系、注重知识与技能相结合的同时树立终身学习观念。这就意味着我们要更新教育观念，转变自己作为教师的角色。
【关键词】新课标；教学模式；数学教学；思维转变
在去年教材全面改版后，我们全面使用北师大新的教材版本。这系列教材在结构上一改之前单向的数学教学模式，生动的例子，开放的教育课题让我对我的数学课堂产生了深刻的思考。
一、开发学生的问题意识
1、传统数学教学课堂上缺少问题发掘的设计
原来的数学教学都是以课堂上老师根据书本上的知识点在课前向学生提问一些问题，然后带领学生带着这些问题消化本堂课程的内容。然而这样教学会存在一定的弊端。
（1）、主观的问题不能带动所有的学生
老师所提出的问题是一种主观的知识灌输，首先就会存在一部分学生一开始就没有被老师的问题吸引，自然而然他们对于整堂课的内容就没有兴趣。
（2）、学生接受能力的不同
一个课堂上并不是所有的学生都固定在一个知识接受水平。主观的问题肯定会造成一部分学生觉得太难听不懂而不听，一部分学生觉得太简单而溜号，问题的作用不能发挥完全。
2、以学生为中心的问题研究首先要从课堂改革开始
（1）、创建一个适合学生研究问题的环境很重要
要让学生从被动的知识接受模式中解放出来，首先要为学生营造一个适合问题讨论的环境。这就需要老师首先平衡新型的师生关系，变讲课为真正的讨论。其次要根据问题正确的引导学生讨论向正确的方向发展，不能形成错误认识。最后要合理安排课堂时间结构，让学生既能完成课堂进度中所要求掌握的知识点，同时有足够的发掘问题和质疑讨论的时间。
（2）、培养学生的问题意识合理的引导是关键
合理的引导在于让学生知道什么时候该提问，问什么，怎么问，让问题变得专业而有针对性，简短而精悍。这就需要老师从一开始引导学生在自己的课程中某些点可以提出问题，并引导学生去发现问题，教会学生用简短的语言概括问题的内容，组织学生进行“问题情景-建立模型-解释与应用”的思维模式。
二、培养学生的综合实践能力
1、课堂教学模式缺少综合实践的环节设置
（1）、“预习-讲授-巩固”的教学模式没有实践的环节
依照书本的教学模式只是局限在对于书本上的内容进行讲授并且跟随一定的复习巩固。
（2）、数学是应用学科的概念并不突出
在很多学生的思维模式里，学生们认为学习定理的目的就是解题，长久以往丧失了对于数学学习的兴趣。其实，数学是一门应用学科，如何应用在教学过程中没有体现。
2、培养学生的综合实践能力，让知识“活”起来
（1）、学生综合实践能力的拓展要从丰富的课堂开始
这对于老师的要求很高，老师不仅要在规定的时间内向学生传授所有的计划内知识，还要丰富自己的课程资源，让每一个知识点都从生活中来，让学生们动手把知识点“造”出来。
（2）、课堂教学的宗旨始终要以学生为本
实践的本质是要学生去动手发掘，所以课堂上一定要引导学生亲自动手去把知识找出来，这样才能实现实践提升学生理解的价值。例如：在教材三年级下册“对称图形”的学习中，书上给出了中国传统剪纸制作的例子，并且设计了“说一说”，“做一做”等环节。
三、转变学生的听课方式
1、单一的授课方式已经不能满足知识传播的要求
（1）、被动式的接收知识效率不高
在课堂上，老师的授课都是依照教材安排教学内容，借助黑板将知识传达给学生。这种教学模式不考虑学生的兴趣和爱好，对于学生整体的对于知识的接受程度也不能准确把握。单向的知识灌输得不到全方位的教学回馈，学生对于知识的吸收有限，教学的质量一般。
（2）、单维的知识讲授层次单一
只靠黑板板书层次过于单一，学生的感官没有充分调动大脑去思考。单一的授课形式让课堂缺乏精彩之处，不能吸引学生的兴趣，让学生在整个教学过程中难免精神分散，接受知识的比率降低。
2、转变学生的听课方式，学生才是课堂的主角
（1）、学生成为完成课堂的主要部分，增加互动的比例
新的结构改革要实现学生课堂互动的比率，让学生在课堂上参与到课程的讲授当中来，实现“学生的课堂”。这就需要老师首先转变自己的角色，然后引导学生转变意识。最理想的效果是让课堂变成交流和讨论的环境。
（2）、变“单维”课堂为“多维”课堂，实现课程丰富化转变
充分利用声像技术丰富自己的课堂，让互联网打开自己课堂的宽度。借助广阔世界里一切事物去诠释数学的理论和原理。
四、教会学生去探究和思考
1、固定教学模式缺乏引导学生自我探索
（1）、固定的授课模式和教材禁锢了学生的思维
国外的教育学家早就分析过中国应试教育的缺点和弊端，认为中国的孩子普遍没有国外的孩子优秀的原因是他们不会发明，不会假设，只会算题。
（2）、师生关系过于分明让学生“懒”得思考
在学生眼中，老师就是讲授知识，解答问题，而学生只要单方面吸收老师的知识就能够满足他们的需求。然而这样的师生关系缺乏互通和共融，没有讨论和交流，没有实践和合作。
2、培养学生探究和思考的关键
（1）、培养学生独立探究和思考首先要让学生敢问“为什么？”
要让学生能够独立探索和思考首先要营造一个讨论交流的轻松课堂氛围，同时要引导学生敢于质疑老师，敢于问为什么。只有引导学生在课堂上能够诞生自己的问题，才能说明学生对于教学内容在进行探索和思索。
（2）、引导学生团队合作
团队的力量永远大于个人的努力。在引导学生进行探索的时候，老师不能忽视组织学生进行团队协作，并且鼓励他们走到社会中去，在日常生活中探索发现应用数学的身影，并且形成内容与学生们分享。
参考文献：
[1]中共中央国务院关于深化教育改革，全面推素质教育的决定[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/2930160.htm.
[2]国务院.基础教育课程改革纲要[EB/OL].http：//baike.baidu.com/view/1265891.htm.
[3]吴小鸥.《新课程改革教材建设十年回顾及趋势展望》[J]教育科学研究 2012′1
解题方法：将一个分句作为骨架，其他分句变为修饰限制成分附着在骨架上。
1、找到中心句作为句子主干
2、将其余分句作为修饰成份灵活补充主干句
1.将下面四个短句组合成一个长单句。
①塞万提斯于 1616年4月22日逝世。②他一生仅仅留下了一部《堂吉诃德》。
③《唐吉诃德》被后人以很多的方式诠释。④他无数次地被后人谈论，得到了后人的敬仰和尊重。
2．请根据下面几个句子的提示，为“科技文献”下个完整的定义。可适当增减文字，但不能改变愿意。①科技文献是一种物质实体。
②它是通过将科技信息、知识记录在各种载体上所形成的。
③常用的记录手段包括：文字、符号、图形、声频、视频等。
④常用的载体包括：纸张、胶片、磁带、磁盘、光盘等。
3.把下面句子改成一个长单句（不得改变原意）。
这出戏有张有弛，迭宕生姿，一些看似信手拈来的情节，也让人看得津津有味。
4.把下面几个句子改写成一个单句，原句内容不能省略。
他用双手创造了奇迹!十二年时间，在这荒山野岭上造出了大片森林。它蒙着如丝细雨，显得格外郁郁葱葱。
5.请将下面的句子重组为一个单句，不能改变句子的原意。
如果说，苏东坡的盖世才华是他让无数的后人崇敬和偏爱的首要因素，那么他的儒雅与豪放、既富于正义又富于情感的天性则是令人崇敬与偏爱的又一个原因。
6、把这个复句改成长单句
固县小学
贾李甫
复述回顾
以两人小组复述下列内容：
1、我们学过图形的哪些变换方法？
2、在我们学过的图形中，哪些图形是轴对称图形？
设问导读
观察课件中的图片，回答下列问题。
1、将游乐园里各种游乐项目的运动变化进行分类，并说一说你分类的理由。
2、复习轴对称
（1）轴对称图形有哪些特点？
（2）怎样能又快又好地画出轴对称图形的另一半？根据是什么？
3、复习近平移、旋转
（1）将图形进行平移、旋转的要素分别是什么？
（2）图形旋转或平移后的图形与原图形相比，什么变了，什么没变？
4、复习放缩
（1）将图形进行放缩时应遵循什么原则？
（2）图形按一定的比放缩后，什么变了，什么没变？
自我检测
1、选择
（1）把正确答案的序号填在括号里。
A、平移 B、旋转 C、对称 D、放大 E、缩小
①钟面上分针和时针的转动。（）②电梯的运动（）③拍摄照片（）④投影幻灯（）⑤剪纸蝴蝶（）
（2）如图，每个小正方形网格的边长都为1，右上角的圆柱是由左下角的圆柱经过平移得到的。下列说法错误的是（）。
A、先沿水平方向向右平移4个单位长度，再向上沿垂直方向平移4个单位长度，然后再沿水平方向向右平移3个单位长度
B、先沿水平方向向右平移7个单位长度，再向上沿垂直方向平移4个单位长度 C、先向上沿垂直方向平移4个单位长度，再沿水平方向向右平移7个单位长度 D、直接沿正方形网格的对角线方向移动7个单位长度（3）
„„，依次观察左边三个图形，并判断依照此规
律第四个图形是（）。
A.C.B.D.2、研究游戏“俄罗斯方块”里的奥秘。
图1
图2
图3 观察上面的图形，并解答下面的问题。（口述）（1）图A是轴对称图形吗？
（2）图1中的图A经过怎样的变换可以得到图B？（3）图2中的图A经过怎样是变换可以得到图B？要得到图3中的图B呢？
巩固练习
1、认真思考，仔细填写。（1）、把下列各种图形按对称轴的数量从少到多的顺序排列，结果是：（）。长方形，圆，等边三角形，正方形，等腰梯形
（2）、荡秋千属于（）现象，拉抽屉属于（）现象。
2、画一画。
（1）画出下面对称图形的所有对称轴。
（2）请你以直线l为对称轴，画出图形的另一半。
（3）将方格中的图形向右平移两格。
按1∶2缩小 向右平移两格 绕O点顺时针旋转90°
3、互动游戏（一人表演一人说）
四人大组活动：一人用肢体或身边的事物表演，其他3人判断表演的现象属于图形的那种变换方式。
拓展练习
小小设计师：
很多美好的事物转瞬即逝，而我们能做的就是珍惜当下。
就像春兰秋菊夏荷冬梅，这每一种花都代表着不同的季节，也有些其不同的寓意。
春天，万物复苏，冰雪融化，河里的水开始恢复往日生机，孜孜不倦的流淌，好像在唱着春天的歌谣。
鸟语花香，大概是对春天最好的描述了吧，到处都是新生的样子。
夏天，蝉鸣阵阵，到处都是绿油油的景象，充满了生机，充满了活力。
老人在树下下棋话家常，小孩子拿着长长的竹竿要去捉知了，夏天，还真是很美好呢。
秋高气爽，瓜果丰收，一切都是充满希望的气息。
农民伯伯忙着收割这一年的庄稼，还有果蔬，还有各种各样的丰盛的秋天的景象。
到了冬天，花朵枯萎，只剩梅花屹立不倒。还有大雪为伴，纷纷扬扬，充满了浪漫气息。
一过渡期混合制播体系简要说明
新建制作体系倾向于采用全高清、全文件体制, 实现网络化制作。
原有制作体系存在的大量标清制作资源, 包括磁带制作及非线制作系统, 将继续使用直至自然淘汰, 以最大限度保护投资。
新建播出系统倾向于支持高标清同播、网络化备播, 采用高清播出服务器, 以兼容高清、标清文件播出, 内部具有信号上下变换功能, 可输出高清或标清SDI信号。
原有标清播出系统将继续用于标清频道播出, 其播出服务器仅支持标清文件播出, 可考虑进行升级到高清播出服务器以支持高清、标清文件播出。
新建或改造节目准备系统以支持线性磁带节目完成文件化, 以及视需要增加转码功能, 将高清文件下变给原有标清播出系统进行播出。
高清节目需要引用少量标清素材;标清节目也不可避免要引用一些高清素材;高清节目可能在标清频道播出, 反之, 少量标清节目也可能在高清频道播出, 因此, 应对上下变换技术提出要求, 并对幅型变换方式进行约束;对于信号直播, 同理, 也存在类似的问题。
二过渡期混合制播体系中高标清上下变换、画面幅型变换相关的技术要点
1. 过渡期的播出、制作形态
由于标清频道在今后较长的一段时期内继续存在, 同时, 应大力发展高清频道以推动技术、产业升级, 因此, 过渡期间的频道播出将存在三种播出形态, 即:标清播出、高标清同播、高清播出。
节目制作应适配高清频道的发展, 逐步提高高清节目的比重, 并要兼顾标清频道的播出, 目前应主要照顾占大多数的屏幕为4:3的标清接收机的屏幕效果, 随着16:9高清接收机的普及, 可过渡到优先照顾16:9接收机的屏幕效果。因此, 我们从战略上制定了前过渡期和后过渡期两个发展阶段, 前过渡期高清节目制作主要按4:3保护框方式构图, 下变换采用两侧切边 (Edge Crop) 的方式, 后过渡期高清节目制作主要按16:9方式构图, 下变换采用信箱 (Letter Box) 的方式。
高标清混合制播的图像技术质量保证及安全播出保证主要依靠两方面手段来实现, 一方面是技术手段, 另一方面是管理手段。技术上要确保上下变换器的质量符合业务要求, 幅型变换可进行自动处理, 在信号和文件之间有继承的手段, 在播出环节支持自动控制;管理上应对素材引用、幅型变换有一定规范。
2. 上下变换关键技术比较及相关考虑
高标清上下变换技术目前已比较成熟, 其视频信号的处理流程, 大家也已熟悉, 各设备厂家的做法也大体一致, 在技术实现上基本都是对于连续视音频信号的时空采样结构进行变换, 基本流程如图1所示。
其中去隔行、重采样是最重要的。目前主流厂家的变换器质量差别主要体现在运动图像的处理技术上, 对于质量要求较高的变换器, 去隔行一般会使用运动自适应算法 (motion adaptived) , 更高档次的会使用运动补偿算法 (motion compensated) , MA结合了空间和时间, 在运动图像区域进行空间插值;MC精度依赖于运动预测算法和运动选择区域的大小, 像素块越小、沿时间方向预测精度越高, 图像的质量也高, 产品成本越高。设备选型应根据实际业务要求而定, 可考虑中高档相结合以兼顾需要及投入。
对于上下变换器的测试, 可考虑以下几种手段:
●使用运动图像序列, 评价其是否出现锯齿和拖尾, 以检查去隔行效果;其中可考虑使用存在不同运动方向、运动速度的物体相叠加的图像序列, 可检查其处理的精度等。
●使用多波群信号, 评价其清晰度和锐度, 以检查重采样中的滤波抗混叠和细节增强技术。
●使用彩条测试信号, 以检查彩色空间转换处理效果。
3. 幅型变换模式
对应过渡期标清播出、高标清同播、高清播出三种播出形态, 在多种幅型变换模式中, 通常会根据节目的需要选用其中几种, 这样有利于技术系统的实现, 简化运行模式。以下四种是目前常用的幅型变换模式。
●高清制作, 4:3构图, 两侧切边 (Edge Crop) 下变换标清播出, 如图2。
●高清制作, 16:9构图, 上下加边 (Letter Box) 下变换标清播出, 如图3。
●标清制作, 左右两侧加边 (Pillar Box) 上变换高清播出, 如图4。
●标清16:9遮幅制作, 上下切边 (Full Width) 上变换高清播出, 如图5。
4. 幅型变换需注意的问题
在幅型变换过程中, 会导致三方面的问题, 在实际运行中应设法避免。
首先是幅型变换对构图的影响。无论是高清下变换还是标清上变换, 都存在对于图像的裁剪或加边的处理和图像的缩放, 这都会造成原始画面信息的缺失或无用画面的填充, 形成对原始画面在固定幅面屏幕上展现效果的影响, 进而影响收视体验。因此, 在节目策划过程中, 需要对最终的展现进行考虑, 通过匹配制作和播出的幅型变换模式, 最大限度消除幅型变换对构图的影响。
其次是幅型变换对画面质量的影响。上下变换不是一个可逆过程, 对质量影响最严重的情况是高清节目中引用了标清上变换的素材, 成品高清节目又下变换标清播出, 经过一个来回的变换, 如果对应主观评价标准, 图像质量从专家察觉下降到普通观众可以察觉。另外, 由于制作和播出多个生产过程中对于幅型变换采用了软硬件不同的方法, 会造成对于矢量图形和非矢量图形的差异。因此, 为避免变换对图像质量的影响, 应尽量减少变换次数, 多采用原始文件进行处理, 避免多次转换。
第三是幅型变换的自动匹配。素材的幅型与成品节目的幅型, 节目源的幅型和播出后的幅型, 都存在多种组合的变换可能, 如果不能够自动匹配, 将加大运行复杂程度, 尤其在演播室和频道, 可能由于幅型变换不当造成播出事故。因此, 统一采用AFD标识能够降低运行成本, 提高幅型变换的自动化处理程度。在技术实现上要做到连续播出节目幅型变换的帧精度切换。
5. 幅型变换的技术标准及建议
SMPTE提供了幅型变换的标准, 采用AFD (Active Format Description) 对文件和信号的画面幅型比进行统一标示。SMPTE已经正式发布的SMPTE 377M-2004标准和SMPTE 2016-1标准中, 包括了对于文件中嵌入AFD的描述。对于信号中AFD信息嵌入方式, 在SMPTE 2016-3标准中也已经给出。根据SMPTE标准相关的路线图, 未来与文件有关的AFD、Bar Data和Pan&Scan的KLV定义将在SMPTE 2016-5中给出完整定义。
目前包括Harris、Evertz、Miranda、Snell&Wilcox、Omneon、Thomson、Seachange在内的多个厂商已经开始提供支持AFD的周边或视频服务器产品, 对AFD的编码规范使用的理解也基本趋于一致。鉴于现行系统中还会存在一些没有支持AFD的产品, 因此, 应当基于SMPTE的现有标准, 制定各企业的适用标准, 一方面可以为不具备AFD信息的节目或系统定义企业的默认AFD信息, 另一方面也利于今后全台统一向更加完善的AFD标准升级。
6. AFD嵌入及处理的流程
AFD作为由上游系统嵌入用于指导下游系统进行幅型变换的依据, 既可以应用于基带信号, 也可以应用于文件, 因此, 处理流程上要根据应用系统和形式进行规划。
(1) 基带信号
对于基带信号进行处理的系统包括总控系统、演播室系统、频道播出系统。总的原则是各系统如果作为台外信号的第一个处理环节, 应当在传输的同时完成信号的AFD嵌入, 对于台内产生的信号进行AFD合法性检查, 并具有修正的能力, 如有必要可以进行信号的上下及幅型变换;信号通路的设备一般应支持AFD信息的透明传输, 而上下变换或AFD嵌入器应具有AFD的写入功能。
(2) 文件
与媒体文件相关的系统包括收录系统、制作系统、演播室和频道播出系统、媒资系统。所处理文件的来源包括节目交换、自采、演播室录制和媒资存储的历史资料。总的原则是在节目的首次文件化时完成AFD的嵌入, 同时保证输出的成品节目具有合法的AFD信息。各系统具有嵌入、合法性检查和修正的功能。
(3) 介质
对于传统磁带介质, 如果是成品节目直接的信号输出, 遵循信号处理原则, 在基带信号中嵌入AFD信息, AFD信息来自于与节目相关的元数据, 如节目技审单;如果经过文件化处理, 在文件化时完成嵌入。
对于存储文件的新介质, 如果录制时已嵌入AFD信息并在信号输出时可嵌入到基带信号中, 则无需处理;对于没有AFD信息的新介质按照信号的处理原则完成AFD信息嵌入。
7. AFD的检测
AFD信息的检测手段很多, 由于存在二进制、十进制和十六进制的转化, 因此建议采用统一的检测工具。
(1) 文件的AFD检测
IRT的Analyser分析工具可以检测MXF文件中的AFD信息, 在Analyser的分析结果中给出了Video Descriptor值, 嵌入AFD的文件可以定位到Active Format Descriptor标识, 对应的可以读取AFD值, 需要注意的是, 该值是十进制。
现以HD文件嵌入1010 AFD信息为例, 如图6所示, 对应的AFD值为84, 转换成二进制后为01010100。转换处理可考虑由应用软件自动实现。
(2) 信号的AFD检测
基带信号嵌入AFD信息的检测手段, 可以采用Tek的WFM 7100系列作为检测仪器。在7100中读取Anc辅助数据, 第一步是要明确嵌入的AFD信息具体在多少行, 第二步再读取AFD编码数值, 注意在7100上的读数是十六进制。
以HD-SDI信号中嵌入1010 AFD信息为例, 如图7所示。
幅型变换直接影响高标清混合制播体系中的节目运行规划和技术系统设计, 涉及前期拍摄、总控、后期制作、演播室、频道播出和媒资等多个技术系统, 需要制定针对制播各环节的具体运行规程, 运用技术管理手段, 使幅型变换得到正确处理, 以便信号和文件在节目生产过程的各个工艺系统间流转时AFD信息能够正确继承和使用。
三关于高标清幅型变换方式的考虑
根据电视制播业务流程, 幅型变换应考虑包括采、编、播、存等各个制播环节处理幅型变换所需要的技术条件、处理流程、实现方法。对于幅型变换方式的选择, 以依据AFD信息进行自动处理为主, 辅以人工调整的手段。考虑观众的收视感受, 应尽可能避免最终播出画面四周出现黑边, 如定义播出画面四周黑边为故障画面, 则幅型变换可遵循以下原则以避免故障发生。
●不变形:幅型变换各种变换方式的前提是不能造成图像的失真变形, 变形可由用户终端实施。
●不重复:尽可能减少变换次数, 最多允许一个来回, 素材引用尽可能使用原始的。
●有规划:节目策划或前期采集应先规划好上变或下变的方式。
●一致性:一个栏目或一个节目的AFD信息应连贯一致, 一个广告段视同一个节目, 节目播出以单一节目为单位进行自动变换控制。
●有标识:节目及素材应按规定嵌入AFD信息, 以支持自动处理。
●满画面:充分利用整个画面, 上变换图像两侧的黑边可考虑填充为资讯信息或活动的视频屏保信号, 可赋予频道包装属性, 同理处理高清letter box下变换。
具体来说, 在采、编、播各环节中对于高标清幅型变换应考虑符合以下要求。
1. 采集
(1) 节目策划
应根据前后过渡期的总体要求, 结合节目中拟引用的素材情况, 预先确定高清节目下变换的方式或标清节目上变换的方式, 以指导前期采集构图。
(2) 前期拍摄
按照节目策划确定的变换方式进行拍摄, 主要为以下两种情况:
●高清按4:3保护制作, 其下变方式为Edge Crop, 如图8。●高清节目按16:9制作, 下变方式为Letter Box, 如图9。●文件化采集的, 如记录设备支持写入AFD, 则应予以写入。
(3) 节目收录、上载、编目
a.主要要求:
●原质收录, 不做变换;
●首次文件化应写入AFD。
b.处理流程
●信号收录、上载服务器支持预定义AFD并自动写入录后素材文件;
●信号及文件收录、上载服务器均支持对录后素材文件进行AFD检查及重写入;
●素材文件编目时, 应标注变换方式, 即元数据中要有AFD。
2. 编辑
(1) 主要要求
●非编平台支持多格式混编, 支持根据AFD自动处理;
●匹配制作和播出的幅型变换, 最大限度消除幅型变换对于构图的影响, 按照幅型变换建议, 对素材处理进行约束, 以避免制或播出现四周黑边;
●素材引用应使用原质素材;
●AFD以节目为单位具有一致性;
●成品节目文件、节目技审单均包含AFD信息;●制作系统具有AFD嵌入、检查、修正手段;●标清制作不再采用16:9遮幅方式。
(2) 节目中引用素材的幅型处理
a.高清节目, 按4:3保护方式制作, 用于高标清同播
●引用按16:9采集的高清素材时, 应注意两侧切边后画面不完整应无大影响 (如图10) , 否则, 不可使用。
●引用全幅的标清素材, 用pillar box方式上变, 实际两边可考虑填充具有本台标识属性的屏保活动视频。
●引用遮幅的标清素材, 用full width方式上变, 应考虑标清播出时两侧切边导致画面不完整应无大影响 (如图11) , 否则, 不可使用, 这类引用尽量少用。
●引用标清素材时可采用缺省上变方式pillar box, 必要时进行人工调整为full width。
●字幕应限制在保护框内。
●新闻类节目经常要引用历史标清素材, 适于采用高清4:3制作。
b.高清节目, 按16:9制作, 用于高标清同播
●引用全幅的标清素材时, 人工调整为full width上下切边方式的上变, 但须注意画面不完整应无大影响 (如图12) , 否则, 不可使用。
●引用遮幅的标清素材, 用full width方式上变 (如图13) 。
c.过渡期结束, 全部为高清播出以后, 引用历史标清素材时, 幅型变换方式可完全依AFD信息进行自动处理
●全幅的标清素材pillar box上变, 如图10。
●遮幅的标清素材full width上变, 如图13。
d.标清制作, 用于高标清同播
●引用按16:9采集的高清素材, 素材的下变方式可人工调整为edge crop, 应注意切边后画面不完整应无大影响, 否则, 不可使用。
●引用按4:3保护采集的高清素材时, 依AFD自动按edge crop方式进行下变。
e.标清制作, 仅用于标清播出
引用高清素材, 按AFD信息自动处理, 如图15所示。
(3) 高标互为引用素材时处理的规律
●同样构图方式, 互为引用顺理成章;
●不同构图方式, 互为引用应小心处理。
3. 播出
(1) 主要要求
●播出系统应支持基于AFD, 实现节目间幅型变换方式的帧精度切换;
●播出系统具有AFD嵌入、检查、修正手段;
●播出系统具有变换效果正确性检查手段;
●信号通路的设备一般应支持AFD信息的透明传输。
(2) 主要流程
●视频服务器支持从文件中提取AFD, 嵌入到信号中并依据AFD完成输出信号内部上下变换的幅型处理。
●对于其他源设备输出的信号, 从技审单或直播单提取AFD, 控制AFD嵌入器嵌入到信号中, 再由变换器自动变换。
●直播信号携带AFD信息, AFD信息由演播室或总控嵌入。
(3) 播出的上下变换方式
高清节目标清播出或标清节目高清播出, 采用上文第二部分第3点所述四种常用幅型变换中的对应变换方式。
四AFD嵌入规范的基本考虑
确定AFD信息定义。
确定AFD信息在MXF媒体文件信息层元数据格式、检查项及编码;明确检测MXF文件信息层元数据中幅型变换信息的规程, 包括检测工具、检测项及数据分析方法。
确定AFD信息在视频SDI信号垂直辅助数据 (VANC) 中插入位置、格式及对应编码;明确检测视频SDI信号幅型变换信息的规程, 包括检测工具、检测项及数据分析方法。
摘要：本文结合中央电视台新址的总体系统设计及新现址总体制播体系的技术部署, 分析在标清制播体系向高清制播体系过渡期间所形成的混合制播体系中有关高标清上下变换、幅型变换的相关问题, 并提出一些技术及管理方面的考虑, 供系统设计或运行时参考。
摘要：介绍普通Boost 变换器和BoostZVT变换器的工作原理，指出Boost 变换器的开关管工作在硬开关状态，而BoostZVT变换器的主开关管工作在软开关状态。通过理论分析可以知道BoostZVT变换器的效率更高，然后将两种电路应用于单相功率因数校正电路中。最后在Pspice软件环境下搭建功率因数校正电路Boost变换器与BoostZVT变换器的仿真模型并进行仿真，并对仿真结果进行分析和比较，指出了它们各自的优点与缺点。
关键词：Boost变换器；BoostZVT变换器； 硬开关；软开关；建模与仿真
中图分类号：G642文献标识码：A
1引言
目前，普通Boost变换器一直作为升压变换器，将一种直流电变换成更高电压的直流电，其实它也被应用于功率因数校正技术中。传统的Boost变换器主开关管工作在硬开关状态，其特点是电路结构简单，能够使输入电流波形跟随输入电压波形，因而控制简单；缺点是开关工作在硬开关状态，有很大的开关损耗损耗，同时还会产生严重的电磁干扰。因此，在普通Boost变换器中采用软开关技术不但可以提高开关频率，还能解决开关损耗和二极管反相恢复等4大难题[1][2]。比如比较典型的软开关电路Boost-ZVT变换器，其特点通过一个辅助开关使主开关管工作在软开关状态，从而能够提升变换器效率。
2普通Boost变换器的工作原理
普通Boost变换器的工作电路和工作波形如图1（a）和（b）所示[3]，其工作原理如下，首先认为图1（a）所示升压电感L和输出电容C0很大。当开关管Tr处于开通状态时，整流后得直流电压E向电感L进行充电，电流I1保持恒定；同时输出电容C0上向负载R供电，因C0值很大，所以负载R上的输出电压U0为固定不变。设开关管Tr处于开通状态的时间为ton，这个阶段升压电感L上积蓄的能量为EI1ton。当开关管Tr关断后，整流后的电源E和升压电感L共同向输出电容C0充电，并向负载R提供能量。设开关管Tr关断时间为toff，这个时间段升压电感L释放的能量为（U0- E）I1toff。一个周期之内升压电感L中积蓄的能量与释放的能量相等，即
4两种变换器功率因数校正电路在Pspice
中的建模与仿真
4.1两种变换器的主要元器件参数取值
普通Boost变换器和BoostZVT变换器的电路设计技术指标都相同，其中输入电压：单相交流220±10%V；输入频率：50Hz；输出电压：直流400V；最大输出功率：3KW；功率因数：99%；开关频率：f=100kHz。从上面分析可以知道普通Boost变换器和BoostZVT变换器的电路的升压电感L和输出电容C0取值完全相同，唯一不同的是BoostZVT变换器需要计算谐振电感Lr和谐振电容Cr。根据参考文献[5]和[6]，利用电路知识可以计算出升压电感L为0.2mH，输出电容C0为3429μF，谐振电感Lr为30.5μH，谐振电容为130pF。
4.2仿真结果分析
其中图6（a）和（b）为普通Boost变换器和BoostZVT变换器的主开关管和辅助驱动电压仿真波形，从图6（a）可以看出普通Boost变换器只有一个开关管Tr，没有辅助开关管Tr1，而且只要给它一个驱动脉冲Tr就会处于开通状态；从图6 （b） 可以看出BoostZVT变换器有一个主开关管Tr和一个辅助开关管Tr1，图6 （b）中的仿真波形显示了主开关管Tr是在辅助开关管Tr1关断后才开通的，而且辅助开关管导通时间很短，显著地减少了开关管Tr1的开关损耗。
图7（a）和（b）为普通Boost变换器和BoostZVT变换器的主开关管Tr驱动波形Vgs，漏源电流波形Ids以及漏源电压Vds仿真波形图。从图7（a）可以看到普通Boost变换器的工作过程，当开关管有驱动脉冲时，开关管Tr电流上升，而开关管Tr两端电压为零；无驱动脉冲时，开关管Tr电流为零，而开关管Tr两端电压电压上升。 从图7（b）可以看到BoostZVT变换器的工作过程，图7（b）中可以看到主开关管Tr在开通前先有电流反向流过其体内二极管，使漏极电压箝位到零，再加驱动脉冲从而实现主开关管Tr零电压开通。当驱动脉冲变为零时，由于主开关管漏源极两端并联着谐振电容，使得主开关管漏源两端的电压缓慢上升，从而实现主开关管Tr零电压关断。即使开关管在高频率工作状态下损耗依然很小，故对开关频率的限制大大减小。从图图7（a）和（b）的仿真结果可以得出以下结论：BoostZVT变换器主开关工作在软开关状态，即零电压开通和零电流关断，而普通Boost变换器主开关管工作在硬开关状态，因此BoostZVT变换器的效率明显高于普通Boost变换器的效率，从而提升系统的工作效率。
图8（a）和（b）为普通Boost变换器和BoostZVT变换器的输入交流电压和电流波形仿真波形图，从图8（a）和（b）中可以清楚的看到输入电流很好跟随交流输入电压，也能看出是完整的正弦波，无畸变，两种电路都能实现功率因数校正的目的。
图9（a）和（b）为普通Boost变换器和BoostZVT变换器的输出电流与输出电压仿真波形，从图9（a）和（b）中可以得出输出电压与输出电流保持相对稳定，可靠性高，并且输出电压很好达到了设计所要求的400V。
5结论
综上所述：通过普通Boost变换器和BoostZVT变换器的仿真结果及分析可以得知，基于硬开关的Boost变换器中的开关器件在高电压，大电流下导通和关断，会产生较大的开关损耗，降低变换器的效率，并且限制了开关频率的提高。而基于软开关的Boost-ZVT变换器可使主开关处于软开通状态，降低了开关损耗，同时也可使开关频率大大提升，从而使Boost电路的应用范围变的更加广泛。
参考文献
[1]任海鹏，刘丁.基于Matlab 的PFC Boost 变换器仿真研究和实验验证[J].电工技术学报2006，21（5）：29-35.
[2]荣军，李一鸣，丁跃浇，等.改进型BoostZVT_PWM有源功率因数校正电路技术[J].2011，5：39-42，54.
[3]王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000.
[4]路秋生.功率因素校正技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2006
[5]荣军.升压ZVT_PWM转换器在单相功率因数校正中的应用[J].电子设计应用，2007，11：116-118.
[6]荣军，李一鸣. Boost ZVTPWM变换器在单相功率因数校正的应用[J]. 船电技术， 2010，30（9）：31 -34.
[7]赵雅兴.PSpice与电子器件模型[M].北京：北京邮电大学出版社M2004.9.
