專利名稱：Btsc編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的說是關(guān)于用于電視廣播的立體聲音頻編碼器。較具體說，本發(fā)明涉及用于生成在美國(guó)和其他國(guó)家立體聲電視信號(hào)廣播中使用的音頻信號(hào)的數(shù)字編碼器。
背景技術(shù)：
80年代，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)采用針對(duì)電視信號(hào)的音頻部分的新規(guī)定，使得電視節(jié)目能以雙通道音頻、例如立體聲廣播和接收。在這些規(guī)定中，F(xiàn)CC認(rèn)識(shí)到廣播附加音頻通道的方法并對(duì)其給予特別的保護(hù)，此方法得到電子工業(yè)協(xié)會(huì)和全國(guó)廣播員協(xié)會(huì)以及所謂的廣播電視系統(tǒng)委員會(huì)(BTSC)機(jī)構(gòu)的認(rèn)同。這一公知的標(biāo)準(zhǔn)有時(shí)被稱為多通道電視 音響(MTS)，在FCC文件“BTSC系統(tǒng)的多通道電視聲音發(fā)射和音頻處理要求”(OET BulletinNO. 60，版本A，1986年2月)以及電子業(yè)協(xié)會(huì)出版的文件“多通道電視聲音BTSC系統(tǒng)推薦的實(shí)踐”(EIA Television Systems Bulletin NO. 5，1985 年 5 月)中有介紹。按照 BTSC 標(biāo)準(zhǔn)生成的電視信號(hào)后面將稱之為“BTSC信號(hào)”。原始單聲電視信號(hào)僅載有單通道的音頻。由于單聲電視信號(hào)的配置和為保持與現(xiàn)有電視機(jī)相兼容的需要，立體聲信息必須被分配在BTSC信號(hào)的較高頻區(qū)內(nèi)，使得立體聲通道較之單聲音頻通道大得多的噪聲。這就導(dǎo)致了對(duì)立體聲信號(hào)較之對(duì)單聲信號(hào)固有地更高的基礎(chǔ)噪聲。BTSC標(biāo)準(zhǔn)通過規(guī)定一對(duì)立體聲音頻信號(hào)提供附加的信號(hào)處理的編碼系統(tǒng)來克服這一問題。在由一電視臺(tái)播送BTSC信號(hào)之前，電視節(jié)目的音頻部分以BTSC標(biāo)準(zhǔn)所說明的方式被加以編碼，和在接收到一 BTSC信號(hào)之后接收機(jī)(例如一電視機(jī))即對(duì)此音頻部分以互補(bǔ)的方式進(jìn)行譯碼。這種互補(bǔ)的編碼和譯碼確保整個(gè)立體聲信號(hào)的這一噪比保持在可接受的水平。圖I為一現(xiàn)有技術(shù)BTSC編碼系統(tǒng)的，更簡(jiǎn)單點(diǎn)說，一按BTSC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的BTSC編碼器100的方框圖。編碼器100接收左、右通道音頻輸入信號(hào)(在圖I中各自被指明為“L”和“R”)并由它們生成經(jīng)調(diào)整的總和信號(hào)和編碼差分信號(hào)。應(yīng)當(dāng)理解，雖然所說明的現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明的系統(tǒng)可用于編碼隨后作為電視信號(hào)發(fā)送的立體聲信號(hào)的左、右音頻信號(hào)，但BTSC系統(tǒng)也提供對(duì)獨(dú)立的音頻信號(hào)，例如由終端接收機(jī)分離和選擇的不同語言的音頻信息的編碼裝置。而且BTSC編碼系統(tǒng)的噪聲減小部件也能被用于除電視廣播外的其他目的，例如用于改善音頻記錄。系統(tǒng)100包括一輸入部分110，總和通道處理部分120，和差分通道處理部分130。輸入部分110接收左、右通道音頻輸入信號(hào)并由它們生成一總和信號(hào)(在圖I中以“L + R”表示)和一差分信號(hào)(圖I中標(biāo)為“L-R”)。眾所周知的是，對(duì)于立體聲信號(hào)，總和信號(hào)L + R可為其自身用來取得單聲道音頻重現(xiàn)，而且正是這一信號(hào)被現(xiàn)有單聲道音頻電視機(jī)譯碼來重現(xiàn)聲音。在立體聲裝置中，此總和和差分信號(hào)可相加或相減來恢復(fù)原先的二立體聲信號(hào)(L)和(R)。輸入部分110包括有二信號(hào)加法器112、114。加法器112求取左、右通道音頻輸入信號(hào)之和以生成總和信號(hào)，加法器114從左通道音頻輸入信號(hào)中減去右通道音頻輸入信號(hào)以生成差分信號(hào)。如上述，總和信號(hào)L + R通過傳送媒體以與先前的單聲道信號(hào)所達(dá)到的同樣的信一噪比發(fā)送。但是，差分信號(hào)L-R是通過噪聲非常大的通道發(fā)送，特別在相應(yīng)頻譜的較高頻率部分，以致于使得被譯碼的差分信號(hào)因噪聲媒體和媒體的減少的動(dòng)態(tài)范圍而惡化其信一噪比。此動(dòng)態(tài)范圍被定義為基礎(chǔ)噪聲電平與發(fā)生信號(hào)飽和時(shí)的最大電平間的信號(hào)范圍。在差分信號(hào)通道中此動(dòng)態(tài)范在較高頻率時(shí)降低。因而，使差分信號(hào)比總和信號(hào)經(jīng)受附加的處理以便能基本上維持此動(dòng)態(tài)范圍。更具體說，總和通道處理部分120接收總和信號(hào)并由其生成經(jīng)調(diào)節(jié)的總和信號(hào)。部分120包括有一 75 μ s的預(yù)矯濾波器122和一帶寬限制器124?？偤托盘?hào)被加到濾波器122的輸入，由它生成被加給帶寬限制器124的輸入端的輸出信號(hào)。由后者所生成的輸出信號(hào)就是經(jīng)調(diào)節(jié)的總和信號(hào)。差分通道處理部分130接收差分信號(hào)并由其生成編碼的差分信號(hào)。部分130包括有一固定預(yù)矯濾波器132 (圖示實(shí)現(xiàn)為級(jí)聯(lián)的二濾波器132a和132b);可變?cè)鲆娣糯?器134，最好為壓控放大器形式；可變的預(yù)矯/去矯濾波器(下面稱作為“可變矯正濾波器”)136，過調(diào)制保護(hù)器和帶寬限制器138，固定增益放大器140，帶通濾波器142，RMS電平檢測(cè)器144，固定增益放大器146，帶通濾波器148，RMS電平檢測(cè)器150，和倒數(shù)發(fā)生器152。差分信號(hào)被加到固定預(yù)矯濾波器132的輸入端，濾波器132由其生成通過線路132d加給放大器134 —輸入端的輸出信號(hào)。由倒數(shù)發(fā)生器152產(chǎn)生的一輸出信號(hào)經(jīng)由線路152a被加給放大器134的增益控制端。放大器134通過利用與線路152a上的信號(hào)值成比例的增益放大線路132d上的信號(hào)生成一輸出信號(hào)。由放大器134生成的輸出信號(hào)被通過線路134a加到可變矯正濾波器136的輸入端，而由RMS檢測(cè)器144所生成的輸出信號(hào)被通過線路144a加到濾波器136的控制端?？勺兂C正濾波器136在線路144a上的信號(hào)的控制下對(duì)線路134a上的信號(hào)的高頻部分進(jìn)行預(yù)矯正或去矯正生成一輸出信號(hào)。濾波器136所產(chǎn)生的輸出信號(hào)被加給過調(diào)制保護(hù)器和帶寬限制器138的輸入端，由其生成被編碼的差分信號(hào)。經(jīng)編碼的差分信號(hào)通過反饋通路138a被加到固定增益放大器140、146的輸入端，后者分別以增益A和增益B對(duì)編碼差分信號(hào)進(jìn)行放大。放大器140所生成的放大信號(hào)被加給帶通濾波器142的輸入，由其生成一被加到RMS電平檢測(cè)器144的輸入端的輸出信號(hào)。后者生成一作為從濾波器142接收的輸入信號(hào)電平的RMS值的函數(shù)的輸出信號(hào)。由放大器146生成的放大信號(hào)被加給帶通濾波器148的輸入端，由其生成一被供給RMS電平檢測(cè)器150的輸入端的輸出信號(hào)。后者生成一作為從濾波器148接收的輸入信號(hào)電平的RMS值的函數(shù)的輸出信號(hào)。檢測(cè)器150的輸出信號(hào)通過線路150a加到倒數(shù)發(fā)生器152，在線路152a上生成一表示線路150a上信號(hào)值的倒數(shù)的信號(hào)。如上所述，由RMS電平檢測(cè)器144和倒數(shù)發(fā)生器152產(chǎn)生的輸出信號(hào)被分別加給濾波器136和放大器134。如圖I中所示，差分通道處理部分130比總和處理部分120要復(fù)雜得多。由差分通道處理部分130提供的附加處理與由接收BTSC信號(hào)的一譯碼器(未圖示)所提供的互補(bǔ)處理相結(jié)合，即使在存在有與差分通道的發(fā)送和接收相關(guān)的較高噪聲基礎(chǔ)的情況下亦可將差分通道的信一噪比保持為可能接受的水平。差分通道處理部分130主要是以動(dòng)態(tài)地壓縮、即減少差分信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍來產(chǎn)生編碼的差分信號(hào)以便使編碼信號(hào)能通過與一 BTSC信號(hào)相關(guān)連的有限動(dòng)態(tài)范圍的傳輸通路傳送，并使得接收此編碼信號(hào)的譯碼器能以互補(bǔ)方式擴(kuò)展此經(jīng)壓縮的差分信號(hào)來恢復(fù)原始差分信號(hào)中的全部動(dòng)態(tài)范圍。此差分通道處理部分130是US專利NO. 4539526中描述的自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)的一特定形式，此系統(tǒng)公知為有利于通過具有相對(duì)窄小的、依賴頻率的動(dòng)態(tài)范圍的傳輸通路傳送一具有相對(duì)很大的動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)。大體上，該差分通道處理部分可被認(rèn)為包括有一寬帶壓縮單元180和一頻譜壓縮單元190。此寬帶壓縮單元180包括最好為一壓控放大器形式的可變?cè)鲆娣糯笃?34和用于生成對(duì)放大器134的控制信號(hào)的反饋通路的部件，它們包括放大器146、帶通濾波器148、RMS電平檢測(cè)器150和倒數(shù)發(fā)生器152。帶通濾波器148具有相對(duì)寬的通帶，被向著較低的聲頻加權(quán)，因而在運(yùn)行中由濾波器148生成并被加給RMS電平檢測(cè)器150的輸出信號(hào)基本上表示編碼差分信號(hào)。因此RMS電平檢測(cè)器150在線路150a上生成表示編碼差分信號(hào)的能級(jí)加權(quán)平均的輸出信號(hào)，而倒數(shù)發(fā)生器152在線路152a上生成表示這一加權(quán)平均的倒數(shù)的信號(hào)。線路152a上的信號(hào)控制放大器134的增益，而由于這一增益反比于編碼差分信號(hào)·的能級(jí)的加權(quán)平均(亦即向較低聲頻加權(quán))，所以寬帶壓縮單元180即通過放大具有相對(duì)低振幅的信號(hào)而衰減具有相對(duì)大振幅的信號(hào)來“壓縮”、即減少線路132d上信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。頻譜壓縮單元190包括可變矯正濾波器136和生成對(duì)濾波器136的控制信號(hào)的反饋通路的部件，它們包括放大器140、帶通濾波器142和RMS電平檢測(cè)器144。與濾波器148不同，帶通濾波器142具有被向著較高聲頻加權(quán)的相對(duì)窄的通帶。如所周知，與BTSC傳輸系統(tǒng)的差分部分相關(guān)的傳輸媒體具有依賴于頻率的動(dòng)態(tài)范圍，濾波器142的通帶被選擇成相應(yīng)于該傳輸通路具有最窄動(dòng)態(tài)范圍的頻譜部分(即較高頻率部分)。運(yùn)行中，由濾波器142生成的并被加給RMS電平檢測(cè)器144的輸出信號(hào)主要包含編碼差分信號(hào)的高頻部分。因此RMS電平檢測(cè)器144在線路144a上產(chǎn)生表示編碼差分信號(hào)的高頻部分中的能級(jí)的輸出信號(hào)。然后這一信號(hào)控制由可變矯正濾波器136施加的預(yù)矯正/去矯正從而頻譜壓縮單元190實(shí)際上以由濾波器142所確定的編碼差分信號(hào)的高頻部分的能級(jí)所確定的數(shù)量動(dòng)態(tài)地壓縮線路134a上信號(hào)的高頻部分。這樣，頻譜壓縮單元190的應(yīng)用提供向著此差分信號(hào)的較高頻率部分的額外信號(hào)壓縮，這與由可變?cè)鲆娣糯笃?34提供的寬帶壓縮相結(jié)合以有效地促成相對(duì)于在較低頻率的壓縮能在高頻率發(fā)生更全面的壓縮。這樣作是因?yàn)椴罘中盘?hào)傾向于在頻譜的較高頻率部分有更多的噪聲。當(dāng)編碼差分信號(hào)分別利用一譯碼器(未作圖示)中的寬帶擴(kuò)展電路和頻譜擴(kuò)展電路以對(duì)編碼器的寬帶壓縮單元180和頻譜壓縮單元190的互補(bǔ)狀態(tài)進(jìn)行譯碼時(shí)，被加到差分通道處理部分130的L-R信號(hào)的信一噪比將被基本上維持。BTSC標(biāo)準(zhǔn)從理想化模擬濾波器的觀點(diǎn)嚴(yán)格定義75 μ s預(yù)矯正濾波器122、固定預(yù)矯正濾波器132、可變矯正濾波器136和帶通濾波器142、148的所要求操作。具體說，BTSC標(biāo)準(zhǔn)為這些部件的每一個(gè)給出一傳輸函數(shù)，這些傳輸函數(shù)被按照理想化模擬濾波器的數(shù)學(xué)表達(dá)式來說明。BTSC標(biāo)準(zhǔn)還分別定義放大器140和146的增益設(shè)定，增益A和增益B，而且，還定義放大器134、RMS電平檢測(cè)器144、150和倒數(shù)發(fā)生器152的操作。BTSC標(biāo)準(zhǔn)還提供對(duì)過調(diào)制保護(hù)器和帶寬限制器138和帶寬限制器124的操作的推薦指南。具體說，帶寬限制器124和過調(diào)制保護(hù)器及帶寬限制器138的帶寬限制器部分被作為截止頻率為15KHz的低通濾波器加以說明，過調(diào)制保護(hù)器及帶寬限制器138的過調(diào)制保護(hù)部分被作為將編碼差分信號(hào)的振幅限定到100%完全調(diào)制的閾值裝置加以說明，其中，完全調(diào)制是用于調(diào)制電視信號(hào)中的音頻副載波的最大容許偏移電平。由于編碼器100是按照理想化濾波器的數(shù)學(xué)描述定義的，它可被看作為一理想化的、即理論上的編碼器，而熟知本技術(shù)的人們將會(huì)理解，結(jié)構(gòu)上具體實(shí)現(xiàn)一精確符合理論編碼器100的運(yùn)行性能的BTSC編碼器實(shí)際上是不可能的。因此預(yù)期所有BTSC編碼器的性能均將會(huì)與理論上的設(shè)想有所偏離，而BTSC標(biāo)準(zhǔn)則對(duì)可接受的偏移量規(guī)定最大極限。例如，BTSC標(biāo)準(zhǔn)表明一 BTSC編碼器必須提供IOOHz到8000Hz的至少30db的分離，這里的分離是一僅被加到左或右通道的輸入端之一的信號(hào)多大程度錯(cuò)誤地出現(xiàn)在左或右通道中另一通道的輸出上的量度。BTSC標(biāo)準(zhǔn)還定義一復(fù)合立體聲基帶信號(hào)(下面稱之為“復(fù)合信號(hào)”)，被 用于生成BTSC信號(hào)的音頻部分。此復(fù)合信號(hào)利用調(diào)整的總和信號(hào)、編碼差分信號(hào)、和一通常稱為“導(dǎo)頻音”或簡(jiǎn)稱為“導(dǎo)頻”的音調(diào)信號(hào)生成，它是頻率為fH的正弦波，其中fH等于15734Hz。一被接收的電視信號(hào)中存在此導(dǎo)頻向接收機(jī)指出此電視信號(hào)為一 BTSC信號(hào)而不是單聲道的或其他非BTSC信號(hào)。此復(fù)合信號(hào)的生成是通過將編碼差分信號(hào)乘以一以導(dǎo)頻頻率的2倍按照余弦函數(shù)COS (4 振蕩的波形(其中t為時(shí)間)，產(chǎn)生一調(diào)幅的、雙邊帶的、壓縮載波信號(hào)，然后將此信號(hào)加上調(diào)整的總和信號(hào)和導(dǎo)頻音。圖2為此復(fù)合信號(hào)的頻譜圖。圖2中，含有經(jīng)調(diào)整的總和信號(hào)(B卩“總和通道信號(hào)”)的內(nèi)容的有意義的頻帶被標(biāo)明為“L + R”，含有頻移編碼差分信號(hào)(即“差分通道信號(hào)”)的內(nèi)容的二頻譜邊帶各自被標(biāo)明為“L-R”，導(dǎo)頻音被以頻率fH處的箭頭標(biāo)明。如圖2中所示，此復(fù)合信號(hào)中編碼差分信號(hào)被用于100%的完全調(diào)制，調(diào)整的總和信號(hào)被用于50%的完全調(diào)制，和導(dǎo)頻首被用于10%的完全調(diào)制。立體聲電視已獲得廣泛的成功，現(xiàn)有的譯碼器性能也極好，不過現(xiàn)在應(yīng)用的每一個(gè)BTSC編碼器實(shí)際上都是采用模擬電路技術(shù)建成的。這些模擬BTSC編碼器，而特別是模擬差分通道處理部分，由于它們?cè)黾拥膹?fù)雜性，制造起來相當(dāng)困難和昂貴。因?yàn)槟M部件的易變性，為制造滿意的模擬差分通道處理部分要求繁雜的部件選擇和大量的校準(zhǔn)。而且，模擬部件的隨時(shí)間的漂移離開它們的經(jīng)校準(zhǔn)的工作點(diǎn)的傾向也使得難以制造能始終如一地和重復(fù)地在給定容差范圍內(nèi)運(yùn)行的模擬差分通道處理部分。一數(shù)字差分通道處理部分，如果能建造的話，就不會(huì)存在這些部件選擇、校準(zhǔn)和性能漂移方面的問題，并且還有可能改善運(yùn)行性能。另外，現(xiàn)有的BTSC編碼器的模擬性質(zhì)已使得它們不適應(yīng)用于新近開發(fā)的、日趨普及的數(shù)字設(shè)備。例如，電視節(jié)目現(xiàn)在可利用數(shù)字存貯媒體如硬盤或數(shù)字磁帶而不是傳統(tǒng)的模擬存貯媒體加以存貯，而在未來越來越多地將采用數(shù)字存貯媒體?，F(xiàn)今從數(shù)字存貯的節(jié)目產(chǎn)生BTSC信號(hào)需要將此數(shù)字音頻信號(hào)變換到模擬信號(hào)而后再將此模擬信號(hào)加到模擬BTSC編碼器。一數(shù)字BTSC編碼器，如果能被建造的話，就能直接接收此數(shù)字音頻信號(hào)，因此而能更容易地與其它數(shù)字設(shè)備相結(jié)合。雖然數(shù)字BTSC編碼器有可能提供數(shù)種優(yōu)點(diǎn)，但是沒有簡(jiǎn)便方法構(gòu)成功能上相當(dāng)于由BTSC標(biāo)準(zhǔn)所定義的理想化編碼器100的利用數(shù)字技術(shù)的編碼器。一個(gè)問題在于，BTSC標(biāo)準(zhǔn)從模擬濾波器傳輸函數(shù)的觀點(diǎn)定義理想化編碼器100的所有關(guān)鍵部件。眾所周知，雖然總體上說有可能設(shè)計(jì)一數(shù)字濾波器使得此數(shù)字濾波器的振幅或相位響應(yīng)與一模擬濾波器的相符合，但極難做到無需大量為處理以很高采樣速率采樣的數(shù)據(jù)的處理能力或者不必顯著地增加數(shù)字濾波器的復(fù)雜性來與振幅和相位響應(yīng)兩者相符。不增加采樣頻率或?yàn)V波器階次，數(shù)字濾波器的振幅響應(yīng)通常僅能以增加二濾波器的相位響應(yīng)間的差異作為代價(jià)來達(dá)到較嚴(yán)格地與模擬濾波器的振幅響應(yīng)相符，反之亦然。但由于振幅或相位中很小的誤差將降低BTSC編碼器所提供的分離數(shù)量，一數(shù)字BTSC編碼器嚴(yán)格地與圖I中100所示類型的理想化編碼器的振幅和相位響應(yīng)二者相符是至關(guān)重要的。一數(shù)字BTSC編碼器要提供滿意的運(yùn)行性能，關(guān)鍵在于維持理想化編碼器100的模擬濾波器的特性。為設(shè)計(jì)符合一模擬濾波器的性能的數(shù)字濾波器存在有各種技術(shù)，但總的說這些技術(shù)中沒有一個(gè)產(chǎn)生具有精確地與模擬濾波器的振幅和相位響應(yīng)相符的對(duì)應(yīng)響應(yīng)的數(shù)字濾波器(與此模擬濾波器相同階次)。理想編碼器100被按頻域中、即S-平面中所指定的模擬傳輸函數(shù)定義，而為設(shè)計(jì)一數(shù)字BTSC編碼器、這些傳輸函數(shù)必須被變換到Z-平面。這樣的一種變換可作為從S-平面到期望保持時(shí)域特性的Z-平面的“多到一”的映射來進(jìn)行。但在這樣一變換中，頻域響應(yīng)受到混淆而可能顯著改變。另一方面，此變換可作為 將整個(gè)S-平面壓縮成Z-平面的單位圓的從S-平面到Z-平面的“一到一”的映射來進(jìn)行。但這樣的壓縮具有常見的模擬與數(shù)字頻率之間的“頻率卷繞”的缺點(diǎn)。預(yù)卷繞可被用來補(bǔ)償這種頻率卷繞效果，但預(yù)卷繞不能完全消除偏離所希望的頻率響應(yīng)。為制造能正常運(yùn)行的不過度復(fù)雜和昂貴的數(shù)字BTSC編碼器必須解決這些問題。因此有必要克服這些困難和開發(fā)數(shù)字BTSC編碼器。本發(fā)明的目的主要是為減輕或克服上面指出的現(xiàn)有技術(shù)的問題。本發(fā)明的另一目的是提供一自適應(yīng)數(shù)字加權(quán)系統(tǒng)。本發(fā)明的再一目的是提供一自適應(yīng)數(shù)字加權(quán)系統(tǒng)，用于對(duì)一預(yù)定帶寬的電信息信號(hào)進(jìn)行編碼以使此信息信號(hào)能被記錄在一在此預(yù)定帶寬的一第一頻譜區(qū)域比至少一個(gè)其他頻譜區(qū)域具有較窄的動(dòng)態(tài)限制部分的動(dòng)態(tài)受限的、依賴于頻率的通道上或通過其傳輸。本發(fā)明的又一目的是提供一數(shù)字BTSC編碼器。本發(fā)明的再一目的是提供能防止可因基本為零的輸入信號(hào)電平引起的滴答(ticking)問題的數(shù)字BTSC編碼器。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一采用導(dǎo)頻音信號(hào)頻率15734的倍數(shù)的采樣頻率以便防止編碼信號(hào)與導(dǎo)頻音信號(hào)信息之間的干擾的數(shù)字BTSC編碼器。本發(fā)明的再一目的是提供用于生成基本不包括導(dǎo)頻音頻率15724Hz的信號(hào)能量的調(diào)整總和信號(hào)和編碼差分信號(hào)的數(shù)字BTSC編碼器。本發(fā)明的又另一目的是提供一數(shù)字BTSC編碼器，包括一用于產(chǎn)生調(diào)整總和信號(hào)的總和通道處理部分和一用于產(chǎn)生編碼差分信號(hào)的差分處理部分，此總和通道處理部分包括用于將補(bǔ)償相位誤差引入調(diào)整總和信號(hào)來補(bǔ)償由差分通道處理部分引入編碼差分信號(hào)的任何相位誤差的裝置。本發(fā)明還有一目的是提供一包括數(shù)字可變矯正單元的數(shù)字BTSC編碼器，此單元包含有其特點(diǎn)在于可變系數(shù)傳輸函數(shù)的數(shù)字可變矯正濾波器，此單元還包含作為編碼差分信號(hào)的信號(hào)能量的函數(shù)選擇可變系數(shù)傳輸函數(shù)的系數(shù)的裝置。本發(fā)明的又一目的是提供包括用于從調(diào)整總和信號(hào)和編碼差分信號(hào)產(chǎn)生復(fù)合調(diào)制信號(hào)的復(fù)合調(diào)制器的數(shù)字BTSC編碼器。本發(fā)明的再一目的是提供可以單一的集成電路實(shí)現(xiàn)的數(shù)字BTSC編碼器。

發(fā)明內(nèi)容
這些和其他目的是依靠一改善的BTSC編碼器來達(dá)到的，此編碼器包括有全都采用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一輸入部分，一總和通道處理部分，和一差分通道處理部分。一個(gè)方面，此輸入部分包括有高通濾波器以防止BTSC編碼器出現(xiàn)“滴答”。另一個(gè)方面，此BTSC編碼器采用等于導(dǎo)頻頻率的整數(shù)倍的采樣頻率。再一個(gè)方面，總和通道處理部分生成調(diào)整總和信號(hào)，差分通道處理部分生成編碼差分信號(hào)，而總和通道處理部分包括有用于將一相位誤差引導(dǎo)進(jìn)調(diào)整總和信號(hào)來補(bǔ)償由差分通道處理部分導(dǎo)入編碼差分信號(hào)的任一相位誤差的部件。
按照又一個(gè)方面，本發(fā)明提供一自適應(yīng)數(shù)字加權(quán)系統(tǒng)，用于對(duì)預(yù)定帶寬的電氣信息信號(hào)進(jìn)行編碼以使得此信息信號(hào)能被記錄在一在此預(yù)定帶寬的一第一頻譜區(qū)比至少一個(gè)其他頻譜區(qū)具有較窄的動(dòng)態(tài)受限部分的動(dòng)態(tài)受限的隨頻率而定的通道。由下面以展示和描述數(shù)個(gè)實(shí)施例作為本發(fā)明的最佳方式的介紹所作的詳細(xì)說明本技術(shù)領(lǐng)域的熟悉人士將會(huì)容易地理解本發(fā)明的還有其他目的和優(yōu)點(diǎn)。如將認(rèn)識(shí)到的，本發(fā)明可以有其他不同的實(shí)施方案，其數(shù)個(gè)細(xì)節(jié)能在不同方面加以修正而全部不背離本發(fā)明。因而，附圖和說明均應(yīng)被看作是說明性的而沒有約束或限制的意義，本申請(qǐng)的范圍在權(quán)利要求中指定。


為更全面了解本發(fā)明的本質(zhì)和目的，必須參照下面結(jié)合所列附圖所作的詳細(xì)說明，圖中相同的標(biāo)號(hào)用于指明相同或類似部分圖I為現(xiàn)有技術(shù)理想化BTSC編碼器的方框圖；圖2為按照BTSC標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的復(fù)合信號(hào)的頻譜圖；圖3為按照本發(fā)明構(gòu)成的數(shù)字BTSC編碼器一實(shí)施例的方框圖；圖4A-C為用于圖3所示數(shù)字BTSC編碼器中的低通濾波器的方框圖；圖5為用于圖3所示數(shù)字BTSC編碼器中的寬帶壓縮單元的詳細(xì)方框圖；圖6為用于圖3所示數(shù)字BTSC編碼器中的頻譜壓縮單元的方框圖。圖7為用于計(jì)算圖6所示頻譜壓縮單元中所用的可變矯正濾波器的濾波系數(shù)的流程圖；圖8A-D為說明按照本發(fā)明構(gòu)成的數(shù)字BTSC編碼器的定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)中可被用來維持分辨率和減少飽和機(jī)率的信號(hào)定標(biāo)的方框圖；圖9為圖8B-C所示復(fù)合調(diào)制器的詳細(xì)方框圖；和圖10為可用于按照本發(fā)明構(gòu)成的數(shù)字BTSC編碼器的總和及差分通道處理部分一優(yōu)選實(shí)施例的方框圖。
具體實(shí)施例方式圖3為按照本發(fā)明構(gòu)成的數(shù)字BTSC編碼器200 —實(shí)施例的方框圖。數(shù)字編碼器200被構(gòu)制來提供相當(dāng)于理想化編碼器100 (圖I中所示)的運(yùn)行性能。如應(yīng)用理想化編碼器100那樣，數(shù)字編碼器200接收左、右通道音頻輸入信號(hào)并由其生成調(diào)整總和信號(hào)及編碼差分信號(hào)，但在數(shù)字編碼器200中這些輸入、輸出信號(hào)為數(shù)字采樣的信號(hào)而不是連續(xù)的模擬信號(hào)。為左、右通道音頻輸入信號(hào)選擇采樣頻率fs對(duì)數(shù)字編碼器200的設(shè)計(jì)有很大影響。在優(yōu)選實(shí)施例中，此采樣頻率fs被選擇為導(dǎo)頻頻率fH的整數(shù)倍，故fs=NfH，其中N為一整數(shù)，而在最理想的實(shí)施例中N被選擇為大于或等于3。編碼器200要保證調(diào)整總和信號(hào)和編碼差分信號(hào)不含有與復(fù)合信號(hào)中所包括的導(dǎo)頻音相干擾的導(dǎo)頻頻率fH的足夠能量是很重要的。如下面將更詳細(xì)討論的，因此希望數(shù)字編碼器200中至少某些濾波器在異頻頻率fH處能提供特別大程度的衰減，而這樣的選擇采樣頻率fs將簡(jiǎn)化這種濾波器的設(shè)計(jì)。 數(shù)字編碼器200包含有輸入部分210，總和通道處理部分220和差分通道處理部分230。不僅僅利用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)差分通道處理部分230，而是所有三個(gè)部分210、220、230全都利用數(shù)字技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字編碼器200中許多個(gè)別部件分別對(duì)應(yīng)于理想化編碼器100中 的各個(gè)別部件。一般，數(shù)字編碼器200的部件均被選擇得使它們的振幅響應(yīng)緊密地符合編碼器100中它們的對(duì)應(yīng)部件的各自的振幅響應(yīng)。這常常導(dǎo)致對(duì)應(yīng)部件的相位響應(yīng)之間相當(dāng)大的差異。按照本發(fā)明的一個(gè)方面，數(shù)字編碼器200中設(shè)置有補(bǔ)償或消除這些相位差、即相位誤差的裝置。熟悉本技術(shù)的人員將會(huì)理解，差分通道處理部分230中相對(duì)小的相位誤差可通過在總和通道處理部分220中引入類似的相位誤差加以補(bǔ)償，而利用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)此總和通道處理部分將使得這種所希望的補(bǔ)償相位誤差的引入簡(jiǎn)化。編碼器200的輸入部分210包括有二個(gè)高通濾波器212、214，和二信號(hào)加法器216、218。左通道數(shù)字音頻輸入信號(hào)L被加到高通濾波器212的輸入端，后者由其產(chǎn)生被加到加法器216、218的正輸入端的輸出信號(hào)。右通道音頻輸入信號(hào)R被加到高濾波器214的輸入端，它由其生成被加到加法器216的正輸入端和加法器218的負(fù)輸入端的輸出信號(hào)。加法器216求取濾波器212與214所產(chǎn)生的輸出信號(hào)之和來得到一總和信號(hào)(圖3中被標(biāo)為“L + R”)。加法器218從濾波器212產(chǎn)生的輸出信號(hào)減去濾波器214所產(chǎn)生的輸出信號(hào)來生成一差分信號(hào)(圖3中標(biāo)明為“L-R”)。因此輸入部分210類似于輸入部分110 (圖I所示)，但部分210另外還包括二個(gè)高通濾波器212、214并生成數(shù)字總和及差分信號(hào)。聞通濾波器212、214最好具有基本上同樣的響應(yīng)并最好從左、右通道首頻輸入/[目號(hào)中去除DC成份。如下面將詳細(xì)討論的，這種DC的去除防止編碼器200出現(xiàn)所謂的“滴答”效應(yīng)。由于有關(guān)的左、右通道音頻輸入信號(hào)的音頻信息內(nèi)容被認(rèn)為在50Hz與15000Hz之間的頻帶之內(nèi)，所以去除DC成份并不防礙音頻信號(hào)的信息內(nèi)容的傳送。濾波器212、214因而最好具有低于50Hz的截止頻率，而更好的是具有IOHz以下的頻率以使它們將不會(huì)去掉音頻輸入信號(hào)中所含有的任何音頻信息。濾波器212、214也最好在它們的通帶中具有平坦的振幅響應(yīng)。在一優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器212、214被實(shí)現(xiàn)為一階無限脈沖響應(yīng)(11)濾波器，各自具有下列方程(I)中所示等式給定的傳輸函數(shù)Hi^)=---·.........《I》
l+iZjZ再次參看圖3，總和通道處理部分220接收總和信號(hào)并由其生成調(diào)整總和信號(hào)。詳細(xì)說，總和信號(hào)被加給一 75 μ s預(yù)矯正濾波器222。此濾波器222再產(chǎn)生被加到一靜態(tài)相位均衡濾波器228的輸出信號(hào)。濾波器228生成一輸出信號(hào)，被加到部分220的低通濾波器224，后者再生成調(diào)整總和信號(hào)。75 μ s預(yù)矯正濾波器222提供部分地相似于理想編碼器100的濾波器122(圖I中所示)的信號(hào)處理。濾波器222的振幅響應(yīng)最好被選擇成與濾波器122的密切相符。如下面將進(jìn)一步討論的，差分通道處理部分230中最好設(shè)置有用于補(bǔ)償濾波器222與122的相位響應(yīng)中任何差異的裝置。在一優(yōu)選實(shí)施例中，濾波器222被實(shí)現(xiàn)為一具有由下列方程(2)中所示等式所描述的傳輸函數(shù)H (ζ)的一階IIR濾波器
權(quán)利要求
1.一種在根據(jù)BTSC標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的數(shù)字自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)中提供濾波系數(shù)的方法，包括 計(jì)算并電子地存儲(chǔ)所述濾波系數(shù)，及 提取這些濾波系數(shù)用于計(jì)算所述數(shù)字自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)的濾波響應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提供濾波系數(shù)的方法，還包括使用所述濾波系數(shù)以設(shè)置所述數(shù)字自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)的可變加重單元的濾波特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提供濾波系數(shù)的方法，還包括提取所述濾波系數(shù)以根據(jù)所述數(shù)字自適應(yīng)加權(quán)系統(tǒng)的輸出信號(hào)的對(duì)數(shù)使用。
4.一種提供反平方根值以用于根據(jù)BTSC標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的數(shù)字自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)中的方法，包括計(jì)算并電子地存儲(chǔ)所述反平方根值，及提取所述反平方根值并使用所述平方根值以設(shè)置該數(shù)字自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)的寬帶增益控制單元的增益。
5.一種在根據(jù)BTSC標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)的數(shù)字自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)中設(shè)置寬帶壓縮單元的增益的方法，包括 計(jì)算并電子地存儲(chǔ)表示輸入信號(hào)和輸出信號(hào)其中之一的若干值，及 選擇并提取一特定存儲(chǔ)的值作為在存儲(chǔ)的值表示輸出信號(hào)時(shí)輸入信號(hào)的值的函數(shù)，及在存儲(chǔ)的值表示輸入信號(hào)時(shí)輸出信號(hào)的值的函數(shù)。
6.配置在根據(jù)BTSC標(biāo)準(zhǔn)的自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)的總和通道信號(hào)路徑中的數(shù)字濾波器，所述濾波器具有包括從50Hz至15kHz的頻率范圍的基本部分的通帶，且具有配置為通過相比于附近頻率在15. 734kHz相對(duì)小的信號(hào)能量的空或陷波特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的配置在自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)的總和通道路徑中的數(shù)字濾波器，其中所述濾波器是采用低通濾波器的形式，具有包括從DC至15kHz的頻率范圍的基本部分的通帶。
8.一種數(shù)字自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)，其接受一或多個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)并根據(jù)BTSC標(biāo)準(zhǔn)修正它們的電特性以產(chǎn)生一或多個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)字自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)，其中所述輸入信號(hào)是包括一或多個(gè)數(shù)字音頻信號(hào)的復(fù)合信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的數(shù)字自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)，其中所述輸出信號(hào)是包括一或多個(gè)數(shù)字音頻信號(hào)的復(fù)合信號(hào)。
11.一種根據(jù)BTSC標(biāo)準(zhǔn)生成數(shù)字音頻信號(hào)的方法，包括 (a)接受一或多個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)； (b)執(zhí)行所述數(shù)字輸入信號(hào)的頻率轉(zhuǎn)換以形成數(shù)字音頻信號(hào)；及 (c)根據(jù)BTSC標(biāo)準(zhǔn)修正所述數(shù)字音頻信號(hào)的幅度和相位以使產(chǎn)生一或多個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)字音頻輸出信號(hào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的生成數(shù)字音頻信號(hào)的方法，其中執(zhí)行所述頻率轉(zhuǎn)換包括將頻率轉(zhuǎn)換大約31. 468kHz ο
13.一種使用表示二個(gè)立體聲音頻信號(hào)之間的差的數(shù)字差分信號(hào)的數(shù)字自適應(yīng)信號(hào)加權(quán)系統(tǒng)，包括 第一數(shù)字濾波器部分，用于根據(jù)BTSC標(biāo)準(zhǔn)在第一選擇頻譜區(qū)內(nèi)改變數(shù)字差分信號(hào)的增益和相位 '及第二數(shù)字濾波器部分，用于根據(jù)BTSC標(biāo)準(zhǔn)在包括該第一選擇頻譜區(qū)的至少一部分的第二選擇頻譜區(qū)內(nèi)進(jìn)一步改變所述數(shù)字差分信號(hào)的增益和相位。
全文摘要
BTSC編碼器(200)包括有一左數(shù)字高通濾波器(212)，接收數(shù)字左通道音頻信號(hào)(L)并生成數(shù)字左濾波信號(hào)；一右數(shù)字高通濾波器(214)，接收數(shù)字右頻通音頻信號(hào)(R)并生成數(shù)字右濾波信號(hào)；一矩陣，包括一用于求取數(shù)字左和右濾波信號(hào)之和并生成一數(shù)字總和信號(hào)(L＋R)的加法器(216)，和一用于從數(shù)字左和右濾波信號(hào)之一減去數(shù)字左和右濾波信號(hào)中的另一個(gè)并生成數(shù)字差分信號(hào)(L-R)的減法器(218)；一差分通道處理器(230)，對(duì)數(shù)字差分信號(hào)(L-R)作數(shù)字處理；和總和通道處理器(220)，對(duì)數(shù)字總和信號(hào)(L＋R)作數(shù)字處理。
文檔編號(hào)H04N5/60GK102890932SQ20121025137
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期1997年6月2日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月7日
發(fā)明者克里斯托弗·M·漢納 申請(qǐng)人:塔特公司