專(zhuān)利名稱(chēng)：在調(diào)頻系統(tǒng)中保存調(diào)幅信息的副載波倍增方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及調(diào)頻(FM)電視系統(tǒng)，特別涉及能夠傳輸電視頻道而不從聲音載波中除去調(diào)幅(AM)信息的FM電視系統(tǒng)，本發(fā)明打算用于FM電視系統(tǒng)，例如(但不限于)衛(wèi)星、MDS、MMDS、CATV(電纜電視)超中繼線和光纖超中繼線系統(tǒng)。
在美國(guó)，地面電視廣播和大部分電纜電視(CATV)是根據(jù)NTSC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分配的。

圖1是描述一個(gè)典型的NTSC信號(hào)的射頻頻譜簡(jiǎn)化形式的幅一頻圖示，它以一個(gè)頻道的低頻邊緣為基準(zhǔn)。NTSC制式要求圖象信息分成兩個(gè)分量亮度分量和色度分量。圖1的復(fù)合電視信號(hào)10包括亮度信號(hào)12和色度信號(hào)14。復(fù)合電視信號(hào)中的色度信號(hào)由一副載波載送。(其它復(fù)合電視信號(hào)是SECAM和PAL，SECAM用于法國(guó)，PAL在其余的歐洲地區(qū)占統(tǒng)治地位)。該信號(hào)占有一標(biāo)稱(chēng)的6MHz帶寬，圖象載波16位于高于該頻帶低端1.25MHz的位置。色度信息調(diào)制在一色度副載波18上，該副載波和基帶亮度信息相結(jié)合。這個(gè)復(fù)合基帶依次用于對(duì)圖象載頻16進(jìn)行調(diào)幅，色度副載波18具有3.579545Hz的頻率，這是由NTSC所確定的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
在地面電視廣播和電纜電視分配中，音頻信息被調(diào)頻在另一個(gè)載波20上，該載波位于頻帶的上端。音頻載波20具有比視頻載波高4.5MHz的頻率，這是由NTSC確定的另一標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于音頻載波頻率而言，選擇4.5MHz體現(xiàn)了家用AM電視系統(tǒng)中對(duì)于最小頻譜帶寬的信號(hào)質(zhì)量的一種折衷方案。在這種相對(duì)低的副載波頻率，在視頻和音頻信息間產(chǎn)生一些頻譜重疊，一些信號(hào)的衰減是允許的，這是由于需要有濾波器在以后分離這些信號(hào)。
一個(gè)電視接收機(jī)同時(shí)接收兩個(gè)載波并提取原始復(fù)合基帶信號(hào)。這個(gè)復(fù)合基帶音頻和視頻信號(hào)包含再現(xiàn)原來(lái)圖象和聲音信息的必要信息。
一些系統(tǒng)通過(guò)調(diào)頻一個(gè)載波而發(fā)送視頻和音頻，這是利用處理過(guò)的復(fù)合視頻加音頻副載波波形來(lái)調(diào)頻的。這些將稱(chēng)之為FM電視系統(tǒng)。這些系統(tǒng)常用于衛(wèi)星電視，一些CATV超中斷線，演試室至發(fā)射機(jī)接線以及其它需要高質(zhì)量視頻傳輸?shù)膽?yīng)用中。這種處理在通過(guò)高噪聲、高損耗、低信號(hào)電平和強(qiáng)干撓通道時(shí)保持信號(hào)質(zhì)量是特別有用和有效的。
對(duì)于音頻載波頻率的選擇考慮的折衷方案(前面已討論過(guò))，在FM電視系統(tǒng)中能夠緩和。在FM電視系統(tǒng)中信號(hào)占據(jù)的帶寬不是簡(jiǎn)單地與基帶帶寬相關(guān)，使用高于4.5MHz頻率的副載波，而且不增加占有的帶寬是可能的。由于FM系統(tǒng)常用于需要最小的信號(hào)衰減的領(lǐng)域，所以常使用較高頻率的副載波。為了補(bǔ)償FM系統(tǒng)中較高頻率下增加的噪聲，副載波的頻偏也增加了。
當(dāng)FM電視系統(tǒng)試圖傳送加擾視頻通道時(shí)，一些問(wèn)題就出現(xiàn)了。發(fā)射的視頻信號(hào)常常加擾或者編碼，以防止未經(jīng)許可或未付費(fèi)的人觀看。在很多加擾系統(tǒng)及其變形中，需要解碼或解擾視頻信號(hào)的信息作為在FM音頻載波上的調(diào)幅(AM)信號(hào)發(fā)送。在類(lèi)似的方式里，很多系統(tǒng)將終端控制或?qū)ぶ沸畔⒆鳛樵谝纛l載波上的調(diào)幅(AM)信號(hào)發(fā)送。有時(shí)，音頻載波的幅度調(diào)制能夠用來(lái)預(yù)先修正音頻載波，以盡量減小由于解擾過(guò)程產(chǎn)生的干擾蜂音，正如與先前論及的相結(jié)合的共同未決申請(qǐng)所討論的一樣，該申請(qǐng)已被轉(zhuǎn)讓?zhuān)渖暾?qǐng)序號(hào)為07/226，006，申請(qǐng)日為1988年7月29日，題目為“用戶(hù)付費(fèi)電視的同步抑制加擾和去擾電視信號(hào)”。也有其它的在音頻載波上的調(diào)幅(AM)的申請(qǐng)。在從通常的4.5MHz到較高頻率的倍增音頻載波的過(guò)程中，F(xiàn)M電視系統(tǒng)破壞了音頻載波上的AM信息，正如以下部分所要敘述的一樣。
圖2是圖示FM視頻傳輸系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)方框圖。音頻能夠作為基帶提供并且由基帶處理器2內(nèi)部處理并由FM調(diào)制器3進(jìn)行FM調(diào)制。在這種情況下，這里沒(méi)有用于音頻載波上的調(diào)制信息的措施。與其內(nèi)部調(diào)制音頻，不如用開(kāi)關(guān)5選擇一個(gè)另外的通道。在另外的通道，音頻作為預(yù)先調(diào)制載波被提供。這個(gè)載波一般用音頻信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻，而且也可象先前所述地傳送調(diào)幅信息。這個(gè)載波在乘法電路4與預(yù)先確定的有理數(shù)N/M典型地相乘，然后經(jīng)開(kāi)關(guān)5加到加法電路6。
在FM調(diào)制器7，相加的復(fù)合視頻信號(hào)和副載波調(diào)制一載波，然后可對(duì)FM調(diào)制器的輸出進(jìn)行處理，頻率轉(zhuǎn)換和傳遞，正如按照眾多現(xiàn)有技術(shù)處理的任何一種的方框8圖示說(shuō)明的一樣，然后通過(guò)一個(gè)頻道9。
在接收端，信號(hào)可進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換和進(jìn)一步處理，如方框10所說(shuō)明的，并由FM解調(diào)器進(jìn)行FM解調(diào)。然后由濾波器12和13分別地分離成視頻信號(hào)和副載波信號(hào)。由解調(diào)器14把音頻副載波解調(diào)成基帶。音頻副載波能夠由乘法器15用相對(duì)于發(fā)射機(jī)中的乘法器4的有理數(shù)之倒數(shù)(M/N)相乘，并作為4.5MHz載波傳送到輸出端。
上述系統(tǒng)不能通過(guò)任何在音頻載波上的幅度信息。如果音頻信號(hào)被FM調(diào)制器3內(nèi)部調(diào)制，就沒(méi)有用于調(diào)幅的措施。如果外部的音頻副載波引進(jìn)了具有調(diào)幅的信息，乘法器4就作為限幅器并去除這些信息。在接收端，乘法器15也作為限幅器以消除幅度信息。最后，副載波FM解調(diào)器14的限幅作用也將導(dǎo)致消除任何AM信息。
如前所述，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)需要通過(guò)音頻載波幅度信息時(shí)，一個(gè)4.5MHz音頻載波和基帶視頻信號(hào)(或在一種情形下，低頻視頻載波)在外部典型地相加，而且兩者都通過(guò)視頻基帶電路1。在接收端，復(fù)合視頻信號(hào)加上副載波輸出能夠用來(lái)旁路內(nèi)部分離電路如16所示。雖然這種技術(shù)是可行的，但是這要將視頻與4.5MHz副載波相結(jié)合。如前所討論的，它遠(yuǎn)非最佳。在大多數(shù)應(yīng)用中，這兩者隨后的分離是需要的。這種分離是不完善的。因此該方案與低頻信號(hào)衰減的目標(biāo)相沖突，這可能是使用FM系統(tǒng)的原始理由。
如前所述，在FM電視系統(tǒng)，改變音頻副載波頻率成為高于4.5MHz的頻率是可取的。理想地說(shuō)，音頻載波處理電路應(yīng)當(dāng)具有如下性能，首先，音頻載波的頻率在發(fā)射端應(yīng)增加，而在接收端準(zhǔn)確地恢復(fù)為原來(lái)的4.5MHz。這種頻率增加是需要的，以便更好地分離視頻和音頻信息。準(zhǔn)確的頻率恢復(fù)是需要的，目的是為了保持在FCC內(nèi)部載波頻率容差范圍內(nèi)。
其次，音頻載波的頻偏在發(fā)射端應(yīng)增加，而在接收端準(zhǔn)確地恢復(fù)到原來(lái)的頻偏。頻偏的增加是需要的，以便抵消在較高的副載波頻率下的附加噪聲。對(duì)BTSC立體聲則需準(zhǔn)確地恢復(fù)原來(lái)的頻偏。
最后，必須保持在音頻載波上的幅度信息，以便通過(guò)加擾視頻系統(tǒng)。
沒(méi)有任何公知的現(xiàn)有技術(shù)能同時(shí)完成所有這三個(gè)目的。
因此，本發(fā)明的目的是提供一個(gè)FM電視系統(tǒng)，該系統(tǒng)能傳送電視頻道而無(wú)需從音頻載波上除去AM信息，同時(shí)保持音頻載波的準(zhǔn)確度。
本發(fā)明的另一目的是提供不降低視頻質(zhì)量的FM電視系統(tǒng)。
本發(fā)明的又一目的是提供不降低音頻質(zhì)量的FM電視系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一個(gè)用于FM發(fā)射機(jī)的乘法電路。發(fā)射機(jī)包含一個(gè)加法電路，用以把一個(gè)視頻載波和至少一個(gè)第一副載波相加去頻率調(diào)制一個(gè)載波。乘法電路包含一個(gè)限幅電路用以對(duì)加到其輸入端的副載波限幅，而除法電路用一個(gè)預(yù)定的系數(shù)去除限幅電路的輸出。混合電路與除法電路相連，把除法電路的輸出和副載波相混合。一個(gè)濾波器與混合器相連，用以選擇混合器輸出中預(yù)先確定的部分，以加到該電視發(fā)射機(jī)的加法電路。
又根據(jù)本發(fā)明，提供了一個(gè)FM接收機(jī)用的乘法電路。該接收機(jī)包含第一濾波器，用以濾波一電視信號(hào)，以供給接收機(jī)視頻載波和至少一個(gè)副載波。乘法電路包含一個(gè)限幅電路，用以對(duì)副載波限幅，該副載波來(lái)自第一濾波電路并加到限幅器的一個(gè)輸入端。與限幅電路相連的除法電路用一個(gè)預(yù)定系數(shù)去除限幅電路的輸出。與除法電路相連的混合電路把副載波和除法電路的輸入相混合。第二個(gè)濾波器接到混合器上，用來(lái)選擇混合器輸出中的預(yù)定部分。
同樣根據(jù)本發(fā)明，公開(kāi)了一種在含有發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的FM系統(tǒng)中，改變具有預(yù)定頻率、預(yù)定頻偏和幅度信息的音頻副載波的方法。首先，該預(yù)定的音頻副載波的頻率在發(fā)射機(jī)中是增加的。音頻副載波的預(yù)定頻偏也是增加的，而副載波上的幅度信息被保存。在接收機(jī)中，恢復(fù)該音頻副載波的預(yù)定頻率和頻偏，幅度信息也恢復(fù)了。
通過(guò)以后的詳細(xì)描述和結(jié)合附圖的閱讀，可以更好地理解本發(fā)明，從而較容易地全面地了解本發(fā)明以及其它的很多附屬的優(yōu)點(diǎn)。
圖1表示一個(gè)典型的NTSC電視信號(hào)的幅度對(duì)頻率的簡(jiǎn)化形成的示圖。
圖2是一個(gè)FM視頻通信系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)框圖。
圖3是圖示說(shuō)明本發(fā)明圖2系統(tǒng)中所示發(fā)射部分的框圖。
圖4是圖示說(shuō)明本發(fā)明圖3系統(tǒng)中所示接收部分的框圖。
圖5是本發(fā)明的一個(gè)通用的框圖。
圖3和圖4是描述本發(fā)明的方框圖。
圖3圖示了一個(gè)在FM視頻通信系統(tǒng)中的發(fā)射部分利用的一個(gè)倍增電路4′。圖3中的這個(gè)電路可以替代圖2中的倍增器4。進(jìn)入的4.5MHz副載波被分成兩路。在第一路，該副載波被直接提供給混合器18的射頻輸入端。在第二路中的信號(hào)由限幅器16限幅。這個(gè)限幅器除去來(lái)自第二路信號(hào)的任何AM信息。限幅器16的輸出被除法器電路17以除數(shù)M去除。除法器電路17的輸出加到混合器18的輸入端Lo。在混合器18輸出端的帶通濾波器19選擇適當(dāng)?shù)幕旌掀鬏敵鲂盘?hào)，以提供需要的有理數(shù)倍增系數(shù)(N/M)。
混合器18通過(guò)加在其RF(射頻)輸入端的副載波上的任何幅度調(diào)制信息，因此，加擾，定時(shí)，尋址，控制和/或幅度前置修正信息被保存。此外，輸入副載波的頻偏也被系數(shù)N/M去乘。
對(duì)于那些普通的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，利用不同的電路和裝置提供上述限幅，除法，混合和濾波功能是顯然的，而且本發(fā)明也不限定于一種特定的電路組成裝置，例如除法電路17可以由一個(gè)注頻鎖相振蕩器組成，并且限幅電路20可以由一個(gè)AGC自動(dòng)增益控制環(huán)組成，例如濾波功能可由任何頻帶限制裝置去完成。很明顯，那些特殊的裝置將取決于不同因素，例如預(yù)期使用，設(shè)計(jì)考慮，可接收的容差等。
圖4圖示了在FM通信系統(tǒng)中的接收機(jī)部分所利用的一個(gè)乘法電路15′。圖4的這個(gè)電路可以替代圖2的乘法器15。圖2的副載波分離器13的輸出被分成兩路，第一路直接接到混合器22的射頻輸入端。第二個(gè)通道中的信號(hào)由限幅器20限幅。這個(gè)限幅作用可以消除來(lái)自第二個(gè)通路中的任何調(diào)幅信息。限幅器20的輸出被除法器電路21的系數(shù)N除。除法器電路21的輸出加到混合器22的Lo輸入端。在混合器22輸出端的帶通濾波器23選擇適當(dāng)?shù)幕旌陷敵鲂盘?hào)，提供需要的有理數(shù)乘法系數(shù)(M/N)。這個(gè)系數(shù)是發(fā)射機(jī)所用的系數(shù)之倒數(shù)。副載波恢復(fù)為其在發(fā)射機(jī)輸入端的原始頻率并保持同樣的AM和FM信息。
此外，混合器通過(guò)了在其射頻輸入端的任何副載波的幅度調(diào)制信息。副載波的頻偏也和系數(shù)(M/N)相乘，并恢復(fù)為其在發(fā)射機(jī)輸入端的原始值。
因此，前敘的三個(gè)要求中的每一個(gè)都由本發(fā)明所滿(mǎn)足。
在帶通濾波器輸出端加了一個(gè)可變延遲電路24。該延遲和視頻加擾中的故意定時(shí)超前共同提供給一個(gè)裝置，用以補(bǔ)償音頻和視頻載波的不同信號(hào)途徑所產(chǎn)生的任何定時(shí)誤差。
圖5是一個(gè)表明本發(fā)明的接收或發(fā)射的一個(gè)通用方框圖。輸入頻率是fin，輸出頻率是fo。一般說(shuō)，如果乘法系數(shù)K/J是所要求的，那么可以得到下面的方程fo＝axfin+bx(fin/J)這里b是一個(gè)正或負(fù)整數(shù)，由于fin加到混合器的線性輸入端，a被限定為+1或-1。那么，fo＝(K/J)×fin＝a×fin+b(fin/J)＝(a+b/J)fin
因此，K/J＝a+b/JK＝J(a+b/J)K＝(J×a)+b例如如果希望由3/2乘4.5MHz得到6.75MHz，K＝3，J＝2那么，K＝2a+b＝3值a＝1，b＝1將滿(mǎn)足這個(gè)要求。
a和b的值不只是一種組合可以工作，但是b的最小絕對(duì)值可以提供最好的性能。一般說(shuō)輸出帶通濾波器被用以選擇所希望的混合結(jié)果。在除法器的輸出端需要一個(gè)濾波器去改善除法后的占空系數(shù)。
本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合最佳實(shí)施例詳細(xì)敘述了。然而這些實(shí)施例僅僅是一些示例，本發(fā)明絕不僅限于此。顯然，該領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可在附加的權(quán)利要求所限定的這一發(fā)明范圍內(nèi)，容易地制造出其它的一些變型和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.用于FM發(fā)射機(jī)的倍增電路，發(fā)射機(jī)包括一個(gè)加法電路，用于把視頻載波和至少一個(gè)第一副載波相加以頻率調(diào)制一個(gè)載波，該倍增電路包括限幅裝置，用以限幅一個(gè)加到其輸入端的副載波；除法裝置，接到限幅裝置用于以預(yù)定的系數(shù)去除限幅裝置的輸出；混合裝置，接到除法器上用以把除法裝置輸出和副載波輸出相混合；頻帶限制裝置，接到混合器上用以從混合器裝置輸出中選擇一個(gè)預(yù)定部分加到發(fā)射機(jī)的加法電路上。
2.用于FM接收機(jī)的倍增電路，接收機(jī)包括用以濾波一個(gè)信號(hào)以恢復(fù)視頻載波和至少一個(gè)副載波的濾波裝置，該倍增電路包括限幅裝置，用以對(duì)加至其輸入端的來(lái)自第一濾波裝置的副載波進(jìn)行限幅;除法裝置，連接到限幅裝置并用一個(gè)預(yù)定的系數(shù)除所說(shuō)的限幅裝置輸出;混合裝置，連接到除法裝置上，用以把除法裝置的輸出和副載波相混合;頻帶限制裝置，接到混合裝置上，用以選擇混合器輸出的預(yù)定部分。
3.在一個(gè)FM系統(tǒng)中改變音頻副載波的方法，該音頻副載波有一預(yù)定的頻率，一個(gè)預(yù)定的頻偏和幅度信息，該方法包括如下步驟增加音頻副載波的預(yù)定頻率;增加音頻副載波的預(yù)定頻偏;保存音頻副載波上的幅度信息。
4.改變音頻副載波的方法，該副載波在包括有發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的FM系統(tǒng)中具有一個(gè)預(yù)定的頻率，一個(gè)預(yù)定的頻偏和幅度信息，該方法包括如下步驟在發(fā)射機(jī)增加音頻副載波的預(yù)定頻率;在發(fā)射機(jī)增加音頻副載波的預(yù)定頻偏;在發(fā)射機(jī)保存音頻副載波上的幅度信息;在接收機(jī)恢復(fù)音頻副載波預(yù)定的頻率;在接收機(jī)恢復(fù)音頻副載波預(yù)定的頻偏;在接收機(jī)恢復(fù)音頻副載波的幅度信息。
5.用于改變音頻副載波的FM系統(tǒng)中的一種裝置，該音頻副載波具有預(yù)定的頻率，預(yù)定的頻偏和幅度信息，所說(shuō)的裝置包括用于增加音頻副載波預(yù)定頻率的裝置;用于增加音頻副載波預(yù)定頻偏的裝置;用于保存音頻副載波上幅度信息的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于FM電視發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的倍增電路，倍增電路包括一個(gè)用于對(duì)加在限幅電路上的副載波限幅的限幅電路和連接到限幅電路并用一個(gè)預(yù)定的系數(shù)去除限幅電路輸出的除法電路，一個(gè)混合器接到除法電路并把除法電路的輸出與副載波相混合。
文檔編號(hào)H04N7/08GK1049584SQ9010707
公開(kāi)日1991年2月27日 申請(qǐng)日期1990年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月20日
發(fā)明者路易斯·A·羅維拉, 艾倫·沃爾特, 羅伯特·丹尼遜, 戴維·P·旺布爾 申請(qǐng)人:亞特蘭大科研公司