專利名稱：包括帶阻濾波器的數(shù)字視頻信號處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理領域，更具體地說涉及包括用于濾去同頻道干擾的濾波器的電視信號接收機系統(tǒng)。
在視頻信號處理領域中近來的發(fā)展已產(chǎn)生數(shù)字高清晰度電視(HDTV)信號處理和傳輸系統(tǒng)。近來在美國建議的大聯(lián)合(GrandAlliance)系統(tǒng)的HDTV地面廣播系統(tǒng)使用數(shù)字傳輸格式，用于傳輸包化數(shù)據(jù)流。大聯(lián)合HDTV系統(tǒng)是在美國正由聯(lián)邦通訊委員會通過它的現(xiàn)代電視事業(yè)咨詢委員會(ACATS)研究中的一種建議的傳輸標準。大聯(lián)合HDTV系統(tǒng)的說明(草案文件)在1994年2月22日提交給ACATS技術小組，并登載在全國廣播協(xié)會1994年會議錄，第48屆廣播工程會議錄(1994年3月20-24日)中。
所建議的大聯(lián)合HDTV系統(tǒng)是一種聯(lián)播系統(tǒng)。在這系統(tǒng)中，相同節(jié)目材料的兩個版本可以通過分開的標準6MHz頻道同時廣播。二個節(jié)目版本的其中一個包括在一個頻道上的標準清晰度NTSC信息廣播，而另一個包括在另一6MHz頻道上的高清晰度信息廣播。實際上，聯(lián)播系統(tǒng)可以使用二個相鄰的6MHz NTSC頻道，例如VHF頻道3和4，以分別傳輸標準和高清晰度信息。聯(lián)播系統(tǒng)的高清晰度版本可以通過使用數(shù)據(jù)壓縮技術在標準6MHz頻道中實施。標準NTSC信息和HDTV信息互不相關地分別由標準NTSC和HDTV接收機接收。當標準NTSC接收機最后由HDTV或雙標準接收機替代時，為標準NTSC信號使用的頻道將可供其他目的使用。這樣聯(lián)播概念防止一旦引入HDTV廣播后大量的現(xiàn)有的標準NTSC接收機被廢棄，并當為標準NTSC信號占有的頻道可作他用時容許在將來擴展廣播業(yè)務。
由于同頻道干擾可能嚴重地影響或干擾高清晰度電視接收機的運行，故濾去同頻道干擾在聯(lián)播系統(tǒng)中是一個指標。當二個不同電視信號在相同廣播頻道上傳輸，并同時被接收時可能造成同頻道干擾。干擾的信號分量一般為圖象載波(離下邊帶1.25MHz)，色付載波(比圖象載波高3.58MHz)，和聲音載波(比圖象載波高4.5MHz)。同頻道干擾發(fā)生的可能性隨各種因素而變，例如隨二個頻道之間的廣播距離和各頻道的傳輸功率而變。
依照本發(fā)明的原理，用于接收和處理例如以正交幅度調(diào)制(QAM)格式或殘留邊帶(VSB)格式的視頻信號的數(shù)字信號處理系統(tǒng)包括在載波恢復回路中使用FIR濾波器濾去例如連續(xù)波NTSC同頻道干擾信號等的干擾信號的網(wǎng)絡。在圖示實施例中，同頻道濾波是通過位于載波恢復回路中在緊跟均衡器的FIR數(shù)字濾波器實現(xiàn)的，載波恢復回路使近基帶信號，到基帶。該濾波器增強了均衡器和載波恢復網(wǎng)絡兩者的性能。


圖1是依照本發(fā)明原理的包括同頻道陷波濾波器網(wǎng)絡的高清晰度電視接收機系統(tǒng)的一部分的方塊圖。
圖2表示基帶QAM和NTSC同頻道信號的幅度-頻率響應。
圖3表示圖1所示系統(tǒng)的陷波濾波器網(wǎng)絡的幅度-頻率響應。
圖4和5分別表示圖1的濾波器網(wǎng)絡的實部和虛部時域響應。
圖1是高清晰度數(shù)字電視信號接收機的一部分的方塊圖。在本例中，接收和處理QAM信號，QAM信號是脈沖幅度調(diào)制(PAM)信號的一種類型。正如已知的，在QAM符號傳輸系統(tǒng)中所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)符號是由以給定頻率調(diào)制各正交相位的載波的正交分量表示的。每個符號在四象限格子形群集(constellation)中被映射(賦予)指定座標。例如在32-QAM系統(tǒng)中群集的每個象限相對于I和Q正交軸包括在指定座標的8個符號。
從天線10接收到的廣播高清晰度QAM電視信號加到輸入處理器12上。輸入處理器12例如包括調(diào)諧器和用以將接收的信號下變換為比基帶高的較低頻帶的中頻(IF)放大級，以及自動增益控制網(wǎng)絡和模擬一數(shù)字變換器。輸入處理器12也可以包括用于對經(jīng)帶通濾波的輸入信號進行奈奎斯特速率取樣的網(wǎng)絡，將經(jīng)濾波的輸入信號分相為正交I，Q分量，執(zhí)行初步的介調(diào)，和在前饋均衡器14之前執(zhí)行二倍符號速率取樣的網(wǎng)絡。初步的介調(diào)產(chǎn)生接近基帶的信號，使得接收機不必在高頻輸入信號下工作。在輸入處理器12中也包括(但為簡化附圖沒有畫出)計時/時鐘恢復網(wǎng)絡，同時從接收的QAM信號產(chǎn)生符號速率時鐘。從接收的信號恢復符號速率時鐘的計時/時鐘恢復網(wǎng)絡是眾所周知的，并在例如Lee和Messevschmit的參考教材《數(shù)字通訊》(K1uwerAcademic Press，Boston，MA，USA1988)中有詳細介紹。
從單元12輸出的通帶I，Q數(shù)字QAM信號經(jīng)過例如分間距(frac-tionally spaced)均衡器的通帶前饋自適應均衡器14的處理。均衡器14在信號進一步處理之前對信號加以調(diào)整。尤其是，均衡器14包括自適應數(shù)字FIR濾波器，它補償例如頻率/相位不規(guī)則性的傳輸頻道干擾。使用肓(blind)平衡或使用訓練(training)信號技術，在均衡器14啟動的啟動間隔以后，均衡器14響應根據(jù)以下討論的控制信號所產(chǎn)生的動態(tài)更新濾波器系數(shù)。
從均衡器14輸出的均衡通帶信號實質(zhì)上是具有實部和虛部分量的復數(shù)，并可在基帶或接近基帶。這信號可以在被旋轉(zhuǎn)器16處理之前符號速率取樣，旋轉(zhuǎn)器16從其在載波恢復回路的功能來看往往稱為消旋器(de-rotator)，用于產(chǎn)生近基帶信號頻率至基帶信號頻率。旋轉(zhuǎn)器16例如為已知的復數(shù)乘法器，補償由于所接收的QAM群集(constellation)的稍微旋轉(zhuǎn)所表現(xiàn)的動態(tài)相位誤差。這誤差可能由例如包括本機振蕩頻率偏差的各種因素引起的。群集相位誤差旋轉(zhuǎn)可被載波恢復網(wǎng)絡顯著減小或消除，該載波恢復網(wǎng)絡的運行類似于基帶解調(diào)器。在這例中，載波恢復網(wǎng)絡包括由旋轉(zhuǎn)器16，加法器20，脈沖限幅器24，誤差檢測器26和鑒相器和壓控振蕩器(VCO)網(wǎng)絡28組成的控制回路，該控制回路產(chǎn)生誤差信號E供如下討論使用。單元16，24，26和28組成數(shù)字鎖相環(huán)(PLL)的主要部件，用于清除動態(tài)變化的載波偏移。載波恢復回路還有利地包括同頻道帶阻濾波器18，這在以下討論。
所接收的QAM信號可能摻和NTSC同頻道干擾信息，如圖2所示，圖2表示相對于在圖象載波和色載波頻率下窄帶同頻道NTSC干擾分量的QAM信號的幅度-頻率頻譜。為了濾去同頻道干擾分量，依照本發(fā)明原理在上述的控制回路中在旋轉(zhuǎn)器16之后包括同頻道陷波濾波器18。濾波器18運用圖3所示的幅度-頻率響應處理來自旋轉(zhuǎn)器16的基帶(和近基帶)信號，該響應在圖象載波和色付載波基帶頻率處具有高衰減(陷波)。濾波器18的實部和虛部時域響應分別由圖4和5所示，其中T表示符號間隔。
濾波器18是通過延遲基本上為零的線性相位因果(causal)帶通數(shù)字FIR濾波器。濾波器18的Z變換域輸出響應M(Z)由下列式子確定N(z)＝1＋Z-1C(z)在上式中項C(Z)表示濾波器18的拖尾(trailing)響應。濾波器18的系數(shù)被加權，從而提供在基帶圖象和色載波頻率下的上述衰減陷波。
參閱圖2和圖3，可看到濾波器18響應在基帶的高端在聲音載波頻率處不包括濾除陷波。在本例中，這是因為系統(tǒng)參數(shù)是如此選擇的，使得聲音載波駐留在超過帶寬區(qū)域的奈奎斯特(Nyquist)斜邊上(即在高頻端的濾波器斜邊上)。對音頻載波的零點也可以由均衡器14建立。
要注意濾波器18在載波恢復回路中位于旋轉(zhuǎn)器16之后是有利的。在這方向，本發(fā)明人已觀察到假如濾波器18位于前饋均衡器14之前，那就存在載波頻率偏移，濾波器衰減陷波將不會適當?shù)嘏c要被衰減的圖象和色載波頻率對準。假如陷波濾波器位于旋轉(zhuǎn)器之前，考慮到載波頻率偏移的可能性應該較寬的衰減陷波。所公開的濾波器18位于旋轉(zhuǎn)器16之后的定位有利地容許使用在被衰減的同頻道頻率下具有急劇衰減特性的窄陷波，導致有效的濾波。此外，濾波器18的零延遲特性并不損害載波恢復回路的牽引(pull-in)和跟蹤特性。
與濾波器18對應的陷波濾波器可以用于濾除任何連續(xù)波干擾信號，不僅僅如說明的實施例所揭示的同頻道NTSC圖象和色載波頻率。盡管濾波器18最好呈現(xiàn)零延遲，但可以容許作為給定系統(tǒng)的運行參數(shù)的函數(shù)的極小量延遲。
從濾波器18輸出的經(jīng)濾波的基帶輸出信號加在減法組合器20的加輸入端，其減(-)輸入端接收判定反饋均衡器22輸出的信號。組合器20的輸出信號經(jīng)脈沖限幅器24處理。脈沖限幅器24包含變換過程，并被編程以選擇與所接收信號取樣距離上最接近的群集符號。復數(shù)(I，Q)QAM群集劃分為判定區(qū)域，其中每個判定區(qū)域是最接近某個符號的點集。假如在檢查對于某符號的判定區(qū)域后，發(fā)現(xiàn)所接收的符號是位于或距離上偏移預期的座標，脈沖限幅器24產(chǎn)生在預期座標的輸出符號。脈沖限幅器輸出符號和輸入符號相差任何距離偏移的量。誤差檢測器26檢測任何這種偏移的量，產(chǎn)生作為該偏移量函數(shù)的輸出誤差信號“E”。這誤差信號用于調(diào)節(jié)均衡器14(通過乘法器30)和均衡器22的抽頭(tap)系數(shù)，從而例如通過使用已知的最小均方算法使誤差值為零。
分別為脈沖限幅器24的輸入和輸出信號Si和So被加至包括鑒相器和壓控振蕩器(VCO)的相位控制單元28，用于產(chǎn)生輸出正弦和余弦正交校正系數(shù)。與每個正弦和余弦校正系數(shù)相聯(lián)系的是作為誤差信號E值的函數(shù)的誤差校正相位角。從相位控制單元28輸出的校正系數(shù)和從均衡器14輸出的QAM I，Q群集分量加至施轉(zhuǎn)器16的各個輸入端，以執(zhí)行消旋功能，用于從旋轉(zhuǎn)器16產(chǎn)生基帶輸出信號?？梢钥吹剑ㄟ^對正交信號執(zhí)行復數(shù)乘法運算，任何組正交信號可以被旋轉(zhuǎn)至所要求的角度位置。
判定定向反饋均衡器22處理脈沖限幅器24的輸出信號，它的系數(shù)值被控制為誤差信號E的值的函數(shù)。誤差信號E也加在復數(shù)乘法器30的一輸入端，其另一輸入端接收來自相位控制單元28的正弦和余弦輸出信號。這些信號在被加至乘法器30之前經(jīng)過單元29變換為復數(shù)共軛形式。從乘法器30輸出的通帶誤差校正信號加在均衡器14的控制輸入，用于控制均衡器14的系數(shù)值，從而便于均衡操作。
濾波器18有利地通過確保從單元30來的適當?shù)南禂?shù)控制信號加在均衡器14上，提高均衡器14的性能。由于濾波器18位于恢復基帶信號的載波恢復回路，濾波器18的同頻道濾除陷波與要被濾去的有關基帶信號精確對準。因此，誤差信號E和系數(shù)控制信號精確地反映了基帶信號特性。假如濾波器18位于均衡器14之前，將不會得到這一結(jié)果。
優(yōu)點還在于濾波器18的設置通過在脈沖限幅器24的輸入端提供精確的信號，即具有適當?shù)臑V去同頻道頻率的信號而增強載波恢復操作。脈沖限幅器24與誤差檢測器26協(xié)同作用，產(chǎn)生相位誤差信號E，如上所述該誤差信號E用于控制均衡器14和22的系數(shù)。
部件16，20，24，26和28的組合構(gòu)成載波恢復回路，用于在旋轉(zhuǎn)器16的輸出端提供基帶解調(diào)信號。除了依照本發(fā)明原理的濾波器18以外，這些部件構(gòu)成在上面提及的Lee和Messerschmitt的教材中所述的載波恢復回路。這教材也論及反饋均衡器22的操作，和乘法器30與前饋均衡器14的協(xié)同作用。前饋均衡器14是也濾除一些符號之間(Inter Symbol)干擾(ISI)的濾波器。那未反饋均衡器22濾去其余部分的ISI，包括濾波器18產(chǎn)生的任何ISI。
判定反饋均衡器22可以預先加載以函數(shù)C(Z)的系數(shù)，使得均衡器22的總響應與下列函數(shù)有關11+Z-1C(z)]]>這響應有效地建立無噪聲極點(pole)，它有效地抵消上述的濾波器18響應N(Z)建立的陷波。這些極點是無噪聲的，因為至單元22的輸入是來自脈沖限幅器24的無噪聲判定的結(jié)果。
從脈沖限幅器24來的基帶輸出信號經(jīng)過Viterbi解碼器42被解碼，經(jīng)過單元44去隔行，經(jīng)單元46受到Reed-Solomon誤差解碼，再加到傳遞處理器48上。處理器48根據(jù)來自單元46的信號內(nèi)容，例如音頻或視頻信息，將來自單元46的解碼輸出信號傳遞給單元50中相應的解碼器。傳遞處理器48接受來自單元46的經(jīng)校正的數(shù)據(jù)包，并檢查每個包的標題，以決定其路由。從單元50來的音頻和視頻輸出信號分別加在音頻處理器54和NTSC電視視頻處理器52它們將信號處理為適于單元60重現(xiàn)的格式。
盡管圖1系統(tǒng)以QAM輸入信號為例說明的，但也可使用包括QPSK信號的其他類型的脈沖幅度調(diào)制(PAM)輸入信號，以及殘留邊帶(VSB)輸入信號。
權利要求
1.在用于接受表示數(shù)字視頻信息的信號的一種系統(tǒng)中的裝置，其特征在于輸入處理器(12)；輸入均衡器(14)，對來自所述輸入處理器的信號作出響應；載波恢復網(wǎng)絡(16，20，24，26，28)，對來自所述均衡器的輸出信號作出響應，提供解調(diào)的基帶視頻信號；輸出信號處理器(42-60)，用于處理所述基帶視頻信號；和包括在所述載波恢復網(wǎng)絡中的濾波器(18)，用于對基帶和近基帶視頻信號進行濾波，所述濾波器呈現(xiàn)的響應在預定頻率處具有明顯幅度衰減，用于衰減摻雜在所述接收信號中的窄帶干擾信號分量。
2.依照權利要求1的裝置，其特征在于第二均衡器，對經(jīng)所述濾波器濾波后的解調(diào)信號作出響應。
3.依照權利要求1的裝置，其特征在于所述濾波器是FIR數(shù)字陷波濾波器，用于衰減在圖象載波和色載波頻率下的同頻道干擾信號；和所述輸入處理器包括頻率變換器。
4.依照權利要求3的裝置，其特征在于所述陷波濾波器呈現(xiàn)超出擁有同頻道聲音載波頻率的頻率范圍的一個上帶緣。
5.依照權利要求1的裝置，其特征在于所述濾波器是呈現(xiàn)基本上為零通過延遲的數(shù)字FIR濾波器。
6.依照權利要求1的裝置，其特征在于所述載波恢復網(wǎng)絡包含具有所述濾波器的反饋控制回路。
7.依照權利要求1的裝置，其特征在于所述載波恢復網(wǎng)絡包括脈沖限幅器，脈沖限幅器具有用于接收從所述濾波器來的信號的一個輸入端和一個輸出端；和判定反饋均衡器，其輸入用于接收從所述脈沖限幅器來的輸出信號，和其輸出與所述載波恢復網(wǎng)絡中在所述脈沖限幅器之前的一點相耦連。
8.依照權利要求5的裝置，其特征在于所述載波恢復網(wǎng)絡包括旋轉(zhuǎn)器，對來自所述均衡器的輸出信號作出響應；脈沖限幅器，對來自所述旋轉(zhuǎn)器的輸出信號作出響應；誤差檢測器，與所述脈沖限幅器相耦連，用于提供表示相位誤差的輸出誤差信號；和相位控制網(wǎng)絡，對所述脈沖限幅器的輸入和輸出信號作出響應，其特征在于所述濾波器連接在所述旋轉(zhuǎn)器和所述脈沖限幅器之間，用于對從所述旋轉(zhuǎn)器來的輸出信號進行濾波。
9.依照權利要求1的裝置，其特征在于所述接收信號是會受到同頻道干擾摻雜的電視信號；和所述濾波器在NTSC圖象載波和色載波頻率下提供顯著的衰減。
10.依照權利要求1的裝置，其特征在于所述均衡器是前饋均衡器，對來自所述輸入處理器的信號作出響應；和所述載波恢復網(wǎng)絡，包括載波恢復控制回路，該回路包括(a)旋轉(zhuǎn)器，對來自所述前饋均衡器的輸出信號作出響應；(b)濾波器，用于對從所述旋轉(zhuǎn)器來的輸出信號進行濾波，所述濾波器在基帶圖象載波和色載波頻率的至少一處呈現(xiàn)顯著衰減；(c)脈沖限幅器，對從所述濾波器來的輸出信呈作出響應；(d)誤差檢測器，與所述脈沖限幅器相連，用于提供相位誤差信號；和(e)相位控制網(wǎng)絡，其一個輸入對來自所述脈沖限幅器的輸出信號作出響應，其一個輸出與所述旋轉(zhuǎn)器相連接。
11.依照權利要求10的裝置，其特征還在于反饋均衡器，其信號輸入端對來自所述脈沖限幅器的輸出信號作出響應，其控制輸入端對所述誤差信號作出響應，和其一個輸出端與所述脈沖限幅器的輸入端相連，而且其中所述前饋均衡器也對所述誤差信號作出響應。
12.依照權利要求10的裝置，其特征在于所述接收信號是脈沖幅度調(diào)制(PAM)信號。
全文摘要
用于接收和處理例如以脈沖幅度調(diào)制(PAM)格式的高清晰度電視信號的一種數(shù)字信號處理系統(tǒng)，包括用于濾去例如窄帶連續(xù)波NTSC同頻道干擾分量的干擾信號的濾波器。在圖示實施例中帶阻濾波器是位于載波恢復網(wǎng)絡(16，20，24，26，28)中消旋轉(zhuǎn)器(16)之后的數(shù)字FIR濾波器(18)。該濾波器呈現(xiàn)具有衰減陷波的零通過延遲的帶通響應，用于濾去NTSC同頻道圖象和色基帶載波頻率。
文檔編號H04N5/21GK1134087SQ95120070
公開日1996年10月23日 申請日期1995年11月24日 優(yōu)先權日1994年11月25日
發(fā)明者C·H·斯特羅樂, S·T·賈菲 申請人:湯姆森多媒體公司