CN1256044A - 用于数字电视接收机的残余边带编码器及rf调制器 - Google Patents

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Abstract

一种用来将数字基带电视信号耦合到包含滤波器(26)、均衡电路(30)及前向纠错电路(31)的VSB数字电视接收机的编码器－调制器(12、13、15)。编码器－调制器处理基带信号以便在具有低于标称的奈奎斯特斜率的RF信道以低电平进行传输。同轴电缆(23)或其他低噪声通信链路直接将RF信号连接到电视接收机(24)的输入端。传输信号中的任何差错或低于预定阈值的信号损伤由内置于VSB数字电视接收机(24)中的滤波器及均衡电路纠正。

Description

用于数字电视接收机的残余边带 编码器及RF调制器
本发明一般涉及数字VSB(残余边带)电视接收机，并特别涉及用于将来自多种MPEG(动画图象专家组)数字信号源中的任何一种的数字VSB信号与数字VSB电视接收机联接的简单的低成本系统。虽然说明是针对VSB数字格式，应当理解本发明在其更广阔方面并不限于具体数字格式。
将来采纳的数字电视标准规定一种具有地面广播模式(8 VSB)和高数据率模式(16 VSB)的VSB子系统。还有其他的VSB模式可用，即2 VSB、4 VSB和8 VSB(非地面)。8 VSB地面模式具有4 VSB的数据负荷量。(在地面环境上添加的网格编码生成的附加调制电平)。该数字数据信号是MPEG和Dolby AC-3处理的并且在应用于通常的视频和声频电路之前必须经过解压缩。对地面广播此数据信号为：经过随机化；经过里德-索罗门(R/S)类型纠错编码；交错；网格编码；带有段同步和场同步的复用；提供有直流导频；经过预均衡滤波；经过调制；并且是经过射频上变换以便进行传输。数字电视接收机包含一个调谐器和一个VSB解调器以便用来产生压缩形式的基带信号。经过解调的信号施加于用来均衡所接收到的信号的均衡器。基带信号施加于传送分路器，该传送分路器将数据送往合适的MPEG译码器及Dolby译码器以便将视频和声频信号恢复为合适的形式应用于视频和声频处理电路。来自其他来源的数字信号，如DVD(数字视盘)播放器、VCR(盒式录像机)、PC(个人计算机)、数字电缆盒、卫星接收机等等，将送往数字电视接收机，就像在现在的模拟电视接收机的场合一样。
公知在模拟系统中，将来自VCR或其他视频信号源的信号耦合到电视接收机(如存在)的基带输入端所生成的结果远胜于通过将信号对RF信道3或信道4进行调制并将其提供给电视接收机的调谐器输入端而获得的结果。然而，这一点在数字环境下却不一定是真，在数字环境下基带信号源与电视接收机之间的距离必须相当短。
根据本发明，压缩基带数字信号以用于数字传输的给定格式编码并以RF载波进行调制以便通过光缆网络或无线链路输入到数字电视接收机的RF输入端而直接应用。RF信号为低电平，并且具有低于标称的带通，可利用数字电视接收机中内置的前端信号处理。由于低于标称的带通特性和在传输过程中引入的噪声而引起信号损伤使其低于给定阈值可由数字电视接收机前端的纠错电路纠正。低信号功率，数字信号纠错电路及通信链路的良性环境使容差(及成本)低得多的元件和电路可用于编码及调制过程。结果编码器-调制器的成本很低并且在通过RF信道将数字基带信号耦合到数字电视接收机时很有效。
本发明的主要目的是提供一种新的数字信号转换系统。
本发明的另一目的是提供一种数字编码器-调制器用来将基带数字信号耦合到VSB数字电视接收机。
本发明的再一个目的是提供一种低成本的VSB数字电视接收机用的数字信号耦合系统。
在结合附图阅读下面的描述时可了解本发明的这些及其他的目的和优点，附图中：
图1为根据本发明构造的VSB数字信号编码器-调制器的简化框图；
图2为根据本发明构造的另一种形式的数字信号编码器-调制器的简化框图；
图3为说明本发明的编码器-调制器带通特性的曲线图。
参考图1。图中示出从多种不同的来源的任何一个取得的数字MPEG编码信号源10。比如，信号源可以是卫星接收机、VCR(盒式录像机)、DVD(数字视盘)、数字电缆盒、PC(个人计算机)等等。信号源10的输出是MPEG(及Dolby AC-3)基带频率编码数字信号。此基带信号可直接加到数字电视接收机24的基带输入端。然而，根据本发明，此基带信号送到一ATSC编码器12进行交错、随机化、里德-索罗门(R/S)纠错编码和网格编码。添加场和段同步，并且在不指明时，插入导频和采用均衡滤波。(关于这些操作的详细说明见ATSC标准A/53，ATSC数字电视接收机标准)。之后将该信号供给数模(D/A)转换器14。D/A 14将此模拟信号提供给一对乘法器13和15，它们再将其供给一对SAW(表面声波)滤波器16和18。各乘法器13和15具有频率F1和F2，分别用来生成两个不同的输出。借助开关20对SAW滤波器进行选择控制，一个SAW用于所选择的一个信道的RF输出，而另一个用于所选择的另一个信道的RF输出。具体选择哪一个RF信道取决于使用编码器-调制器的环境，特别是取决于在接收区是否存在RF信道及其类型。SAW滤波器是成本较低的器件，在电视接收机中应用很广。
技术领域的专业人士将会承认高精确度的调制器可生成互相结合以抵消边带之一并生成残余边带信号的I和Q信号。此种调制器相当复杂而昂贵。在本发明的一种形式中该种配置用乘法器(13，15)和SAW滤波器(16，18)代替。乘法器的输出是一个双边带抑制载波信号。后面的SAW滤波器消除一个边带的大部分(最好是，虽然并非必须，较低的边带)以生成一个VSB信号并且还逼近该信道带通的标称奈奎斯特斜率。由于此低于标称带通特性的结果，所传输的信号将由符号间干扰(ISI)形式的损伤度表征。
SAW滤波器使信号带通的边缘成形以逼近奈奎斯特斜率，在标称情况下在ATSC标准的带通边缘需要。(奈奎斯特斜率可参见图3曲线中的实线)。SAW滤波器特性也用于相邻信道抑制。从所选定的一个SAW所得出的经过滤波的信号送到RF上转换器22，该上转换器将信号转换为所需任意RF信道的信号，通常采用的是信道3或4。
经过编码和调制的VSB信号经过电缆网络23送到VSB数字电视接收机24的调谐器26的RF信道输入端，其中的电缆网络23由单同轴电缆或相当复杂的用户电缆网络组成。该信号也可经过一个低功率RF放大器25放大(在图1中以点线表示)并通过一分配的RF广播电视信道无线传输到数字电视接收机。将所接收到的信号通过一相伴SAW滤波器供给VSB解调器28，在VSB解调器28中基带数字信号复原。解调后的信号加到均衡器30上，均衡器30的作用是调节接收机的响应以紧密匹配实线奈奎斯特响应(图3)，从而纠正任何信号损伤，包含在发射机中引进的任何符号间干扰和在通信链路(即电缆网络或无线链路)中引进的任何线性畸变，这两者合起来低于一个取决于均衡器性质的给定的阈值电平。从均衡器30发出的信号与由前向纠错子系统31处理以求纠正由电缆网络或无线链路引入的由于符号间干扰和由于噪声，既包括白噪声也包括脉冲噪声，所引起的任何残留差错。均衡器30及纠错子系统31的性能设定可由发射机和通信信道引进的符号间干扰和线性畸变的极限，即系统性能遭受到严重恶化之前的通信信道极限。
经过纠正的信号(以MPEG编码形式)送往具有将信号的视频部分和声频部分分开输出的传送分路器32。视频部分加于MPEG译码器34以用于解压缩和译码，而声频部分加于Dolby AC-3译码器进行互补处理。所得到的视频和声频信号分别加于视频处理器38和声频处理器40。
技术领域的专业人士将会理解RF信号不像基带信号那样对距离敏感，并且同轴电缆环境进一步减小在传输中引进的错误和损伤。然而，即或引进某些信号损伤，也可由内置于VSB数字电视接收机中的纠错电路，特别是均衡电路，所补偿。其结果是一种可使信号从信号源10到VSB数字电视接收机24的传输极为良好的信号变换装置，因为信号是VSB编码并且任何错误或低于给定阈值的信号损伤在此电视接收机中都是可纠正的。
与此相对，任何提供给电视接收机24的基带数字信号都是在均衡器30和纠错子系统31之后引入，因此是没有经过VSB数字电视接收机中的电路的纠正作用。此种信号还是距离受限的，并且可经受不可恢复的错误和损伤，这使本发明的方法高明得多。
也是根据本发明，其中数字电视接收机具有接收数字和模拟NTSC信号两者的设备，在建立上转换器22的RF信道输出的优先级中，第一选择是向电视接收机的服务区的空闲RF信道提供信号，第二选择是向电视接收机的服务区的一对数字及模拟NTSC射频信道的数字信道提供信号。这样，任何对数字信道的NTSC干扰都可以借助在电视接收机的数字信道中的电路减小。
本发明基于的概念为在编码数字基带信号中引进一个给定的损伤级并利用内置于数字电视接收机前端的信号纠错电路来补偿此种损伤。代价可保持很小，因为在利用本发明时传输功率很低，距离有限，同轴电缆为低噪声环境，并且信道形状(奈奎斯特斜率)对于相邻信道抑制，信号辐射等等不需要限定的那么严厉。这转换成为低成本滤波而生成低于标称的奈奎斯特斜率。这很明显将导致前述的某种符号间干扰，但所有此类低于预定阈值的信号损伤都可在数字电视接收机中通过互补滤波、均衡电路和前向纠错电路的协同动作而补偿。
图2中的编码器-调制器是本发明的另一种形式。其中图1的低成本SAW滤波器由数字滤波器50代替，该滤波器记作FIR(有限脉冲响应)滤波器。数字调制器52接受第一本地振荡器56的输出并将经过滤波的输出信号转换为具有频率，比如，大约12 MHz的第一IF信号。此信号加到D/A转换器14并从那里进入射频上转换器54，该射频上转换器54接受第二本地振荡器58的输出。本地振荡器58由开关60控制来由上转换器54以一对RF信道频率的任何一个产生RF输出，与图1中的调谐器情况相同。输出信号通过同轴电缆23传输到电视接收机。本发明的这一方案表现为更为稳定的系统。由于两种系统都将涉及集成电路，所以尚有待观察图1中的SAW的成本是否比图2的集成电路应用方案中所要求的增加芯片面积的成本便宜。
图3中的曲线中实线代表传输信号的理想奈奎斯特斜率信道带通响应特性；短划线代表由于采用图1中的低成本SAW 16及18而产生的低于标称的奈奎斯特斜率；而点线代表使用图2的FIR滤波器50的应用方案的响应。这些曲线应当看作仅仅是代表性质的，并且其实际形状取决于所使用的滤波元件的精度和数量。如前所述，因为由本发明的SAW滤波器或FIR滤波器实施例两者中的任何一个所产生的低于标称的带通特性，会有一定程度的符号间干扰引入到被传输的信号中。然而，如前所述，任何此种符号间干扰的数量，加上通过通信链路引入到信号内的任何噪声，都可以在电视接收机中得到实质上的纠正而提供接近完美的信号传输和接收。这样一来，本发明容许通过精心选择容差较小的元件和将信号加到具有补偿低于给定阈值的信号损伤的功能的数字接收机而实现低成本高性能的编码器-再调制器。
说明描述的是一种将来自数字信号源的数字电视信号转换到VSB数字电视接收机的新方法和装置。可由认为在不脱离本发明的真正精神和范围的情况下技术领域的专业人士可对所描述的实施例进行多种改变。本发明只由权利要求的内容限定其范围。

Claims (20)

1.一种操作数字信号系统以提供具有可纠正所接收的信号中低于预定阈值的信号损伤的纠错电路的数字电视接收机的方法，其构成包括：
生成压缩基带数字信号；
以给定的数字传输格式对压缩基带信号进行编码；以及
对经过编码RF载波上的压缩基带数字信号进行调制以便直接应用于数字电视接收机的RF输入端；
调制步骤生成低于标称的带通，可在传输信号中生成小于预定阈值的信号损伤；
其中纠错电路可以纠正在调制步骤中引进的信号损伤。
2.如权利要求1的方法，其中编码步骤包含数据交错、数据随机化、差错防止及增加VSB场和段同步，以及包括：
在低功率电平执行调制步骤。
3.如权利要求1的方法，还包括：
通过数字电视接收机中的具有设计用来与第二滤波器协同动作的响应的第一滤波器提供经过编码的压缩基带数字信号以生成低于标称的奈奎斯特斜率。
4.如权利要求1的方法，还包括：
通过数字电视接收机中的具有设计用来与均衡电路和第二滤波器协同动作的响应的第一滤波器提供经过编码的压缩基带数字信号以生成标称奈奎斯特斜率及在信号带通的各端提供相邻信道抑制。
5.如权利要求1的方法，其中电视接收机的构成包括数字信号处理系统及模拟NTSC信号处理系统，并且还包括生成经过调制的RF数字信号以便应用于电视接收机的数字处理系统。
6.如权利要求1的方法，其中RF载波通过同轴电缆网络应用于数字电视接收机的RF输入端。
7.如权利要求1的方法，其中所述调制步骤包括：
将基带信号乘以预定的载频以生成双边带抑制载波信号；以及
利用滤波器消除边带中的一个以生成VSB信号和提供低于标称的带通。
8.如权利要求7的方法，其中滤波器是SAW，并且其中带通具有一个低于标称的奈奎斯特斜率。
9.如权利要求1的方法，其中纠错电路的构成包括均衡及前向纠错电路。
10.如权利要求1的方法，其中RF载波通过广播电视信道以无线方式应用于数字电视接收机的RF输入端。
11.一种可以向具有可纠正所接收的信号中低于预定阈值的信号损伤的纠错电路的数字电视接收机提供压缩数字基带信号的系统，其构成包括：
压缩基带信号源；
以给定的数字格式对所述基带信号进行编码的编码器；
对所述RF载波上的经过编码的基带信号进行调制的调制器；
具有可在转换的信号中生成小于预定阈值的信号损伤的低于标称的带通的所述调制器；以及
将所述调制信号直接应用于所述数字电视接收机的RF输入端的装置，其中所述纠错电路可以纠正由所述调制器引进的信号损伤。
12.如权利要求11的系统，其中所述编码器及所述数字电视接收机每一个都包含滤波器，并且其中所述滤波器相互合作以生成低于标称的奈奎斯特斜率。
13.如权利要求12的系统，其中所述滤波器及所述均衡电路协同动作以生成标称奈奎斯特斜率及在信号带通的各端提供相邻信道抑制。
14.如权利要求11的系统，其中所述给定数字格式是VSB，所述压缩数字信号是MPEG形式，所述编码器包含数据随机化器、数据交错器、防差错电路及增加VSB帧和场同步的装置，并且其中所述的调制器工作在低功率。
15.如权利要求11的系统，其中所述RF载波通过同轴电缆网络应用于数字电视接收机的RF输入端。
16.如权利要求11的系统，其中所述电视接收机包括数字信号处理系统及模拟NTSC信号处理系统，并且其中所述经过调制的RF数字信号的生成是为了应用于电视接收机的数字处理系统。
17.如权利要求11的系统，其中还包括：
在所述调制器中从所述基带信号生成双边带抑制载波信号的乘法装置；以及
与所述乘法装置连接以基本上消除边带中的一个而生成VSB信号和提供低于标称的带通的滤波装置。
18.如权利要求11的系统，其中所述滤波装置包括SAW滤波器，并且其中所述带通包含一个低于标称的奈奎斯特斜率。
19.如权利要求11的系统，其中纠错电路包括均衡及前向纠错电路。
20.如权利要求11的系统，其中RF载波通过广播电视信道以无线方式应用于数字电视接收机的RF输入端。
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