專利名稱：數(shù)字視頻信號解碼器中截尾誤差的補償?shù)闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理領(lǐng)域，更具體地涉及數(shù)字濾波，它可用于電視信號解碼器中。
當前的地面或衛(wèi)星數(shù)字TV傳送頻道是頻帶高度受限。這就意味必須采用高級的調(diào)制技術(shù)來盡可能地限制帶寬。在任何高級調(diào)制技術(shù)的使用中一個共同的因素是要在TV接收機解調(diào)過程中使噪聲和頻道失真最小。需要這樣做的目的是確保精確的信號還原。為了使數(shù)字TV接收機中的頻道失真最小常需要使用量化或去重影網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常采用包括數(shù)字算術(shù)乘法運算的數(shù)字濾波或其它信號處理。例如，長度‘m’比特的系數(shù)乘以長度‘n’此特的數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生長度‘m＋n’比特的數(shù)據(jù)。在濾波網(wǎng)絡(luò)中使用‘m＋n’比特寬的數(shù)據(jù)總線通常是不實際的和昂貴的。實際中，數(shù)據(jù)經(jīng)常被截尾，因此，它只出現(xiàn)較少的比特，最低有效位被省略了。
可是，當數(shù)據(jù)值被截尾時，數(shù)據(jù)中被引入了平均截尾誤差。該誤差的平均值對于單個截尾線等于該截值的最低有效位(LSB)的一半。該截尾誤差作為數(shù)據(jù)值的結(jié)果序列中的DC偏置出現(xiàn)，并與連續(xù)處理數(shù)據(jù)的截尾級數(shù)目成正比地增加。因此，在“Y”個截尾級之后，數(shù)據(jù)中最終的平均DC偏置成分(下面稱為偏置誤差)由下式給出偏置誤差＝Y(jié)*LSB/2其中LSB為截尾數(shù)字的最低有效位。
該結(jié)果假定一個恒定的數(shù)據(jù)比例貫穿于截尾級。如果在處理中截尾以不同的比例執(zhí)行，則數(shù)據(jù)中的偏置誤差要改變。那么偏置誤差等于每級截尾誤差的總和?？墒牵考壷械慕匚舱`差于LSB/2乘以每級中合適的比例系數(shù)。
偏置誤差正比于截尾級數(shù)目、假定的恒定比例意味著誤差累計出現(xiàn)。那些完成重要的序列截數(shù)的系統(tǒng)，比如包含數(shù)字濾波器的電視接收機，對于誤差積累是很敏感的。誤差積累減少了接收機的信噪比，這導(dǎo)致接收機工作的降級。
按照本發(fā)明原理的裝置，可取得用有效成本來避免由截尾引入的偏置誤差而導(dǎo)致的信號降級。該裝置也避免了每次截尾數(shù)據(jù)時的復(fù)雜性、困難性和完成一周期操作的成本。另外，該裝置特別有利于消費產(chǎn)品，比如先進和高清晰度電視接收機及相關(guān)系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的裝置對在數(shù)字信號處理中引入的誤差進行補償。本發(fā)明人認識到對一個或多個截尾導(dǎo)致的數(shù)據(jù)偏置誤差的補償可通過在處理的數(shù)據(jù)中加入補償值來達到。在一個公開的實施例中，該裝置用一個控制網(wǎng)絡(luò)來提供DC偏置補償值加到處理的數(shù)據(jù)中以完成補償。
可選擇和提供多于一個的補償值。這比如可出現(xiàn)在截尾級是可選擇的參數(shù)系統(tǒng)中。因此所用的補償值按照選擇的系統(tǒng)參數(shù)來選擇。
要用的補償值可從該系統(tǒng)中出現(xiàn)的截尾數(shù)目和類型的知識中預(yù)定或測量出來。


圖1為包括采用本發(fā)明原理的數(shù)字濾波器的方框圖。
圖2顯示了按照本發(fā)明、用于測量處理的數(shù)據(jù)中截尾導(dǎo)致的偏置誤差的裝置。
圖3為包括采用本發(fā)明原理的量化器的先進電視接收機的部分方框圖。
圖1顯示了該類型的一種數(shù)字處理系統(tǒng)，它可用于先進電視接收機中的量化功能。傳輸?shù)碾娨曅盘栍蓪⒔Y(jié)合圖3描述的輸入處理器10接收放處理。由處理器10輸出的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)然后由數(shù)字信號濾波器20濾波。濾波器20包含多個部分，每個部分包括一個乘法器(22)、加法器(24)和延遲線(26)，其形式為有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器。截尾可出現(xiàn)在濾波器20的每個乘法器單元中。
長度m比特的復(fù)數(shù)或?qū)嶋H濾波系數(shù)(CN…CN2，CN1)乘以長度n比特的數(shù)據(jù)，以在每個乘法器的輸出端產(chǎn)生長度m＋n比特。在濾波器中使用m＋n比特寬的數(shù)據(jù)總線通常是不實際的和昂貴的。實際中，數(shù)據(jù)經(jīng)常被截尾，因此它可較少的比特出現(xiàn)，最不重要的比特被省略，以產(chǎn)生截尾的數(shù)據(jù)。
可是，如果一序列的數(shù)據(jù)值被截尾，該數(shù)據(jù)中將導(dǎo)入平均截尾誤差。該誤差的平均值對于單一截尾級等于截值的最不重要比特(LSB)的一半。該平均值的導(dǎo)入是因為截尾誤差出現(xiàn)在每個級的機會是隨機的，其概率在零和一個截尾值的LSB之間。因此，每級的截尾誤差的平均值為LSB的一半。該截尾誤差作為序列數(shù)據(jù)值的DC偏置在截尾之后出現(xiàn)，并與連續(xù)處理數(shù)據(jù)的截級的數(shù)目成正比地增加。例如，在“Y”個截尾級之后，在該數(shù)據(jù)中最終的平均DC偏置(偏置誤差)由下式給出偏置誤差＝Y(jié)*LSB/2其中LSB為該截尾數(shù)的最低有效位。
該結(jié)果假定一個恒定的數(shù)據(jù)比例貫穿截尾級。即在每個截尾級中所出現(xiàn)的截尾二進制數(shù)的LSB是相同的。不同于恒定的數(shù)據(jù)比例，比如采用位移以用系數(shù)2、4、8…等等來乘或除以該數(shù)據(jù)來獲得。因此該截尾的二進制數(shù)的LSB可在每個截尾級中代表不同的值。在該例子中，該截尾的二進制數(shù)的LSB將有系數(shù)2、4、8等等的不同值。因此，如果在處理中截尾以不同的比例完成，則數(shù)據(jù)中偏置誤差是被改動的。在數(shù)據(jù)比例不恒定的地方，偏置誤差等于每級截尾誤差的總和。可是，每級的截尾誤差等于LSB/2的截尾誤差乘以每級的適當比例系數(shù)。在具體的截尾級中的該適當?shù)谋壤禂?shù)是這樣的系數(shù)，即在該級中的數(shù)據(jù)相對于常規(guī)(非比例)數(shù)據(jù)用該系數(shù)來乘。在最后的例子中，在具體截級中的該適當比例系數(shù)應(yīng)該是2、4、8、等等，用于乘/除與非比例數(shù)據(jù)相關(guān)的該數(shù)據(jù)。
在備用狀態(tài)濾波器20的濾波數(shù)據(jù)輸出包含輸入數(shù)據(jù)的總和以及各個恒定系數(shù)(CN…C2、C1)。因此，從濾波器20輸出數(shù)據(jù)包括每個乘法級的截尾誤差的總和。由此，濾波器20的偏置誤差為截尾誤差累計的結(jié)果，并正比于截尾級，假定在每個截尾級數(shù)據(jù)的比例是恒定的。
發(fā)明人已經(jīng)認識到在濾波器20的輸出0數(shù)據(jù)中補償該偏置誤差可通過在處理的數(shù)據(jù)上加入補償值來達到。而且，由于需要補償?shù)钠谜`差相對于濾波器20的系數(shù)和在濾波器20-中處理的數(shù)據(jù)為時間恒定的DC信號，偏置誤差的補償可通過將DC偏置補償值(下面稱為補償值)加到靠近濾波器20中的輸入端的加法單元的其它不用輸入端程成，否則，該值的加進應(yīng)該在濾波器20其之外完成。在這種情況，應(yīng)該安排外部的加法電路，以使該補償值加到濾波器20的輸入或輸出數(shù)據(jù)中。
在濾波器20內(nèi)加進的補償值由存貯器40例如寄存器提供。存貯器40也可是RAM或具有讀和寫地址能力的任何其它存貯裝置。在一個實施例中，補償值可從濾波器20中出現(xiàn)的截尾的數(shù)目和類型的知識來預(yù)定。例如，假定濾波器20包括Y個截尾級并在每個截尾中使用恒定的數(shù)據(jù)比例，在輸出數(shù)據(jù)中的偏置誤差(Y*LSB/2)以負形式被存貯在存貯器40中，以提供補償值。該補償值通過輸入加法器24n加到處理的數(shù)據(jù)上，以取得補償。該補償值也可在相加點和濾波輸出之間的、已知增益關(guān)系的任何點加到處理數(shù)據(jù)通道中。在圖1中，該相加點，在加法器24n中，具有相對于濾波器輸出恒定的單元增益，在處理中具有恒定的數(shù)據(jù)比例。
補償值的幅度取決于濾波器20截尾級的數(shù)目和比例。其中，不同的截尾級具有不同的濾波參數(shù)是可能的，如圖1，就需要不同的DC偏置補償值。在這種情況，例如，數(shù)據(jù)裝載器和濾波網(wǎng)絡(luò)50確定濾波級數(shù)和用于濾波器20的系數(shù)值。為此，網(wǎng)絡(luò)50產(chǎn)生一個控制信號，根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)信號來確定濾波器20的參數(shù)?？刂凭W(wǎng)絡(luò)50最好是可編程的微處理器，它提供控制信號作為離散二進制邏輯電平輸出?？刂菩盘柺沟脼V波器20展現(xiàn)兩個不同的濾波器參數(shù)，例如它們不同之處在于濾波器抽頭數(shù)和相關(guān)的濾波器系數(shù)(CN…CN2，CN1)。每個濾波器抽頭部分包括加法器(24)、延遲線(26)和法器單元以及輸入到乘法器單元的相關(guān)系數(shù)輸入端。
濾波器20的參數(shù)之間的轉(zhuǎn)換可由復(fù)用裝置來完成。按照控制信號的邏輯電平，復(fù)用器對預(yù)定的濾波器20的部分旁通，將輸入信號從某些濾波器20的部分引開并將這些回引的信號加到其它濾波器20部分的輸入端。復(fù)用器也響應(yīng)控制信號以將不同的系數(shù)值(CN…C2，C1)從存貯器(未示出)引到濾波器20的所需的乘法器。以這種方式，單個復(fù)用器轉(zhuǎn)換的信號引導(dǎo)就可取得不同濾波器參數(shù)。因為兩個可選擇的濾波器參數(shù)是所包括的乘法器數(shù)目不同，該系數(shù)不同也在于它們截尾級數(shù)不同。這意味著對于每個參數(shù)需要不同的補償值。
控制網(wǎng)絡(luò)50通過控制信號確定濾波器20的參數(shù)，還用與濾波器20參數(shù)兼容的補償值裝載存貯器40?？刂凭W(wǎng)絡(luò)50按照系統(tǒng)參數(shù)信號來完成這些功能，系統(tǒng)參數(shù)信號可以二進制邏輯電平輸入信號形式從編程的外部微處理器(未示)提供到控制網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)參數(shù)信號本身可被確定，例如，通過傳感輸入信號到濾波器20的調(diào)制方式。這種調(diào)制可以包括各種脈沖幅度調(diào)制(PAM)，它以包括正交幅度調(diào)制(QAM)，以及殘留邊帶調(diào)制VSB)和正交相移鍵控(QPSK)。該系統(tǒng)參數(shù)信號還可通過裝置中出現(xiàn)的頻道失真來確定。
控制網(wǎng)絡(luò)50從存貯器60讀取與選擇的濾波器20參數(shù)相關(guān)的適當?shù)难a償值，然后將該值裝入到存貯器40中。存貯器60能存貯多于一個的補償值，它比如可以是控制網(wǎng)絡(luò)50中與微處理器相關(guān)的RAM。在該例子中，按照系統(tǒng)參數(shù)信號的二進制(兩個電平)狀態(tài)來提供兩個不同的補償值。每個值分別與選擇的濾波器20參數(shù)相關(guān)。
濾波器20所濾波的、誤差補償?shù)妮敵鲇奢敵鎏幚砥?0處理，它可將多個功能合在一起。對于數(shù)字電視接機而言，這些功能可包括下面將結(jié)合圖3描述的解擾和解碼功能。
盡管圖1的優(yōu)選實施例顯示了補償多個濾波參數(shù)的方法，簡單的實施也是可能的。當只有一個預(yù)定的濾波器參數(shù)時，單個預(yù)定的補值被存貯在存貯器40中，但需要控制網(wǎng)絡(luò)50和存貯器60。圖1中其它單元和其相關(guān)的功能與前述的一樣。
當補償值接近時，圖1實施例的另一個改型可用于由功能而不是由截尾級導(dǎo)致的DC偏移的補償。例如，引起LSB/4或2LSB的功能塊應(yīng)該用上述的方法通過加入-LSB/4和-2LSB值來補償。
圖2顯示了本發(fā)明的另一了實施例。在圖2中，DC偏置補償值是由測量來得到。在圖1中則相反，DC偏置補償值是從系統(tǒng)參數(shù)的知識來預(yù)定，具體地是從信號處理中出現(xiàn)的截尾數(shù)目和類型來預(yù)定。圖2包括圖1所沒有的偏置誤差測量網(wǎng)絡(luò)95。可是輸入處理器10、濾波器20、輸出處理器30和存貯器40與圖1中的網(wǎng)絡(luò)標號是類似的。
在圖2中，與圖1中的實施例一樣，來自輸入處理器10的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)由數(shù)字信號濾波器20濾波。濾波器20的濾波輸出由輸出處理器30進一步處理。可是，在圖2中，濾波器20的輸出信號也通向測量網(wǎng)絡(luò)95。這就保證了網(wǎng)絡(luò)95測量濾波器20輸出信號中的偏置誤差。網(wǎng)絡(luò)95也產(chǎn)生偏置誤差的負值并將該值作為補償值存貯在存貯器40中。該補償?shù)闹当患拥綖V波器20中的數(shù)據(jù)上，以便以圖1實施例所述的方式提供補償。
在測量偏置誤差之前，存貯在存貯器40中的補償值首先被置為零。這就確保了要測量的偏置誤差不受存貯器40中先前存貯的補償值的影響。如果該濾波的輸出數(shù)據(jù)本身包括DC成分，那么補償值可被設(shè)置為該期望的DC成分的負值。然后濾波器20的輸出只包括由濾波器20處理產(chǎn)生的偏置誤差。這將確保只有由濾波器20產(chǎn)生的DC成分被測量，這是所希望的。該初始化過程根據(jù)圖2所示的存貯復(fù)位信號來完成。該復(fù)位信號由控制網(wǎng)絡(luò)比如編程的微處理器(未示)根據(jù)電源系統(tǒng)復(fù)位來提供。補償值的輸出可只按復(fù)位信號的出現(xiàn)而提供。否則補償值可按照需要基于周期的測量來提供。
接下來，包括偏置誤差的濾波器20的輸出信號由網(wǎng)絡(luò)95低通濾波，以提供接近偏置誤差的DC值。低通濾波的信號然后被取樣，以提供測量的偏置誤差。取樣是在測量開始之后充足的時間所成的，以確保取樣值很高穩(wěn)定性和精確性。取樣的時間由定時信號確定，如圖2所示。定時信號由控制網(wǎng)絡(luò)比如編程的微處理器(未示)按照電源情況來提供，并可從復(fù)位信號中產(chǎn)生。在這種情況，定時信號可由微處理器在復(fù)位信號出現(xiàn)之后的一個編程時間延遲時提供。其它得到測量的偏置誤差的方法也是可能的。例如，采用編程的微處理器來計算數(shù)據(jù)的偏置誤差。該計算包含數(shù)據(jù)值的足夠大序列的算術(shù)平均的求取，以接近數(shù)據(jù)的DC偏置值。網(wǎng)絡(luò)95然后產(chǎn)生測量偏置誤差的負值并將該值作為補償值存貯在存貯器40中。最后，補償值被濾波器20加到處理的數(shù)據(jù)上，以便以圖1中所述的方式來補償。
所述對截尾誤差的補償方法在量化脈沖幅度調(diào)制(PAM)信號比如正交幅度調(diào)制(QAM)信號時具有特別的優(yōu)點。眾所周知這種信號由在實例時圖象面上按網(wǎng)格狀排列的符號點構(gòu)成。圖3體現(xiàn)了這種類型的量化器，下面將要討論。用所述方法對截尾進行的補償減少了與各個結(jié)構(gòu)點相關(guān)的隨機軌道誤差。
圖3是先進電視接收機的部分方框圖，它包括量化網(wǎng)絡(luò)120，它可采用按照本發(fā)明原理的濾波。被發(fā)射的電視信號比如QAM信號由天線110接收，然后被加到輸入處理器115。輸入處理器115典型地包括調(diào)諧器和IF級，用于將接收的信號下變掀到低頻段。它還可包括自動增益控制、濾波和定時時鐘恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)。這些功能是已知的并已在參考文獻Digital Communication，Lee和Messerschmidt (Kluwer academic press，Boston，MA，USA，1988)中描述。
來自單元115的輸出信號由單元118解制，以從調(diào)制的輸入信號中恢復(fù)基帶數(shù)據(jù)。該解調(diào)的輸出數(shù)據(jù)然后被量化器120量化和數(shù)字濾波。其目的是要補償在數(shù)據(jù)頻道中的失真以及減少噪聲和干擾。在單元120的數(shù)字濾波法單元中和在其它處理級的處理過程中，數(shù)據(jù)被截尾。DC偏置補償按照圖1所述本發(fā)明的原理被加到量化單元120。圖3所示單元的其它系統(tǒng)構(gòu)成也是可能的。例如，系統(tǒng)構(gòu)成可將量化單元位于解調(diào)器之前。
從單元120輸出的解調(diào)的、量化的和DC偏置補償?shù)臄?shù)據(jù)通過解碼器125解碼，它比如是Reed-Solomon解碼器。來自單元125的校正的數(shù)據(jù)包然后被加到傳送處理器130，它檢查每個數(shù)據(jù)包的開頭以識別音頻和視頻數(shù)據(jù)。傳送處理器130將音頻和視頻輸出信號送到單元135中適當?shù)慕獯a器。來自單元135的音頻和視頻信號分別加到音頻處理器145和電視視頻處理器140。處理器145和140以適于單元150重現(xiàn)的方式對該音頻和視頻信號進行格式化。
盡管本發(fā)明已經(jīng)在先進電視視頻信號處理系統(tǒng)中進行了描述，應(yīng)該理解到本發(fā)明的原理一般可應(yīng)于有截尾出現(xiàn)的數(shù)字信號處理。類似地，當應(yīng)用于電視接收機時，DC偏置補償并不限制于量化功能，而是可應(yīng)于電視接收機中的其它功能，比如解制。另外，圖1的存貯器60可存貯幾個補償值，如果需要對幾個不同濾波參數(shù)進行補償?shù)脑挕?br> 權(quán)利要求
1.一種包括數(shù)字信號處理網(wǎng)絡(luò)(20)的系統(tǒng)，具有多個數(shù)據(jù)截尾級的信號通道，以處理輸入信號，所說截尾級的每個都會出現(xiàn)DC偏置截尾誤差，裝置的特征在于用于按照累計DC偏置截尾誤差(誤差)函數(shù)產(chǎn)生DC偏置補償值的裝置，累計DC偏置截尾誤差的幅度是所說截尾數(shù)數(shù)目的函數(shù)；和用于將所說DC偏置補償值加到所說信號通道的裝置(24)。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，進一步的特征在于所說產(chǎn)生裝置包括第一存貯器(40)，用于存貯所說DC偏置補償值；以及控制網(wǎng)絡(luò)(50)，用于按照系統(tǒng)參數(shù)控制信號提供多個預(yù)定補償值中的一個到所說第一存貯器。
3.按照權(quán)利要求2的裝置，進一步的特征在于所說產(chǎn)生裝置還包括第二個存貯器(60)，用于存貯所說多個預(yù)定補償值；以及其中控制網(wǎng)絡(luò)按照所說控制信號將所說多個預(yù)定補償值中選擇的一個從所說第二存貯器送到第一存貯器。
全文摘要
對于由數(shù)據(jù)截尾導(dǎo)致的偏置誤差進行的補償，通過將補償值加到系統(tǒng)中已處理的數(shù)據(jù)上來完成，其中截尾級按預(yù)定的結(jié)構(gòu)排列。多個補償值可被選擇和應(yīng)用。適當值的選擇由所給系統(tǒng)構(gòu)成中所用的截尾級的數(shù)目和類型來確定。該補償值可被預(yù)定或測量。
文檔編號H04N5/44GK1135145SQ9512045
公開日1996年11月6日 申請日期1995年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月28日
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