CN100593343C - 过采样a/d转换电路 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够与彩色电视系统无关地提高S/N比的A/D转换电路。根据本发明实施例的过采样A/D转换电路包括：A/D转换器，用于对模拟视频信号进行过采样；数字低通滤波器，用于允许过采样信号中处于预定通带中的信号分量通过；下采样电路，用于对通过的信号进行下采样；以及彩色电视系统确定电路，用于切换通带。

Description

过采样A/D转换电路
技术领域
本发明涉及一种过采样(over-sampling)A/D转换电路，特别涉及用于处理模拟视频信号的过采样A/D转换电路。
背景技术
近年来，电视接收机或监控设备朝着不断加大其用于显示图片的屏幕的尺寸的方向发展。在这种电视接收机中，诸如弱视频噪声等显示图像的问题逐渐浮出水面，尽管它们在小屏幕上可以被忽视。所以，需要更高的图像质量。
通常，如图4所示的复合视频信号被输入到电视接收机。如图4所示，复合视频信号包括：通过多路复用亮度信号(Y信号)和色度信号(C信号)而得到的视频信号；用作色度信号的参考的脉冲信号；以及用于使信号同步的同步信号。此外，复合视频信号具有图5所示的频率特性。其频率落在从0到fmax(最大频率)的频带之内。亮度信号也在该频带之内。将色度信号叠加在具有频率fsc(颜色副载波频率)的颜色副载波上，以得到频率在预定频带之内的信号，其中频率fsc被设定在预定频带的中心。该频率fsc为图4的脉冲信号的频率。彩色电视系统(彩色电视格式)从一个复合视频信号到另一个复合视频信号是不同的。频率fmax或fsc的值是取决于彩色电视系统而变化的。对于NTSC彩色电视系统，例如，fmax＝4.2MHz并且fsc＝3.58MHz。对于PAL彩色电视系统，fmax＝6MHz并且fsc＝4.43MHz。在视频信号中，存在亮度信号与色度信号或色差信号相分离的分量视频信号。
在用于处理视频信号的数字视频信号处理中，存在两种系统时钟：脉冲锁定时钟(burst lock clock)，其相位被锁定在视频信号的频率fsc的相位上；以及水平同步锁定时钟，其相位被锁定在水平同步信号的相位上。用于复合视频信号的脉冲锁定时钟处理允许Y信号和C信号之间的高精确度分离(Y/C分离)，而用于复合视频信号的水平同步锁定时钟处理不需要有复杂的电路结构。一般的时钟频率为4fsc，即频率fsc的4倍。在不具有彩色副载波的分量信号中，通常使用13.5MHz，该13.5MHz是水平同步锁定信号的频率。
接收复合视频信号时，电视接收机将视频信号分离成亮度信号和色度信号(Y/C分离)，以对色度信号进行解调(C解调)并且然后显示图片。近年来，数字电路用于上述处理，以通过数字信号处理来执行Y/C分离或C解调。因此，用于将模拟视频信号转换成数字信号的A/D转换器通常是位于Y/C分离电路的上游。该A/D转换器使用4fsc作为采样频率来执行A/D转换。
不过，由于A/D转换，弱视频噪声可能会干扰观看监控设备的大屏幕。
这是由在A/D转换期间发生的混叠噪声所引起的。下面来讲述混叠噪声。在A/D转换中，只要采样频率至少为输入信号频率的两倍，则信号可以完全恢复为初始信号。也就是说，上述频带是确保采样频率(奈奎斯特频率)的1/2或更少的信号所携带的信息的带。例如，如图6所示，如果采样频率为4fsc，则4fsc的1/2即2fsc为奈奎斯特频率。对于采样频率为4fsc的A/D转换，如果存在高于奈奎斯特频率2fsc的频率分量(图6中的(a))，则信号分量出现在与位置(a)关于奈奎斯特频率对称的位置(图6的(b))上(对折)。然后，部分折叠的信号分量频率(图6中的(c))叠加在初始信号上，成为混叠噪声。作为用于减少混叠噪声的现有电路，例如，日本未核专利公开No.62-287716公开了使用了带限滤波器的过采样A/D转换电路。
图7通过例子示出了现有视频信号处理电路的结构。在该现有视频信号处理电路中，现有过采样A/D转换电路位于用于减小混叠噪声的Y/C分离电路的上游。
现有视频信号处理电路包括：由模拟电路组成的模拟低通滤波器(LPF)702；过采样A/D转换电路701；以及由数字电路组成的Y/C分离电路703。此外，现有过采样A/D转换电路701包括：A/D转换器711、数字LPF 712、下采样电路713、时钟生成锁相环(PLL)715和1/2分频电路716。
在现有过采样A/D转换电路701中，A/D转换器711使用8fsc的采样频率对通过模拟LPF 702输入的视频信号执行A/D转换。数字LPF 712使用2fsc作为截止频率来限制频带，其中2fsc是4fsc的奈奎斯特频率。下采样电路713将输入的信号频率下采样成4fsc的采样频率，以输出到Y/C分离电路703。Y/C分离电路703使用采样频率4fsc将视频信号分离成Y信号和C信号。
时钟生成PLL 715生成时钟，A/D转换器711、数字LPF 712和下采样电路713以此时钟工作。时钟生成PLL 715以作为A/D转换器711的采样时钟频率的8fsc来振荡。1/2分频电路716将由时钟生成PLL715振荡的频率8fsc分为1/2，以产生作为下采样电路713的采样频率的时钟4fsc。
设计的数字LPF 712以基于由时钟生成PLL 715生成的8fsc时钟的截止频率2fsc来工作。然后，数字LPF 712去除不低于奈奎斯特频率的信号分量，以减小混叠噪声。
不过，图7的现有过采样A/D转换电路701的问题是不能根据彩色电视系统来去除噪声，这导致了较低的S/N值(信噪比)。相应地，在对来自现有过采样A/D转换电路701的输出信号进行Y/C分离以显示图像的情况下，因噪声引起的干扰会导致图像质量的恶化。
换句话说，如上所述，由于频率fsc(彩色副载波频率)从一个彩色电视系统到另一个彩色电视系统是不同的，因此由时钟生成PLL715振荡的频率8fsc根据彩色电视系统的不同而有不同。设计的数字LPF 712具有基于输入时钟的预定滤波器特性。因此，如果频率fsc变化，则数字LPF 712的滤波器特性相应地改变。结果，滤波器特性随着彩色电视系统的不同而不同。截止频率与期望的奈奎斯特频率不同，这使得无法精确地去除混叠噪声。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种过采样A/D转换电路，它包括：输入端，用于接收模拟视频信号；以及滤波器单元，用于根据随模拟视频信号的彩色电视系统而变化的采样频率来限制模拟视频信号的频带。根据该电路，可以根据彩色电视系统来精确地去除不低于奈奎斯特频率的信号分量，这允许混叠噪声的减小、较高的S/N比、以及在后续级中获得的较高的图像质量。
根据本发明的另一个方面，过采样A/D转换电路包括：第一采样单元，用于以第一采样频率对输入模拟视频信号执行A/D转换；带限滤波器单元，用于让通过第一采样单元的信号中处于预定通带中的信号分量通过；第二采样单元，用于以第二采样频率来对通过的信号进行采样；以及切换单元，用于切换带限滤波器单元的通带。根据该电路，可以根据彩色电视系统来精确地去除不低于奈奎斯特频率的信号分量，这允许混叠噪声的减小、较高的S/N比、以及在后续级中获得的较高的图像质量。
根据本发明，不管彩色电视系统如何，都可以提供能够提高S/N比的过采样A/D转换电路。
附图说明
下面结合附图进行的讲述将使本发明的上述和其他目的、优点和特征更加清楚，其中：
图1为框图，示出了根据本发明实施例的视频信号处理设备的结构；
图2为电路图，示出了根据本发明实施例的数字LPF的结构；
图3为框图，示出了根据本发明实施例的视频信号处理设备的结构；
图4为波形图，示出了视频信号的波形；
图5示出了视频信号的频率特性；
图6示出了视频信号的混叠噪声；以及
图7为框图，示出了现有视频信号处理设备的结构。
具体实施方式
下面参照解释性实施例来讲述本发明。本领域的一般技术人员都知道，使用本发明的讲述可以实现许多可选实施例，并且本发明并不限于用于解释性目的的实施例。
第一实施例
现在参照图1和图2来讲述根据本发明第一实施例的视频信号处理电路和A/D转换电路。本实施例的特征是A/D转换电路中的LPF的滤波器因子是随彩色电视系统而改变，以获取最佳的滤波器特性。
图1示出了根据本实施例的视频信号处理的结构。该视频信号处理电路被提供给例如电视接收机，并且用于将通过天线接收的无线电波转换为RF信号并且接收通过检测图像载波而得到的视频信号。
视频信号处理电路接收通过叠加如图4和图5所示的Y信号和C信号而得到的复合视频信号(模拟视频信号)，以将该模拟信号转换成数字信号，并且将C信号与Y信号分离。从视频信号处理电路向下游，该信号进一步经过C解调以显示图像。输入到视频信号处理电路的信号并不限于通过叠加Y信号和C信号而得到的视频信号(复合视频信号)，也可以输入Y信号和C信号被分开传输的这样的分量信号。也就是说，可以只输入分量信号的C信号。
如图1所示，视频信号处理电路包括：由例如模拟电路构成的模拟LPF 2、过采样A/D转换电路1；以及由例如数字电路构成的Y/C分离电路3。此外，如图1所示，过采样A/D转换电路1包括：A/D转换器11、数字LPF 12、下采样电路13、彩色电视系统确定电路14、时钟生成PLL 15和1/2分频电路16。
模拟LPF 2去除输入模拟视频信号中频率不低于预定截止频率的信号分量，并且主要允许不高于截止频率的模拟信号通过。模拟LPF 2的截止频率优选情况下为后续的A/D转换电路1中的A/D转换器11的奈奎斯特频率，也就是采样频率的1/2，例如4fsc。该截止频率被设定为A/D转换器11的奈奎斯特频率，因此可以有效抑制在A/D转换器11中生成混叠噪声。
过采样A/D转换电路1以预定频率将通过模拟LPF 2的模拟视频信号采样为数字信号，以将转换的信号输出到Y/C分离电路3。从过采样A/D转换电路1输出的数字信号的采样频率为例如4fsc。本实施例的过采样A/D转换电路1随输入视频信号的彩色电视系统而改变数字LPF 12的滤波器特性。也就是说，下采样电路13的采样频带是随彩色电视系统而变化的。
Y/C分离电路3对从过采样A/D转换电路1输出的数字视频信号执行Y/C分离，以输出Y信号和C信号。例如，Y/C分离电路3能够使用梳状滤波器将C信号与Y信号分离。
下面来更为详细地讲述过采样A/D转换电路1的每一模块。A/D转换器11(第一采样单元)进行过采样，也就是说，使用如下采样频率将通过模拟LPF 2的模拟视频信号采样(A/D转换)成数字信号，其中所述采样频率高于最后来自过采样A/D转换电路1振荡的采样频率(第一采样频率)。A/D转换器11的采样频率为例如8fsc。A/D转换器11根据彩色电视系统接收来自时钟生成PLL 15的时钟8fsc，以输入频率8fsc作为采样频率来执行采样。也就是说，对于NTSC彩色电视系统，A/D转换器11以采样频率8fsc(＝8×3.58＝28.64MHz)来执行采样，而对于PAL彩色电视系统，以采样频率8fsc(＝8×4.43＝35.44MHz)来执行采样。
数字LPF 12(带限滤波器单元)去除从A/D转换器11输出的数字视频信号中频率不低于预定截止频率的信号分量，并且主要允许频率不高于截止频率的数字信号(在预定通带中的信号)通过。数字LPF12的截止频率优选情况下为下采样电路13的奈奎斯特频率，例如2fsc。如果该截止频率被设定为下采样电路13的奈奎斯特频率，则可以有效地抑制在下采样电路13中生成混叠噪声。
此外，本实施例的数字LPF 12根据彩色电视系统以该截止频率(2fsc)的滤波器特性工作。也就是说，数字LPF 12是根据从如下所述的彩色电视系统确定电路14输出的彩色电视系统确定信号来改变截止频率的。例如，数字LPF 12工作以得到用于NTSC彩色电视系统的截止频率2fsc(＝2×3.58＝7.16MHz)和用于PAL彩色电视系统的截止频率2fsc(＝2×4.43＝8.86MHz)。如果输入分量信号，则数字LPF12工作以得到13.5MHz的截止频率。
此外，数字LPF 12设计为根据由时钟生成PLL 15产生的时钟来以预定滤波器特性工作。例如，当输入8fsc(＝28.64MHz)的时钟时，数字LPF 12工作以得到用于NTSC彩色电视系统的截止频率7.16MHz。当输入8fsc(＝35.44MHz)的时钟时，数字LPF 12工作以得到截止频率8.86MHz。
下采样电路13(第二采样单元)对通过数字LPF 12的数字视频信号进行下采样(稀疏(thins out))，以将其转换成采样频率(第二采样频率)等于最后来自过采样A/D转换电路1振荡的采样频率的数字信号。下采样电路13的采样频率为例如4fsc。下采样电路13根据彩色电视系统从1/2分频电路16接收时钟4fsc，以输入频率4fsc作为采样频率来执行采样。也就是说，对于NTSC彩色电视系统，下采样电路13以频率4fsc(＝4×3.58＝14.32MHz)执行采样，并且对于PAL彩色电视系统，以频率4fsc(＝4×4.43＝17.72MHz)执行采样。
彩色电视系统确定电路14基于从下采样电路13输出的数字视频信号来确定彩色电视系统。彩色电视系统确定电路14还是切换电路，用于根据彩色电视系统确定结果来切换数字LPF 12的滤波器特性、A/D转换器11的采样频率和下采样电路13的采样频率。彩色电视系统确定电路14确定彩色电视系统，例如NTSC系统、PAL系统、SECAM系统等，或者确定信号是否为分量信号。彩色电视系统的确定可以根据脉冲信号的频率、场频、频率fsc和水平线的相位来执行。如果频率fsc为例如3.58MHz，则彩色电视系统为NTSC系统，并且如果频率fsc为4.43MHz，则彩色电视系统为PAL系统。彩色电视系统确定电路14确定彩色电视系统，以将表示确定的彩色电视系统的彩色电视系统确定信号发送到时钟生成PLL 15和数字LPF 12。
时钟生成PLL 15基于从系统确定电路14输出的彩色电视系统确定信号来生成第一时钟频率的时钟。A/D转换器11、数字LPF 12和下采样电路13以该时钟来工作。例如，时钟生成PLL 15根据如上所述的彩色电视系统来生成8fsc的时钟，作为A/D转换器11的采样频率。在本实施例中使用的系统时钟为例如脉冲锁定时钟，并且时钟生成PLL 15参考视频信号中的脉冲信号来生成频率fsc的时钟。系统时钟可以为水平同步锁定时钟，以便参考视频信号中的水平同步信号来生成频率fsc的时钟。不过，也可以根据视频信号的变化，参照脉冲信号而非水平同步信号来精确地生成时钟。
1/2分频电路16生成第二时钟频率的时钟，其是通过对由时钟生成PLL 15生成的时钟进行分频而得到的。1/2分频电路16将8fsc的时钟分成1/2，以产生4fsc的时钟作为如上所述的下采样电路13的采样频率。
接下来参照图2来讲述根据本发明的过采样A/D转换电路中使用的数字LPF的结构。
如图2所示，数字LPF 12可以由例如FIR滤波器组成，其根据从彩色电视系统确定电路14输出的彩色电视系统确定信号来切换滤波器因子。在所示例子中，滤波器因子根据彩色电视系统确定信号在三个因子A、B和C之间进行切换。例如，在NTSC系统中，滤波器因子被设定为A。在PAL系统中，滤波器因子被设定为B。在分量信号中，滤波器因子被设定为C。因此，转移函数H(z)被切换为1+A1z0+...+An-1zn-1+Anzn，1+B1z0+...+Bn-1zn-1+Bnzn，或者1+C1z0+...+Cn-1zn-1+Cnzn。因此，作为滤波器特性，可以得到期望截止频率。滤波器因子可以在任意数目个滤波器因子中而非三个因子中切换。
如图2所示，数字LPF 12包括：延迟元件(触发器)200，用于延迟输入信号；多个选择电路201，用于从滤波器因子A、B和C中选择一个；多个乘法器202，用于使用由选择电路201选出的滤波器因子来乘以通过延迟元件200的输入信号；多个加法器203，用于加上来自乘法器202的相乘结果；多个延迟元件204，用于延迟来自加法器203的相加结果；加法器205，用于将来自加法器203的相加结果加到输入信号上；以及延迟元件206，用于延迟来自加法器205的相加结果，以输出延迟的信号。
在本实施例中，根据彩色电视系统在A/D转换电路的LPF中以此方式来切换滤波器因子，从而改变滤波器特性。因此，可以得到适用于每一个彩色电视系统的截止频率。也就是说，根据随彩色电视系统变化的采样频率来改变要限制的频带。因此，可以精确地抑制混叠噪声的生成，从而提高S/N比。结果，可以提高诸如自A/D转换电路的下游处理的图片等图像的质量。特别地，在具有大屏幕的电视接收机中，弱图像噪声对显示在屏幕上的图像的影响更为明显。因此，如果将其应用到电视接收机，则本发明可以产生有益的效果。
第二实施例
接下来参照图3讲述根据本发明第二实施例的视频信号处理电路和A/D转换电路。本实施例的特征是，A/D转换电路的LPF是根据彩色电视系统进行选择的，从而得到最佳的滤波器特性。
图3示出了根据本实施例的视频信号处理电路的结构。与图1相同的组件用相同的标号来表示，并且如无必要，则省却对它们的讲述。
在本实施例中，在过采样A/D转换电路1中，数字LPF 121、122和123以及选择器17替代了图1的数字LPF 12。
为数字LPF 121、122和123设定不同的截止频率，其中每一个对于相应的彩色电视系统都是最佳的。在所示例子中，提供了三个数字LPF，但是本发明并不限于此，而是可以提供任意数量的数字LPF。
例如，数字LPF 121工作以得到用于NTSC系统的截止频率2fsc(＝7.16MHz)。数字LPF 122工作以得到用于PAL系统的截止频率2fsc(＝8.86MHz)。数字LPF 123工作以得到用于分量信号的截止频率13.5MHz。
此外，数字LPF 121、122和123设计为根据由时钟生成PLL 15生成的时钟来工作。例如，在接收时钟8fsc(＝28.64MHz)时，数字LPF 121工作以得到例如为7.16MHz的截止频率。例如，在接收8fsc(＝35.44MHz)的时钟时，数字LPF 122工作以得到例如为8.86MHz的截止频率。
选择器17根据从彩色电视系统确定电路14输出的彩色电视系统确定信号来选择来自数字LPF 121、122和123中的一个的输出。例如，选择器17选择来自数字LPF 121的输出以用于NTSC彩色电视系统，选择来自数字LPF 122的输出以用于PAL彩色电视系统，并且选择来自数字LPF 123的输出以用于分量信号。可以根据彩色电视系统来改变滤波器特性。
选择器17选择来自数字LPF 121～123中的一个的输出信号。不过，本发明并不限于此，而是可以选择数字LPF 121～123中的一个的输入信号。此外，当选择器17选择数字LPF 121～123中的一个时，可以停止对其余的数字LPF提供时钟或功率，以停止操作。通过这些设置，即使提供了多个数字LPF，也可以节省功耗。
如上所述，根据该实施例，基于彩色电视系统从A/D转换电路中的不同LPF中选择合适的LPF，从而改变滤波器特性。因此，与第一实施例类似，可以提高S/N比以及后续级中的图像质量。此外，提供了不同的LPF，这使得与图2相比能够简化电路结构并且减小每一个LPF的电路尺寸。
其他实施例
在上述例子中，通过选择合适的滤波器因子或LPF来改变滤波器特性。不过，本发明不限于此，并且可以采用其他方法来改变滤波器特性。例如，根据彩色电视系统可以改变输入到LPF的时钟频率。
在上述例子中，根据彩色电视系统来改变来自下采样电路上游的数字LPF的滤波器特性，但是本发明并不限于此，也可以改变来自A/D转换器上游的模拟LPF的特性。因此，可以减小A/D转换器中产生的混叠噪声。
在上述例子中，彩色电视系统由彩色电视系统确定电路来确定。不过，本发明并不限于此，也可以预先设定预定的彩色电视系统。
在上述例子中，本发明被应用到用于视频信号的Y/C分离的A/D转换电路，但是本发明也可以应用于其他情况。例如，本发明可应用于用于根据彩色电视系统来对电视信号的声音信号进行A/D转换的电路。
很明显，本发明并不限于上述实施例，并且在不偏离本发明范围和精神的情况下可以对其修改和变化。

Claims (13)

1.一种过采样A/D转换电路，包括：
输入端，用于接收模拟视频信号；以及
滤波器单元，用于根据随模拟视频信号的彩色电视系统变化的采样频率来限制模拟视频信号的频带，
其中，滤波器单元包括多个带限滤波器，每一个带限滤波器具有基于根据彩色电视系统的采样频率的预定通带，带限滤波器适用于从多个带限滤波器中选出的采样频率。
2.如权利要求1所述的过采样A/D转换电路，其中多个带限滤波器中未被选择的带限滤波器停止工作。
3.一种过采样A/D转换电路，包括：
第一采样单元，用于以第一采样频率对输入模拟视频信号执行A/D转换；
带限滤波器单元，用于允许通过第一采样单元的信号中处于预定通带中的信号分量通过；
第二采样单元，用于以第二采样频率对通过的信号进行采样；以及
切换单元，用于切换带限滤波器单元的通带，
其中，切换电路基于以第二采样频率采样的信号来确定模拟视频信号的彩色电视系统，以根据确定的彩色电视系统来切换带限滤波器单元的通带。
4.如权利要求3所述的过采样A/D转换电路，其中切换单元切换第一采样频率和第二采样频率。
5.如权利要求3所述的过采样A/D转换电路，其中切换单元根据第二采样频率来切换带限滤波器单元的通带。
6.如权利要求3所述的过采样A/D转换电路，其中第一采样频率高于第二采样频率。
7.如权利要求3所述的过采样A/D转换电路，其中带限滤波器单元为允许频率范围不高于截止频率的信号分量通过的低通滤波器。
8.如权利要求7所述的过采样A/D转换电路，其中截止频率为第二采样频率的奈奎斯特频率。
9.如权利要求3所述的过采样A/D转换电路，其中带限滤波器单元包括选择单元，用于根据切换单元的切换来选择滤波器因子。
10.如权利要求3所述的过采样A/D转换电路，其中带限滤波器单元包括：多个滤波器，其具有不同的通带；以及选择单元，用于根据切换单元的切换来选择多个滤波器中的一个。
11.如权利要求10所述的过采样A/D转换电路，其中选择单元停止多个滤波器中未被选择的滤波器的工作。
12.如权利要求3所述的过采样A/D转换电路，进一步包括：
第一时钟生成电路，用于根据切换单元的切换来生成第一时钟频率的时钟，以将第一时钟频率的时钟应用到第一采样单元和带限滤波器单元；以及
第二时钟生成电路，用于将通过对第一时钟频率的时钟进行分频得到的第二时钟频率的时钟应用到第二采样单元。
13.如权利要求12所述的过采样A/D转换电路，其中第一时钟频率为第一采样频率，并且第二时钟频率为第二采样频率。
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