CN101076959B - 用于处理电视伴音信号的可配置滤波器 - Google Patents

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Abstract

一种电视伴音信号编码器包括矩阵，其将左声道伴音信号和右声道伴音信号相加以产生和信号。该矩阵还将该左右伴音信号中的一个与另一个相减以产生差信号。该编码器还包括可配置的无限冲激响应数字滤波器，其选择地使用一个或多个滤波系数组对该差信号进行滤波。每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备用于发射的差信号。

Description

用于处理电视伴音信号的可配置滤波器
技术领域
本申请与下面的公共专利受让人的美国申请相关：在2004年3月24提交的美国临时专利申请系列号No.60/555,853“MultiplexedInfinite-Impulse Response(IIR)Filter Section For Broadcast TelevisionAudio Application”，并要求其优先权，且其内容作为整体并入此处作为参考。
本公开涉及电视伴音信号的处理，并且特别涉及用于对电视伴音信号编码和解码的可配置滤波器。
背景技术
1984年，在联邦通信委员会的支持下，美国采用了用于发射和接收电视立体声的标准。该标准编纂在FCC’s Bulletin OET-60中，在广播电视系统委员会提议后，经常称为BTSC系统或者MTS(多频道电视伴音，Multi-channel Television Sound)系统。
在BTSC系统之前，广播电视伴音是单声道的，由单个“声道”或者伴音内容的信号构成。立体声一般需要两个独立的伴音声道发射，且接收机能够检测并恢复这两个声道。为满足FCC’s的要求——新的发射标准应该兼容现有的单声道电视机(即，单声道接收机能够从新型立体声广播中再现适当的伴音信号)，广播电视系统委员会采用了一种类似调频无线电系统(FM radio systems)的方法：将立体声的左右伴音信号合并以形成两个新信号——和信号与差信号。
单声道电视接收机仅检测并解调由左右立体声信号相加所组成的和信号。有立体声功能的接收机既接收和信号又接收差信号，重新组合该信号以提取最初的左右立体声信号。
为了便于发射，和信号直接调制伴音调频(FM)载波，就像单声道伴音信号那样。然而，差动声道首先被调制在大于伴音载波的中心频率的31.768kHz的调幅(AM)副载波上。FM调制的本质是这样的，即背景噪声按照每倍频程增加3分贝(dB)增加，从而因为新的副载波位于比和信号或者单声道信号距伴音载波的中心频率还要远的位置，所以将寄生噪声引入到差动声道中，并且因此引入到再生的立体声信号中。在许多情况下，实际上，这种上升的噪声特性致使立体声信号噪声过大以至于不能满足FCC规定的要求，所以BTSC系统要求在差动声道信号通路中要有降噪系统。
这种有时称为是dbx降噪(后来有公司发展了这种技术)的系统具有压扩类型，包含编码器和解码器。在发射前，编码器适应性地对差信号进行滤波，使得在解码后幅度和频率成分隐藏(“掩盖”)在发射过程中拾取的噪声。解码器通过将差信号还原到最初形式来完成该过程，并由此确保信号内容可听见地掩盖噪声。
dbx降噪系统还用于对辅助音频节目(SAP)信号进行编码和解码，在BTSC标准中，将SAP定义为附加信息声道并且用于例如携带可选语言的节目，为盲人提供的阅读服务或者其它服务。
当然，成本是电视厂商首要关注的事。由于激烈的竞争和用户预期，消费电子产品，尤其是电视产品的利润率可以说正变得越来越小。因为dbx解码器在电视接收机中，厂商对解码器的成本十分敏感，所以降低解码器的成本是必要且值得努力的目标。虽然编码器不在电视接收机中并且从利润角度来看又不是很敏感，但是任何减少编码器加工成本的发展也将提供利润。
发明内容
根据本公开的一个方案，电视伴音信号编码器包括矩阵，其将左声道伴音信号和右声道伴音信号相加以生成和信号。该矩阵还将左右伴音信号中的一个与另一个相减以产生差信号。该编码器还包括可配置的无限冲激响应数字滤波器，其选择性地使用一个或者多个滤波系数组对差信号进行滤波。每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备用于发射的差信号。
在一个实施例中，可配置的无限冲激响应数字滤波器可以包括选择器，其选择一个或者多个滤波系数组中之一。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以包括从一组输入信号中选择输入信号的选择器。来自该输入信号组中的一个输入信号可以包括该可配置的无限冲激响应数字滤波器的输出信号。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以是二阶无限冲激响应滤波器。此外，可以将该可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、加重滤波器(emphasis filter)等等。可以基于电视伴音信号的采样速率来选择滤波系数。该滤波系数组可以存储在存储器中或者存储在查找表中，该查找表存储在存储器中。该电视伴音信号可以遵守广播电视系统委员会(Broadcast Television System Committee，BTSC)标准、准瞬时压扩多声道伴音(Near Instantaneously Companded AudioMuliplex，NICAM)标准、A2/Zweiton标准、EIA-J标准或者其它类似伴音标准。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以在集成电路中实现。
根据本公开的另一个方案，电视伴音信号解码器包括可配置的无限冲激响应数字滤波器，其选择性地使用一个或者多个滤波系数组对差信号进行滤波。通过将左声道和右声道伴音信号中的一个与另一个伴音信号相减以产生差信号。每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备差信号，该差信号用于分离左声道和右声道伴音信号。该解码器还包括矩阵，其用于从该差信号与和信号中分离左声道和右声道伴音信号。该和信号包括该左声道伴音信号和该右声道伴音信号的和。
在一个实施例中，该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以包括选择器，其选择一个或者多个滤波系数组中之一。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以包括从一组输入信号中选择输入信号的选择器。来自该输入信号组的一个输入信号可以包括该可配置的无限冲激响应数字滤波器的输出信号。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以是二阶无限冲激响应滤波器。此外，可以将该可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、加重滤波器等等。可以基于电视伴音信号的采样速率来选择滤波系数。该滤波系数组可以存储在存储器中或者存储在查找表中，该查找表存储在存储器中。该电视伴音信号可以遵守广播电视系统委员会(BTSC)标准、准瞬时压扩多声道伴音(NICAM)标准、A2/Zweiton标准、EIA-J标准或者其它类似的伴音标准。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以在集成电路中实现。
根据本公开的另一个方案，数字BTSC信号编码器用于对数字左右声道伴音信号进行编码，使得经编码的左右声道伴音信号可以随后被解码从而在该数字左右声道伴音信号的信号成分在很小或者没有失真的情况下，再现数字左右声道伴音信号，该数字BTSC信号编码器包括矩阵，其将左声道伴音信号和右声道伴音信号相加以产生和信号。该矩阵还将左右伴音信号中的一个与另一个相减以产生差信号。该BTSC编码器还包括可配置的无限冲激响应数字滤波器，其选择性地使用一个或者多个滤波系数组对差信号进行滤波。每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备用于发射的差信号并且遵守BTSC标准。
在一个实施例中，该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以包括选择器，其选择一个或者多个滤波系数组中之一。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以包括从一组输入信号中选择输入信号的选择器。来自该输入信号组的一个输入信号可以包括该可配置的无限冲激响应数字滤波器的输出信号。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以是二阶无限冲激响应滤波器。此外，可以将该可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、加重滤波器等等。可以基于电视伴音信号的采样速率来选择滤波系数。该滤波系数组可以存储在存储器中或者存储在查找表中，该查找表存储在存储器中。
根据本公开的另一个方案，数字BTSC信号解码器用于在该数字左右声道伴音信号的信号成分在很小或者没有失真的情况下，对数字左右声道伴音信号进行解码，该数字BTSC信号解码器包括可配置的无限冲激响应数字滤波器，其选择性地使用一个或者多个滤波系数组对遵守BTSC标准的差信号进行滤波。将左声道和右声道伴音信号中的一个与另一个伴音信号相减产生该差信号。每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备差信号，该差信号用于分离左声道和右声道伴音信号。BTSC信号解码器还包括矩阵，其用于从该差信号与和信号中分离左声道和右声道伴音信号。该和信号包括该左声道伴音信号和右声道伴音信号的和。
在一个实施例中，该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以包括选择器，其选择一个或者多个滤波系数组中之一。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以包括从一组输入信号中选择输入信号的选择器。来自该输入信号组的一个输入信号可以包括该可配置的无限冲激响应数字滤波器的输出信号。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以是二阶无限冲激响应滤波器。此外，可以将该可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、加重滤波器等等。可以基于电视伴音信号的采样速率来选择滤波系数。该滤波系数组可以存储在存储器中或者存储在查找表中，该查找表存储在存储器中。
根据本公开的另一个方案，驻存在计算机可读介质上的计算机程序产品具有存储的指令，当其被处理器执行时，使得该处理器将左声道伴音信号和右声道伴音信号相加以产生和信号。执行的指令还使得该处理器将左右伴音信号中的一个与另一个信号相减以产生差信号。此外，执行的指令使得该处理器选择一个或者多个滤波系数组，并使用可配置的无限冲激响应数字滤波器对该差信号进行滤波。每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备用于发射的差信号。
在一个实施例中，计算机程序产品还包括指令，当该指令执行时，其可以从一组输入信号中选择输入信号。
根据本公开的另一个方案，驻存在计算机可读介质上的计算机程序产品存储指令，当其被处理器执行时，使得该处理器选择一个或者多个滤波系数组，并使用无限冲激响应数字滤波器对差信号进行滤波。将左声道和右声道伴音信号中的一个与另一个伴音信号相减以产生该差信号。所选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备差信号，该差信号用于分离左声道和右声道伴音信号。执行的指令也使得该处理器从该差信号与和信号中分离左声道和右声道伴音信号。该和信号包括该左声道伴音信号与右声道伴音信号的和。
在一个实施例中，计算机程序产品还包括指令，当该指令执行时，其可以从一组输入信号中选择输入信号。
根据本公开的另一个方案，电视伴音信号编码器包括接收辅助音频节目信号的输入级。该电视伴音信号编码器还包括可配置的无限冲激响应数字滤波器，其选择性地使用一个或者多个滤波系数组对辅助音频节目信号进行滤波。每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备用于发射的辅助音频节目信号。
在一个实施例中，该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以包括选择器，其用于选择一个或者多个滤波系数组中之一。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以包括从一组输入信号中选择输入信号的选择器。来自该输入信号组的一个输入信号可以包括该可配置的无限冲激响应数字滤波器的输出信号。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以是二阶无限冲激响应滤波器。
根据本公开的另一个方案，电视伴音信号解码器包括可配置的无限冲激响应数字滤波器，其选择性地使用一个或者多个滤波系数组对辅助音频节目信号进行滤波。每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备用于电视接收机系统的辅助音频节目信号。
在一个实施例中，该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以包括选择器，其选择一个或者多个滤波系数组中之一。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以包括从一组输入信号中选择输入信号的选择器。来自该输入信号组的一个输入信号可以包括该可配置的无限冲激响应数字滤波器的输出信号。该可配置的无限冲激响应数字滤波器可以是二阶无限冲激响应滤波器。
通过下面的详细说明，本公开的附加优点和方案对于本领域技术人员将变得显而易见，其中可以仅通过说明用于实施本发明的最优模式来示出并介绍本发明的实施例。如将被说明的那样，本公开可以具有其它和不同的实施例，并且容许在各个方面对其的一些细节进行修改，所有这些都没有脱离本公开的精神。因此，附图和介绍在本质上是用于说明，而不是用于限制。
附图说明
图1是表示配置为遵守BTSC电视伴音信号标准的电视信号发射系统的方框图；
图2是表示包括在图1所示电视信号发射系统中的BTSC编码器的一部分的方框图；
图3是表示配置为接收并且解码图1所示电视信号发射系统发出的BTSC电视伴音信号的电视接收机系统的方框图；
图4是表示包括在图3所示电视接收机系统中的BTSC解码器的一部分的方框图；
图5是具有可选择输入端的可配置的二阶无限冲激响应滤波器的简图；
图6是图5所示二阶无限冲激响应滤波器的传递函数的图形表示；
图7是BTSC编码器的一部分的方框图，其突出图5所示可配置的二阶无限冲激响应滤波器可以执行的操作；
图8是BTSC解码器的一部分的方框图，其突出图5所示可配置的二阶无限冲激响应滤波器可以执行的操作。
具体实施方式
参照图1，兼容BTSC的电视信号发射机10的功能块包括提供用于发射信号的5条线路(例如导线、电缆等)。特别地，分别在线路12和14上提供左右伴音声道。线路16提供SAP信号，其中该信号具有提供附加声道信息的内容(例如，可选语言等)。第四条线路18提供专用声道，其一般由广播电视和有线电视公司使用。视频信号由线路20提供给发射机22。左、右和SAP声道提供给BTSC编码器24，其准备用于发射的伴音信号。具体地，左右伴音声道提供给矩阵26，其用于从该伴音信号计算和信号(例如L+R)和差信号(例如L-R)。一般地，通过利用数字信号处理器(DSP)或者基于电视伴音和视频信号处理领域的技术人员所公知技术的类似硬件或者软件来执行矩阵26的操作。一旦产生，就对和与差信号(即左+右和左-右)进行编码以便发射。特别地，该和信号(即L+R)提供给预加重单元28，其相对于其它频率分量对和信号的所选频率分量的幅度进行改变。这种变化可以在负方向上，其中所选频率分量的幅度被抑制，或者这种变化可以在正方向上，其中所选频率分量的幅度被放大。
差信号(即L-R)提供给BTSC压缩器30，其在发射前，对该信号进行自适应滤波，使得在解码时，该信号幅度和频率成分抑制发射过程中施加的噪声。与该差信号类似，SAP信号提供给BTSC压缩器32。伴音调制器级(audio modulator stage)34接收经处理的和信号、差信号和SAP信号。另外，来自专用声道的信号提供给伴音调制器级34。伴音调制器级34调制四个信号并提供给发射机22。对四个伴音信号连同视频信道提供的视频信号进行调节以便于发射，并提供给天线36(或天线系统)。发射机22和天线36可以实现电视系统和电信领域的技术人员公知的多种信号发射技术。例如，可以将发射机22合并到有线电视系统、广播电视系统或者其它类似电视系统中。
参照图2，示出了表示BTSC压缩器30的一部分所执行操作的方框图。一般地，BTSC压缩器30执行的差动声道(即L-R)处理比预加重单元28执行的和声道(即L+R)处理要更复杂的多。执行差动声道处理的BTSC压缩器30所提供的附加处理结合接收BTSC信号的解码器(未示出)提供的相反处理维持差动声道的信噪比在可接受的水平，甚至在存在与该差动声道的发射和接收相关联的较高噪声层时。BTSC压缩器30本质上是通过动态压缩或者减少差信号的动态范围来产生编码的差信号，使得编码信号可以通过有限的动态范围发射路径进行发射，并且使得接收编码信号的解码器可以利用相反的方式，通过扩展压缩的差信号来基本恢复初始差信号中的所有动态范围。在一些设备中，BTSC压缩器30是美国专利No.4,539,526中介绍的自适应信号加权系统的一种特殊形式，其合并在此作为参考，并且公知的是通过具有相对狭窄、频率相关、动态范围的发射路径来发射具有相当大动态范围的信号是有利的。
该BTSC标准严格定义了BTSC编码器24、BTSC压缩器30和32的期望操作。具体地，BTSC标准规定了用于包括在例如BTSC压缩器30中每个部件操作的传递函数和/或准则，并且该传递函数用理想模拟滤波器的数学表达式来说明。在接收到来自矩阵26的差信号(即L-R)时，将该信号提供给插值和固定的预加重级38。在一些数字BTSC编码器中，将插值设置为采样速率的两倍，并且可以利用线性内插法、抛物插值法或者n阶滤波器(例如有限冲激响应(FIR)滤波器、无限冲激响应(IIR)滤波器等)来实现该插值。该插值和固定的预加重级38还提供预加重。在插值和预加重后，将该差信号提供给除法器40，其将差信号除以由差信号确定的值，并且将在下面详细说明。
除法器40的输出提供给频谱压缩单元42，其执行对差信号的加重滤波。一般地，通过放大具有较低幅度的信号和衰减具有较大幅度的信号，频谱压缩单元42“压缩”或减少差信号的动态范围。在一些设备中，频谱压缩单元42从差信号产生内部控制信号，其控制应用的预加重/去加重。一般地，按照编码差信号的高频部分中的能级所确定的数量，频谱压缩单元42动态地压缩差信号的高频部分。这样，频谱压缩单元42提供了对差信号高频部分的附加信号压缩。这样做是因为差信号在频谱的高频部分的噪音往往更大。当解码器中的频谱扩展器分别以与编码器中的频谱压缩单元相反的方式对编码的差信号进行解码时，该L-R信号的信噪比被大体保持。
一旦频谱压缩单元42对其处理，就将该差信号提供给过调制保护单元44和频带限制单元46。类似于其它部件，BTSC标准规定了过调制保护单元44和频带限制单元46操作的建议准则。通常，可以将频带限制单元46和过调制保护单元44的一部分描述为低通滤波器。过调制保护单元44还作为阀值设备，其限制编码的差信号的幅度到全调制，其中全调制是用于对电视信号中的伴音副载波调制的最大容许偏差水平。
两条反馈通路48和50包括在BTSC压缩器30中。反馈通路50包括一般具有较窄通带的频谱控制带通滤波器52，将该较窄通带朝向更高的伴音频率加权以向频谱压缩单元42提供控制信号。为了调节频谱控制带通滤波器52产生的控制信号，反馈通路50还包括乘法器54(配置为将频谱控制带通滤波器52产生的信号进行二次方)、积分器56以及向频谱压缩单元42提供控制信号的平方根设备。反馈通路48也包括带通滤波器(即，增益控制带通滤波器60)，其对来自频带限制单元46的输出信号进行滤波以经由除法器40对施加到插值和固定的预加重级38的输出信号的增益进行调整。与反馈通路50类似，反馈通路48也包括乘法器62、积分器64以及对提供给除法器40的信号进行调节的平方根设备66。
参照图3，方框图示出电视接收机系统68，其包括从电视发射系统10(图1所示)接收兼容BTSC的广播信号的天线70(或者天线系统)。天线70接收的信号提供给接收机72，该接收机72能够检测并分离出电视发射信号。然而，在一些设备中，接收机72可以接收使用电视信号广播领域的技术人员所公知的另一种电视信号发射技术的兼容BTSC的信号。例如，电视信号可以通过有线电视系统或者卫星电视网络提供给接收机72。
接收机72一接收到电视信号，其就调节(例如放大、滤波、频率范围等)该信号并且从发射信号中分离出视频信号和伴音信号。视频内容提供给视频处理系统74，其准备包含在视频信号中的视频内容以将其显示在与电视接收机系统68相关联的屏幕上(例如，阴极射线管等)。含有已分离伴音内容的信号提供给解调器级76，其例如除去在电视发射系统10中施加给伴音信号的调制。解调的伴音信号(例如SAP声道、专用声道、和信号、差信号)提供给适合对每个信号解码的BTSC解码器78。SAP声道提供给SAP声道解码器80而专用声道提供给专用声道解码器82。在分离出SAP声道和专用声道后，解调的和信号(即，L+R信号)提供给去加重单元84，其与预加重单元28(图1所示)相比，以大体相反的方式处理和信号。在对和信号的频谱内容去加重后，就将该信号提供给用于分离左右声道伴音信号的矩阵88。
解调器级76也对差信号(即L-R)解调，且将其提供给包括在BTSC解码器78中的BTSC扩展器86。BTSC扩展器86遵守BTSC标准，并且如下面的详细介绍，其对差信号进行调节。矩阵88从BTSC扩展器86接收差信号，并且使用和信号，将右、左伴音声道分离成独立的信号(图3中标识为“L”和“R”)。通过分离信号，可以对单个的右、左声道伴音信号进行调节并将其提供给单独的扬声器。在本实例中，左右伴音声道都提供给放大级90，在将各自信号提供给用于播放左声道伴音内容的扬声器92和用于播放右声道伴音内容的另一个扬声器94前，该放大级90对每个声道施加相同(或不同)的增益。
参照图4，方框图标识BTSC扩展器86调节差信号所执行操作中的一些操作。一般地，BTSC扩展器86执行的操作与BTSC压缩器32(图2所示)执行的操作相反。特别是，压缩的差信号提供给用于对信号进行解压缩的信号通路96和提供各个控制和增益信号以辅助差信号处理的两个通路98和100。为了开始处理，将压缩的差信号提供给频带限制单元102，其对压缩的差信号进行滤波。频带限制单元102提供信号给通路98以产生控制信号并提供给通路100以产生增益信号。通路100包括增益控制带通滤波器104、乘法器106(其对增益控制带通滤波器的输出进行平方)、积分器108和平方根设备110。信号通路98也接收来自频带限制单元102的信号并使用频谱控制带通滤波器112、平方设备114、积分器116和平方根设备118处理该信号。然后，通路98将控制信号提供给频谱扩展单元120，其执行的操作与图2所示频谱压缩单元42执行的操作相反。通路100产生的增益信号提供给乘法器122，其接收来自频谱扩展单元120的输出信号。乘法器122将频谱扩展后的差信号提供给固定的去加重单元124，其以与BTSC压缩器30执行的滤波相反的方式对该信号滤波。一般说来，术语“去加重”表示：使用与初始信号编码的相反方式，在负方向或者正方向对解码信号的所选频率部分进行改变。
BTSC编码器24和BTSC解码器78都包括多重滤波器，其调整作为频率函数的伴音信号的幅度。在一些现有技术的电视发射系统和接收系统中，滤波器中的每一个由分立模拟元件实现。然而，随着数字信号处理的进步，一些BTSC编码器和BTSC解码器可以在数字域中使用一个或者多个集成电路(ICs)来实现。此外，多个数字BTSC编码器和/或解码器可以在单个IC上实现。例如，编码器和解码器可以合并在单个集成电路中以作为超大规模集成电路(VLSI)系统的一部分。
IC成本的重要部分与芯片的物理尺寸，特别是与其“裸片(die)”的尺寸或者芯片有效、未封装的部分成正比。在一些设备中，可以使用通用数字处理器来执行数字BTSC编码器和解码器中执行的滤波操作，将该通用数字处理器设计成用来执行一系列DSP功能和操作。这些DSP引擎倾向于具有较大的裸片面积，因此使用其实现BTSC编码器和解码器的成本高。另外，DSP可以专门执行其它功能和操作。通过共享这种资源，DSP执行的处理可能超载并且干扰BTSC编码器和解码器功能和操作的处理。
在一些设备中，为了降低成本，BTSC编码器和解码器可以包括多组基本元件。例如，可以合并多组乘法器、加法器、多路复用器以产生BTSC编码器和解码器功能。然而，虽然可以容易地制造多组几乎完全相同的元件，但是元件表示重要的芯片面积并增加了IC的总成本。因此，有必要减少用于实现数字BTSC编码器和/或解码器的复制电路元件的数量。
参照图5，示出可配置的无限冲激响应(IIR)滤波器126的方框图，其能够执行对数字BTSC编码器或解码器的多重滤波操作。通过提供可选择的滤波系数，可配置的IIR滤波器126可以配置成进行多种滤波操作。例如，可以如此选择滤波系数，使得可配置的IIR滤波器126作为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器或者滤波器设计领域的技术人员所公知的其它类型的滤波器运行。这样，一个或者较小数量的可配置的IIR滤波器可以用于提供BTSC编码器或者BTSC解码器的大多数或者全部的滤波需要。通过减少解码器和编码器滤波器的数量，减小了IC芯片的实现面积以及BTSC编码器和解码器的生产成本。
为了允许可配置的IIR滤波器126执行多种类型的滤波操作，滤波器包括输入选择器128，其控制哪一个输入端(例如，输入端1、输入端2、…、输入端N)向滤波器提供输入信号。简单参照图2，到选择器128的一些输入可以被连接以为BTSC压缩器30内执行的滤波操作的每一个提供输入信号。例如，到增益控制带通滤波器60的输入可以连接到选择器128的输入端2。同样地，到频谱控制带通滤波器52的输入可以连接到选择器128的另一个输入端(例如，输入端N)。然后，选择器128可以控制可配置的IIR滤波器126执行哪一个特定的滤波操作。例如，在一个时间间隔内，可以选择一个输入端(例如，输入端2)并且将可配置的IIR滤波器126配置为提供增益控制带通滤波器60的滤波功能。然而，在另一个时间间隔，使用选择器128选择另一个输入端(例如，输入端N)以执行不同的滤波操作。连同选择另一个输入端(例如，输入端N)一起，也将可配置的IIR滤波器126配置为提供不同类型的滤波功能，例如频谱控制带通滤波器52提供的滤波。
为了例如对BTSC压缩器或BTSC扩展器执行多重滤波操作，可配置的IIR滤波器126以比数字压缩器或者扩展器的其它部分快很多的时钟速度操作。通过以更快的时钟速度操作，可配置的IIR滤波器126可以执行一种类型的滤波，而不会引起数字压缩器或扩展器的其它操作的延迟。例如，通过使可配置的IIR滤波器126在很快的时钟速度下操作，首先将滤波器配置为执行增益控制带通滤波器60的滤波，而不会显著延迟下一个滤波配置的执行(例如，用于频谱控制带通滤波器52的滤波操作)。
在这种特定设备中，可配置的IIR滤波器126实现为二阶IIR滤波器。参照图6，给出的az域信号流程图130用于二阶IIR滤波器。输入节点132接收到标识为X(z)的输入信号。该输入信号提供给增益级134，其对该输入信号施加滤波系数a0。在一些应用中，该滤波系数a0具有唯一值。同样地，在增益级136对该输入信号施加滤波系数b0。当该输入信号进入滤波器的一阶部分时，在延迟级138施加时间延迟(即，在z域中表示为z-1)，并且在各个增益级140和142施加滤波系数a1和b1。在延迟级144施加第二延迟(即，z-1)以产生滤波器130的二阶部分，并且在各个增益级146和148施加滤波系数a2和b2。经滤波的信号提供给输出节点150，使得可以由二阶滤波器130的传递函数H(z)来确定输出信号Y(z)，如下面的方程式(1)所述：
H ( z ) = b 0 + b 1 z - 1 + b 2 z - 2 a 0 + a 1 z - 1 + a 2 z - 2
可以对包括在传递函数中的每一个系数(即b0、a0、b1、a1、b2和a2)赋予特定值以产生期望类型的滤波器。例如，可以将特定值赋予该系数以产生低通滤波器、高通滤波器或者带通滤波器等。这样，通过为每个系数提供适当值，可以配置二阶滤波器的类型和特性(例如通带、滚降等)并且可以使用不同组的系数将其重新设置成另一种类型的滤波器(由应用决定)。尽管本实例说明了二阶滤波器，但是在其它配置中，可以实现n阶滤波器。例如，可以实现更高阶(例如三阶、四阶等)的滤波器或者更低阶(例如，一阶滤波器)的滤波器。此外，对于一些应用，可以级联相同或者不同阶的滤波器以产生n阶滤波器。
参照图5，连同使用选择器128来选择用于可配置的IIR滤波器126的特定输入一起，选择滤波器使用的系数以实现不同类型的滤波器并且提供特定的滤波器特性。例如，可以选择系数以实现低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器或者用于编码或解码BTSC伴音信号的其它类似类型的滤波器。在本实例中，各个选择器152、154、156、160和162用于为二阶可配置的滤波器126选择每一个系数。例如，选择器152从n个系数的组(即a0(0)、a0(1)、a0(2)、…、a0(n))中提供二阶滤波器的系数a0，其由滤波器类型和滤波器特性而定。同样地，选择器154-162也从各自组的系数中选择值以实现该滤波器。通过提供这些可选择的系数值，可以将可配置的IIR滤波器126配置为提供既用于编码操作又用于解码操作的滤波器。返回先前的实例，如果选择器处于选择输入端2的位置(即，用于增益控制带通滤波器60的输入)，选择器152-162选择各自系数(例如，a0(0)、b0(0)、a1(0)、b1(0)、b2(0)、a2(0))，使得IIR滤波器126配置为具有特性的适当滤波器类型以作为增益控制带通滤波器运行。一完成滤波后，选择器128然后可以位于向IIR滤波器126提供出现在输入端N上的信号的位置。仍然使用先前的实例，选择器128的输入端N可以提供指定用于频谱控制带通滤波器52的输入信号。通过选择该输入，可以选择新的滤波系数以提供实现频谱控制带通滤波器52的滤波所需的特定滤波器类型和滤波器特性。为提供这种滤波器和滤波器特性，选择器152-162可以分别选择与频谱控制带通滤波器52的滤波类型和特性相关联的滤波系数(例如a0(1)、b0(1)、a1(1)、b1(1)、a2(1)、b2(2))。
在该实例中，可配置的IIR滤波器126是二阶滤波器，然而，一些编码和/或解码的滤波应用可能需要更高阶的滤波器。为了提供更高阶的滤波器，在本实例中，选择器128的一个输入端连接到IIR滤波器126的输出端164以形成反馈通路。通过提供该IIR滤波器的输出返回到输入端，经滤波的输出信号可以使用相同(或者不同)的滤波系数，多次通过IIR滤波器。这样，信号可以通过二阶IIR滤波器126大于一次以产生更高阶。在该特定实例中，导线166提供从可配置的IIR滤波器126的输出端164到选择器128的输入端1的反馈通道。
可以使用电子和滤波器设计领域的技术人员所公知的多种技术和元件来实现选择器128和选择器152-162。例如，选择器128可以由一个或者多个多路复用器实现以在输入线(即，输入端1、输入端2、…、输入端N)中选择。多路复用器或其它类型的数字选择设备可以实现为一个或多个选择器152-162以选择适当的滤波系数。可以使用各种系数值来配置IIR滤波器126。例如，可配置的IIR滤波器126可以使用Hanna的美国专利5,796,842中介绍的系数，该美国专利5,796,842并入此处作为参考。在一些配置中，滤波系数存储在与BTSC编码器或解码器相关联的存储器中(未示出)，并且其可由选择器152-162在适当时刻检索。例如，该系数可以存储在与BTSC编码器或解码器相关联的存储器芯片(例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等)或者另一类型的存储设备(例如硬盘驱动器、CD-ROM等)中。该系数还可以存储在各种软件结构中，例如查找表或者其它类似结构。
可配置的二阶IIR滤波器126还包括单独的加法器168、170、172、174和176以及对信号值应用滤波系数的乘法器178、180、182、184、186和188。可以使用电子电路设计和滤波器设计领域的技术人员所公知的各种技术和/或元件来实现包括在可配置的IIR滤波器126中的加法器168-176和乘法器178-188。例如，诸如一个或者多个“与”门等逻辑门可以实现为乘法器中的每一个。为了引入对应于延迟级138和144(图6所示)的时间延迟，寄存器190和192在滤波过程中通过存储和保持数字输入信号值适当数量的时钟周期来提供延迟。另外，另一个寄存器194包括在可配置的IIR滤波器126中以在开始时存储输入信号值。
在该实例中，可配置的IIR滤波器126使用硬件元件实现，然而在一些设备中，滤波器的一个或多个可操作部分可以在软件中实现。执行可配置的IIR滤波器126的操作的示例性代码列表在附录A中给出。示例性代码利用Verilog提供，一般地，Verilog是硬件描述语言，电子设计师在制造前使用Verilog来描述和设计芯片和系统。该代码可以存储在存储设备(例如RAM、ROM、硬盘驱动器、CD-ROM等)，并可以从中检索并在一个或多个通用处理器和或专用处理器(例如专用DSP)上执行。
参照图7，提供了BTSC压缩器30的方框图，其中图中部分重点说明了单个(或者多个)例如可配置的IIR滤波器126这样的可配置的IIR滤波器可以执行的功能。尤其是，插值和固定的预加重级38所执行的滤波可以由可配置的IIR滤波器126执行。例如，选择器128的输入端1可以连接到插值和固定的预加重级38内的适当滤波输入端。相比之下，当选择选择器128的输入端1时，可以从存储器中检索滤波系数并且使用该滤波系数产生适当的滤波器类型和滤波器特性。同样地，可以将增益控制带通滤波器60指定给可配置的IIR滤波器126中的选择器128的输入端2，并且可以将频谱控制带通滤波器52指定给选择器128的第三输入端。可以将频带限制单元46指定给选择器128的第四输入端。对于这些可选择输入端中的每一个，存储相应的滤波系数(例如，在存储器中)并且其可以被可配置的IIR滤波器126的选择器152-162检索到。在该实例中，可配置的IIR滤波器126选择性地执行与BTSC压缩器30的四个部分相关联的滤波，然而在其它设备中，可配置的IIR滤波器执行压缩器的或多或少的滤波操作。
参照图8，BTSC扩展器86的部分突出标识可以由一个或多个可配置的IIR滤波器(例如可配置的IIR滤波器126)所执行的滤波操作。例如，可配置的IIR滤波器126可以执行与频带限制单元102相关联的滤波。特别地，可以将选择器128的输入端1指定给频带限制单元102，使得当选择输入端1时，检索适当的滤波系数并且IIR滤波器126使用该滤波系数。同样地，与增益控制带通滤波器104(将其指定给选择器128的第二输入端)、频谱控制带通滤波器112(将其指定给选择器128的第三输入端)、固定的去加重单元124(将其指定给选择器128的第四输入端)合并在可配置的IIR滤波器126上。
虽然先前所述实例使用具有BTSC编码器和BTSC解码器的可配置的IIR滤波器126，但是遵守电视伴音标准的编码器和解码器可以实现可配置的IIR滤波器。例如，与欧洲使用的准瞬时压扩多声道伴音(NICAM)相关联的编码器和/或解码器可以包括一个或多个可配置的IIR滤波器，例如IIR滤波器126。同样地，执行A2/Zweiton电视伴音标准(当前在欧洲和亚洲部分使用)或者日本电子工业协会(EIA-J)标准的编码器和解码器可以包括一个或多个可配置的IIR滤波器。
虽然先前所述实例使用可配置的IIR滤波器126对由右、左伴音声道产生的差信号进行编码和解码，但是可配置的IIR滤波器可以用来对其它伴音信号进行编码和解码。例如，可配置的IIR滤波器126可以用来对SAP声道、专用声道、和声道或一个或多个其它单独或者组合类型的电视伴音声道进行编码和/和解码。
已经介绍了多种实现方式。尽管如此，应该知道可以进行各种改进。因此，其它实现方式包括在以下权利要求的范围中。
附录A
Figure G05814809920061113D000211
Figure G05814809920061113D000231
Figure G05814809920061113D000241
Figure G05814809920061113D000251
Figure G05814809920061113D000261

Claims (56)

1.一种电视伴音信号编码器，包括：
矩阵，配置为将左声道伴音信号和右声道伴音信号相加以产生和信号，并且通过将所述左声道伴音信号和所述右声道伴音信号中的一个与所述左声道伴音信号和所述右声道伴音信号中的另一个相减以产生差信号；和
可配置的无限冲激响应数字滤波器，配置为选择性地使用一个或多个滤波系数组来对所述差信号进行滤波，其中每个可选滤波系数组都与惟一的滤波应用相关联以准备用于发射的所述差信号，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括选择器，其配置为从一组输入信号中为所述可配置的无限冲激响应数字滤波器选择输入信号，并且其中来自所述一组输入信号中的一个输入信号包括所述可配置的无限冲激响应数字滤波器的输出信号。
2.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括选择器，其配置为选择一个或者多个滤波系数组中之一。
3.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括二阶无限冲激响应滤波器。
4.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为低通滤波器。
5.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为高通滤波器。
6.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为带通滤波器。
7.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为加重滤波器。
8.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中基于所述电视伴音信号的采样速率来选择所述一个或多个滤波系数组。
9.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述滤波系数组存储在存储器中。
10.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述滤波系数组存储在查找表中。
11.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述电视伴音信号遵守广播电视系统委员会(BTSC)标准。
12.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述电视伴音信号遵守准瞬时压扩多声道伴音(NICAM)标准。
13.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述电视伴音信号遵守A2/Zweiton标准。
14.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述电视伴音信号遵守EIA-J标准。
15.如权利要求1所述的电视伴音信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器在集成电路中实现。
16.一种电视伴音信号解码器，包括：
可配置的无限冲激响应数字滤波器，配置为选择性地使用一个或多个滤波系数组对伴音差信号进行滤波，其中通过将左声道和右声道伴音信号中的一个与左声道和右声道伴音信号中的另一个相减以产生所述差信号，每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备所述差信号，所述差信号用于分离所述左声道和右声道伴音信号，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括选择器，其配置为从一组输入信号中为所述可配置的无限冲激响应数字滤波器选择输入信号，并且其中来自所述一组输入信号中的一个输入信号包括所述可配置的无限冲激响应数字滤波器的输出信号；和
矩阵，配置为从所述差信号与和信号中分离出所述左声道和右声道伴音信号，其中所述和信号包括所述左声道伴音信号和所述右声道伴音信号的和。
17.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括选择器，其配置为选择一个或者多个滤波系数组中之一。
18.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括二阶无限冲激响应滤波器。
19.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为低通滤波器。
20.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为高通滤波器。
21.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为带通滤波器。
22.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为加重滤波器。
23.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中基于所述电视伴音信号的采样速率来选择所述一个或多个滤波系数组。
24.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述滤波系数组存储在存储器中。
25.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述滤波系数组存储在查找表中。
26.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述电视伴音信号遵守广播电视系统委员会(BTSC)标准。
27.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述电视伴音信号遵守准瞬时压扩多声道伴音(NICAM)标准。
28.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述电视伴音信号遵守A2/Zweiton标准。
29.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述电视伴音信号遵守EIA-J标准。
30.如权利要求16所述的电视伴音信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器在集成电路中实现。
31.一种数字BTSC信号编码器，用于对数字左右声道伴音信号进行编码，使得编码后的所述左右声道伴音信号可以随后被解码进而在该数字左右声道伴音信号的信号成分在很小或者没有失真的情况下，再现所述数字左右声道伴音信号，所述编码器包括：
矩阵，配置为将所述左声道伴音信号和所述右声道伴音信号相加以产生和信号，并且通过将所述左声道伴音信号和所述右声道伴音信号中的一个与所述左声道伴音信号和所述右声道伴音信号中的另一个相减以产生差信号；和
可配置的无限冲激响应数字滤波器，配置为选择性地使用一个或多个滤波系数组对所述差信号进行滤波，其中每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备用于发射的差信号并且遵守BTSC标准，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括选择器，其配置为从一组输入信号中为所述可配置的无限冲激响应数字滤波器选择输入信号，并且其中来自所述一组输入信号中的一个输入信号包括所述可配置的无限冲激响应数字滤波器的输出信号。
32.如权利要求31所述的数字BTSC信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括选择器，其配置为选择所述一个或者多个滤波系数组中之一。
33.如权利要求31所述的数字BTSC信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括二阶无限冲激响应滤波器。
34.如权利要求31所述的数字BTSC信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为低通滤波器。
35.如权利要求31所述的数字BTSC信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器设置为高通滤波器。
36.如权利要求31所述的数字BTSC信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为带通滤波器。
37.如权利要求31所述的数字BTSC信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为加重滤波器。
38.如权利要求31所述的数字BTSC信号编码器，其中所述左声道伴音信号和所述右声道伴音信号是电视伴音信号的左声道伴音信号和右声道伴音信号，并且基于所述电视伴音信号的采样速率来选择所述一个或者多个滤波系数组。
39.如权利要求31所述的数字BTSC信号编码器，其中所述滤波系数组存储在存储器中。
40.如权利要求31所述的数字BTSC信号编码器，其中所述滤波系数组存储在查找表中。
41.一种数字BTSC信号解码器，用于在数字左右声道伴音信号的信号成分在很小或者没有失真的情况下，对该数字左右声道伴音信号进行解码，所述解码器包括：
可配置的无限冲激响应数字滤波器，配置为选择性地使用一个或多个滤波系数组对遵守BTSC标准的伴音差信号进行滤波，其中通过将左声道伴音信号和右声道伴音信号中的一个与左声道伴音信号和右声道伴音信号中的另一个相减以产生所述差信号，每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备所述差信号，所述差信号用于分离所述左声道伴音信号和所述右声道伴音信号，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括选择器，其配置为从一组输入信号中为所述可配置的无限冲激响应数字滤波器选择输入信号，并且其中来自所述一组输入信号中的一个输入信号包括所述可配置的无限冲激响应数字滤波器的输出信号；和
矩阵，配置为从所述差信号与和信号中分离出所述左声道伴音信号和所述右声道伴音信号，其中所述和信号包括所述左声道伴音信号和所述右声道伴音信号的和。
42.如权利要求41所述的数字BTSC信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括选择器，配置为选择所述一个或者多个滤波系数组中之一。
43.如权利要求41所述的数字BTSC信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括二阶无限冲激响应滤波器。
44.如权利要求41所述的数字BTSC信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为低通滤波器。
45.如权利要求41所述的数字BTSC信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为高通滤波器。
46.如权利要求41所述的数字BTSC信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为带通滤波器。
47.如权利要求41所述的数字BTSC信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器配置为加重滤波器。
48.如权利要求41所述的数字BTSC信号解码器，其中基于所述电视伴音信号的采样速率来选择所述一个或多个滤波系数组。
49.如权利要求41所述的数字BTSC信号解码器，其中所述滤波系数组存储在存储器中。
50.如权利要求41所述的数字BTSC信号解码器，其中所述滤波系数组存储在查找表中。
51.一种电视伴音信号编码器，包括：
输入级，配置为接收辅助音频节目信号；和
可配置的无限冲激响应数字滤波器，配置为选择性地使用一个或多个滤波系数组对所述辅助音频节目信号进行滤波，其中每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备用于发射的所述辅助音频节目信号，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括选择器，其配置为从一组输入信号中为所述可配置的无限冲激响应数字滤波器选择输入信号，并且其中来自所述一组输入信号中的一个输入信号包括所述可配置的无限冲激响应数字滤波器的输出信号。
52.如权利要求51所述的电视伴音信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括选择器，其配置为选择所述一个或者多个滤波系数组中之一。
53.如权利要求51所述的电视伴音信号编码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括二阶无限冲激响应滤波器。
54.一种电视伴音信号解码器，包括：
可配置的无限冲激响应数字滤波器，配置为选择性地使用一个或多个滤波系数组对辅助音频节目信号进行滤波，每个可选滤波系数组与惟一的滤波应用相关联以准备用于电视接收机系统的所述辅助音频节目信号，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括选择器，其配置为从一组输入信号中为所述可配置的无限冲激响应数字滤波器选择输入信号，并且其中来自所述一组输入信号中的一个输入信号包括所述可配置的无限冲激响应数字滤波器的输出信号。
55.如权利要求54所述的电视伴音信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括选择器，配置为选择所述一个或者多个滤波系数组中之一。
56.如权利要求54所述的电视伴音信号解码器，其中所述可配置的无限冲激响应数字滤波器包括二阶无限冲激响应滤波器。
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