CN101345886A - 一种相位误差校正的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种相位误差校正的设备及方法，包括：鉴相器，用于在行同步信号和场同步信号到来时，锁存从数控振荡器送来的受控相位，并与所述时刻参考相位进行比较，输出相位误差；环路滤波器，用于接收由鉴相器送来的相位误差，进行低通滤波，得到频率控制字信号；数控振荡器，用于接收从环路滤波器送来的频率控制字信号，产生受控制的相位信号，相位信号传送至所述鉴相器，相位信号的高位部分传送至查找表；查找表，用于根据相位信号的高位部分获取对应的正弦和余弦函数的量化值。本发明消除复合视频信号编码器中DDS对频率量化误差的长期积累，把大粒度的相位误差切割成均匀的小粒度相位误差，并使其在时间上均匀分布。

Description

一种相位误差校正的方法和设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种相位误差校正的方法和设备。

背景技术

DDS(Direct Digital Synthesis，直接数字合成)是在CVBS(Composite VideoBaseband Signal，复合视频基带信号)数字编码器中使用的一项关键技术，该技术可直接在数字域产生色度正交幅度调制需要的色度副载波正弦函数和余弦函数的波形。

DDS的原理结构如图1所示，计算正弦函数和余弦函数的模拟频率与时钟频率的比值得到数字频率。该数字频率通常是一个具有无限精度的实数，经过量化处理，可以转换为二进制形式的数字频率。在每个时钟周期，DTO(Discrete Time Oscillator，离散时间振荡器)通过累加二进制形式的数字频率，并对N求模得到正弦函数和余弦函数的相位。其中，N为数字频率2π的二进制形式表示，为了方便查找表的设计，N通常取为2的整数次幂。利用该相位的高位部分作为查找表的索引，可以得到正弦函数和余弦函数的波形。

采用DDS技术，仅使用数字电路就可以产生正弦函数和余弦函数，并且波形较由模拟电路方法产生的更加稳定。但是，受字长限制，DDS能够产生的正弦和余弦波形的频率不是连续分布的。对于给定的时钟频率，不论如何加大字长，随意给定频点的正弦和余弦波形不一定能够准确产生。因此，DDS产生的正弦和余弦波形和实际需要的正弦和余弦波形之间会存在一个因量化而造成的固有频率误差。如果字长不断加大，该误差会变得越来越小，但始终不会消除。随着时间的流逝，这种频率量化误差会积累成量值较大的相位误差。在关注相位的应用场合，如CVBS信号数字编码器，这种积累而成的相位误差需要仔细处理。

CVBS信号色度副载波在相邻两行或两场之间需要满足严格的相位要求。举例来说，对于NTSC(National Television System Committee，美国国家电视制式委员会)制，要求前后两行色度副载波相位相差π弧度，前后两场色度副载波相位也相差π弧度。在接收端CVBS解码器中，梳状滤波器正是基于这一特性来完成亮度信号和色度信号的相互分离。如果这一特性不能满足，梳状滤波器将会造成亮度信号和色度信号的相互串扰，降低电视接收机的画面质量。

对于NTSC，色度副载波频率通常为3.579545MHz，对于PAL(PhaseAlternation Line，逐行倒相)，色度副载波频率通常为4.43361875MHz，两者对时钟频率(通常为13.5MHz)的比值都不能用有限字长的二进制数字表示。因此，送给DTO的数字频率并不是色度副载波模拟频率的准确表示，两者之间存在一个微小的量化误差。如果不作修正，这个频率误差会不断积累，在相邻行之间、以及相邻场之间形成较大的相位误差。如前所述，对于对相位误差比较敏感的梳状滤波器来说，这是不能容忍的。

为了解决上述问题，现有技术采取了两项措施：一是加大DTO的字长。二是根据CVBS信号色度副载波相位的变化规律，周期性的对DTO进行修正。对于NTSC制，如前所述，色度副载波相位前后两行相差π弧度，前后两场也相差π弧度；对于PAL制，色度副载波相位前后两行相差约

弧度，前后两场相差

π弧度。在图2中，相位修正模块根据这些规律产生加载控制和修正相位信号，在行或场同步信号到来时，对DTO的相位进行修正。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术存在以下缺点：

在行或场同步到来时，对DTO在一行或一场范围内由频率误差积累的相位误差强制“归零”，看似消除了相位误差，实际上在色度副载波上引入了一个相位突变。这个相位突变对于解码器色度副载波恢复锁相环来说是一个相位阶跃激励。该锁相环不能立即消除由编码器DDS产生的相位阶跃，相反，在这个相位阶跃的冲击下，该锁相环会暂时脱离相位锁定状态。当解码器色度副载波恢复锁相环不能精确跟踪色度副载波相位时，在解码器色度解调电路中，两个色差信号会相互串扰，导致至少在每行和每场的起始部分会出现串色现象。因此，现有技术并没有真正解决DDS因有限字长效应带来的频率误差问题，只是把由此带来的亮色串扰问题转化为两个色差信号之间的相互串扰问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种相位误差校正的方法和设备，以保证前后两行或两场之间的相位关系满足视频制式标准的要求，不会因为频率量化误差的长期积累而形成将对解码器色度副载波恢复锁相环造成冲击的相位阶跃。

本发明实施例提供了一种相位误差校正的设备，包括：

鉴相器，用于在行同步信号和场同步信号到来时，锁存从数控振荡器送来的受控相位，并与所述行同步信号和场同步信号到来的时刻参考相位进行比较，输出相位误差；

环路滤波器，用于接收由所述鉴相器送来的相位误差，进行低通滤波，得到频率控制字信号；

数控振荡器，用于接收从所述环路滤波器送来的频率控制字信号，产生受控制的相位信号，所述相位信号传送至所述鉴相器，所述相位信号的高位部分传送至查找表；

查找表，用于根据所述相位信号的高位部分获取对应的正弦和余弦函数的量化值。

本发明实施例提供了一种相位误差校正的方法，应用于包括鉴相器，环路滤波器，数控振荡器和查找表的设备中，所述方法包括以下步骤：

数控振荡器接收从环路滤波器送来的频率控制字信号，产生受控制的相位信号，将产生的受控的相位信号传送至给鉴相器，并将所述相位信号的高位部分传送至查找表，得到与所述相位对应的正弦或余弦函数的量化值；

鉴相器在行同步信号和场同步信号到来时，锁存从所述数控振荡器送来的受控相位信号，并与所述行同步信号和场同步信号到来的时刻的参考相位进行比较，输出所述相位误差；

环路滤波器接收从所述鉴相器送来的所述相位误差，进行低通滤波，将得到频率控制字信号送给所述数控振荡器。

本发明的实施例中，通过引入DPLL反馈控制技术，消除复合视频信号编码器中DDS对频率量化误差的长期积累，把大粒度的相位误差切割成小粒度相位误差，并使其在时间上均匀分布，进而消除了在利用现有DDS技术产生的复合视频信号色度副载波中存在的大幅值的相位阶跃。这样，一方面，能够保证前后两行之间和前后两场之间的相位关系满足视频制式标准的要求，另一方面，保证不会因为频率量化误差的长期积累而形成将对解码器色度副载波恢复锁相环造成冲击的相位阶跃。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中DDS的原理结构图；

图2是现有技术中DDS相位修正示意图；

图3是本发明实施例中DDS的总体结构示意图；

图4是本发明实施例中鉴相器结构示意图；

图5是本发明实施例中环路滤波器结构示意图；

图6是本发明实施例中数控振荡器结构示意图；

图7是本发明实施例中查找表结构示意图；

图8是本发明实施例中一种相位误差校正的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例通过在DDS中引入数字锁相环DPLL(Digital Phase-LockLoop，数字锁相环)反馈控制技术，如图3所示，包括：

鉴相器310，用于在行同步信号和场同步信号到来时，锁存从数控振荡器送来的受控相位，并与该行同步信号和场同步信号到来的时刻参考相位进行比较，输出相位误差；

环路滤波器320，用于接收由鉴相器310送来的相位误差，进行低通滤波，得到频率控制字信号，并将频率控制字信号送给数控振荡器330；

数控振荡器330，用于接收从环路滤波器320送来的频率控制字信号，产生受控制的相位信号，所述相位信号在送给鉴相器310的同时，该相位信号的高位部分也送给查找表340；

查找表340，用于根据从数控振荡器330送来的受控相位信号的高位部分获取对应的正弦和余弦函数的量化值。

本发明实施例中将现有技术中只能按照固定频率振荡的DTO换成了可以根据频率控制字动态调节自己振荡频率的DCO(Digital Control Oscillator，数控振荡器)。在频率控制字取0值时，DCO330工作在中心频率下，这个中心频率也就是正弦函数和余弦函数的模拟频率对时钟频率比值的二进制量化表示。在频率控制字取正值时，DCO330加快振荡频率。在频控制字取负值时，DCO330减慢振荡频率。DCO330产生的受控相位信号送给鉴相器310，在行同步信号和场同步信号到来时，鉴相器310锁存该相位信号，并与依赖于制式的该时刻的参考相位信号进行比较，给出相位误差。环路滤波器320对上述相位误差进行低通滤波，得到比较平滑的频率控制字，频率控制字具有量值较小、在时间上均匀分布的特性，因此，能够保证由DCO330送出的受控相位不存在大幅值的阶跃。DCO330产生的受控相位信号的高位部分作为索引送给了查找表340，通过查表340得到与该相位信号对应的正弦函数和余弦函数的量化值。

其中，鉴相器310结构如图4所示，包括参考相位发生器311、锁存器312和减法器313。参考相位由参考相位发生器311根据当前视频信号的制式参数通过行同步信号和场同步信号产生；锁存器312生成锁存相位，减法器313将参考相位与锁存相位相减获得相位误差。鉴相器310直接对相位信息进行比较，而不是借助于正弦函数或余弦函数的波形。减法器313实现线性鉴相特性，保证鉴相特性中不包含任何非线性的高频谐波分量；鉴相器310不需要有很宽的线性工作区，因为根据行频和场频对色度副载波频率之间的比例关系，适当选择DCO的字长，可以保证参考相位和DCO相位之差保持在[-π，+π]的范围内。

环路滤波器320，如图5所示，接收由鉴相器310送来的相位误差，经过内部处理，产生频率控制字。频率控制字由正极性控制线和负极性控制线组成。正极性控制线和负极性控制线均为低电平时，表示0；正极性控制线为高电平负极性控制线为低电平时，表示+1；正极性控制线为低电平负极性控制线为高电平时，表示-1，正极性控制线和负极性控制线均为高电平时为非法状态，设计中不会出现。

环路滤波器320内部处理算法如下：通过适当选择DCO的字长，保证鉴相器310给出的相位误差比两个行同步前沿之间的时钟周期数小一个数量级。记两个行同步前沿之间的时钟周期数为HCNT，相位误差为PE，两者的比值HCNT/PE记为R。如果相位误差为正值，在下一个行同步或场同步到来之前，负极性控制线一直保持低电平，正极性控制线每R个时钟周期给出一个时钟周期的高电平；如果相位误差为负值，在下一个行同步或场同步到来之前，正极性控制线一直保持低电平，负极性控制线每R个时钟周期给出一个时钟周期的高电平。在这里，环路滤波器320对因频率误差造成的相位误差进行了分割，并对其在时间上的分布做了均匀化处理。

数控振荡器330，如图6所示，包括第一加法器、第二加法器和寄存器。频率控制字和中心频率输入到第一加法器进行加运算；第一加法器输出的结果进入第二加法器，与寄存器输出的反馈相位进行加运算；第二加法器输出的结果通过寄存器锁存并输出相位。其中，中心频率是根据色度副载波模拟频率计算得到的量化二进制数字频率，频率控制字是环路滤波器给出的只有三种取值的数字信号，这三种取值是-1，0，+1。

查找表340，如图7所示，包括查表前处理子模块341、正弦ROM表子模块342、余弦ROM表子模块343和查表后处理子模块344。根据正弦函数和余弦函数的周期性和对称性，正弦ROM表子模块342和余弦ROM表子模块343只需分别保存正弦函数和余弦函数在

区间内的部分。其中，查表前处理子模块341，用于在查表前对数控振荡器330产生的相位信号进行变换，使变换后的信号的相位落在区间

内，实现在查表前把一个[0，2π]区间内的任意相位变换到区间

内；查表后处理子模块344，用于在得到正弦函数和余弦函数的绝对值之后，根据所述相位信号的相位信息，在需要时对两绝对值进行互换或者为两者添加适当的正或负符号。例如，原始的相位信息在

时，需要对正弦函数的绝对值之后添加正号，对余弦函数的绝对值之后添加正号；原始的相位信息在

时，需要对正弦函数的绝对值之后添加正号，对余弦函数的绝对值之后添加负号；原始的相位信息在

时，需要对正弦函数的绝对值之后添加负号，对余弦函数的绝对值之后添加负号；原始的相位信息在

时，需要对正弦函数的绝对值之后添加负号，对余弦函数的绝对值之后添加正号。

本发明实施例提供了一种相位误差校正的方法，如图8所示，包括以下步骤：

步骤101，DCO接收LF(Loop Filter，环路滤波器)输出的频率控制字信号，产生受控制的相位信号，将产生的受控的相位信号传送至给鉴相器，并将所述相位信号的高位部分传送至查找表，得到与所述相位对应的正弦或余弦函数的量化值。

步骤102，DCO将产生的受控相位信号送给PD，在行同步信号和场同步信号到来时，PD锁存该相位信号，并与依赖于制式的该时刻的参考相位信号进行比较，给出相位误差。其中，进行比较获得相位误差包括：根据视频信号的制式参数由行同步信号和场同步信号产生参考相位信号；对数控振荡器产生的相位信号由行同步信号和场同步信号锁存而产生锁存相位信号；直接对参考相位信号和锁存相位信号进行比较，输出相位误差。

步骤103，LF接收由鉴相器给出的相位误差，进行低通滤波，即对因频率误差造成的相位误差进行分割，产生频率的量值较小的，在时间上均匀分布的频率控制字，该控制字被送给DCO，以产生受控的不含大幅值阶跃的相位信号。例如，通过对因频率误差造成的相位误差进行分割，产生量值较小的，在时间上均匀分布的频率控制字信号，并送给所述数控振荡器。

所述将相位信号的高位部分传送至查找表，得到与所述相位对应的正弦或余弦函数的量化值具体包括：查表前将由数控振荡器给出的[0，2π)区间内的一个相位信号变换到

区间内；

根据正弦和余弦函数的周期性和对称性，在正弦ROM表和余弦ROM表中分别保存正弦函数和余弦函数在

区间内的部分；

在得到正弦函数和余弦函数的绝对值后，根据所述相位信号的相位信息，对两绝对值进行互换或者为所述两绝对值添加正或负符号。

本发明实施例中，在DDS中引入DPLL反馈控制技术，对于同等量级的相位误差，对DCO字长的要求远低于现有技术对DTO字长的要求；消除CVBS编码器中DDS对频率量化误差的长期积累，把大粒度的相位误差切割成小粒度相位误差，并使其在时间上均匀分布，保证不会因为频率量化误差的长期积累而形成对解码器色度副载波恢复锁相环造成冲击的相位阶跃，进而保证解码器色度解调电路不会引入两路色差信号之间的串扰。同时保证前后两行之间和前后两场之间的相位关系满足视频制式标准的要求，进而保证解码器梳状滤波器能够正常工作，不会引进亮色串扰。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以可借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1、一种相位误差校正的设备，其特征在于，包括：

鉴相器，用于在行同步信号和场同步信号到来时，锁存从数控振荡器送来的受控相位，并与所述行同步信号和场同步信号到来的时刻参考相位进行比较，输出相位误差；

环路滤波器，用于接收由所述鉴相器送来的相位误差，进行低通滤波，得到频率控制字信号；

数控振荡器，用于接收从所述环路滤波器送来的频率控制字信号，产生受控制的相位信号，所述相位信号传送至所述鉴相器，所述相位信号的高位部分传送至查找表；

查找表，用于根据所述相位信号的高位部分获取对应的正弦和余弦函数的量化值。

2、如权利要求1所述相位误差校正的设备，其特征在于，所述查找表包括：

查表前处理子模块，用于在查表前把所述数控振荡器产生的相位信号变换到区间

内；

正弦ROM表子模块，用于保存正弦函数在

区间部分；

余弦ROM表子模块，用于保存余弦函数在

区间部分；

查表后处理子模块，用于得到正弦函数和余弦函数的绝对值后，根据所述相位信号的相位信息，对两绝对值进行互换或者为所述两绝对值添加正或负符号。

3、如权利要求1所述相位误差校正的设备，其特征在于，所述鉴相器包括：

参考相位发生器子模块，用于根据当前视频信号的制式参数由行同步信号和场同步信号产生参考相位；

锁存器子模块，用于对数控振荡器产生的受控相位由行同步信号和场同步信号锁存而产生锁存相位；

减法器子模块，用于独立于正弦函数或余弦函数的波形而直接对所述参考相位和所述锁存相位进行比较，输出所述相位误差。

4、如权利要求1所述相位误差校正设备，其特征在于，所述环路滤波器用于接收从鉴相器输送来的相位误差，对因频率误差造成的相位误差进行均匀分割，产生量值较小的，在时间上均匀分布的频率控制字信号，并将所述频率控制字信号传送至所述数控振荡器。

5、一种相位误差校正的方法，其特征在于，应用于包括鉴相器，环路滤波器，数控振荡器和查找表的设备中，所述方法包括以下步骤：

数控振荡器接收从环路滤波器送来的频率控制字信号，产生受控制的相位信号，将产生的受控的相位信号传送至给鉴相器，并将所述相位信号的高位部分传送至查找表，得到与所述相位对应的正弦或余弦函数的量化值；

鉴相器在行同步信号和场同步信号到来时，锁存从所述数控振荡器送来的受控相位信号，并与所述行同步信号和场同步信号到来的时刻的参考相位进行比较，输出所述相位误差；

环路滤波器接收从所述鉴相器送来的所述相位误差，进行低通滤波，将得到频率控制字信号送给所述数控振荡器。

6、如权利要求5所述相位误差校正方法，其特征在于，所述将相位信号的高位部分传送至查找表，得到与所述相位对应的正弦或余弦函数的量化值包括：

查表前将由数控振荡器产生的所述相位信号变换到区间内；

根据正弦和余弦函数的周期性和对称性，在正弦ROM表和余弦ROM表中分别保存正弦函数和余弦函数在区间内的部分；

在得到正弦函数和余弦函数的绝对值后，根据所述相位信号的相位信息，对两绝对值进行互换或为所述两绝对值添加正或负符号。

7、如权利要求5所述相位误差校正方法，其特征在于，所述进行比较获得相位误差包括：

根据视频信号的制式参数由行同步信号和场同步信号产生参考相位；

对数控振荡器产生的相位由行同步信号和场同步信号锁存而产生锁存相位；

直接对所述参考相位和所述锁存相位进行比较，输出相位误差。

8、如权利要求5所述相位误差校正方法，其特征在于，将所述比较平滑的频率控制字信号送给所述数控振荡器包括：

通过对因频率误差造成的相位误差进行分割，产生量值较小的，在时间上均匀分布的频率控制字信号，并将所述频率控制字信号传送至所述数控振荡器。

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