CN101399930B - 智能型扫描频道的方法及其相关装置 - Google Patents

Abstract

一种智能型扫描频道的方法及相关装置，用以寻找视频信号的频道的中心频率以及相关的符号率。智能型扫描频道的方法包含：扫描视频信号以进行频谱分析，并依据视频信号中多个频带的频谱分析结果得到中心频率及多个粗调带宽；以及利用功率频谱密度及粗调带宽获得精确的符号率。

Description

智能型扫描频道的方法及其相关装置

技术领域

本发明有关于频道扫描，特别有关于寻找视频信号的频道的中心频率及符号率(symbol rate)的智能型扫描频道装置及其相关方法。

背景技术

图1表示频域中的视频信号100，视频信号100包含多个信号带101、103及105等，信号带101、103及105分别具有中心频率f_c1、f_c2、f_c3及带宽f_b1、f_b2、f_b3。因此，若要得到还正确的图像，须先找出正确的中心频率f_c1、f_c2、f_c3及带宽f_b1、f_b2、f_b3。

传统上，由卫星传送的数字视频广播(DVB)信号经过调谐器(tuner)以找出正确的中心频率以及带宽，通过逐步猜测每一个信号带的中心频率以及带宽，再交给后端的解调器处理。由于每个数字视频广播频道的中心频率及带宽并不固定，这样的数字视频广播频道扫描做法相当的缓慢，本领域技术人员可以了解公知技术猜测诸多信号带的中心频率及带宽的排列组合，数量庞大的排列组合导致大量的运算量，且精确度也甚不理想。目前市售数字视频广播调谐器要寻找出数字视频广播完整的中心频率及带宽约须40分钟以上，而且误差相当大，会造成后端电路的负担并降低处理速度。

发明内容

本发明的一目的为提供一种智能型扫描频道的方法及相关装置，可迅速地得到中心频率与精确符号率。

本发明公开一种智能型扫描频道的方法，包含步骤：接收视频信号；通过频谱分析视频信号产生一或多组中心频率及粗调带宽；根据粗调带宽处理视频信号以产生功率频谱密度信号；以及根据粗调带宽，于粗调带宽附近找寻功率频谱密度信号的最大值，以获得中心频率对应的信号带的精确符号率。

本发明亦公开智能型扫描频道的装置，包含产生中心频率与粗调带宽的电路及产生精确符号率的电路。产生中心频率与粗调带宽的电路用以频谱分析视频信号以产生中心频率与粗调带宽；而产生精确符号率的电路接收视频信号以根据粗调带宽产生精确符号率。

根据上述的方法和电路结构，不仅可以快速的寻找出正确的中心频率及精确符号率，而且具有相当低的误差，十分有利于后端电路的执行和工作。

附图说明

图1表示频域中的视频信号。

图2表示根据本发明较佳实施例的智能型扫描频道的方法流程图。

图3表示图2中所示的频谱分析步骤的示意图。

图4表示用以求得中心频率以及粗调带宽的频谱差异信号图。

图5表示利用频谱信号相乘频谱差异信号以去除频谱差异信号的噪声的示意图。

图6表示图2中检测粗调带宽方法的另一频谱实施例示意图。

图7表示图2中检测粗调带宽计算方法的另一频谱实施例示意图。

图8显示根据本发明的较佳实施例的产生精确符号率的方法。

图9表示根据图8所产生的功率频谱密度图。

图10表示根据本发明的实施例的智能型扫描频道装置。

图11表示根据本发明的较佳具体实施例的产生中心频率与粗调带宽的电路。

图12表示根据本发明的具体实施例的产生精确符号率的电路。

图13显示智能型扫描频道的数字电视解调装置。

图14显示根据本发明较佳实施例的智能型扫描频道的方法流程图。

主要元件符号说明

101、103、105、301、303、305、307、309、601、701、705 信号带

1000 智能型扫描频道装置

1001 产生中心频率与粗调带宽的电路

1003 产生精确符号率的电路

1101 频谱分析电路

1103、1211 延迟单元

1105、1213 减法器

1107 计算电路

1109 乘法器

1115、1215 傅立叶转换器

1117、1217 绝对值单元

1119、1219 累加器

1121、1123 滤波器

1201 低通滤波器

1203 边缘检测器

1205 绝对值单元

1207 频谱分析电路

1209 决定电路

1301 智能型扫描频道的数字电视解调装置

1302 数字电视解调电路

1307 频谱分析电路

1320 多工器

1322、1324、1334、1350、1352 路径

具体实施方式

图2表示根据本发明较佳实施例的智能型扫描频道的方法流程图，步骤201，接收视频信号；步骤202，分析视频信号的频谱；步骤202，根据视频信号的频谱分析结果，获得多个频带的中心频率；步骤203，根据中心频率而求得与各中心频率相关的粗调(coarse)带宽。较佳地，视频信号可为数字视频广播信号，可以利用模数转换电路将视频信号转换成数字信号后，再对其进行傅利叶转换以进行视频信号的频谱分析。

图3表示图2中所示的频谱分析步骤202的示意图。举例而言，可以利用Welch-Bartlett扫描，假设第一次扫描扫描到完整的信号带301、303、305以及一不完整的信号带307，则第二次扫描较佳地从前次最末的完整信号带307的末端a1点开始。以此类推，若第二次扫描包含不完整的信号带309，则第三次扫描较佳地从前次最末的完整信号带309的末端a₂点开始。根据此实施例估算出的中心频率，其误差可在1％以内，而带宽误差可在3％以内，然后，将各段频带的频谱分析结果整合以获得中心频率。

图4表示用以求得中心频率以及粗调带宽的示意图，将上述实施例中得到的功率频谱密度信号减去延迟的功率频谱密度信号以得到频谱差异信号DS，通过微分的原理，频谱差异信号DS中相邻的最大值所对应的频率值f₁与最小值所对应的频率值f₂，相加后取平均值

以得到中心频率；将差异信号DS中相邻的最大值所对应的频率值f₁与最小值f₂所对应的频率值相减以得到粗调带宽(f₁-f₂)。

图5进一步表示利用频谱信号IS相乘频谱差异信号DS以去除频谱差异信号DS的噪声的示意图。因为在图4的产生频谱差异信号DS的过程中，些微的噪声很亦可能造成明显的频谱差异信号DS上的上下凸出波形，于此实施例中，假设原始的视频信号频谱IS刚好为一个信号带(其他实施例中可以包含数个信号带)，经过与频谱差异信号DS相乘后，利用视频信号频谱IS本身的频谱特性压抑频谱差异信号DS上的噪声输出，可以精确获得对应视频信号频谱IS的正确的频谱微分信号(即频谱差异信号)。

图6表示图2中检测粗调带宽方法的另一频谱实施例示意图，若信号带601的中心频率已求得为f_c1，则检测信号带的幅值是否下降3db，当下降到3db点时，便检测下降3db点的带宽f_b1，决定f_b1为信号带601的粗调带宽。

图7表示图2中检测粗调带宽步骤的另一频谱实施例示意图，其检测信号带是否下降一预定面积而决定，亦即，下降预定能量而决定。举例而言，可以先假定信号带701的粗调中心频率大约在频谱的最大值处，然后利用水平横向切线逐步往下横向切割频谱，计算横向切面所围住的频谱面积，当测得信号带701的面积下降达20db，则决定对应的带宽f_b1为信号带701的粗调带宽，并以此时水平横向切线与频谱所会的两个频率值的算术平均，做为此信号带701的精确中心频率f_c1。

更进一步地，图8显示根据本发明的较佳实施例的产生精确符号率的方法，包含：

步骤801：

于时域中，根据先前求得的粗调带宽对视频信号进行低通滤波。

步骤803：

对滤波后的视频信号施行边缘检测以得到差异信号。

步骤805：

对差异信号取绝对值以得到绝对值信号。

步骤807：

产生绝对值信号的功率频谱密度(power spectrum density，简称PSD)。

步骤809：

根据功率频谱密度获得视频信号的精确符号率，较佳地，检测功率频谱密度的最大值以决定此信号带的精确符号率。

功率频谱密度的最大值可以代表此信号带的精确符号率。因为符号率与实际信号带宽为正相关，理想而言，符号率可为信号下降3db的带宽，但实际信号在传输过程中，会受到严重的扭曲变形，信号频谱的形状亦会扭曲变形呈不对称，因此即使前面有运用信号下降3db的观念获得带宽，也只能称为粗调带宽，与视频信号的符号率间仍有严重误差，往往无法取还该频道的视频信号。另一方面，理论上精确符号率会在其功率频谱密度上呈现一个明显的极值，因此本发明利用上述处理的功率频谱密度的最大值，找出该频道的视频信号的精确符号率。经此实施例得出的精确符号率，经过模拟证实其误差可达0.5％以内。

图9表示根据图8的方法所产生的功率频谱密度图。时域的视频信号在经过步骤801、803、805以及807的转换后，可获得如图9所示的功率频谱密度图，其横轴为频率，而纵轴为功率频谱密度，存在一峰值(peak)A，此点即表示视频信号的精确符号率。至此，熟知此技艺的人士根据本发明以上的揭示，应可了解此精确符号率相关于前述粗调的带宽，亦即精确符号率的位置点A会在前述粗调的带宽的附近，因此本发明可以快速且精确地获得此信号带的精确符号率。举例而言，假设横轴的频率范围为0至50MHz，总共均匀分布有1024个功率频谱密度值，于此实施例中，利用前述粗调带宽，在其附近找到功率频谱密度值的最大值位置点A，例如粗调带宽±Δf范围内，假设在第475点处，则决定精确符号率为：

f_b＝50MHz*475/1024＝23.193M

图10表示根据本发明实施例的智能型扫描频道装置1000。智能型扫描频道装置1000包含一产生中心频率与粗调带宽的电路1001以及产生精确符号率的电路1003。产生中心频率与粗调带宽的电路1001用以频谱分析一视频信号以产生中心频率与粗调带宽。而产生精确符号率的电路1003用以接收该视频信号以根据该粗调带宽产生精确符号率。图11表示根据本发明的具体实施例的产生中心频率与粗调带宽的电路1001，包含频谱分析电路1101、延迟单元1103、减法器1105以及计算电路1107。频谱分析电路1101扫描视频信号以得到功率频谱密度信号SAS。延迟单元1103耦接至频谱分析电路1101，用以延迟功率频谱密度信号SAS以产生延迟功率频谱密度信号DSAS。减法器1105耦接至延迟单元1103以及频谱分析电路1101，用以将功率频谱密度信号SAS减去该延迟功率频谱密度信号DSAS以产生差异信号DS。举例而言，频谱分析电路1101包含傅立叶转换器1115、绝对值单元1117及累加器1119，傅立叶转换器1115对视频信号Xn(t)执行傅立叶转换以得到对应的频域转换信号，F_Xn(ω)；绝对值单元1117将频域转换信号F_Xn(ω)取绝对值以得到绝对值信号，|F_Xn(ω)|；累加器1119累加绝对值信号|F_Xn(ω)|以产生功率频谱密度信号，∑|F_Xn(ω)|。

计算电路1107可根据差异信号DS计算出中心频率以及粗调带宽。产生中心频率与粗调带宽的电路1001可还包含乘法器1109，用以如图5所示般将频谱差异信号DS与功率频谱密度信号SAS相乘以去除噪声。频谱分析电路1101和延迟单元1103之间可设置滤波器1121以去除噪声，且减法器1105和乘法器1109之间亦可包含滤波器1123以去除噪声，以使产生中心频率与粗调带宽的电路1001可有更好的效果。

图12表示根据本发明的较佳具体实施例的产生精确符号率的电路1003，包含低通滤波器1201、边缘检测器1203、绝对值单元1205、频谱分析电路1207以及决定电路1209。低通滤波器1201用以在时域中，根据先前求得的粗调带宽

对视频信号进行低通滤波，其输入为自模数转换电路1202传输的视频信号，应注意到，低通滤波器1201和模数转换器1202之间可还包含取样率转换电路(Sampling Rate Conversion，SRC，未表示)，用以将视频信号转换成适当的频率以提高其辨识率(resolution)。

边缘检测器1203对滤波后的视频信号施行边缘检测以得到差异信号A。在此实施例中，边缘检测器1203包含延迟单元1211及减法器1213；绝对值单元1205对差异信号A取绝对值以得到绝对值信号B；频谱分析电路1207将绝对值信号从时域信号B转换成功率频谱密度信号C(亦即图9所示的信号)，举例而言，频谱分析电路1207包含：傅立叶转换器1215、绝对值单元1217及累加器1219，傅立叶转换器1215分别对视频信号中多个频带执行傅立叶转换以得到多个第一转换信号；绝对值单元1217将转换结果取绝对值以得到第二转换信号；累加器1219累加第二转换信号以产生功率频谱密度信号C。决定电路1209根据功率频谱密度信号得到相关频带的精确符号率，较佳地，决定电路1209于粗调带宽

位置附近检测功率频谱密度信号的最大值以决定精确符号率

因此决定电路1209可以为最大值搜寻电路，输出其最大值存在的频率位置。

图11所示的产生中心频率与带宽的电路1001可与图12所示的产生精确符号率电路1003合并使用以迅速产生中心频率与精确符号率，在合并使用的情况下，滤波器1201与决定电路1209耦接至计算电路1107以得到初步计算出的带宽。

根据以上具体实施例的揭示，本领域技术人员可以了解以上所揭示的具体实施例，可以应用于数字电视中，利用数字信号处理(DSP)电路运算予以实现，因为某些整合型数字电视芯片中，原本就设置有DSP电路与功能强大的处理器，因此可以方法的形式进行运算实现本发明所揭示的概念。另一方面，若是要将本发明实施在没有DSP电路的芯片中，例如独立的数字电视解调器芯片时，可以实施第11、12图的硬件电路，并可将其中最复杂的频谱分析电路共用。

图13显示智能型扫描频道的数字电视解调装置1301，包含数字电视解调电路1302、多工器1320、频谱分析电路1307以及开关元件SW，以共用频谱分析电路1307，实现智能型频道扫描。延续第11、12图的揭示，数字电视解调装置1301欲检侧中心频率与粗调带宽时，数字电视解调电路1302利用路径1322、多工器1320及路径1350，将视频信号的时域信号送给频谱分析电路1307，产生功率频谱密度信号，经由路径1352、开关元件SW及路径1324送回数字电视解调电路1302，进行如图11的处理后，数字电视解调电路1302可获得中心频率与粗调带宽。然后，数字电视解调电路1302如图12根据粗调带宽对视频信号于时域预先处理后，经由路径1332、多工器1320及路径1350，将处理后的时域数据送给频谱分析电路1307，产生功率频谱密度信号，再经由路径1352、开关元件SW及路径1334送回数字电视解调电路1302，寻找功率频谱密度信号位于粗调带宽附近的最大值的频率位置，即可找到精确符号率。较佳地，数字电视解调电路1302通过控制信号CTRL控制多工器1320与开关元件SW的路径选择，将硬件运作的时机错开运作，便可共享频谱分析电路1307，实现智能型频道扫描。

图14显示根据本发明较佳实施例的智能型扫描频道的方法流程图，首先于步骤1410，接收一视频信号；于步骤1420，通过频谱分析该视频信号产生一或多组中心频率及粗调带宽，此有关于每次处理时所定义的处理视窗的大小，如图3的相关叙述，如果处理视窗小，有可能刚好看到一个信号带；如果处理视窗大，则有可能一次看到三个信号带，便同时处理三组参数。于步骤1430，根据粗调带宽处理视频信号以产生功率频谱密度信号；于步骤1440，根据粗调带宽，于粗调带宽附近找寻功率频谱密度信号的最大值，以获得中心频率对应的信号带的精确符号率。中心频率与精确符号率便可完整定义数字频道的信息。

利用上述的方法和电路，利用与公知技术同等级的硬件环境，约可在10秒的内得到中心频率以及精确符号率，极精确的结果有利于后续电路的处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所进行的等效变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (23)

1.一种智能型扫描频道的方法，包含：

接收一视频信号；

通过频谱分析该视频信号以得到一频谱差异信号，并根据该频谱差异信号产生一中心频率及一粗调带宽；

根据该粗调带宽对该视频信号进行低通滤波和边缘检测以得到一差异信号，并分析该差异信号的绝对值以产生一功率频谱密度信号；以及

根据该粗调带宽与该功率频谱密度信号以获得一精确符号率。

2.如权利要求1所述的智能型扫描频道的方法，该根据该粗调带宽对该视频信号进行低通滤波和边缘检测以得到差异信号，并分析该差异信号的绝对值以产生功率频谱密度信号的步骤包含：

于时域中，根据该粗调带宽对该视频信号进行低通滤波；

对滤波后的该视频信号施行边缘检测以得到一差异信号；

对该差异信号取绝对值以得到一绝对值信号；以及

频谱分析该绝对值信号以产生该功率频谱密度信号。

3.如权利要求2所述的智能型扫描频道的方法，其中该获得精确符号率的步骤通过检测该功率频谱密度信号的一最大值，以获得该精确符号率。

4.如权利要求1所述的智能型扫描频道的方法，其中该频谱分析步骤包含：

频谱分析该视频信号以产生一另一功率频谱密度信号；

延迟该另一功率频谱密度信号；

将该另一功率频谱密度信号与该延迟的另一功率频谱密度信号相减，以得到一频谱差异信号；以及

根据该频谱差异信号产生该中心频率。

5.如权利要求4所述的智能型扫描频道的方法，其中该根据频谱差异信号产生中心频率的步骤将该频谱差异信号中相邻的一最大值所对应的一频率值与一最小值所对应的一频率值相加后取平均值以得到该中心频率。

6.如权利要求4所述的智能型扫描频道的方法，还包含将该频谱差异信号与该另一功率频谱密度信号相乘以去除噪声的步骤。

7.如权利要求4所述的智能型扫描频道的方法，还包含将该频谱差异信号相邻的一最大值所对应的一频率值与一最小值所对应的一频率值相减以得到该粗调带宽的步骤。

8.如权利要求4所述的智能型扫描频道的方法，还包含步骤：检测该另一功率频谱密度信号下降一预定幅值所对应的频率值来决定该粗调带宽。

9.如权利要求4所述的智能型扫描频道的方法，还包含步骤：检测另一功率频谱密度信号下降一预定能量所对应的频率值来决定该粗调带宽。

10.一种智能型扫描频道的装置，包含：

一产生中心频率与粗调带宽的电路，用以频谱分析一视频信号以得到一频谱差异信号，并根据该频谱差异信号产生一中心频率与一粗调带宽；以及

一产生精确符号率的电路，耦接至该产生中心频率与粗调带宽的电路，用以接收该视频信号以对该视频信号进行低通滤波和边缘检测以得到一差异信号，并分析该差异信号的绝对值以产生一功率频谱密度信号，从而根据该粗调带宽和该功率频谱密度信号产生一精确符号率。

11.如权利要求10所述的智能型扫描频道的装置，其中该产生精确符号率的电路包含：

一低通滤波器，根据该粗调带宽对该视频信号进行低通滤波；

一边缘检测器，耦接于该低通滤波器，对滤波后的该视频信号施行边缘检测以得到一差异信号；

一绝对值单元，耦接于该边缘检测器，对该差异信号取绝对值以得到一绝对值信号；

一频谱分析电路，耦接至该绝对值单元，用以将该绝对值信号频谱分析转换成一功率频谱密度信号；以及

一决定电路，根据该功率频谱密度信号与该粗调带宽决定该精确符号率。

12.如权利要求11所述的智能型扫描频道的装置，其中该决定电路通过检测该功率频谱密度信号的一最大值以决定该精确符号率。

13.如权利要求10所述的智能型扫描频道的装置，其中该产生中心频率与粗调带宽的电路根据该功率频谱密度信号以得到一频谱差异信号，并根据该频谱差异信号得到该中心频率。

14.如权利要求13所述的智能型扫描频道的装置，其中该产生中心频率与粗调带宽的电路将该频谱差异信号中相邻的一最大值所对应的一频率值与一最小值所对应的一频率值相加后取平均值以得到该中心频率。

15.如权利要求13所述的智能型扫描频道的装置，还包含一乘法器，用以将该频谱差异信号与该功率频谱密度信号相乘以去除噪声。

16.如权利要求14所述的智能型扫描频道的装置，其中该产生中心频率与粗调带宽的电路将该频谱差异信号中相邻的该最大值所对应的频率值与该最小值所对应的频率值相减以得到该粗调带宽。

17.如权利要求10所述的智能型扫描频道的装置，其中该产生中心频率与粗调带宽的电路检测相关于该中心频率的一信号带下降一预定幅值所对应的一频率值来决定该粗调带宽。

18.如权利要求10所述的智能型扫描频道的装置，其中该产生中心频率与粗调带宽的电路检测相关于该中心频率的一信号带下降一预定能量所对应的一频率值来决定该粗调带宽。

19.如权利要求10所述的智能型扫描频道的装置，其中该产生中心频率与粗调带宽的电路包含：

一频谱分析电路，用以频谱分析该视频信号以产生另一功率频谱密度信号；

一延迟单元，耦接至该频谱分析电路，用以延迟该另一功率频谱密度信号以产生一延迟的另一功率频谱密度信号；

一减法器，耦接至该延迟单元以及该频谱分析电路，用以将该功率频谱密度信号减去该延迟的另一功率频谱密度信号以产生一频谱差异信号；以及

一计算电路，耦接至该减法器，用以根据该频谱差异信号计算出该中心频率及该粗调带宽。

20.一种智能型扫描频道的数字电视解调装置，包含：

一数字电视解调电路；

一多工器，耦接至该数字电视解调电路；

一频谱分析电路，耦接至该多工器；以及

一开关元件，耦接至该频谱分析电路与该数字电视解调电路；

其中，该数字电视解调电路经由该多工器将一视频信号传送给该频谱分析电路，产生一功率频谱密度信号，经由该开关元件传送回该数字电视解调电路，根据该功率频谱密度信号检侧一中心频率与一粗调带宽。

21.如权利要求20所述的装置，其中该数字电视解调电路经由该多工器与该频谱分析电路产生一另一功率频谱密度信号，经由该开关元件传送回该数字电视解调电路，使得该数字电视解调电路根据该粗调带宽决定一精确符号率。

22.如权利要求21所述的装置，其中该数字电视解调电路根据该粗调带宽于一预定频率范围内寻找该另一功率频谱密度信号的一最大值，该精确符号率为该最大值所在的一频率位置。

23.如权利要求22所述的装置，其中该数字电视解调电路利用一控制信号控制该多工器与该开关元件。

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