CN101661747A - 一种数字调频立体声解码方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种数字调频立体声解码方法，该方法通过设置一个内部对称的相位误差补偿电路并用该相位误差补偿电路替换现有立体声解码的差信号产生电路，通过一对正交副载波信号对立体声复合信号进行解码，立体声复合信号经相位误差补偿电路处理后送给立体声混合器，消除了副载波的相位影响，提高了立体声解码性能，使解码性能达到最优。

Description

一种数字调频立体声解码方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是在FM(调频)接收机中的一种数字调频立体声解码方法。

背景技术

目前，FM立体声接收机被广泛使用在手机、MP3和FM广播等产品中。传统的FM无线电广播以一种标准的立体声方案进行传送。标准的立体声信号频谱图如图1所示，立体声信号由左声道和右声道的和信号M＝L+R、左声道和右声道的差信号S＝L-R以及19KHz的导频信号组成。另外，立体声信号中也可能包含被调制在57KHz的RDS(无线电数据系统)信号或者RBDS(无线电广播数据系统)信号。

传统立体声解码方法首先需要恢复出19KHz的导频信号，通过这个导频信号以获得38KHz的立体声副载波。然后这个副载波信号被用来将立体声信号下变频至基带。最后分别得到左声道和右声道信号。

与上面立体声解码类似，在发送端，相应地需要一个导频信号用来产生38KHz的立体声载波信号以将基带信号调制到高频。导频信号的使用极大地方便了立体声信号解码操作的硬件实现，但是同时这也带来了一定的问题，比如说，由于发送机内在固有的相位偏移或者由于传输信道的噪声影响，在接收端所恢复出的导频信号和接收的立体声副载波信号之间就存在一个相位误差。这个相位误差会降低接收机的立体声隔离度，增加互调失真，影响解码性能。所谓立体声隔离度就是指立体声音响系统中左右两个声道之间的隔离度，它实际上反应了左右两个声道相互串扰的程度。如果两个声道之间串扰较大，那么声音的立体感将被减弱，这无疑会影响用户的使用体验。

发明内容

本发明提出一种数字调频立体声解码方法，该方法通过一个相位误差补偿电路，彻底消除副载波信号与立体声信号相位差的影响，提高了立体声解码性能。

本发明方法是这样实现的：一种数字调频立体声解码方法，立体声解码电路设有左、右声道的和信号及差信号产生电路，立体声复合信号经过一个低通滤波器得到左、右声道的和信号，立体声复合信号经过数字锁相环、倍频器和另外一个低通滤波器得到左、右声道的差信号，立体声混合器将和、差信号混合后经去加重电路得到相分离的左、右立体声信号，其特征是设置一个相位误差补偿电路并用该相位误差补偿电路替换前述的差信号产生电路，通过一对正交副载波信号对立体声复合信号进行解码，消除副载波的相位影响，立体声复合信号经相位误差补偿电路处理后送给立体声混合器；该相位误差补偿电路是由一个内部结构对称的电路组成的，包含第一和第二两个乘法器、第一和第二两个低通滤波器、第一和第二两个平方器、一个加法器和一个开方器；立体声复合信号通过第一乘法器与副载波信号相乘后经过第一低通滤波器输出到第一平方器，同时立体声复合信号还通过第二乘法器与正交的副载波信号相乘后经过第二低通滤波器输出到第二平方器，将这两个平方器的输出通过加法器相加后进入开方器，开方器输出作为立体声混合器的输入。

具体步骤如下：

(1)立体声复合信号经立体声解码电路的低通滤波器得到左声道和右声道的和信号M＝L+R；

(2)立体声复合信号与一对正交副载波信号cos(2π×38×10³t)以及sin(2π×38×10³t)分别相乘后通过相位补偿，得到左声道和右声道的差信号S＝L-R；

(3)将和信号M和差信号S输入到立体声混合器后经过去加重器即得到左声道信号和右声道信号。

上述步骤(2)中：

立体声复合信号

y(t)＝(L+R)+Acos(2π×19×10³×t+γ)+(L-R)cos(2π×38×10³×t+η)

分别与信号cos(2π×38×10³t)以及信号sin(2π×38×10³t)相乘后得

y(t)·cos(2π×38×10³×t)＝(L+R)cos(2π×38×10³×t)+

                          Acos(2π×19×10³×t+γ)cos(2π×38×10³×t)+

                          (L-R)cos(2π×38×10³×t+η)cos(2π×38×10³×t)

y(t)·sin(2π×38×10³×t)＝(L+R)sin(2π×38×10³×t)+

                          Acos(2π×19×10³×t+γ)sin(2π×38×10³×t)+

                          (L-R)cos(2π×38×10³×t+η)sin(2π×38×10³×t)

两者经过第一、第二低通滤波器后得

LPF_cos＝2×LPF{y(t)·cos(2π×38×10³×t)}＝(L-R)cosη

LPF_sin＝2×LPF{y(t)·sin(2π×38×10³×t)}＝(L-R)sinη

LPF_cos和LPF_sin经过平方器1，2后通过一个加法器相加得

Q＝(L-R)²sin²η+(L-R)²cos²η＝(L-R)²

Q再经过开方器得

$\sqrt{Q}=\sqrt{{(L-R)}^2}=L-R$

这样，即得左声道和右声道的差信号S＝L-R；

左声道和右声道的差信号S与和信号M经过立体声混合器后再经过去加重器即得左声道信号L和右声道信号R。，该电路可以彻底消除副载波和立体声信号相位误差。

本发明的优点及显著效果：(1)正交副载波由本地产生，完全消除导频信号与副载波相位误差的影响，即使在很差的传输条件下，也能提高立体声隔离度，降低互调失真，立体声解码性能随之得到有效的提高；(2)由于不需要导频恢复电路，电路结构变得简单，节约硬件资本；(3)本数字调频立体声解码电路可以全数字实现，因此众多的软件方法可以利用，而且系统的参数是可配置的。

附图说明

图1是FM解调后一个典型的立体声信号的频谱分布图；

图2是传统立体声解码电路的方框图；

图3是根据本发明实施的数字调频立体声解码电路的方框图。

具体实施方式

首先阐述本发明方法的原理：

解调后的FM信号包含三种不同的分量，其频谱图如图1所示。具体地说，解调后的FM信号包括：代表立体声左声道与右声道的和信号M＝L+R，它占据从0到15KHz频率范围；如FCC(联邦通信委员会)规则所要求的那样，位于19KHz频率处，有一个19KHz的导频信号；以38KHz频率即导频信号频率的两倍为中心，左声道减去右声道的信息S＝L-R被调制于抑制载波的DSB-SC(双边带调制)信号中，其频带占据从23KHz到53KHz的30KHz范围。

传统的立体声解码器通过导频信号来恢复出左声道和右声道的和以及差信号，最后将这两个信号混合以得到左右声道信号。图2显示了一个传统的立体声解码器200的结构框图。在该图中，输入信号为FM解调之后的立体声复合(MPX)信号201。首先MPX信号经过数字锁相环(DPLL)206跟踪导频信号，恢复处的导频信号207经过倍频器得到38KHz的立体声调制载波。该载波被用来与输入端的MPX信号相乘，再经过一个低通滤波器204以产生差信号L-R信号。同时，MPX 201直接经过另外一个低通滤波器202以产生和信号L+R。最后和信号和差信号同时进入立体声混合电路218来分别产生左声道和右声道信号。

应用本发明方法后的数字调频立体声解码电路的方框图如图3所示。

该数字调频立体声解码电路一共包括了3个低通滤波器402、406、和414，2个乘法器404、412、2个平方器408和416、1个加法器430、1个开方器444、1个立体声混合器450、两个去加重器470和480，其中2个乘法器、两个低通滤波器406、414、2个开方器、1个加法器、1个开方器组成的电路为相位误差补偿电路，如图3中的虚线部分所示。

该立体声解码器的工作原理是，首先立体声MPX信号201经过截止频率为15KHz的低通滤波器402，15KHz频带外的信号被滤除，只通过L+R信号。所以滤波器402的输出是L与R的和信号。同时，立体声信号201也连接到两个乘法器404和412。乘法器404的另外一个输入是cos(4πf_ct)，其中t代表时间，f_c代表导频信号(19KHz)，乘法器412的另外一个输入是sin(4πf_ct)。这两个乘法器的输出信号分别经过低通滤波器406和414以滤出不必要的带外信号(15KHz频带之外的信号)。然后这两个低通滤波器的输出分别进入平方器408和416，这两个平方器的输出由一个加法器430相加后经开方器444得到差信号。最后，补偿后的L-R和L+R信号经立体声混合器得到左声道和右声道信号，然后经去加重电路去加重后输出。

下面从数学的角度来阐述根据本发明方法的工作原理。

立体声MPX信号仍然表示为：

y(t)＝(L+R)+Acos(2π×19×10³×t+γ)+(L-R)cos(2π×38×10³×t+η)

根据上面的分析，经过滤波器402之后的信号为L+R。

同时，与乘法器402和412相乘之后的信号分别经过截止频率为15KHz的低通滤波器LPF 406和414。这里的LPF拥有放大系数2。输出为：

LPF_cos＝2×LPF{y(t)·cos(2π×38×10³×t)}

      ＝2×LPF{(L+R)cos(2π×38×10³×t)+

        Acos(2π×19×10³×t+γ)cos(2π×38×10³×t)+

        (L-R)cos(2π×38×10³×t+η)cos(2π×38×10³×t)}

      ＝(L-R)cosη

LPF_sin＝2×LPF{y(t)·sin(2π×38×10³×t)}

      ＝2×LPF{(L+R)sin(2π×38×10³×t)+

        Acos(2π×19×10³×t+γ)sin(2π×38×10³×t)+

        (L-R)cos(2π×38×10³×t+η)sin(2π×38×10³×t)}

      ＝(L-R)sinη

经过低通滤波之后的信号LPF_cos和LPF_sin并行地经过两个平方器后通过一个加法器相加得

Q＝(L-R)²sin²η+(L-R)²cos²η＝(L-R)²

Q再经过一个开方器得

$\sqrt{Q}=\sqrt{{(L-R)}^2}=L-R$

这样，即得左声道和右声道的差信号S＝L-R。

左声道和右声道的差信号S与和信号M经过立体声混合器后再经过去加重器即得左声道信号L和右声道信号R。

因此，本发明提出的方法能有效地消除由于导频相位与立体声副载波之间的相位差影响导致的立体声隔离度下降，有效降低互调失真，提高解码性能，并且由于简化了电路，使得硬件消耗大大降低。

Claims (3)

1、一种数字调频立体声解码方法，立体声解码电路设有左、右声道的和信号及差信号产生电路，立体声复合信号经过一个低通滤波器得到左、右声道的和信号，立体声复合信号经过数字锁相环、倍频器和另外一个低通滤波器得到左、右声道的差信号，立体声混合器将和、差信号混合后经去加重电路得到相分离的左、右立体声信号，其特征是设置一个相位误差补偿电路并用该相位误差补偿电路替换前述的差信号产生电路，通过一对正交副载波信号对立体声复合信号进行解码，消除副载波的相位影响，立体声复合信号经相位误差补偿电路处理后送给立体声混合器；该相位误差补偿电路是由一个内部结构对称的电路组成的，包含第一和第二两个乘法器、第一和第二两个低通滤波器、第一和第二两个平方器、一个加法器和一个开方器；立体声复合信号通过第一乘法器与副载波信号相乘后经过第一低通滤波器输出到第一平方器，同时立体声复合信号还通过第二乘法器与正交的副载波信号相乘后经过第二低通滤波器输出到第二平方器，将这两个平方器的输出通过加法器相加后进入开方器，开方器输出作为立体声混合器的输入。

2、根据权利要求1所述的一种数字调频立体声解码方法，其特征是具体步骤如下：

(1)立体声复合信号经立体声解码电路的低通滤波器得到左声道和右声道的和信号M＝L+R；

(2)立体声复合信号与一对正交副载波信号cos(2π×38×10³t)以及sin(2π×38×10³t)分别相乘后通过相位补偿，得到左声道和右声道的差信号S＝L-R；

(3)将和信号M和差信号S输入到立体声混合器后经过去加重器即得到左声道信号和右声道信号。

3、根据权利要求2所述的一种数字调频立体声解码方法，其特征是步骤(2)中：

立体声复合信号

y(t)＝(L+R)+Acos(2π×19×10³×t+γ)+(L-R)cos(2π×38×10³×t+η)

分别与信号cos(2π×38×10³t)以及信号sin(2π×38×10³t)相乘后得

y(t)·cos(2π×38×10³×t)＝(L+R)cos(2π×38×10³×t)+

                          Acos(2π×19×10³×t+γ)cos(2π×38×10³×t)+

                          (L-R)cos(2π×38×10³×t+η)cos(2π×38×10³×t)

y(t)·sin(2π×38×10³×t)＝(L+R)sin(2π×38×10³×t)+

                          Acos(2π×19×10³×t+γ)sin(2π×38×10³×t)+

                          (L-R)cos(2π×38×10³×t+η)sin(2π×38×10³×t)

两者经过第一、第二低通滤波器后得

LPF_cos＝2×LPF{y(t)·cos(2π×38×10³×t)}＝(L-R)cosη

LPF_sin＝2×LPF{y(t)·sin(2π×38×10³×t)}＝(L-R)sinη

LPF_cos和LPF_sin经过平方器1，2后通过一个加法器相加得

Q＝(L-R)²sin²η+(L-R)²cos²η＝(L-R)²

Q再经过开方器得

$\sqrt{Q}=\sqrt{{(L-R)}^2}=L-R$

这样，即得左声道和右声道的差信号S＝L-R；

左声道和右声道的差信号S与和信号M经过立体声混合器后再经过去加重器即得左声道信号L和右声道信号R。

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