CN108024076A - 电视接收端的信号处理装置及其信号处理方法 - Google Patents

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魏逢时
廖懿颖
童泰来
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Abstract

一种电视接收端的信号处理装置，该电视接收端包含用来接收一电视信号的一调谐器，该电视信号包含一前置数据，该信号处理装置包含：一模拟数字转换器，用来将该电视信号由模拟格式转换为数字格式；一快速傅立叶变换电路，用来将数字格式的该电视信号转换至频域；一前置数据检测电路，用来检测频域的该电视信号中的该前置数据以产生一前置数据检测结果；一频率陷波检测电路，用来依据该前置数据检测结果检测频域的该电视信号中该前置数据的一频率陷波以产生一频率陷波检测结果；以及一解码器，用来解码频域的该电视信号以产生一影音数据。该频率陷波检测结果系用以供该调谐器据以决定更换接收频段。

Description

电视接收端的信号处理装置及其信号处理方法
技术领域
本发明是关于电视，尤其是关于电视接收端的信号处理装置及其信号处理方法。
背景技术
在采用正交分频多工(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing,OFDM)的通信系统中，有些通信系统刻意保留部分频率区段不使用，以避免与其他通信系统产生干扰。以下以第二代有线电视数字广播(Digital Video Broadcasting-Cable 2,DVB-C2)的电视系统为例做说明。图1为DVB-C2一个OFDM数据框的架构图。在时间上，一个OFDM数据框由多个OFDM符号(symbol)所构成，该些OFDM符号可区分为前置数据及本体数据。前置数据报含LP*n个OFDM符号(对DVB-C2而言，1≤LP≤8，n取决于DVB-C2信号最大的有效带宽)，该些OFDM符号又称为前置符号(preamble symbol)。每个前置符号分别包含3408个子载波，且所有的前置符号实际上与前置符号(0,0)具有相同的内容。本体数据报含LData*k个OFDM符号(对DVB-C2而言，LData＝448，k取决于DVB-C2信号最大的有效带宽)，每个该些OFDM符号又称为数据符号(data symbol)。如图所示，有一个频率陷波(frequency notch)存在于此OFDM数据框的数据符号(rP,1)及数据符号(rP,2)(0≤rP≤LData-1)之间，此频率陷波即是前述刻意保留的频段，不传输任何数据。每个前置符号中，皆记载了频率陷波的位置信息。
由于通信系统的接收端无法事先得知频率陷波位于其所接收到的数据中的位置，因此实作上只能直接解析所收到的数据，例如直接进行后续的解调变、解码等操作，当无法解析出前置符号时，则判断目前所接收的频段包含频率陷波，因此通知前级的调谐器(tuner)改为接收其他频段的数据，如此一直重复至解析出前置符号为止，再从前置符号中得到频率陷波的正确位置。然而此种方法过于耗时，导致电路效能降低，因此有必要提出一种更稳定且更快速的方法来检测频率陷波。
发明内容
鉴于先前技术的不足，本发明的一目的在于提供一种电视接收端的信号处理装置及其信号处理方法，以加快电视接收端的信号处理速度。
本发明揭露一种电视接收端的信号处理装置，该电视接收端包含用来接收一电视信号的一调谐器，该电视信号包含一前置数据，该信号处理装置包含：一模拟数字转换器，用来将该电视信号由模拟格式转换为数字格式；一快速傅立叶变换电路，用来将数字格式的该电视信号转换至频域；一前置数据检测电路，用来检测频域的该电视信号中的该前置数据以产生一前置数据检测结果；一频率陷波检测电路，用来依据该前置数据检测结果检测频域的该电视信号中该前置数据的一频率陷波以产生一频率陷波检测结果；以及一解码器，用来解码频域的该电视信号以产生一影音数据。其中，该频率陷波检测结果系用以供该调谐器据以决定更换接收频段。
本发明另揭露一种电视接收端的信号处理方法，该电视接收端包含用来接收一电视信号的一调谐器，该电视信号包含一前置数据，该信号处理方法包含：将该电视信号由模拟格式转换为数字格式；将数字格式的该电视信号转换至频域；检测频域的该电视信号中的该前置数据以产生一前置数据检测结果；依据该前置数据检测结果检测频域的该电视信号中该前置数据的一频率陷波以产生一频率陷波检测结果；以及解码频域的该电视信号以产生一影音数据。其中，该频率陷波检测结果系用以供该调谐器据以决定是否更换接收频段。
本发明的电视接收端的信号处理装置及其信号处理方法能够快速地判断目前所处理的频段是否包含频率陷波，并在发现前置符号无法解析时及时切换频段，以缩短电视接收端达稳定状态所需的时间。相较于传统技术，本发明能够更快地切换至正确的频段，使系统提早达到稳定。
有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作实施例详细说明如下。
附图说明
图1为DVB-C2一个OFDM数据框的架构图；
图2为本发明电视接收端的信号处理装置的一实施例的方块图；
图3为本发明电视接收端的信号处理方法的一实施例的流程图；
图4～6为包含频率陷波的前置符号的示意图；
图7为本发明的频率陷波检测电路260的一实施例的方块图；
图8为图3的步骤S340的一实施例的流程图；
图9为检测器740的一实施例的方块图；以及
图10为检测器740的检测方法的一实施方式的流程图。
符号说明
210 调谐器
220 前级电路
230 快速傅立叶变换电路
240 频域同步电路
250 前置数据检测电路
260 频率陷波检测电路
270 后级电路
710 子载波大小计算电路
720 缓存器
730 滤波电路
740 检测器
750 临界值计算电路
910 计数器
920 判断电路
930 缓存器
S310～S350、S810～S850、S1005～S1080 步骤
具体实施方式
本发明的揭露内容包含电视接收端的信号处理装置及其信号处理方法。该装置与方法可应用于电视数字广播的电视系统的接收端。在实施为可能的前提下，本技术领域具有通常知识者能够依本说明书的揭露内容来选择等效的元件或步骤来实现本发明，亦即本发明的实施并不限于后叙的实施例。
图2系本发明电视接收端的信号处理装置的一实施例的方块图。请同时参阅图3，其系本发明电视接收端的信号处理方法的一实施例的流程图。信号处理装置包含调谐器210、前级电路220、快速傅立叶变换电路230、频域同步电路240、前置数据检测电路250、频率陷波检测电路260以及后级电路270。调谐器210根据控制信号经由天线接收预设频段的电视信号。电视信号包含前置数据和本体数据。前级电路220将该电视信号经过放大、降频、模拟转数字(由模拟数字转换器执行，图未示)等处理后，产生数字格式的电视信号(步骤S310)。快速傅立叶变换电路230将数字格式的电视信号转换至频域(步骤S320)。频域同步电路240对已转换至频域的电视信号的前置数据及本体数据进行同步处理(步骤S330)，例如去除整数载波频率偏移(integer carrier frequency offset,ICFO)。前置数据检测电路250检测已转换至频域的电视信号中的前置数据以产生前置数据检测结果(步骤S340)。详言之，因为前置数据报含多个领航信号(pilot signal)，而本体数据则不包含，所以可以利用相关(correlation)运算来分辨前置数据及本体数据。频率陷波检测电路260依据前置数据检测结果于频域检测电视信号中的前置数据是否存在一频率陷波，并产生一频率陷波检测结果(步骤S350)。详言之，频率陷波检测电路260依据前置数据检测结果可以得知目前的数据为前置数据或本体数据，并且只针对前置数据进行频率陷波检测，如此便不会因为本体数据的数据符号未携带数据而造成误判。当频率陷波检测结果指示目前接收的频段包含频率陷波，信号处理装置的控制电路(图未示)则立即发出控制信号控制调谐器210切换频段。后级电路270可包含解调变电路、解码器等，用来于数字域对电视信号进行解调变、解码等操作，以得到影音数据。详言之，后级电路270更可待频率陷波检测结果指示目前接收的频段不包含频率陷波之后才进行操作。控制电路可以由逻辑电路或是软件及/或固件实作。依据本发明，可以不需要后级电路的操作，直接透过前置数据检测电路250与频率陷波检测电路260检测出目前接收的频段是否包含频率陷波，若包含频率陷波则可以直接改变调谐器接收的频段，此种作法相较习知透过后级电路能否解析出前置数据来判断是否包含频率陷波将更有效率。此外由于后级电路270可待频率陷波检测结果指示目前接收的频段不包含频率陷波之后才进行操作，也进而节省了电力。图2的实施例中，频率陷波检测电路260系针对经频域同步电路240进行同步后的电视信号进行检测，然而实际上，因为频率陷波检测电路260操作时并不受电视信号是否已经经过同步处理的影响，所以在调谐器210未达稳定前(亦即调谐器210仍处于调整阶段)，频域同步电路240可以受控制电路的控制不执行信号同步，以节省时间及耗电。当调谐器210达稳定状态(亦即调谐器210已选定接收的频段)时，控制电路可以控制频域同步电路240开始进行同步处理，并且控制前置数据检测电路250及频率陷波检测电路260暂时关闭，以节省耗电。在另一实施例中，频率陷波检测电路260亦可直接针对经快速傅立叶变换电路230输出的频域的电视信号进行检测。
图4～6为包含频率陷波的前置符号的示意图，横轴代表子载波索引(bin index)，纵轴代表子载波大小(magnitude)。举例来说，假设每一个子载波的值例如以同相(in-phase)I及正交相(quadrature)Q表示，则子载波的大小为图4～6系以有线电视数字广播的电视系统为例，因此一个前置符号包含3408个子载波。如图4所示，B0代表子载波大小第一次超过一临界值的子载波索引。子载波索引B1与B2之间以及子载波索引B3与B4之间各包含一个频率陷波。其中，频率陷波的宽度(B2-B1+1或B4-B3+1)小于一第一默认值(例如48个子载波个数)者定义为窄带(narrowband)陷波，大于等于该第一默认值者定义为宽带(broadband)陷波。当一个前置符号包含两个以上的窄带陷波时(如图4所示)，电视接收端便无法解析该前置符号，此时控制电路便会控制调谐器210切换频段。图5的子载波索引B1与B5之间包含一个相对较宽的频率陷波，其可能是一个宽带陷波中存在一个干扰信号(子载波B3处)，或是两个距离过近的窄带陷波所造成。然而只要前置符号中包含一个宽带陷波，或频率陷波的等效宽度大于等于宽带陷波的宽度，则电视接收端便无法解析该前置符号，此时控制电路便会控制调谐器210切换频段。在图6中，前置符号的子载波大小在子载波索引未达到最大值3407之前便小于等于临界值(位于子载波索引B1处)，这代表前置符号的结尾可能存在频率陷波。因此当前置符号的有效宽度(可根据子载波索引B0及B1推算而得)小于一第二默认值时(例如3408-48个子载波个数)，即可判定该前置符号为无法解析的前置符号，此时控制电路便会控制调谐器210切换频段。图4～6仅列举三个会造成前置符号无法解析的频率陷波分布态样，然本发明的信号处理装置及信号处理方法所能检测者不以此三种态样为限。
图7系本发明的频率陷波检测电路260的一实施例的方块图。请同时参阅图8，其系图3的步骤S340的一实施例的流程图。频率陷波检测电路260包含子载波大小计算电路710、缓存器720、滤波电路730、检测器740以及临界值计算电路750。子载波大小计算电路710计算前置数据中的每一子载波的子载波大小，得到多个计算结果(步骤S810)。子载波大小计算电路710将该些计算结果暂存在缓存器720(步骤S820)。临界值计算电路750根据该些计算结果产生一临界值(步骤S830)。详言之，临界值计算电路750系将最大的计算结果乘上一默认值而得到该临界值。在一个实施例中，为了避免临界值太大而造成误判频率陷波，子载波大小计算电路710将计算结果与一个上限值做比较，如果计算结果超过该上限值，则将该上限值而非该计算结果存入缓存器720。滤波电路730依据暂存的该些计算结果产生多个滤波结果(步骤S840)。详言之，为了防止子载波大小变动过大而造成误判，所以先将该些计算结果滤波，以得到变动较小的滤波结果。在一个实施例中，滤波电路730系以移动平均(moving average)计算电路实作(亦即步骤S840依据移动平均计算方法进行滤波)。最后检测器740依据该些滤波结果及该临界值产生该频率陷波检测结果(步骤S850)。详言之，当滤波电路730每输出一个滤波结果，检测器740即将该滤波结果与临界值比对，以找出截断点(cutoff points，即图4～6的子载波索引B0、B1、…等)，再依据截断点判断频率陷波是否存在，亦即判断前置符号是否可以解析。因为移动平均计算电路包含一个缓存单元(假设储存L个计算结果，L为正整数)，所以滤波电路730的输出会有L个子载波的延迟。将该延迟纳入考虑，检测器740即可根据截断点找出频率陷波的边缘及前置符号的边缘所真正对应的子载波索引。以下以图4～6的三种态样为例，说明检测器740的判断截断点及频率陷波的机制。
在一个实施例中，检测器740依据滤波结果检测(1)前置符号的宽度；(2)频率陷波的宽度；及(3)频率陷波的个数，并依据此三项信息产生频率陷波检测结果。图9系检测器740的一实施例的功能方块图，检测器740包含计数器910、判断电路920以及缓存器930。图10为检测器740的检测方法的一实施方式的流程图。开始时判断电路920先清除缓存器930的暂存值(步骤S1005)。接着判断电路920持续比较滤波结果与临界值(步骤S1010)。当滤波结果大于等于临界值(此时为一个前置符号中的滤波结果第1次大于等于临界值)，判断电路920根据该滤波结果对应的子载波索引设定前置符号左缘索引(步骤S1015)，并将前置符号左缘索引存入缓存器930，此前置符号左缘索引将于稍后用来决定前置符号的宽度。接下来判断电路920判断滤波结果是否小于临界值(步骤S1020)，如果判断为否，则判断滤波结果是否已达前置符号的结尾(步骤S1025)，对有线电视数字广播的系统而言亦即判断子载波索引是否已达3407。判断电路920持续执行步骤S1020及S1025。对图4～6的情况而言，在前置符号结束前滤波结果小于临界值先发生(步骤S1020判断为是)，此时判断电路920根据子载波索引设定频率陷波左缘索引(步骤S1030)，详言之，对图4～6而言，判断电路920依据子载波索引B1设定频率陷波左缘索引，并将频率陷波左缘索引储存至缓存器930。
接下来计数器910持续判断前置符号的结尾及滤波结果大于等于临界值何者先发生(步骤S1035、S1040)。对图4及图5而言，前置符号结束前发生滤波结果大于等于临界值(发生于子载波索引B2处)(步骤S1040判断为是)，此时判断电路920控制计数器910开始计数(步骤S1045)。每当新的滤波结果进入检测器740，计数器910即将计数值加一。接着判断电路920判断计数器到达默认值(计数器910产生控制信号通知判断电路920)及滤波结果小于临界值何者先发生(步骤S1050、S1055)。就图4的情况而言，步骤S1050先判断为是，接着判断电路920根据子载波索引设定频率陷波右缘索引(步骤S1060)，并将频率陷波右缘索引存入缓存器930。就图5的情况而言，步骤S1055先判断为是(亦即B4-B2小于默认值)，接着判断电路920控制计数器910停止计数，并重置计数值(步骤S1065)。藉由计数器910的计数，检测器740便可排除图5的干扰信号而避免误判。步骤S1060完成后，判断电路920回到步骤S1020，以继续判断是否有其他频率陷波。继续图4的例子，判断电路920将于步骤S1030及步骤S1060分别依据子载波索引B3及B4设定另一频率陷波左缘索引及另一频率陷波右缘索引，并将其存入缓存器930。另一方面，在步骤S1065完成后，判断电路920回到步骤S1035，以继续判断是否已达前置符号的结尾。继续图5的例子，判断电路920接下来将于步骤S1060中依据子载波索引B5设定频率陷波右缘索引，并存入缓存器930。
在图4及图5的例子中，最后都将于步骤S1025判断前置符号已达结尾，此时判断电路920设定前置符号右缘索引为子载波索引的最大值(步骤S1070)，然后依据缓存器930的暂存值产生频率陷波检测结果(步骤S1075)，并且继续判断下一个前置符号(回到步骤S1005)。详言之，在步骤S1075中，判断电路920依据频率陷波左缘索引的值及个数、频率陷波右缘索引的值及个数、前置符号左缘索引以及前置符号右缘索引决定前述的前置符号的宽度、频率陷波的宽度以及频率陷波的个数，再据以产生频率陷波检测结果。
对图6的情况而言，判断电路920将执行步骤S1020、S1030、S1035、S1040，然后在步骤S1035中判断为是而后进入S1080。详言之，因为前置符号的结尾处存在频率陷波，所以实质上前置符号的右缘只到子载波索引B1附近，判断电路920便在步骤S1080中依据前一次的频率陷波左缘索引(在步骤S1030中依据子载波索引B1设定)设定前置符号右缘索引，并存入缓存器930。之后同样执行步骤S1075，以根据暂存值产生频率陷波检测结果。
请注意，因为在上述的实施例中，前置数据先经过滤波电路730滤波才进入检测器740，所以为了得到更正确的子载波索引，检测器740可以(1)在执行步骤S1015、S1030以及S1060时，将滤波电路730所造成的延迟列入考虑；或是(2)等到执行步骤S1075时再将滤波电路730所造成的延迟列入考虑。在其他的实施中，如果检测器740所据以判断的是未经滤波的前置数据，则无需进行上述的校正程序。
由于本技术领域具有通常知识者可藉由图2、图8及图9的装置发明的揭露内容来了解图3、图8及图10的方法发明的实施细节与变化，因此虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围须视本说明书的权利要求所界定者为准。

Claims (20)

1.一种电视接收端的信号处理装置，该电视接收端包含用来接收一电视信号的一调谐器，该电视信号包含一前置数据，该信号处理装置包含：
一模拟数字转换器，用来将该电视信号由模拟格式转换为数字格式；
一快速傅立叶变换电路，用来将数字格式的该电视信号转换至频域；
一前置数据检测电路，用来检测频域的该电视信号中的该前置数据以产生一前置数据检测结果；
一频率陷波检测电路，用来依据该前置数据检测结果检测频域的该电视信号中该前置数据的一频率陷波以产生一频率陷波检测结果；以及
一解码器，用来解码频域的该电视信号以产生一影音数据；
其中，该频率陷波检测结果系用以供该调谐器据以决定更换接收频段。
2.如权利要求1所述的电视接收端的信号处理装置，其特征在于，该解码器系依据该频率陷波检测结果指示该频率陷波不存在以进行解码。
3.如权利要求1所述的电视接收端的信号处理装置，其特征在于，该前置数据报含多个子载波，该频率陷波检测电路包含：
一第一计算电路，用来计算该些子载波的大小以产生多个计算结果；
一缓存器，用来暂存该些计算结果；
一第二计算电路，用来依据暂存的该些计算结果产生一临界值；
一滤波电路，用来依据暂存的该些计算结果产生多个滤波结果；以及
一检测器，用来依据该些滤波结果及该临界值产生该频率陷波检测结果。
4.如权利要求3所述的电视接收端的信号处理装置，其特征在于，该些计算结果分别为该些子载波的大小，且当该些计算结果中的一第一计算结果大于一第一默认值时，该第一计算电路以该第一默认值取代该第一计算结果。
5.如权利要求3所述的电视接收端的信号处理装置，其特征在于，该些计算结果分别为该些子载波的大小，且该临界值系为该些计算结果的最大值与一第二默认值的乘积。
6.如权利要求3所述的电视接收端的信号处理装置，其特征在于，该电视信号系为一正交分频多工信号，该些子载波系为复数形态，该些计算结果系分别为该些子载波的大小。
7.如权利要求3所述的电视接收端的信号处理装置，其特征在于，该检测器包含：
一判断电路，用来将该些滤波结果与该临界值做比较以产生该频率陷波检测结果；
其中，当该频率陷波的宽度大于一默认值，该调谐器依据该频率陷波检测结果更换接收频段。
8.如权利要求3所述的电视接收端的信号处理装置，其特征在于，该检测器包含：
一判断电路，用来将该些滤波结果与该临界值做比较以产生该频率陷波检测结果；
其中，当频率陷波的个数大于一默认值，该调谐器依据该频率陷波检测结果更换接收频段。
9.如权利要求3所述的电视接收端的信号处理装置，其特征在于，该滤波电路系为一移动平均计算电路。
10.如权利要求1所述的电视接收端的信号处理装置，其特征在于，该电视信号更包含一本体数据，该电视接收端的信号处理装置更包含：
一频域同步电路，耦接该快速傅立叶变换电路，用来对该频域的该电视信号的该前置数据与该本体数据进行同步处理。
11.一种电视接收端的信号处理方法，该电视接收端包含用来接收一电视信号的一调谐器，该电视信号包含一前置数据，该信号处理方法包含：
将该电视信号由模拟格式转换为数字格式；
将数字格式的该电视信号转换至频域；检测频域的该电视信号中的该前置数据以产生一前置数据检测结果；
依据该前置数据检测结果检测频域的该电视信号中该前置数据的一频率陷波以产生一频率陷波检测结果；以及
解码频域的该电视信号以产生一影音数据；
其中，该频率陷波检测结果系用以供该调谐器据以决定是否更换接收频段。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该解码频域的该电视信号以产生该影音数据的步骤系依据该频率陷波检测结果指示该频率陷波不存在来进行。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该前置数据报含多个子载波，该依据该前置数据检测结果检测频域的该电视信号中该前置数据的该频率陷波以产生该频率陷波检测结果的步骤包含：
计算该些子载波的大小以产生多个计算结果；
暂存该些计算结果；
依据暂存的该些计算结果产生一临界值；
依据暂存的该些计算结果产生多个滤波结果；以及
依据该些滤波结果及该临界值产生该频率陷波检测结果。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该些计算结果分别为该些子载波的大小，且当该些计算结果中的一第一计算结果大于一第一默认值时，该依据该些子载波以产生该些计算结果的步骤以该第一默认值取代该第一计算结果。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该些计算结果分别为该些子载波的大小，且该临界值系为该些计算结果的最大值与一第二默认值的乘积。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该电视信号系为一正交分频多工信号，该些子载波系为复数形态，该些计算结果系分别为该些子载波的大小。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该依据该些滤波结果及该临界值产生该频率陷波检测结果的步骤包含：
将该些滤波结果与该临界值做比较以产生该频率陷波检测结果；
其中，当该频率陷波的宽度大于一默认值，该调谐器依据该频率陷波检测结果更换接收频段。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该依据该些滤波结果及该临界值产生该频率陷波检测结果的步骤包含：
将该些滤波结果与该临界值做比较以产生该频率陷波检测结果；
其中，当频率陷波的个数大于一默认值，该调谐器依据该频率陷波检测结果更换接收频段。
19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该依据暂存的该些计算结果产生该些滤波结果的步骤系藉由一移动平均计算方法完成。
20.如权利要求11所述的方法，其特征在于，该电视信号更包含一本体数据，该方法更包含：
对该频域的该电视信号的该前置数据与该本体数据进行同步处理。
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