CN1135145A - 数字视频信号解码器中截尾误差的补偿 - Google Patents

Abstract

对于由数据截尾导致的偏置误差进行的补偿，通过将补偿值加到系统中已处理的数据上来完成，其中截尾级按预定的结构排列。多个补偿值可被选择和应用。适当值的选择由所给系统构成中所用的截尾级的数目和类型来确定。该补偿值可被预定或测量。

Description

数字视频信号解码器中截尾误差的补偿

本发明涉及数字信号处理领域，更具体地涉及数字滤波，它可用于电视信号解码器中。

当前的地面或卫星数字TV传送频道是频带高度受限。这就意味必须采用高级的调制技术来尽可能地限制带宽。在任何高级调制技术的使用中一个共同的因素是要在TV接收机解调过程中使噪声和频道失真最小。需要这样做的目的是确保精确的信号还原。为了使数字TV接收机中的频道失真最小常需要使用量化或去重影网络。这些网络经常采用包括数字算术乘法运算的数字滤波或其它信号处理。例如，长度‘m’比特的系数乘以长度‘n’此特的数据，以产生长度‘m＋n’比特的数据。在滤波网络中使用‘m＋n’比特宽的数据总线通常是不实际的和昂贵的。实际中，数据经常被截尾，因此，它只出现较少的比特，最低有效位被省略了。

可是，当数据值被截尾时，数据中被引入了平均截尾误差。该误差的平均值对于单个截尾线等于该截值的最低有效位(LSB)的一半。该截尾误差作为数据值的结果序列中的DC偏置出现，并与连续处理数据的截尾级数目成正比地增加。因此，在“Y”个截尾级之后，数据中最终的平均DC偏置成分(下面称为偏置误差)由下式给出：

偏置误差＝Y*LSB/2

其中LSB为截尾数字的最低有效位。

该结果假定一个恒定的数据比例贯穿于截尾级。如果在处理中截尾以不同的比例执行，则数据中的偏置误差要改变。那么偏置误差等于每级截尾误差的总和。可是，每级中的截尾误差于LSB/2乘以每级中合适的比例系数。

偏置误差正比于截尾级数目、假定的恒定比例意味着误差累计出现。那些完成重要的序列截数的系统，比如包含数字滤波器的电视接收机，对于误差积累是很敏感的。误差积累减少了接收机的信噪比，这导致接收机工作的降级。

按照本发明原理的装置，可取得用有效成本来避免由截尾引入的偏置误差而导致的信号降级。该装置也避免了每次截尾数据时的复杂性、困难性和完成一周期操作的成本。另外，该装置特别有利于消费产品，比如先进和高清晰度电视接收机及相关系统。

按照本发明的装置对在数字信号处理中引入的误差进行补偿。本发明人认识到对一个或多个截尾导致的数据偏置误差的补偿可通过在处理的数据中加入补偿值来达到。在一个公开的实施例中，该装置用一个控制网络来提供DC偏置补偿值加到处理的数据中以完成补偿。

可选择和提供多于一个的补偿值。这比如可出现在截尾级是可选择的参数系统中。因此所用的补偿值按照选择的系统参数来选择。

要用的补偿值可从该系统中出现的截尾数目和类型的知识中预定或测量出来。

图1为包括采用本发明原理的数字滤波器的方框图。

图2显示了按照本发明、用于测量处理的数据中截尾导致的偏置误差的装置。

图3为包括采用本发明原理的量化器的先进电视接收机的部分方框图。

图1显示了该类型的一种数字处理系统，它可用于先进电视接收机中的量化功能。传输的电视信号由将结合图3描述的输入处理器10接收放处理。由处理器10输出的数字视频数据然后由数字信号滤波器20滤波。滤波器20包含多个部分，每个部分包括一个乘法器(22)、加法器(24)和延迟线(26)，其形式为有限脉冲响应(FIR)滤波器。截尾可出现在滤波器20的每个乘法器单元中。

长度m比特的复数或实际滤波系数(CN…CN2，CN1)乘以长度n比特的数据，以在每个乘法器的输出端产生长度m＋n比特。在滤波器中使用m＋n比特宽的数据总线通常是不实际的和昂贵的。实际中，数据经常被截尾，因此它可较少的比特出现，最不重要的比特被省略，以产生截尾的数据。

可是，如果一序列的数据值被截尾，该数据中将导入平均截尾误差。该误差的平均值对于单一截尾级等于截值的最不重要比特(LSB)的一半。该平均值的导入是因为截尾误差出现在每个级的机会是随机的，其概率在零和一个截尾值的LSB之间。因此，每级的截尾误差的平均值为LSB的一半。该截尾误差作为序列数据值的DC偏置在截尾之后出现，并与连续处理数据的截级的数目成正比地增加。例如，在“Y”个截尾级之后，在该数据中最终的平均DC偏置(偏置误差)由下式给出：

偏置误差＝Y*LSB/2

其中LSB为该截尾数的最低有效位。

该结果假定一个恒定的数据比例贯穿截尾级。即在每个截尾级中所出现的截尾二进制数的LSB是相同的。不同于恒定的数据比例，比如采用位移以用系数2、4、8…等等来乘或除以该数据来获得。因此该截尾的二进制数的LSB可在每个截尾级中代表不同的值。在该例子中，该截尾的二进制数的LSB将有系数2、4、8等等的不同值。因此，如果在处理中截尾以不同的比例完成，则数据中偏置误差是被改动的。在数据比例不恒定的地方，偏置误差等于每级截尾误差的总和。可是，每级的截尾误差等于LSB/2的截尾误差乘以每级的适当比例系数。在具体的截尾级中的该适当的比例系数是这样的系数，即在该级中的数据相对于常规(非比例)数据用该系数来乘。在最后的例子中，在具体截级中的该适当比例系数应该是2、4、8、等等，用于乘/除与非比例数据相关的该数据。

在备用状态滤波器20的滤波数据输出包含输入数据的总和以及各个恒定系数(CN…C2、C1)。因此，从滤波器20输出数据包括每个乘法级的截尾误差的总和。由此，滤波器20的偏置误差为截尾误差累计的结果，并正比于截尾级，假定在每个截尾级数据的比例是恒定的。

发明人已经认识到在滤波器20的输出0数据中补偿该偏置误差可通过在处理的数据上加入补偿值来达到。而且，由于需要补偿的偏置误差相对于滤波器20的系数和在滤波器20-中处理的数据为时间恒定的DC信号，偏置误差的补偿可通过将DC偏置补偿值(下面称为补偿值)加到靠近滤波器20中的输入端的加法单元的其它不用输入端程成，否则，该值的加进应该在滤波器20其之外完成。在这种情况，应该安排外部的加法电路，以使该补偿值加到滤波器20的输入或输出数据中。

在滤波器20内加进的补偿值由存贮器40例如寄存器提供。存贮器40也可是RAM或具有读和写地址能力的任何其它存贮装置。在一个实施例中，补偿值可从滤波器20中出现的截尾的数目和类型的知识来预定。例如，假定滤波器20包括Y个截尾级并在每个截尾中使用恒定的数据比例，在输出数据中的偏置误差(Y*LSB/2)以负形式被存贮在存贮器40中，以提供补偿值。该补偿值通过输入加法器24n加到处理的数据上，以取得补偿。该补偿值也可在相加点和滤波输出之间的、已知增益关系的任何点加到处理数据通道中。在图1中，该相加点，在加法器24n中，具有相对于滤波器输出恒定的单元增益，在处理中具有恒定的数据比例。

补偿值的幅度取决于滤波器20截尾级的数目和比例。其中，不同的截尾级具有不同的滤波参数是可能的，如图1，就需要不同的DC偏置补偿值。在这种情况，例如，数据装载器和滤波网络50确定滤波级数和用于滤波器20的系数值。为此，网络50产生一个控制信号，根据系统参数信号来确定滤波器20的参数。控制网络50最好是可编程的微处理器，它提供控制信号作为离散二进制逻辑电平输出。控制信号使得滤波器20展现两个不同的滤波器参数，例如它们不同之处在于滤波器抽头数和相关的滤波器系数(CN…CN2，CN1)。每个滤波器抽头部分包括加法器(24)、延迟线(26)和法器单元以及输入到乘法器单元的相关系数输入端。

滤波器20的参数之间的转换可由复用装置来完成。按照控制信号的逻辑电平，复用器对预定的滤波器20的部分旁通，将输入信号从某些滤波器20的部分引开并将这些回引的信号加到其它滤波器20部分的输入端。复用器也响应控制信号以将不同的系数值(CN…C2，C1)从存贮器(未示出)引到滤波器20的所需的乘法器。以这种方式，单个复用器转换的信号引导就可取得不同滤波器参数。因为两个可选择的滤波器参数是所包括的乘法器数目不同，该系数不同也在于它们截尾级数不同。这意味着对于每个参数需要不同的补偿值。

控制网络50通过控制信号确定滤波器20的参数，还用与滤波器20参数兼容的补偿值装载存贮器40。控制网络50按照系统参数信号来完成这些功能，系统参数信号可以二进制逻辑电平输入信号形式从编程的外部微处理器(未示)提供到控制网络。该系统参数信号本身可被确定，例如，通过传感输入信号到滤波器20的调制方式。这种调制可以包括各种脉冲幅度调制(PAM)，它以包括正交幅度调制(QAM)，以及残留边带调制VSB)和正交相移键控(QPSK)。该系统参数信号还可通过装置中出现的频道失真来确定。

控制网络50从存贮器60读取与选择的滤波器20参数相关的适当的补偿值，然后将该值装入到存贮器40中。存贮器60能存贮多于一个的补偿值，它比如可以是控制网络50中与微处理器相关的RAM。在该例子中，按照系统参数信号的二进制(两个电平)状态来提供两个不同的补偿值。每个值分别与选择的滤波器20参数相关。

滤波器20所滤波的、误差补偿的输出由输出处理器30处理，它可将多个功能合在一起。对于数字电视接机而言，这些功能可包括下面将结合图3描述的解扰和解码功能。

尽管图1的优选实施例显示了补偿多个滤波参数的方法，简单的实施也是可能的。当只有一个预定的滤波器参数时，单个预定的补值被存贮在存贮器40中，但需要控制网络50和存贮器60。图1中其它单元和其相关的功能与前述的一样。

当补偿值接近时，图1实施例的另一个改型可用于由功能而不是由截尾级导致的DC偏移的补偿。例如，引起LSB/4或2LSB的功能块应该用上述的方法通过加入-LSB/4和-2LSB值来补偿。

图2显示了本发明的另一了实施例。在图2中，DC偏置补偿值是由测量来得到。在图1中则相反，DC偏置补偿值是从系统参数的知识来预定，具体地是从信号处理中出现的截尾数目和类型来预定。图2包括图1所没有的偏置误差测量网络95。可是输入处理器10、滤波器20、输出处理器30和存贮器40与图1中的网络标号是类似的。

在图2中，与图1中的实施例一样，来自输入处理器10的数字视频数据由数字信号滤波器20滤波。滤波器20的滤波输出由输出处理器30进一步处理。可是，在图2中，滤波器20的输出信号也通向测量网络95。这就保证了网络95测量滤波器20输出信号中的偏置误差。网络95也产生偏置误差的负值并将该值作为补偿值存贮在存贮器40中。该补偿的值被加到滤波器20中的数据上，以便以图1实施例所述的方式提供补偿。

在测量偏置误差之前，存贮在存贮器40中的补偿值首先被置为零。这就确保了要测量的偏置误差不受存贮器40中先前存贮的补偿值的影响。如果该滤波的输出数据本身包括DC成分，那么补偿值可被设置为该期望的DC成分的负值。然后滤波器20的输出只包括由滤波器20处理产生的偏置误差。这将确保只有由滤波器20产生的DC成分被测量，这是所希望的。该初始化过程根据图2所示的存贮复位信号来完成。该复位信号由控制网络比如编程的微处理器(未示)根据电源系统复位来提供。补偿值的输出可只按复位信号的出现而提供。否则补偿值可按照需要基于周期的测量来提供。

接下来，包括偏置误差的滤波器20的输出信号由网络95低通滤波，以提供接近偏置误差的DC值。低通滤波的信号然后被取样，以提供测量的偏置误差。取样是在测量开始之后充足的时间所成的，以确保取样值很高稳定性和精确性。取样的时间由定时信号确定，如图2所示。定时信号由控制网络比如编程的微处理器(未示)按照电源情况来提供，并可从复位信号中产生。在这种情况，定时信号可由微处理器在复位信号出现之后的一个编程时间延迟时提供。其它得到测量的偏置误差的方法也是可能的。例如，采用编程的微处理器来计算数据的偏置误差。该计算包含数据值的足够大序列的算术平均的求取，以接近数据的DC偏置值。网络95然后产生测量偏置误差的负值并将该值作为补偿值存贮在存贮器40中。最后，补偿值被滤波器20加到处理的数据上，以便以图1中所述的方式来补偿。

所述对截尾误差的补偿方法在量化脉冲幅度调制(PAM)信号比如正交幅度调制(QAM)信号时具有特别的优点。众所周知这种信号由在实例时图象面上按网格状排列的符号点构成。图3体现了这种类型的量化器，下面将要讨论。用所述方法对截尾进行的补偿减少了与各个结构点相关的随机轨道误差。

图3是先进电视接收机的部分方框图，它包括量化网络120，它可采用按照本发明原理的滤波。被发射的电视信号比如QAM信号由天线110接收，然后被加到输入处理器115。输入处理器115典型地包括调谐器和IF级，用于将接收的信号下变掀到低频段。它还可包括自动增益控制、滤波和定时时钟恢复网络。这些功能是已知的并已在参考文献Digital Communication，Lee和Messerschmidt (Kluwer academic press，Boston，MA，USA，1988)中描述。

来自单元115的输出信号由单元118解制，以从调制的输入信号中恢复基带数据。该解调的输出数据然后被量化器120量化和数字滤波。其目的是要补偿在数据频道中的失真以及减少噪声和干扰。在单元120的数字滤波法单元中和在其它处理级的处理过程中，数据被截尾。DC偏置补偿按照图1所述本发明的原理被加到量化单元120。图3所示单元的其它系统构成也是可能的。例如，系统构成可将量化单元位于解调器之前。

从单元120输出的解调的、量化的和DC偏置补偿的数据通过解码器125解码，它比如是Reed-Solomon解码器。来自单元125的校正的数据包然后被加到传送处理器130，它检查每个数据包的开头以识别音频和视频数据。传送处理器130将音频和视频输出信号送到单元135中适当的解码器。来自单元135的音频和视频信号分别加到音频处理器145和电视视频处理器140。处理器145和140以适于单元150重现的方式对该音频和视频信号进行格式化。

尽管本发明已经在先进电视视频信号处理系统中进行了描述，应该理解到本发明的原理一般可应于有截尾出现的数字信号处理。类似地，当应用于电视接收机时，DC偏置补偿并不限制于量化功能，而是可应于电视接收机中的其它功能，比如解制。另外，图1的存贮器60可存贮几个补偿值，如果需要对几个不同滤波参数进行补偿的话。

Claims (3)

1.一种包括数字信号处理网络(20)的系统，具有多个数据截尾级的信号通道，以处理输入信号，所说截尾级的每个都会出现DC偏置截尾误差，装置的特征在于：

用于按照累计DC偏置截尾误差(误差)函数产生DC偏置补偿值的装置，累计DC偏置截尾误差的幅度是所说截尾数数目的函数；和

用于将所说DC偏置补偿值加到所说信号通道的装置(24)。

2.按照权利要求1的装置，进一步的特征在于所说产生装置包括第一存贮器(40)，用于存贮所说DC偏置补偿值；以及控制网络(50)，用于按照系统参数控制信号提供多个预定补偿值中的一个到所说第一存贮器。

3.按照权利要求2的装置，进一步的特征在于：

所说产生装置还包括

第二个存贮器(60)，用于存贮所说多个预定补偿值；以及其中

控制网络按照所说控制信号将所说多个预定补偿值中选择的一个从所说第二存贮器送到第一存贮器。

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