CN1988644A - 应用于atsc高清数字电视上的变频多级滤波方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法，采用若干根升余弦有限冲激响应滤波器和等波纹低通有限冲激响应滤波器级联的方法，对基带数字数据进行内插零后变频滤波升采样，最后得到中频数字数据。本发明提供的一种应用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法，在保证了系统升采样倍数不变和系统滤波器传输函数不变的情况下，使得数字滤波器的阶数极大的降低了，从而节省了大量的硬件资源。

Description

应用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法

技术领域

本发明涉及电子工程领域，进一步涉及一种应用于ATSC高清电视数字上的变频多级滤波方法。

背景技术

ATSC(Advanced Television Systems Committee，高级电视业务顾问委员会)是美国数字电视大联盟提出的一种高清数字电视技术。它采用了6M传输带宽，调制方式为8进制幅度残留边带调制方式。目前ATSC电视制式的基带信号带通调制方案采用图1的结构。基带信号通过数字调制的方法，调制到中频，中频数字信号通过数模变换为模拟信号，并最终被调制到指定的射频载波频率。中频频率是固定的一个频率，其频率为44MHz，采样频率为96.84MHz。

其中基带数字信号调制到中频信号的过程如图2所示。基带信号首先通过内插零的方法，将数据采样率提高到中频采样频率。由于内插零的作用会使得信号的频谱产生镜像频谱，从而产生混频现象，所以都会采用一个数字滤波器来完成带宽限制的功能。这个数字滤波器一般为根升余弦有限冲激响应滤波器，既用于滤除带宽为频谱分量，也用于实现波形成形。根升余弦有限冲激响应滤波器的阶数是与基带的采样频率和上变频后的采样频率之比有关的。在比例为9时，阶数会达到297阶，这样会耗损大量的硬件资源。

发明内容

本发明提供的一种应用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法，采用改进型级联数字有限冲激响应滤波器结构，在保证数字滤波器幅频特性的前提下，降低了数字有限冲激响应滤波器的阶数，节省了大量的硬件资源。

为了达到上述目的，本发明提供了一种应用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法，其包含以下步骤：

步骤1、将整个滤波器系统的系统升采样倍数表示成若干个质数的积，每一个质数就是一个升采样倍数，依次代表了一个升采样过程，所有质数构成一个质数集；

所述的系统升采样倍数为：整个滤波器系统的输入信号的采样频率与输出信号的采样频率的比例；

所述的升采样倍数为：数字信号在内插零后的采样频率与未内插零前的采样频率的比例；

步骤2、第一级变频滤波升采样过程；

步骤2.1、对输入的基带数字数据进行内插零的方法，得到基带插零数字数据；

步骤2.2、采用根升余弦有限冲激响应滤波器对步骤2.1得到的基带插零数字数据进行波形成形和镜像频谱滤波；

因为在同样的升采样倍数的情况下，根升余弦有限冲激响应滤波器的阶数比步骤3中的等波纹低通有限冲激响应滤波器的阶数明显高出很多，所以根升余弦有限冲激响应滤波器的升采样倍数采用步骤1中得到的质数集中的最小一个质数；

所述的根升余弦有限冲激响应滤波器的数学表达式为：

$x\left(n\right)=\sin c\left(\mathrm{\πn}\right)\frac{\cos \left(\mathrm{\π\βn}\right)}{1-4{\mathrm{\β}}^2{n}^2}$

其中，x(n)为一数字序列，就是滤波器的抽头系数，该序列的长度就是滤波器的阶数；

n为从1开始的自然数，其最大值为x(n)序列的长度值；

β为滚降系数，描述了滤波器频率传输幅度的衰减的速度，其值一般在0～1之间；

步骤3、后级变频滤波升采样过程；

所述的后级变频滤波升采样过程是利用若干级等波纹低通有限冲激响应滤波器进行滤波，最终得到中频数字数据，其中每一级滤波过程包含以下步骤：

步骤3.1、对上一级滤波器输出的升采样数据进行内插零的方法，得到基带插零数字数据；

步骤3.2、采用等波纹低通有限冲激响应滤波器对步骤3.1得到的基带插零数字数据进行波形成形和镜像频谱滤波；

上述步骤3中每一级等波纹低通有限冲激响应滤波器的升采样倍数逐一采用步骤1中得到的质数集去掉最小质数后剩下的若干质数。

本发明提供的一种应用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法，在保证了系统升采样倍数不变和系统滤波器传输函数不变的情况下，使得数字滤波器的阶数极大的降低了，从而节省了大量的硬件资源。

附图说明

图1是背景技术中目前ATSC电视制式的基带信号带通调制方案；

图2是背景技术中基带数字信号调制到中频数字信号的原理图；

图3是本发明提供的一种应用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法的原理图；

图4是本发明提供的一种应用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法的具体实施例的原理图。

具体实施方式

以下根据图3和图4，具体说明本发明的一种较佳实施方式：

如图3所示，本发明提供了一种应用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法，将采样频率为10.76MHz的基带信号，调制成采样频率为96.84MHz的中频信号，其包含以下步骤(如图4所示)：

步骤1、将整个滤波器系统的系统升采样倍数设定为9，分解为3×3这两个质数；

整个升采样过程就由两个级联滤波器来实现，第一级根升余弦有限冲激响应滤波器的升采样倍数为3，第二级等波纹有限冲激响应滤波器的升采样倍数为3；

步骤2、第一级变频滤波升采样过程，升采样倍数为3；

步骤2.1、对输入的基带数字数据进行内插零的方法，得到基带插零数字数据；

步骤2.2、采用根升余弦有限冲激响应滤波器对步骤2.1得到的基带插零数字数据进行波形成形和镜像频谱滤波，输出数据的采样频率为32.28MHz；

所述的根升余弦有限冲激响应滤波器的数学表达式为：

$x\left(n\right)=\sin c\left(\mathrm{\πn}\right)\frac{\cos \left(\mathrm{\π\βn}\right)}{1-4{\mathrm{\β}}^2{n}^2}$

其中，x(n)为一数字序列，就是滤波器的抽头系数，该序列的长度就是滤波器的阶数；

n为从1开始的自然数，其最大值为x(n)序列的长度值；

β为滚降系数，描述了滤波器频率传输幅度的衰减的速度，其值一般在0～1之间；

本实施例中采用数学演算工具Matlab^R自带的函数x＝rcosine(fd，fs，′fir/sqrt′，beta)可以自动生成抽头系数x(n)，其中，

fd为数字信号的通带频率点；

fs为采样频率值；

′fir/sqrt′描述该函数生成的x序列是根升余弦有限冲激响应滤波器的抽头系数；

beta为滚降系数；

依据升采样倍数为3，设fd＝1，fs＝3；依据ATSC标准，beta取值0.1152；

依据以上参数值，rcosine()函数自动生成的x(n)序列长度是97，即滤波器的阶数为97阶；

步骤3、第二级级变频滤波升采样过程；

步骤3.1、对第一级滤波器输出的升采样数据进行内插零的方法，得到基带插零数字数据；

步骤3.2、采用等波纹低通有限冲激响应滤波器对步骤3.1得到的基带插零数字数据进行波形成形和镜像频谱滤波，最终得到频率为96.84MHz的中频数字数据；

本实施例中采用数学演算工具Matlab^R自带的函数x＝remez(remezord(dbf，dba，dbdev，dbfs))自动生成等波纹数字低通有限冲激响应滤波器的抽头系数x(n)，其中，

dbf数组为通带阻带截至频率，表示为：[通带频率阻带频率]；

dba数组为幅度，表示为：[通带幅度 阻带幅度]；

dbfs为采样频率；

dbdev数组为幅度最大偏差值，表示为：[通带幅度偏差值阻带幅度偏差值]；

依据升采样倍数为3，设通带频率为10.76M，过渡带为10.76M到53.8M，采样频率为96.84M，即，

dbf＝[10.76 53.8]；

dba＝[1 0]；

dbf＝96.84；

dbdev＝[0.171 0.0031623]；

由上述参数生成的等波纹低通数字有限冲激响应滤波器的抽头系数序列长度为5，即等波纹数字低通有限冲激响应滤波器阶数为5阶。

本具体实施例中列举的系统升采样倍数为9的情况，若采用一级根升余弦有限冲激响应滤波器实现，Matlab^R自带的rcosine()函数显示其阶数达到297阶。而采用本发明中的级联滤波器结构来实现，第一级根升余弦有限冲激响应滤波器的阶数为97阶，第二级等波纹数字低通有限冲激响应滤波器的阶数为5阶，两级数字滤波器阶数之和为102阶，相比一级根升余弦有限冲激响应滤波器的297阶减少了195阶。

本发明提供的一种应用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法，在保证了系统升采样倍数不变和系统滤波器传输函数不变的情况下，使得数字滤波器的阶数极大的降低了，从而节省了大量的硬件资源。

Claims (4)

1.种应用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1、将整个滤波器系统的系统升采样倍数表示成若干个质数的积，每一个质数就是一个升采样倍数，依次代表了一个升采样过程，所有质数构成一个质数集；

所述的系统升采样倍数为：整个滤波器系统的输入信号的采样频率与输出信号的采样频率的比例；

所述的升采样倍数为：数字信号在内插零后的采样频率与未内插零前的采样频率的比例；

步骤2、第一级变频滤波升采样过程；

步骤2.1、对输入的基带数字数据进行内插零的方法，得到基带插零数字数据；

步骤2.2、采用根升余弦有限冲激响应滤波器对步骤2.1得到的基带插零数字数据进行波形成形和镜像频谱滤波；

所述根升余弦有限冲激响应滤波器的升采样倍数采用步骤1中得到的质数集中的最小一个质数；

步骤3、后级变频滤波升采样过程；

所述的后级变频滤波升采样过程是利用若干级等波纹低通有限冲激响应滤波器进行滤波，最终得到中频数字数据，其中每一级滤波过程包含以下步骤：

步骤3.1、对上一级滤波器输出的升采样数据进行内插零的方法，得到基带插零数字数据；

步骤3.2、采用等波纹低通有限冲激响应滤波器对步骤3.1得到的基带插零数字数据进行波形成形和镜像频谱滤波；

所述步骤3中每一级等波纹低通有限冲激响应滤波器的升采样倍数逐一采用步骤1中得到的质数集去掉最小质数后剩下的若干质数。

2.如权利要求1所述的用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法，其特征在于，所述的步骤2.2中，

所述的根升余弦有限冲激响应滤波器的数学表达式为：

$x\left(n\right)=\sin c\left(\mathrm{\πn}\right)\frac{\cos \left(\mathrm{\π\βn}\right)}{1-4{\mathrm{\β}}^2{n}^2}$

其中，x(n)为一数字序列，就是滤波器的抽头系数，该序列的长度就是滤波器的阶数；

n为从1开始的自然数，其最大值为x(n)序列的长度值；

β为滚降系数，描述了滤波器频率传输幅度的衰减的速度，其值一般在0～1之间。

3.如权利要求1所述的用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法，其特征在于，所述的步骤2.2，采用数学演算工具Matlab^R自带的函数x＝rcosine(fd，fs，′fir/sqrt′，beta)可以自动生成抽头系数x(n)，其中，

fd为数字信号的通带频率点；

fs为采样频率值；

′fir/sqrt′描述该函数生成的x序列是根升余弦有限冲激响应滤波器的抽头系数；

beta为滚降系数。

4.如权利要求1所述的用于ATSC高清数字电视上的变频多级滤波方法，其特征在于，所述的步骤3.2采用数学演算工具Matlab^R自带的函数x＝remez(remezord(dbf，dba，dbdev，dbfs))自动生成等波纹数字低通有限冲激响应滤波器的抽头系数x(n)，其中，

dbf数组为通带阻带截至频率，表示为：[通带频率阻带频率]；

dba数组为幅度，表示为：[通带幅度阻带幅度]；

dbfs为采样频率；

dbdev数组为幅度最大偏差值，表示为：[通带幅度偏差值阻带幅度偏差值]。