CN85108684A - 在调频电视系统中利用基带信号提高信噪比 - Google Patents

Abstract

亮度信息和色度信息角度调制的调频电视信号中，出现在相隔一行周期的两象点之间存在亮度相关性。控制可调谐带通虑波器的通带对准输入电视信号的瞬时频率，控制信号利用此高度的相关性而产生。对NTSC制系统，亮度信息经一行周期(美国63.5微秒)的延迟后与经适当延迟的色度信息来合成，构成滤波器的控制信号。对MAC制系统，经一行延迟后的亮度信息和经两行延迟后的色度信息交替送往滤波器作为控制信号。通过控制滤波器的通带对准输入信号，可在最小噪声的条件下获得最大信号，从而提高彩色电视系统的信噪比。

Description

本发明涉及在接收相关信号的无线电接收机中改善信噪比方面的问题，特别是在接收利用周期信息角度调制信号的无线接收机中改善噪比方面的问题。在最佳实施方案中，这种信号为利用行扫描图象信息和场扫描图象信息调频的电视信号。

在美国，彩色电视广布系统是按照美国全国电视系统委员会（NTSC）的标准构成的。该标准要求把图象信息分为两个分量，亮度分量（辉度）和色度分量（彩色）。图1是幅度-频率曲线图，该图以简化的形式描绘了典型的NTSC制彩色全电视信号的一个水平行。这一全电视信号110包括亮度信号112和色度信号114。亮度信号112和色度信号114两者共同占据着6MHZ的标称带宽，其中图象载波116位于频带低端以上的1.25MHZ处。亮度信号直接调制于这一图象载波上面。彩色副载波118位于图象载波116以上的3.579545MHZ处，色度信息调制于副载波118上面。（伴音信息以幅度调制于靠近频带上边缘的另一付载波120上面）。

由于使用固态技术能够获得廉价的视频存储器，NTSC制频域多路复用的各种方案现在在经济上才能是可行的。这对包括12GHZ频段上大功率卫星直播业务在内的各种新的广播业务的创建，尤为适时。由此，以电视信号的各模拟分量的时分多路复用为基础，设计一种新的传输制式，以取代基于彩色付载波的系统，在技术上和经济上都是可行的。这种新的传输制式通常被称为多路复用的模拟分量（MAC）。

在MAC制式中，视频信号每一行的亮度分量和色度分量经过时间压缩，以便顺序地传输指定行的亮度分量和色度分量。这一方案免除了彩色付载波，同时消除了视频信号分量间的串话和交调。图2是幅度-时间曲线图，该图描绘了典型MAC制彩色全电视信号的一个水平行。图中示出了持续时间为63.5微秒的一行视频信号。此持续时间为美国标准的行时间长度。水平消隐期（HBI）222的时间长度一般为10.9微秒，在此期间不传输图象信息。在水平消隐期之后是色度信号224和亮度信号228，这两个信号都可以是经时间压缩的。在色度信号224和亮度信号228之间为0.28微秒的保护带226，以防止两信号分量之间的相互串扰。

为获得图2所示的MAC制彩色电视信号，可首先产生传统的亮度信号和色度信号（就象在为得到传统的NTSC制或其它制式的彩色全电视信号所要做的那样），而后对亮度信号和色度信号分别采样和存贮。对亮度分量以亮度采样频率采样，并存储于亮度存储器中，而对色度分量以色度采样频率采样，并存储于色度存储器中。此后，可对亮度采样或色度采样实施时间压缩（其方法为将亮度样本和色度样本以其各自的采样频率写入存储器，并以较高的频率从存储器中读出）。多路转换器在视频行正程的适当时间上分别选择读出亮度存储器或色度存储器。这样就产生了图2所示的MAC制信号。如果需要的话，伴音采样可以在水平消隐期期间传输，并且按照视频采样同样的方式进行多路复用（也可经过时间压缩）。

在接收机处，利用同步于发射机中多路复用转换器的多路信号分离器，把MAC制信号分离成为它的各种分量。通常，使用一微处理器产生选择信号，选择一个亮度存储器或色度存储器以写入输入信号。此后，如果需要的话，把所存储的亮度采样值和色度采样值从它们的存储器中，比写入更慢地读出以解除时间压缩。MAC制信号的多路复用和多路分离过程是众所周知的技术。

通常，亮度分量与色度分量并不是在每一瞬时都要占据指定给电视信号的整个6MHZ带宽，实际上其频率是在6MHZ频带内随机变化的，并且无论在NTSC制式下传输还是在MAC制式下传输情况都是如此。由于这个原因，通过使用可调谐的带通滤波器取代固定频率的滤波器，就能进一步降低噪声，使噪声低于一般装有限幅器、固定频率的带通滤波器和鉴频器的电视接收机所达到的噪声水平。用来调谐滤波器的调谐信号是从鉴频器输出的信号中分离出来的，并把它反馈到调谐滤波器，使之调谐于对准输入信号的中心频率，以求在最小量的噪声下获取最大量的信息。

目前已设计出了多种用于这一目的的反馈系统。一个典型的系统是克莱顿在美国专利第4101837号中所展示的系统，该专利与本申请已转让给了同一受让人。克莱顿介绍了一种带有限幅器和电压调谐带通滤波器的电路，其中电压调谐的带通滤波器与限幅器具有反馈关系。滤波器调谐于中频输入信号（IF）的中心频率。限幅器在强输入信号的情况下起着普通幅度限幅器的作用，而在弱输入信号的情况下起窄带滤波器的作用。（尽管克莱顿所展示的鉴频器输入取自限幅器的输出端，而本申请在图3和图4所展示的鉴频器输入取自可调谐滤波器的输出端，但两个限幅反馈环-限幅器和可调谐滤波器-都是等效的）

克莱顿试图解决的问题涉及到与主反馈环路（从鉴频器到电压调谐的滤波器）中的电抗有关的不可避免的延迟。在那些延迟相当于半信号周期偶数倍（即360°）的频率点处，该反馈为正反馈，并趋向于将滤波器调谐到信号的瞬时频率。但在延迟相当于半信号周期奇数倍（即180°）的频率点处，反馈趋向于将滤波器调谐到偏离所需要的频率。克莱顿通过在色度付载波频率处-“对信号质量最重要的频率”（22-23页第2项、第11项）-将延迟调整到360°来解决这个问题，并使用陷波滤波器抑制那些延迟约为180°的频率。

然而，我已发现先有技术存在的一个问题在于，在3.58MHZ频率处出现的相互偏离360°的象点未必是高度相关的。在3.58MHZ的随意频率上，某一指定象点与出现在该象点之前或之后360°的象点可能几乎无关。因此，为了预测目前象点的瞬时频率，由前一象点所产生的控制信号也会与相应于目前象点的实际瞬时频率几乎无关。另一方面，无论实际画面被转换为NTSC制进行传输，还是转换为MAC制进行传输，只要是它被扫描成相邻的平行的场（行扫描和场扫描）那么从一行上的某一象点到下一行的相应象点，或下一场中、或下一帧中的相应象点间的变化量非常微小，因为实际画面本身是连续的。所以，电视信号在周期的基础上是高度相关的，这个周期可能是行、场或（在隔行扫描的情况下）帧。在美国，一帧包含525行并分为两个交替场扫描，每一场包含262.5行。此外，由于克莱顿的陷波滤波器会衰减大量的亮度信息，所以使整个输入信息未被充分利用，因而也会造成控制的准确性不如利用全部亮度信息所达到的准确性。

本发明的一个目的在于在无线电接收机中改善信噪比。

本发明的另一个目的在于控制一个可调谐的滤波器，以便衰减最大量噪声和最小量的有用信号。

本发明的进一步目的在于确定输入信号所占据的瞬时频带，并将可调谐的带通滤波器调谐到所确定的频带。

本发明的更进一步目的还在于预测输入信号所占据的瞬时频带，其中信号的瞬时频率与输入信号瞬时频率前、后数个整数周期高度相关，并将可调谐的带通滤波器的通带调谐到所预测的频带。

本发明的目的还在于通过充分利用全部亮度信息，更准确地预测电视信号的瞬时频率。

更具体地说，本发明的目的在于在输入信号为NTSC制电视信号的系统中实现前述目的。

此外，本发明的目地在于在输入信号为MAC制电视信号的系统中实现前述目的。

本发明利用各周期性信号之间存在有高度相关性的事实，在前一周期出现的信号的瞬时频率基础上，预测给定信号的瞬时频率。把从实际画面中分离出来的被行扫描和场扫描出的亮度信息和色度信息与电视信号进行角度调制所得到的电视信号是与行或场的各个周期是高度相关的。

电视接收机系统包括限幅器、可调谐的带通滤波器以及鉴频器。如果电视接收机接收整个6MHZ的电视频带，那么在信号中将包含大量噪声。减少噪声从而改善信噪比的途径之一是减小滤波器带宽，同时使滤波器的通带中心始终对准输入信号的瞬时频率，以便接收机只获取电视信号。

为了通过预测确定输入信号的瞬时频带，并且将系统的带通滤波器调谐到这一确定的频带，就应用了一个反馈系统，该系统将包含于视频信号中的亮度信息延迟一个行周期。在NTSC制系统中，亮度分量和色度分量同时出现，色度信息可以毫无延迟地加于亮度信息，或者可以延迟一个附加行（总共两行）后，加于亮度信息，以形成加到调谐滤波器的调谐信号。（如果使用了充分延迟的色度信号，那么附加延迟是必需的，这是因为NTSC制彩色信号的连续行间的相位相差180°）。在MAC制系统中，亮度分量和色度分量出现在不同的时间，此时每一分量经过适当的延迟后，独立地作为调谐信号，作用于电压调谐的带通滤波器。此外，为了更准确地预测电视信号的瞬时频率，本系统充分地利用了全部亮度信息。

图1是幅度-频率曲线图，该图以简化的形式描绘了典型的NTSC制彩色全电视信号的一个水平行。

图2是幅度-时间曲线图，该图描绘了典型的MAC制彩色全电视信号的一个水平行。

图3为当输入信号是NTSC制电视信号的情况时，本发明最佳实施例的方框图。

图4为输入信号是MAC制电视信号的情况下，本发明最佳实施例的方框图。

现在借助于图3，讨论当输入信号为NTSC制全电视信号的情况下，本发明的最佳实施例。NTSC制输入信号310被输入到相加连接点312，在此连接点，输入信号310被加上来自限幅器反馈环的反馈信号314。把合成信号316输入限幅器318。在限幅器318中，所有合成信号的幅度超过某一预定幅值的部分都将被限幅到某预定的幅值。此外，限幅器还阻止调频噪音通道（调频噪音包括暂态信号分量、寄生信号分量、大偏差信号分量）。当输入信号310中出现调频噪音时，经过上述方式的限幅后，限幅器带宽缩小，使得只有反馈信号314能够通过限幅器而进入电压调谐的带通滤波器320。这类限幅器在技术上是众所周知的。其中之一是小克莱顿等人在美国专利第4101837号中所展示的滤波器，这里引入做为参考。

电压调谐的带通滤波器320滤出来自限幅器318、经限幅后的信号频带。滤波器通过现在所讨论的主反馈环路，被调谐于前一行出现的输入信号310的瞬时频带。

滤波器320的输出为幅度恒定的调频信号。这一幅度恒定的调频信号被输入到标准鉴频器322，该鉴频器将输入信号的频率偏移转换为输出信号的电压变化。

输出信号324被输入到色度滤波器326，该滤波器仅输出视频信号的色度部分。色度滤波器的作用还包括半个周期的延迟，使得从色度滤波器输出的色度信息与310线上的输入色度信息同相。

信号324还经去加重网络328以去除加重，这一去除加重后的信号被输入修平滤波器330，其输出信号又输入亮度滤波器334。修率滤波器330的输出信号是NTSC制的视频信号332，并且是以适合于送入传统的彩色电视接收机的基带电路的形式进行处理和显示。亮度滤波器334通过信号332的亮度部分，滤除其彩色（色度）部分。网络328和滤波器330以及滤波器334均为通用电路，其工作过程和设计方法均为技术熟练人员所共知。

滤波器334的输出信号经延迟线336延迟一个行周期（63.5微秒）。延迟线可以是任何能够产生63.5微秒延迟的通用延迟装置，电荷耦合（CCD）寄存器最为理想。

经延迟一行后的亮度分量和当前的色度分量（此色度分量经延迟其3.58MHZ付载波的半个周期，以补偿前面的延迟）由相加器338合成，并形成电压调谐带通滤波器的调谐信号340。

由于任一指定象点与前一行、前一场以至前一帧的对应象点之间具有高度的相关性，因此延迟线336能够调整到相应于这些周期的任意一个周期或相应于这些周期的整数倍。然而，最佳实施例直接校准于一个水平行（63.5微秒）的延迟周期。

现在借助于图4，讨论当输入信号为MAC制电视信号时的本发明最佳实施例。MAC制输入信号410被输入相加连接点412。在相加连接点，输入信号被叠加于来自限幅器反馈环路的反馈信号414。合成信号416被输入限幅器318，限幅器将信号416限幅到预定的幅值。这一限幅后的信号被送入电压调谐的带通滤波器320，该滤波器的输出端连接于鉴频器322的输入端。由于限幅器318、电压调谐的带通滤波器320和鉴频器322已经参照图3做了详细讨论，并且这些器件都是通用器件，已为技术熟练人员所共知，因此这里就不再进行详细讨论了。

鉴频器322的输出信号424被输入到去加重网络328，去加重网络的输出信号被输入修平滤波器330。修平网络330的输出为MAC制视频输出信号432，该信号适合于送入MAC制彩色电视接收机的基带电路，以进行处理和显示。去加重网络328和修平滤波器330与参照图3所讨论的相应电路完全相同。

信号432被输入延迟线336a，在此延迟线中信号被延迟63.5微秒。此后信号又被输入第二个延迟线336b，同样被延迟63.5微秒。两延迟线336a和336b与参照图3所讨论的延迟线336完全相同。经一行延迟后的信号对应于亮度信息，而经两行延迟后的信号对应于色度信息。多路分离器442确定在控制信号444的控制下，滤波器320所要对准的是色度信号的瞬时频率还是亮度信号的瞬时频率。多路分离器442由来自MAC信号处理器的亮度/色度选择信号440控制。然而，在延迟后的亮度信息和色度信息能够用于控制滤波器前，还必须经其各自的预加重网络438a或438b分别进行预加重，以补偿去加重网络328。

由于图象信息的相继行与行之间、场与场之间以及帧与帧之间的高度相关性，因此延迟线336a和336b能够校准到对应上述周期或该周期的任意整数倍。

Claims (12)

1、用于改善利用行扫描和场扫描过的亮度信息对电视信号进行角度调制过的电视信号信噪比的装置，其特征在于，上述装置包括：

接收电视信号的限幅器，用于将电视信号的幅度限幅到预定值；

电压调谐的带通滤波器，其中心频率可由调谐信号调谐，用于对来自所说限幅器的信号滤波；

鉴频器，用于解调滤波后的信号；

反馈装置，用于向上述电压调谐的带通滤波器提供解调后的亮度信息，作为调谐信号，上述反馈装置包括延迟器，用于将亮度信息延迟一行。

2、依照权项1的装置，其特征在于，调谐信号几乎包含全部解调后的亮度信息。

3、依照权项1的装置，其特征在于，电视信号进一步经行扫描和场扫描的色度信息进行角度调制，并且在所说反馈装置中进一步包括用于合成经一行延迟后的亮度信息和色度信息的装置。

4、用于改善电视信号信噪比的装置，其中电视信号经行扫描和场扫描的亮度信息和色度信息进行角度调制构成，其特征在于，所说装置包括：

接收电视信号的限幅器，用于将电视信号的振幅限幅到指定值;

电压调谐的带通滤波器，其中心频率可由调谐信号调谐，用于对来自上述限幅器的信号滤波;

鉴频器，用于解调滤波后的信号;

反馈装置，包括：

第一延迟器，用于将亮度信息延迟一行，

第二延迟器，用于将色度信息延迟两行，

可控转换开关装置，用于有选择地将延迟一行后的亮度信号或延迟两行后的色度信号送往上述电压调谐的带通滤波器，作为调谐信号。

5、依照权项4的装置，其特征在于，所说装置进一步包括：

用于产生控制信号的装置，此控制信号送往上述的可控转换装置。

6、利用调谐信号调谐可调滤波器，使其对准利用行扫描和场扫描过的亮度信息对电视信号进行角度调制后的电视信号所占据的瞬时频带的方法，其特征在于，上述方法包括：

利用上述可调谐的滤波器对限幅后的信号进行滤波，其中心频率可由调谐信号控制;

解调经滤波后的信号;

将解调后的信号延迟大体上相当于一个行周期，产生调谐信号;

将调谐信号送往上述可调谐的滤波器，使能够根据出现在前一行周期的输入信号的瞬时中心频率之前，调整所说滤波器的中心频率。

7、利用调谐信号调谐可调滤波器，使其对准经前一行扫描和场扫描的亮度和色度信息角度调制的电视信号所占据的瞬时频带的方法，其特征在于，上述方法包括：

利用上述可调谐的滤波器对限幅后的信号滤波，其中心频率可由调谐信号控制;

解调滤波后的信号;

将解调后的信号延迟实际上相当于一个行周期，产生经延迟一行后的信号;

将经延迟一行后的信号延迟实际上相应于一个行周期，产生经延迟两行后的信号;

交替地将经延迟一行后的信号和经延迟两行后的信号送往上述可调谐滤波器，使能够根据交替地出现于前一行周期和前两行周期的输入信号的瞬时中心频率，调整上述滤波器的中心频率。

8、用于改善经行扫描和场扫描的亮度信息角度调制的电视信号信噪比的装置，其特征在于，上述装置包括：

电压调谐20带通滤波器，其中心频率可由调谐信号调谐，对限幅后的信号滤波;

鉴频器，用于解调滤波后的信号;

反馈装置，用于向上述电压调谐的带通滤波器提供解调后的亮度信息，作为调谐信号，上述反馈装置包括延迟器，用于将亮度信息延迟一行。

9、依照权项8的装置，其特征在于，调谐信号实际上包含全部解调后的亮度信息。

10、依照权项8的装置，其特征在于，电视信号进一步经行扫描和场扫描的色度信息进行角度调制，并且上述反馈装置进一步包括用于合成经延迟一行后的亮度信息和色度信息的装置。

11、用于改善经行扫描和场扫描的亮度信息和色度信息角度调制的电视信号信噪比的装置，其特征在于，上述装置包括：

电压调谐的带通滤波器，其中心频率可由调谐信号调谐，用于对限幅后的信号滤波;

鉴频器，用于解调滤波后的信号;

反馈装置，包括：

第一延迟器，用于将亮度信息延迟一行，

第二延迟器，用于将色度信息延迟两行，

可控转换装置，用于有选择地将延迟一行后的亮度信息或延迟两行后的色度信息送往电压调谐的带通滤波器，作为调谐信号。

12、依照权项11的装置，其特征在于，上述装置进一步包括：

用于产生送往上述可控转换装置的控制信号的装置。

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