DE60101785T2

DE60101785T2 - Stereodemultiplexer

Info

Publication number: DE60101785T2
Application number: DE60101785T
Authority: DE
Inventors: Jens Wildhagen
Original assignee: Sony International Europe GmbH
Current assignee: Sony Deutschland GmbH
Priority date: 2001-05-14
Filing date: 2001-05-14
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2021-05-15
Also published as: DE60101785D1; JP4036678B2; EP1259002B1; US7295631B2; US20020168030A1; JP2003051800A; EP1259002A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Stereodemultiplexer, insbesondere einen solchen Stereodemultiplexer, der eine hinsichtlich der Berechnungsleistung effiziente Demodulation der Inphase- und der Quadraturkomponente des Stereo-Differenzsignals ausführt.
Ein hinsichtlich der Berechnungsleistung effizienter Stereodemultiplexer wurde schon in EP-A-1 094 613 des Anmelders vorgeschlagen. Dieser Stereodemultiplexer führt eine hinsichtlich der Berechnungsleistung effiziente Demodulation des Stereo-Differenzsignals aus, jedoch wird nur die Inphase-Komponente des modulierten Differenzsignals demoduliert. Ein modernes Rauschunterdrückungssystem, wie es beispielsweise in EP-A-120 604 des Anmelders, veröffentlicht am 15.05.2002, vorgeschlagen worden ist, erfordert zur Rauschunterdrückung die Demodulation der Inphase-Komponente und der Quadraturkomponente des Differenzsignals.
Deshalb besteht eine Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, darin, einen hinsichtlich der Berechnungsleistung effizienten Stereodemultiplexer und ein Verfahren zum Demultiplexieren eines Stereo-Multiplexsignals zu schaffen.
Der Stereodemultiplexer gemäß der Erfindung ist im unabhängigen Anspruch 1 definiert. Das Verfahren zum Demultiplexieren eines Stereo-Multiplexsignals ist im unabhängigen Anspruch 5 definiert. Bevorzugte Ausführungen davon sind jeweils in den jeweils nachfolgenden Unteransprüchen definiert. Ein Computerprogrammprodukt gemäß der Erfindung ist im Anspruch 9 definiert.
Folglich ist ein Stereodemultiplexer gemäß der Erfindung, der ein Stereo-Mul-tiplexsignal empfängt, das wenigstens ein Differenzsignal und ein Pilotträgersignal umfasst, gekennzeichnet durch einen ersten komplexen Mischer, der das modulierte Differenzsignal anhand einer festen Frequenz auf ein nicht synchronisiertes, komplexes Grundbandsignal abwärtsumsetzt, eine komplexe Abtastratendezimierungseinheit, die das nicht synchronisierte, komplexe Grundbandsignal empfängt und an diesem Signal eine Abtastratendezimierung um einen Faktor N ausführt, und einen zweiten komplexen Mischer, der das nicht synchronisierte, komplexe Grundbandsignal, an dem eine Abtastratendezimierung ausgeführt worden ist, anhand eines ersten komplexen Trägersignals, das von dem Pilotträgersignal und der festen Frequenz abgeleitet wird, synchronisiert und kohärent demoduliert.
Dementsprechend ist das Verfahren gemäß der Erfindung zum Demultiplexieren eines Stereo-Multiplexsignals, das wenigstens ein Differenzsignal und ein Pilotträgersignal umfasst, durch die folgenden Schritte gekennzeichnet: Abwärtsumsetzen des modulierten Differenzsignals auf ein nicht synchronisiertes Grundbandsignal anhand einer festen Frequenz, Ausführen einer Abtastratendezimierung um einen Faktor N an dem nicht synchronisierten Grundbandsignal und Synchronisieren und kohärentes Demodulieren des nicht synchronisierten, komplexen Grundbandsignals, an dem eine Abtastratendezimierung ausgeführt worden ist, anhand eines ersten komplexen Trägersignals, das von dem Pilotträgersignal und der festen Frequenz abgeleitet worden ist.
Folglich wird durch den Demultiplexer und das Verfahren zum Demultiplexieren eines Stereo-Multiplexsignals gemäß der Erfindung die Anzahl der Sinusund Kosinusberechnungen, die für die Synchronisierung und kohärente Demodulation erforderlich sind, minimiert. Die Sinus/Kosinus-Operationen werden mit einer herabgesetzten Abtastrate ausgeführt. Pro Abtastung der herabgesetzten Abtastrate braucht nur ein Sinus und ein Kosinus berechnet zu werden.
Insbesondere ermöglicht die Erfindung, die leistungseffiziente Demodulation des Stereo-Differenzsignals mit einem Rauschunterdrückungssystem zu kombinieren, da sowohl die Inphase-Komponente als auch die Quadraturkomponente des Differenzsignals synchronisiert und kohärent demoduliert werden. Außerdem lässt sich die digitale Demodulation des RDS- und des ARI-Signals leicht mit dem Stereodemultiplexer gemäß der Erfindung kombinieren, da die Abwärtsumsetzung und Abtastratendezimierung des RDS- und des ARI-Trägers mit den gleichen Abtastratendezimierungsfiltern erfolgen, die für die Abtastratendezimierung des Stereo-Differenzsignals verwendet werden. Da das komplexe, nicht synchronisierte Grundbandsignal, an dem eine Abtastratendezimierung ausgeführt worden ist, für die Decodierung des ARI- und des RDS-Datensignals benutzt werden kann, weist das System den Vorteil auf, dass die RDS-Träger-Synchronisationsschleife (Costa-Schleife) nicht durch die Regelung des digitalen Phasenregelkreises (DPLL: Digital Phase Locked Loop (engl.)), die für die Synchronisation und kohärente Demodulation gebraucht wird, beeinflusst wird, so dass eine schnellere RDS-Synchronisation erreicht werden kann.
Folglich ist, wenn das modulierte Differenzsignal als Unterstützungssignal bezeichnet wird, der Stereodemultiplexer gemäß der Erfindung vorzugsweise gekennzeichnet durch eine DPLL-Schaltung, die das Pilotträgersignal empfängt und ein erstes komplexes Unterstützungsträgersignal erzeugt, das auf die zweite Harmonische des Pilotträgersignals verriegelt ist, und einen dritten komplexen Mischer, der für die Erzeugung des ersten komplexen Trägersignals das erste komplexe Unterstützungsträgersignal empfängt und mit einem zweiten komplexen Unterstützungsträgersignal entsprechend der festen Frequenz und eines Korrekturphasen-Offsets mischt, so dass das synchronisierte, komplexe Grundbandsignal in seiner Inphase-Komponente die Inphase-Komponente des synchronisierten Unterstützungssignals, d. h. das kohärente demodulierte Differenzsignal, und in seiner Quadraturkomponente die Quadraturkomponente des synchronisierten Unterstützungssignals enthält.
Als eine andere Möglichkeit kann die DPLL-Schaltung das erste komplexe Trägersignal, das auf die zweite Harmonische des Pilotträgersignals und die feste Frequenz verriegelt ist, direkt berechnen und einen Korrekturphasen-Offset verwenden, so dass das synchronisierte komplexe Grundbandsignal in seiner Inphase-Komponente die Inphase-Komponente des synchronisierten Unterstützungssignals, d. h. das kohärente demodulierte Differenzsignal, und in seiner Quadraturkomponente die Quadraturkomponente des synchronisierten Unterstützungssignals enthält.
Außerdem wird für die Demodulation des RDS- und des ARI-Signals vorzugsweise ein vierter komplexer Mischer vorgesehen, der das nicht synchronisierte, komplexe Grundbandsignal, an dem eine Abtastratendezimierung ausgeführt worden ist, empfängt, um anhand eines zweiten komplexen Trägersignals das RDS- und das ARI-Signal zu erzeugen.
Der Stereodemultiplexer und das Verfahren zum Demultiplexieren eines Stereo-Multiplexsignals, das den weiter oben gegebenen funktionellen Definitionen gemäß der Erfindung entspricht, ihre Merkmale und Vorteile werden deutlicher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform eines Stereodemultiplexers gemäß der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten 1, die einen Stereodemultiplexer gemäß der Erfindung mit Rauschunterdrückungsfunktionalität und digitaler Demodulation des RDSund des ARI-Signals zeigt.
Der Pfad des Summensignals des Stereodemultiplexers gemäß der Erfindung, wie in 1 gezeigt, ist im Wesentlichen jenem des in der oben angeführten europäischen Patentanmeldung 99 120 798.6 offenbarten digitalen Stereodemultiplexers gleich. Bei dem Stereodemultiplexer, der in 1 gezeigt ist, wird das Stereo-Multiplexsignal auf dem Summensignalpfad einer ersten Tiefpassfilter- und Abtastratendezimierungseinheit 7 zugeführt, deren Ausgangssignal noch einmal in einem ersten Tiefpassfilter 8 tiefpassgefiltert wird, um danach als Minuend einer Subtrahierschaltung 9 und als Summand einer Addierschaltung l0 zugeführt zu werden. Die Subtrahierschaltung 9 empfängt das verarbeitete Stereo-Differenzsignal als Subtrahend, um das rechte Audiosignal auszugeben, und die Addierschaltung 10 empfängt das verarbeitete Stereo-Differenzsignal als Summand, um das linke Audiosignal auszugeben.
Das Stereo-Multiplexsignal wird des Weiteren auf dem Differenzsignalspfad einem ersten Mischer 1 zugeführt, der das modulierte Differenzsignal, d. h. das Unterstützungssignal, anhand einer festen Frequenz auf ein nicht synchronisiertes, komplexes Grundbandsignal abwärtsumsetzt. Das von dem ersten Mischer 1 ausgegebene nicht synchronisierte, komplexe Grundbandsignal wird einer zweiten Tiefpassfilter- und Abtastratendezimierungseinheit 2 zugeführt, die an dem komplexen Signal eine Abtastratendezimierung mit einem Faktor N ausführt, der dem Abtastratendezimierungsfaktor der ersten Tiefpassfilter- und Abtastratendezimierungseinheit 7 auf dem Summensignalpfad ungefähr gleich ist. Das Ausgangssignal der zweiten Abtastratendezimierungseinheit 2 wird einem zweiten komplexen Mischer 3 zugeführt, der anhand eines ersten komplexen Trägersignals das nicht synchronisierte, komplexe Grundbandsignal, an dem eine Abtastratendezimierung ausgeführt worden ist, synchronisiert und kohärent demoduliert. Das synchronisierte und kohärente demodulierte komplexe Grundbandsignal, das in seiner Inphase-Komponente die Inphase-Komponente des synchronisierten Unterstützungssignals, d. h. des kohärenten demodulierten Differenzsignals, und in seiner Quadraturkomponente die Quadraturkomponente des synchronisierten Unterstützungssignals umfasst, erfährt eine Tiefpassfilterung in einem zweiten Tiefpassfiter 11, bevor eine Rauschunterdrückungseinheit 12, die die Inphase- und die Quadraturkomponente benö tigt, eine Rauschunterdrückung durchführt, und die Inphase-Komponente wird von einem Mischer 13 auf der Grundlage eines Trennsignals zerlegt, um das verarbeitete Stereo-Differenzsignal zu erzeugen, das der Subtrahierschaltung 9 und der Addierschaltung zugeführt wird, wie weiter oben beschrieben worden ist.
Das erste komplexe Trägersignal wird von einer DPLL-Schaltung (Digital Phase Locked Loop) 4 erzeugt, die den Pilotträger vom Ausgangssignal der Tiefpassfilter- und Abtastratendezimierungseinheit 7 auf dem Summensignalpfad empfängt und ein erstes komplexes Unterstützungssignal erzeugt, das auf die zweite Harmonische des Pilotträgersignals verriegelt ist. Dieses erste komplexe Unterstützungssignal wird einem dritten komplexen Mischer 5 zugeführt, um an die feste Frequenz und einen Korrekturphasen-Offset angepasst zu werden, um das Grundband-Differenzsignal zu synchronisieren. Der dritte komplexe Mischer 5 gibt das erste komplexe Trägersignal aus.
Das Ausgangssignal der zweiten Tiefpassfilter- und Abtastratendezimierungseinheit 2 wird des Weiteren einem vierten komplexen Mischer 6 zugeführt, um mit einem zweiten komplexen Trägersignal moduliert zu werden. Das Ausgangssignal des vierten komplexen Mischers 6 wird einer dritten komplexen Tiefpassfilter- und Abtastratendezimierungseinheit 14 zugeführt, die das Signal mit einem Dezimierungsfaktor M dezimiert, woraufhin eine Costa-Schleife 15 eine Synchronisation des Signals ausführt, so dass ein nachfolgender RDS-Decoder 16 RDS- und ARI-Signale erzeugen kann.
Im Folgenden wird die Funktionalität des in 1 gezeigten RDS-Demultiplexers beschrieben, wobei das modulierte Differenzsignal wieder als Unterstützungssignal bezeichnet ist.
Das Unterstützungssignal wird auf ein komplexes Grundbandsignal umgesetzt, indem es in dem ersten Mischer 1 mit einem komplexen Träger
, d. h. mit einem komplexen Träger, der eine feste Frequenz besitzt, gemischt wird. Da die Frequenz dieses ersten Mischers fest ist, können die Sinus- und Kosinuswerte des Mischers in einer sehr kleinen Tabelle (in dem weiter unten angegebenen Beispiel in einer Tabelle mit 20 Einträgen für fp = 38,4 kHz) gespeichert werden.
Das von dem ersten Mischer 1 ausgegebene abwärtsumgesetzte komplexe Unterstützungssignal wird in der zweiten Tiefpassfilter- und Abtastratendezimierungseinheit 2 gefiltert und erfährt eine Abtastratendezimierung um einen Faktor N. Das so erzeugte Grundbandsignal, an dem eine Abtastratendezimierung ausgeführt worden ist, ist nicht zur zweiten Harmonischen des Pilotträgers synchronisiert. Folglich wird, um die Inphase- und die Quadraturkomponente des Differenzsignals zu erzeugen, die Synchronisation/ kohärente Demodulation des Grundbandsignals von einem zweiten komplexen Mischer 3 ausgeführt, der das nicht synchronisierte Unterstützungsgrundbandsignal mit einem komplexen Träger, d. h. dem ersten komplexen Trägersignal, das von der DPLL-Schaltung 4 erzeugt wird, mischt. In dem erläuterten Beispiel, das in 1 gezeigt ist, gibt die DPLL-Schaltung 4 das komplexe 38 kHz-Trägersignal
d. h. das erste komplexe Unterstützungsträgersignal, das auf die zweite Harmonische des Pilotträgers verriegelt ist, aus. Dieses erste komplexe Unterstützungsträgersignal wird mit einem zweiten komplexen Trägerunterstützungssignal
gemischt, um das erste komplexe Trägersignal zu berechnen, das erforderlich ist, um das Grundband-Unterstützungssignal zu synchronisieren und kohärent zu demodulieren. Bei korrekter Einstellung eines Korrekturphasen-Offsets _-0 enthält das Unterstützungs-Grundbandsignal in seiner Inphasen-Komponente das kohärente demodulierte Differenzsignal, während die Quadraturkomponente die kohärente demodulierte Quadraturkomponente des Unterstützungssignals enthält. Der erste komplexe Träger
kann entweder in der DPLL-Schaltung 4 direkt (nicht gezeigt) oder, wie für die in 1 gezeigte Schaltung vorgeschlagen wird, unter Ver-Wendung der Inphase- und der Quadratur-Komponente
der zweiten Harmonischen des Pilotträgers erzeugt werden.
Die zweite Harmonische des Pilotträgers kann unter Verwendung trigonometrischer Transformationen ohne zusätzliche Sinus- und Kosinus-Operationen sehr einfach aus der Inphase- und der Quadraturkomponente des Pilotträgers berechnet werden. Die Inphase- und die Quadraturkomponente des Pilotträgers sind in der DPLL-Schaltung 4 sowieso erforderlich, so dass die Demodulation des Differenzsignals ohne zusätzliche Sinus- und Kosinus-Operationen ausgeführt werden kann. Alternativ kann ein komplexer Mischer vermieden werden, und der erste komplexe Träger
kann direkt in der DPLL Schaltung 4 berechnet werden.
Die Signale RDS und ARI können sehr einfach aus dem komplexen Ausgangssignals des Dezimierungsfilters erzeugt werden, indem das Grundband-Differenzsignal mit einem komplexen Träger
gemischt wird. Auf diese Weise können das Abtastratendezimierangsfilter und der Mischer des Differenzsignalpfads für die Decodierung der ARI- und RDS-Datensignale verwendet werden. Dieses System hat im Vergleich zu der weiter oben erwähnten Patentanmeldung den Vorteil, dass die RDS-Träger-Synchronisationsschleife (Costa-Schleife) nicht durch die Regelung der DPLL-Schaltung 4 beeinflusst ist. Folglich kann eine schnellere RDS-Synchronisation erreicht werden.
Die Hauptvorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik sind, dass der digitale Demultiplexer einen geringen Energieverbrauch für Berechnungen aufweist und die kohärente Demodulation der Inphase- und der Quadraturkomponente des Differenzsignals ohne zusätzliche Sinus- und Kosinus-Operationen ausgeführt wird. Pro Abtastung der dezimierten Abtastrate wird nur eine Sinus- und eine Kosinus-Operation benötigt. Ferner können die Dezimierungsfilter der Differenzsignale für die Abtastratendezimierung des RDS-Signals in Kombination mit der Vermeidung jeglichen Einflusses von der DPLL-Schaltung 4 auf die RDS-Träger-Rückgewinnungsschleife verwendet werden, wobei sowohl die DPLL-Schaltung 4 als auch die gesamte Differenzsignal-Demodulation mit einer herabgesetzten Abtastrate arbeitet.

Claims

Stereodemultiplexer, der ein Stereo-Multiplexsignal empfängt, das wenigstens ein Differenzsignal und ein Pilotträgersignal umfasst, gekennzeichnet durch - einen ersten komplexen Mischer (1), der ein Unterstützungssignal, das gleich dem modulierten Differenzsignal ist, anhand einer festen Frequenz auf ein nicht synchronisiertes, komplexes Grundbandsignal abwärtsumsetzt, - eine komplexe Abtastratendezimierungseinheit (2), die das nicht synchronisierte, komplexe Grundbandsignal empfängt und an diesem Signal eine Abtastratendezimierung um einen Faktor N ausführt, und - einen zweiten komplexen Mischer (3), der das nicht synchronisierte, komplexe Grundbandsignal, an dem eine Abtastratendezimierung ausgeführt worden ist, anhand eines ersten komplexen Trägersignals, das von dem Pilotträgersignal und der festen Frequenz abgeleitet wird, synchronisiert und kohärent demoduliert.
Stereodemultiplexer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch - eine DPLL (4), die das Pilotträgersignal empfängt und ein erstes komplexes Unterstützungsträgersignal erzeugt, das auf die zweite Harmonische des Pilotträgersignals verriegelt ist, und - einen dritten komplexen Mischer (5), der für die Erzeugung des ersten komplexen Trägersignals das erste komplexe Unterstützungsträgersignal empfängt und mit einem zweiten komplexen Unterstützungsträgersignal entsprechend der festen Frequenz und eines Korrekturphasen-Offsets mischt, so dass das synchronisierte, komplexe Grundbandsignal in seiner Inphase-Komponente die Inphase-Komponente des synchronisierten Unterstützungssignals, d. h. das kohärente demodulierte Referenzsignal, und in seiner Quadraturkomponente die Quadraturkomponente des synchronisierten Unterstützungssignals enthält.
Stereodemultiplexer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch - eine DPLL, die das Pilotträgersignal empfängt und das erste komplexe Trägersignal erzeugt, das auf die zweite Harmonische des Pilotträgersignals und die feste Frequenz verriegelt ist und einen Korrekturphasen-Offeset induziert, so dass das synchronisierte komplexe Grundbandsignal in seiner Inphase-Komponente die Inphase-Komponente des synchronisierten Unterstüt zungssignals, d. h. das kohärente demodulierte Differenzsignal, und in seiner Quadraturkomponente die Quadraturkomponente des synchronisierten Unterstützungssignals enthält.
Stereodemultiplexer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch - einen vierten komplexen Mischer (6), der das nicht synchronisierte, komplexe Grundbandsignal, an dem die Abtastratendezimierung ausgeführt worden ist, empfängt, um anhand eines zweiten komplexen Trägersignals RDSund ARI-Signale zu erzeugen.
Verfahren zum Demultiplexieren eines Stereo-Multiplexsignals, das wenigstens ein Differenzsignal und ein Pilotträgersignal enthält, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Abwärtsumsetzen eines Unterstützungssignals, das gleich dem modulierten Differenzsignal ist, auf ein nicht synchronisiertes, komplexes Grundbandsignal anhand einer festen Frequenz, - Ausführen einer Abtastratendezimierung um einen Faktor N an dem nicht synchronisierten, komplexen Grundbandsignal und - Synchronisieren und kohärent Demodulieren des nicht synchronisierten, komplexen Grundbandsignals, an dem eine Abtastratendezimierung ausgeführt worden ist, anhand eines ersten komplexen Trägersignals, das von dem Pilotträgersignal und der festen Frequenz abgeleitet worden ist.
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch - Erzeugen eines ersten komplexen Unterstützungsträgersignals, das auf die zweite Harmonische des Pilotträgersignals verriegelt ist, und - Erzeugen des ersten komplexen Trägersignals auf der Grundlage des ersten komplexen Unterstützungsträgersignals und eines zweiten komplexen Unterstützungsträgersignals entsprechend der festen Frequenz und eines Korrekturphasen-Offsets, so dass das synchronisierte, komplexe Grundbandsignal in seiner Inphase-Komponente die Inphase-Komponente des synchronisierten Unterstützungssignals, d. h. das kohärente demodulierte Differenzsignal, und in seiner Quadraturkomponente die Quadraturkomponente des synchronisierten Unterstützungssignals enthält.
Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch - Erzeugen des ersten komplexen Trägersignals, das auf die zweite Harmonische des Pilotträgersignals und die feste Frequenz verriegelt ist und einen Korrekturphasen-Offset induziert, so dass das synchronisierte komplexe Grundbandsignal in seiner Inphase-Komponente die Inphase-Komponente des synchronisierten Unterstützungssignals, d. h. das kohärente demodulierte Differenzsignal, und in seiner Quadraturkomponente die Quadraturkomponente des synchronisierten Unterstützungssignals enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch - Erzeugen von RDS- und ARI-Signalen anhand eines zweiten komplexen Trägersignals und des nicht synchronisierten, komplexen Grundbandsignals, an dem eine Abtastratendezimierung ausgeführt worden ist.
Computerprogrammprodukt, das Computerprogrammmittel aufweist, die so beschaffen sind, dass sie die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 5 bis 8 ausführen, wenn sie auf einem Computer, einem digitalen Signalprozessor oder dergleichen ausgeführt werden.