DE69221623T2 - Taktsignalgenerator für einen digitalen fernsehempfänger - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Taktsignals für die Verwendung durch digitale Signalverarbeitungs-Schaltungen in einem Femsehempfänger. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Erzeu-gung eines Taktsignals nach einem Kanaiwechsel, um so zu erlau-ben, daß einem neuen Kanal zugeordnete Video- Information nahezu unmittelbar nach dem Kanalwechsel angezeigt wird.
• Ein wichtiges Funktionsmerkmal eines Fernsehempfänger-Systerns ist eine Fähigkeit, ein Bild nahezu unmittelbar nach einer Systemstörung, z.B. nach einem Kanalwechsel, anzuzeigen. Im Falle eines Fernsehempfängers mit digitalen Signalverarbeitungs-Schaltungen ist das erste von vielen Ereignissen, das auftreten muß, um eine Bildanzeige zu erzeugen, die Erzeugung eines geeigneten Taktzeitsteuersignals für die Verwendung durch die digitalen Signalverarbeitungs-Schaltungen.
• Ein besonders vorteilhaftes digitales Signal- Sende/Empfangs-System für ein Fernsehsignal mit hoher Auflösung (HDTV) ist in US-A-5,287,180 mit dem Titel "Modulator/Demodulator for Compatible High Definition Television System", angemeldet am 4. Februar 1991, beschrieben. Bei diesem System wird gesendete Femsehinformation mit hoher Auflösung in Information mit hoher Priorität, die mit hoher zuverlässigkeit empfangen werden soll und in eine Information mit niedriger Priorität unterteilt. Die Information mit hoher Priorität und die Information mit niedriger Priorität werden als getrennte QAM-(Quadraturamplitudenmodulierte) -Trägersignale innerhalb unterschiedlicher Teile des Fernsehsignal-Frequenzspektrums übertragen. Die Information mit der hohen Priorität weist einen kleinen Überschuß an Bandbreite auf, und eine schmalere Bandbreite und beträchtlich größere Amplitude als die Information mit der geringen Priorität.
• In einem Empfänger wird ein Taktsignal zur Verwendung durch zugeordnete digitale Signalverarbeitungs-Netzwerke aus dem Schmalbandsignal mit hoher Priorität mittels eines nichtlinearen Signalgenerators und einer Phasenregelschleife erzeugt, die auf das Ausgangssignal von dem nicht-linearen Signalgenerator anspricht. Da der nicht-lineare Signalgenerator nach einem Schmalband-QAM-Signal mit kleiner überschüssiger Bandbreite arbeitet, ist die Größe des Ausgangssignals von dem nicht-linearen Generator klein. Dies diktiert die Verwendung einer Schmalband-Phasenregelschleife (PLL), die eine unerwünscht langsame An-sprechzeit hat. Signalenergie zur Unterstützung der Entwicklung des Taktsignals kann dem Fernsehsignal in Form eines Pilotsi-gnals hinzugefügt werden, aber die einem solchen zusätzlichen Signal zugeordnete Energie kann das Fernsehsignal durch Einfüh-rung von Störungen und unerwünschten Artefakten verschlechtern. In jedem Fall ist es bei einem System dieser Art erwünscht, ein Taktsignal nahezu unmittelbar nach einem Kanalwechsel zu erzeu-gen, weil Betrachter üblicherweise bevorzugen, ein angezeigtes Bild für den neuen Kanal nahezu unmittelbar nach einem Kanal-wechsel zu sehen. Die vorliegende Erfindung spricht diese Ange-legenheit an.
• Eine Vorrichtung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist in einem digitalen Videosignal-Prozessor hoher Auflösung enthalten, der eine erste Fernsehkanal-Information und eine zweite Fernsehkanal-Information verarbeitet. Die Vorrichtung umfaßt Mittel zur Erzeugung eines Kanalwechsel Steuersignals, das angibt, daß das System von einem ersten Kanal auf einen zweiten Kanal abgestimmt wird, und Mittel, die auf das Fernsehsignal und auf das Kanalwechsel-Steuersignal ansprechen, um Taktsignale an dem Taktausgang zu erzeugen, wobei die Erzeugungsmittel Mittel enthalten, um zu dem ersten Taktausgang (a) ein erstes Taktsignal zu übertragen, das aus der Femseh-Information erzeugt wird, die dem ersten Kanal während eines einem Kanalwechsel folgenden Anfangs-Intervalls zugeordnet ist, und (b) ein zweites Taktsignal zuzuführen, das aus einer Femsehinformation abgeleitet ist, die dem zweiten Kanal zugeordnet ist, wenn das zweite Taktsignal eine gewünschte Phasencharakteristik aufweist. Somit wird in Abhängigkeit von einer Systemstörung wie einem Kanalwechsel ein Taktsignal aus der Information des zuvor abgestimmten Kanals als Taktsignal für den neuen Kanal verwendet, bis ein geeignetes in der Phase abgeglichenes neues Taktsignal aus der Information des neuen Kanals abgeleitet werden kann.
• Bei einer dargestellten Ausführungsform der Erfindung enthält ein digitaler Fernsehempfänger einen sogenannten in Teilschritten amplituden und phasenadaptiven Entzerrer mit teilweisem Abstand. Wenn ein Kanalwechsel ausgelöst wird, wird ein aus dem alten Kanal abgeleitetes Taktsignal als Taktsignal für den neuen Kanal verwendet, bis ein Steuer-Netzwerk zusammen mit einer Phasenregelschleife ein phasenstabiles neues Taktsignal mit der Phase des alten Taktsignals erzeugt. Änderungen der Taktsignal-Phase für eine auf den Kanalwechsel folgende Zeitdau-er werden vermieden, und der Empfänger funktioniert unmittelbar nach einem Kanalwechsel normal.
• Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Teils eines digitalen Fernsehempfängers mit digitalen Signalverarbeitungs-Netzwerken und - Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 2 veranschaulicht ein Basisband-Video-Frequenzspektrum eines kompatiblen simultan ausgesendeten Mehrfach-QAM-Fernsehsignals mit hoher Auflösung, das von dem Empfänger von Fig. 1 empfangen und verarbeitet wird.
• Fig. 1 veranschaulicht einen Teil eines HDTV-Empfängers zum Empfang und zur digitalen Verarbeitung eines HDTV-Signals des in Fig. 2 dargestellten Typs. Dieses Signal wird beschrieben, bevqr mit einer Diskussion der in Fig. 1 dargestellten Empfängeranordnung fortgefahren wird.
• Fig. 2 veranschaulicht das Video-Frequenzspektrum eines Fernsehsignals mit hoher Auflösung, das mit der 6 MHz Bandbreite eines Norm-NTSC-Fernsehsignal-Kanals kompatibel ist, und das als simultan ausgesendetes Signal verwendet werden kann. Die Frequenzen entlang der Frequenzskala in Fig. 2 (-1,25 MHz bis 4,5 MHz) sind auf den 0,0 MHz-Freguenzort des HF-Bildträgers in einem Norm-NTSC-System bezogen. Das HDTV- Fernsehsignal ist ein datenkomprimiertes Signal, das in Informationskomponenten mit hoher und geringer Priorität unterteilt ist. Bei diesem Beispiel ist Audio-, Synchron- un7d Niederfrequenz -Video-Informationskomponenten, die mit hoher zuverlässigkeit empfangen werden sollen, eine hohe Priorität zugeordnet. Die Synchron-Information kann beispielsweise die Beschaffenheit eines Übungssignals habenl das ein eindeutiges Kennzeichen oder einen Code zur Erleichterung der Signalwiedergewinnung und -Verarbeitung am Empfänger enthält, und sie kann beispielsweise eine halbbildfrequente Abtast- Information (z.B. Start von Halbbild-Markierungen) enthalten. Anderen weniger kritischen Komponenten, wie der Hochfrequenz- Video-Information, wird eine geringere Priorität zugeordnet. Die Information mit hoher Priorität besitzt eine schmale Bandbreite relativ zu der Information mit der geringen Priorität, und unterwirft einen ersten unterdrückten 0,96 MHz- Träger, der auf ein Signal REF, wie nachfolgend erläutert wird, bezogen ist, einer Quadratur-Amplitudenmodulation. Die Information mit der geringen Priorität unterwirft einen zweiten unterdrückten 3,84 MHz-Trä-ger, der auch auf das Signal REF bezogen ist, einer Quadratur-Amplitudenmodulation. Ein resultierendes zusammengesetztes Si-gnal hat die Form eines Mehrfach-QAM-Signals, d.h. in diesem Fall eines "doppelten" QAM-Signals. Das zusammengesetzte doppel-te QAM- Signal wird mittels eines Außer-Band-Bezugssignals REF in das 6 MHz-Norm-Fernsehband umgewandelt. Die Frequenz des Signals REF wird so gewählt, daß bei Modulation des Signals REF durch das zusammengesetzte QAM-Signal eine der resultierenden Summen- und Differenz-Komponenten in das Frequenzband fällt, das einem gewünschten Hochfrequenz-Fernsehkanal zugeordnet ist, z.B. dem gleichzeitig ausgesendeten VHF-Kanal 3. Das Signal REF wird durch das zusammengesetzte Doppel-QAM-Signal moduliert, um ein moduliertes Zwei-Seitenband-Signal zu erzeugen, von dem das niedrigere Seitenband zurückgewiesen wird und das obere Seitenband gehalten wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
• Die Amplitude der Schmalband-QAM-Komponente ist beträchtlich größer als die der Breitband-QAM-Komponente, in diesem Beispiel doppelt so groß. Die -6 dB-Bandbreite der Schmalband-QAM-Komponente ist 0,96 MHz, und die -6 dß- Bandbreite der Breitband-QAM-Komponente ist 3,84 MHz oder das Vierfache der Bandbreite der Schmalband-QAM-Komponente. Die nicht-linearen Band-Rand-Übergangsbereiche der Schmalband- und Breitband-QAM-Komponenten werden durch FIR-(finite impulse response) -Filter mit einer Quadratwurzel einer erhöhten Cosinus-Charakteristik geformt, um glatte Übergangsbereiche zu erzeugen, die unerwünschte Hochfrequenz-Effekte vermeiden, die durch scharfe Übergangsbereiche erzeugt werden. Die Schmalband-Komponente weist eine Amplitudencharakteristik über der Frequenz mit einer übermäßigen Bandbreite von etwa 17% auf, d.h. 17% mehr als die theoretische minimale Bandbreite, die durch den Ausdruck 1/2 x 1/T definiert wird, worin T die Symbol-Dauer für das betroffene Signal ist. Der Verlauf der Amplitude über der Frequenz der Breitband-Komponente in den Band-Rand-Übergangsbereichen (nicht maßstäblich gezeichnet) hat ein Viertel der Neigung der steileren Schmalband- Komponente.
• Die Schmalband- und Breitband-QAM-Komponenten enthalten jeweils eine In-Phasen-Komponente "1" und eine um 90º phasenverschobene Komponente "Q". Die 1-Phasen-Komponente moduliert einen unterdrückten Cosinus-Träger, und die Q- Phasenkomponente moduliert einen unterdückten Sinus-Träger. Ein Daten-"Symbol" wird sowohl durch die I-Komponente als auch durch die Q-Komponente dargestellt. Das zusammengesetzte QAM- Signal ist bei diesem Beispiel ein "16 QAM" Signal. Jede 16 QAM I und Q Komponente weist vier diskrete Amplitudenpegel auf, was zu insgesamt 4 x 4 oder 16 möglichen Amplitudenpegeln oder Werten für jedes der Schmalband- und Breitband-QAM- Signale führt und damit "16" QAM. Zwei Bits werden benötigt, um die vier Pegel jeder 1- und Q-Komponente zu spezifizieren, wobei jedes Datensymbol vier Bits erfordert, um die sechzehn Pegel für eine 1-, Q-Kombination zu spezifizieren. Somit ist die Bit-Rate des 3,84 MHz (-6 dB) Breitband-QAM-Signals 15,36 Mbps (3,84 MHz x 4 Bits), und die Bit-Rate des 0,96 MHz (-6 dB) Schmalband-QAM-Signals ist 3,84 Mbps (0,96 MHz x 4 Bits). Bei einem 64 QAM-System würden die Bit-Raten der Schmalsbandund Breitband-Komponenten um einen Faktor 1,5 zunehmen. Das beschriebene mehrfache (doppelte) QAM-Signal besitzt eine beträchtliche Gleichkanal-Immunität gegen Störungen, die zu einem Norm-NTSC-Fernsehsignal gehören, d.h. einem NTSC-Signal, das von einer anderen Station in demselben Kanal wie das doppelte QAM-Signal übertragen wird. Gleichkanal-Störungen von dem doppelten QAM-Signal in ein NTSC-Signal werden ebenfalls beträchtlich vermindert.
• Die Bit-Raten der Breitband- und Schmalband-QAM-Signale mit 15,36 Mbps bzw. 3,84 Mbps besitzen vorteilhafterweise eine ganzzahlige 4:1-Beziehung. Diese Beziehung vereinfacht die Wiedergewinnung der Schmalband- und Breitband-QAM-Information in einem Empfänger, da derselbe abgeleitete Datentakt ohne weiteres zur zeitlichen Steuerung der Daten-wiedergewinnungs- Operation der beidem QAM-Komponenten verwendet werden kann. Die erforderlichen Daten-Taktraten für das Empfängersystem können ohne weiteres aus dem leicht wiedergewonnenen Hochleistungs-Schmalband-QAM-Signal abgeleitet werden, was noch erläutert wird.
• Bei dem Empfängersystem von Fig. 1 wird ein von einer Antenne 110 empfangenes Doppel-QAM-Signal über einen Tuner 111 einer Mischstufe 112 zusammen mit einem Bezugssignal REF mit der nominalen Frequenz des beim Sender verwendeten Signals REF zugeführt. Der Tuner 111 enthält eine vom Betrachter einstellbare Vorrichtung, um in üblicher Weise den Empfänger von einem Kanal auf einen anderen abzustimmen. Ein Ausgangssignal von der Mischstufe 112 enthält Summen- und Differenz-Komponenten. Die höherfrequente Summen-Komponente wird durch ein Tiefpaßfilter 114 zurückgewiesen, das die Differenz-Komponente zu einem Analog/Digital-Wandler 116 durchläßt. Die durchgelassene Differenz-Komponente besitzt das zusammengesetzte Modulations-Frequenz-Spektrum, das in Fig. 2 dargestellt ist, wobei das Schmalband-QAM-Modulationsspektrum bei etwa 0,96 MHz zentriert ist und das Breitband-QAM- Modulationsspektrum etwa bei 3,84 MHz zentriert ist.
• Das digital abgetastete Ausgangssignal von der Einheit 116 wird einem Demodulator 118 zugeführt, der, zusammen mit Elementen 120, 122, 124, 126 und 128 einen Schmalband-QAM- Signal-Prozessor mit hoher Priorität bildet. Der Demodulator 118 enthält eine Vielzahl von Eingangs-FIR-Filtern zum wahlweisen Durchlaß der Schmalband-QAM-Komponente, während die Breitband-QAM-Komponente zurückgewiesen wird. Insbesondere enthält der Schmalband-QAM-Demodulator 118 ein Filter mit einer Amplitudencharakteristik über der Frequenz, die im wesentlichen mit der Form der Amplituden-charakteristik über der Frequenz der modulierten Schmalband-QAM-Komponente übereinstimmt, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Das Ausgangssignal von der Einheit 116 wird auch einem Breitband QAM-Signalverarbeitungs-Netzwerk 150 mit niedriger Priorität zugeführt, das ähnliche Elemente enthält wie in dem Schmalband-QAM-Prozessor mit hoher Priorität, um selektiv die Breitband-QAM-Komponente durchzulassen, während die Schmalband-QAM-Kompo-nente zurückgewiesen wird. Der Breitband- QAM-Prozessor 150 mit geringer Priorität enthält einen Demodulator mit einem Filter, dessen Verlauf im wesentlichen mit der Form der Amplitudencha-rakteristik über der Frequenz der in Fig. 2 dargestellten modu-lierten Breitband-QAM- Komponente übereinstimmt. Somit besitzt das Empfängersystem signaldämpfende Kerben bei Frequenzen, die der Hochenergie- Information in einem Fernsehsignal mit Normauf-lösung zugeordnet sind.
• Der adaptive Entzerrer 120, der von üblichem Aufbau ist, empfängt die demodulierten, um 180º in der Phase verschobenen I- und Q-Komponenten von dem Demodulator 118. Der Entzerrer 120 verwendet ein adaptives digitales FIR-Filter, um Amplituden und Phasenunregelmäßigkeiten, z.B. einschließlich Geistern, die durch den Übertragungskanal verursacht werden, zu kompensieren. Bei diesem Beispiel ist der adaptive Entzerrer 120 ein sogenannter in Teilschritten adaptiver Entzerrer, der in der Lage ist, über mehr als die minimal erforderlichen Intervalle abzutasten und daher alle Phasenverschiebungs- und Amplitudenänderungen einführt, die erforderlich sind, um gewünschte Amplituden und Phasencharakteristiken für die Ausgangs-I- und -Q-Komponenten zu erzeugen. Der Entzerrer 120 enthält ein ROM, der mit den gewünschten Phasen- und Amplitudenwerten für die I- und Q-Ausgangskomponenten des Entzerrers 120 programmiert ist. Die Werte der I- und Q-Ausgangskomponenten werden jeweils mit den programmierten Werten verglichen, und die Eingangs-I-, -Q- Werte werden eingestellt, um die programmierten Werte auf der Basis von den Ergebnissen des Vergleichs einzustellen. Die Einstellung wird durch Änderung der Anzapfungs-Wichtungen von dem Entzerrer 120 zugeordneten Filtern bewirkt. Der Entzerrer 120 kann innerhalb einer Symbol-Dauer unterabtasten, um das Maß der Phasen- und Amplitudenänderung zu erzeugen, die zur Erzeugung einer gewünschten Ausgangs-Amplituden- und Phasencharakteristik nötig ist. Als Ergebnis dieser Fähigkeit ist die Operation des Entzerrers 120 weitgehend unempfindlich für die Phase eines zugeführten Taktsignals, obwohl eine solche Phase vorzugsweise weitgehend konstant sein sollte. Der Entzerrer 120 kann ein synchroner Entzerrer sein, obwohl ein in Teilschritten adaptiver Entzerrer eine bessere Funktion in bezug auf die Phasencharak-teristik eines zugeführten Taktsignals aufweist. In Teilschrit-ten adaptive Entzerrer und synchrone adaptive Entzerrer sind in dem Aufsatz "Digital Communications", Lee und Messerschmitt (Kluwer Academic Publishers, Boston, MA, USA, 1988) beschrieben.
• Die entzerrten I- und Q-Ausgangssignale von der Einheit 120 werden einem Auswertungs-Netzwerk 126 zugeführt, das Ausgangskomponenten I und Q erzeugt, die eine wahrscheinlichste Abschätzung der Werte der übertragenen Komponenten I und Q darstellen. Beispielsweise sind die Werte der Komponenten 1 und Q am Ausgang des Auswerters 126 so eingestellt worden, wie sie benötigt werden, um den Verzerrungseffekt von Rauschen, der im Verlauf der Übertragung erworben wird, zu kompensieren. Der Auswerter 126 führt im wesentlichen eine interpretierende Funktion der Zuordnung von Werten zu Abtastungen durch, die aufgrund von Effekten wie z.B. Rauschen, nicht genau in zugeordnete Orte in der 16- Punkt-Vier-Quadrant-Signalkonstellation passen. Ausgangssignale von dem Auswerter 126 werden einem Dekoder 122 zugeführt, der im wesentlichen die Umkehrung einer von einem Kodierer beim Sender ausgeführten Abbildungsoperation darstellt. Es werden Nachschlagetabellen verwendet, um die Vier-Quadrant-Signalkonstellation in die sequentielle Vier- Bit- (Symbol) -Segmente in binärer digitaler Form "umzubilden", die beim Sender vor der Kodierung im Sender existierte.
• Ein Fehlerdetektor 124 überwacht die Eingangs- und Ausgangssignale I, Q des Auswerters 126, um ein Träger- Phasenfehler-Ausgangssignal mit einer Größe zu erzeugen, die proportional zum Phasenfehler zwischen dem Eingangs- und Ausgangssignal I und dem Eingangs- und Ausgangssignal Q des Auswerters 126 ist. Der Phasenfehler kann von Rauscheffekten herrühren, und in diesem Falle würde der Phasenfehler von willkürlicher Art sein. Der Phasenfehler kann auch eine Folge davon sein, daß die Frequenz des Signals REF nicht weitgehend gleich mit der Frequenz des entsprechenden Signals REF ist, das beim Sender verwendet wird, und in diesem Falle würde der Phasenfehler nicht von willkürlicher Art sein. Ein Ausgangs- Fehlersignal vom Fehlerdetektor 124 wird schließlich zur Kompensation der Frequenz des Signals REF verwendet, die von einem gewünschten Wert abweicht, z.B. dem Wert der Frequenz des entsprechenden Signals REF beim Sender. Der Fehlerdetektor 124 arbeitet mit einer höheren Abtastrate als der Entzerrer 120, um den Phasen- und Frequenzversatz zu erfassen, der von einer Frequenzabweichung herrühren kann, die dem Synthesizer 135 zuzuschreiben ist, oder einer Frequenzabweichung eines dem Tuner 111 zugeordneten Oszillators.
• Genauer gesagt wird das Fehlersignal einem spannungsgesteuerten Oszillator- (VCO) -Netzwerk 128 zugeführt, das ein Tiefpaßfilter enthält, um die Werte der in der Phase um 180º verschobenen Sinus- und Cosinus-Bezugssignale zu modifizieren, die dem Quadratur-Demodulator 118 zugeführt werden. Die modifizierten Sinus- und Cosinus-Bezugssignale ändern den Demodulations-Prozeß, bis die Größe des den Fehler darstellenden Ausgangssignals vom Detektor 124 anzeigt, daß eine Frequenzabweichung des Signals REF von einem gewünschten Wert kompensiert worden ist. Das der Einheit 128 zugeordnete Tiefpaßfilter filtert das Fehlersignal, so daß die Werte des Bezugssignals vom VCO 128 und dadurch die Operation des Demodulators 118 in Abhängigkeit von Fehlern einer nicht zufälligen Art, z.B. der beschriebenen Frequenzabweichung, modifiziert werden und von willkürlichen Effekten wie Rauschen unbeeinflußt bleiben. Der Breitband-QAM-Signalprozessor 150 mit geringer Priorität enthält Elemente, die in derselben Weise arbeiten wie die Einheiten 118, 120, 126, 124 und 128 des oben beschriebenen Schmalband-QAM-Prozessors. Eine zusätzliche Information hinsichtlich des Betriebs einer Steuerschleife der Art, die einem Auswerter 126, einen Detektor 128, einen VCO 128 und einen Demodulator 118 enthält, findet man in dem oben erwähnten Aufsatz "Digital Communication" von Lee und Messerschmitt.
• Ein Signalprozessor 140 kombiniert das demodulierte Datensignal mit hoher Priorität vom Dekoder 122 und das demodulierte Datensignal mit geringer Priorität vom Prozessor 150. Der Prozessor 140 kann Daten-Dekompressions-Netzwerke wie Huffmann-Dekoder und inverse Quantisierer, Fehlerkorrektur- Netzwerke und de-multiplex- und signalkombinierende Netzwerke enthalten, um getrennte Audio- und Video-Fernsehsignal- Komponenten zu erzeugen. Die Audio-Komponente wird durch einen Audio-Signalprozessor 142 vor Zuführung zu einer Tonwiedergabe-Vorrichtung 146 verarbeitet. Die Video- Komponente wird durch eine Einheit 144 verarbeitet, um ein ein Bild darstellendes Signal zu erzeugen, das einer Bildanzeigevorrichtung 148 zugeführt wird.
• Ein direkter Digital-Frequenz-Synthesizer 129 erzeugt ein 15,36 MHz-Taktsignal CLK in Abhängigkeit von einem Haupt- Taktsignal von einem System-Taktgenerator 130, der auch ein Taktsignal für einen Frequenz-Synthesizer 135 erzeugt, um daß Mischstufen-Bezugssignal REF zu erzeugen. Das Taktsignal vom Generator 130 dient zur Synchronisierung des Betriebs der Synthesizer 129 und 135 und weist bei diesem Beispiel eine Frequenz von 10 MHz auf. Die Frequenz des Signals REF entspricht nominell der des beim Sender verwendeten Signals REF. Jegliche Abweichung der Frequenz des Signals REF von einer gewünschten Frequenz wird - wie oben beschrieben -kompensiert. Das Signal CLK von der Quelle 129 ist das Taktsignal für digitale Signalverarbeitungs-Schaltungen in dem Prozessor 150 für geringe Priorität. Der Schmalband-Prozessor für hohe Priorität verarbeitet ein Signal mit einer Bandbreite, die ein Viertel von der des Breitband-Signals ist. Somit sprechen die Elemente des Prozessors mit hoher Priorität auf ein Taktsignal CLK/4 mit einer Frequenz (3,84 MHz) an, die ein Viertel von der des Signals CLK ist, das von einem Frequenzteiler 136 erzeugt wird.
• Die Frequenz des Taktsignals CLK beim Empfänger entspricht der Frequenz eines Taktsignals, das beim Sender verwendet wird. Die Erzeugung der richtigen Empfänger-Taktfrequenz wird durch Erzeugung des Empfänger-Taktsignals aus der Information erleichtert, die in der zuverlässiger empfangenen Hochleistungs-Schmalband-QAM-Komponente enthalten ist. Genauer gesagt wird das zusammengesetzte QAM-Signal von dem Ausgang des LPF 114 einem nicht-linearen Signalgenerator 131 zugeführt, z.B. einem Generator mit der Potenz von N, wie einem Vervielfacher, der den Eingang durch sich selbst vervielfacht, wobei N 2 oder 4 sein kann. Die Einheit 131 erzeugt eine Komponente mit einer einzelnen Frequenz mit der Symbol-Rate der Schmalband-QAM-Komponente. In diesem Fall ist die Symbol-Rate 0,96 MHz, ein Viertel der Bit-Rate. Die Einheit 131 erzeugt auch eine hoch gedämpfte Ausgangs-Komponente mit der Symbol-Rate der Breitband-QAM-Komponente mit -niedriger Leistung, wobei diese Ausgangs-Komponente durch nachfolgende Signalverarbeitungs-Einheiten ignoriert wird.
• Die Ausgangs-Komponente mit der 0,96 MHz-Symbol-Rate von der Einheit 131 wird durch ein Filter 132 bandpaßgefiltert, bevor sie einem Phasenschieber 133 zugeführt wird. Das Filter 132 hat eine Mittenfrequenz, die gleich der 0,96 MHz-Symbol- Frequenz ist. Die Bandbreite des Filters 132 ist nicht kritisch, aber sie sollte ausreichen, um einen angemessenen Rauschabstand vorzusehen. Der Phasenschieber 133 liefert eine veränderbare Verzögerung bis hinauf zu einer Taktperiode des 0,96 MHz-Ausgangssignals von dem Filter 132 unter Bedingungen, die nachfolgend beschrieben werden. Unter normalen stationären Betriebsbedingungen weist der Phasenschieber 133 einen statischen Zustand auf und erteilt dem Signal vom Filter 132 ein Maß an Verzögerung, das benötigt wird, um die Phase des Eingangssignals zu einem Phasendetektor 137 zu entzerren&sub4;
• Im normalen stationären Zustand befindet sich ein elektronischer Schalter 134 - wie dargestellt - in der Position "A". Somit bildet der Phasendetektor 137, der auf die 0,96 MHz- Symbol-Raten-Ausgangskomponente von der Einheit 133 anspricht, eine Phasenregelschleife zusammen mit einem Tiefpaßfilter 138, einem Synthesizer 129 und einem durch 16 teilenden Frequenztei-ler 139. Das Filter 138 entfernt unerwünschte Frequenzen ein-schließlich Rauschen, das von dem Betrieb des nicht-linearen Signalgenerators 131 erzeugt wird. Der Frequenzteiler 139 empfängt ein 15,36 MHz-Signal vom Synthesizer 129 und liefert ein in der Frequenz geteiltes 0,96 MHz-Ausgangssignal an einen Steuereingang eines Phasendetektors 137. Der Synthesizer 129 enthält ein Register, das Phasenschritte ansammelt, die durch das Signal bestimmt sind, das einem Steuereingang der Einheit 129 von dem Filter 138 mit einer Rate zugeführt wird, die durch die Frequenz des Signals von dem Taktgenerator 130 bestimmt ist. Der angesammelte Phasenwert adressiert einen ROM, der sinusförmige Werte enthält, die das Ausgangssignal von der Einheit 129 synthetisieren. Die Funktion der Einheit 129 kann mit der inte-grierten Schaltung vom Typ Q2334 ausgeführt werden, die im Handel von Qualcomm Corporation of San Diego, California, US, erhältlich ist.
• Bei diesem System besitzt die Komponente mit hoher Priorität vorteilhafterweise eine geringe Bandbreite mit einer scharfen Dämpfung außerhalb des Bandes, d.h. steilen "Rändern". Die klei-ne (17%) überschüssige Bandbreite der Schmalband-QAM-Komponente erlaubt nicht, daß der nicht-lineare Generator 130 ein Ausgangs-signal mit ausreichender Größe erzeugt, um schnell ein rich-tig synchronisiertes Taktsignal nach einer Systemstörung, z.B. einem Kanalwechsel, zu erzeugen. Obwohl die dem nicht-linearen Genera-tor 131 zugeführte Schmalband-QAM-Komponente eine verhältnis-mäßig große Amplitude aufweist, verhindert die geringe überschüssige Bandbreite der Schmalband-QAM-Komponente, daß der Ge-nerator ein großes Ausgangssignal erzeugt&sub4; Die Größe des Aus-gangssignals von einem nicht-linearen Signalgenerator (z.B. einem Vervielfacher), z.B. der Einheit 131 in Abhängigkeit von einem Eingangs-QAM-Signal ist eine Funktion der Form der Ampli-tudencharakteristik über der Frequenz des Eingangssignals, ins-besondere an den Bandrändern. Für eine gegebene Durchlaßbe-reichs-Amplitudencharakteristik erzeugt ein steiler Verlauf am Bandrand eine Einzelfrequenz- Ausgangskomponente mit kleiner Amplitude mit der Symbol-Rate des Eingangssignals, während ein flacher Verlauf des Bandrandes eine Ausgangskomponente mit gro-ßer Amplitude erzeugt,
• Der kleine Signalausgang von dem nicht-linearen Generator 131 legt es nahe, daß dem Generator 131 eine Schmalband- Phasen-regelschleife folgt. Eine in diesem Fall verwendete Schmalband-Phasenregelschleife besitzt eine langsame Ansprechzeit im Ver-gleich zu einer Breitband- Phasenregelschleife, wobei ein Aus-gangs-Taktsignal von der Phasenregelschleife eine sich langsam ändernde Phase während einer Zeitdauer besitzt, bis die Phasen-verriegelung erreicht wirdc Diese sich langsam ändernde Phase vor der Phasenverriegelung ist unerwünscht, da sie den Betrieb des adaptiven Entzerrers 120 und anderer auf den Takt ansprechender Schaltungen ungünstig beeinflußtc Obwohl der in Teilschritten adaptive Entzerrer 120 weitgehend unempfindlich für unterschiedlich festgelegte Taktphasen ist, kann eine sich ändernde Taktphase vor der Phasenverriegelung Nachlaufprobleme hinsichtlich der Minimierung des Phasenfehlers des 1- und Q- Eingangs- und Ausgangssignals und des Träger-Phasenfehlers erzeugen. Solche Nachlaufprobleme entstehen insbesondere in dem Intervall zwischen der Auslösung eines Kanalwechsels und der nachfolgenden Phasenverriegelung, aber sie können durch die nachfolgend beschriebene Taktsignal-Erzeugungsvorrichtung vermieden werdenc Eine sich ändernde Taktphase während der Erfassung eines neuen Signals unterbricht oder verlangsamt die Konvergenz des Entzerrers. Dieser Zustand tritt insbesondere nach einem Kanalwechsel ein, während der Entzerrer angepaßt wird, um die Amplituden- und Phasencharakteristiken des neuen Kanals zu kompensieren.
• Wenn ein Kanalwechsel auftritt, ist es erwünscht, ein sicht-bares, unverzerrtes Bild für den neuen Kanal schnell zu erzeu-gen, weil die Betrachter es vorziehen, ein sichtbares Bild nahe-zu unmittelbar nach einem Kanalwechsel zu sehenc Somit ist es wichtig, schnell ein geeignetes Taktsignal nach der Unterbre-chung durch einen Kanalwechsel zu erzeugen. Dies wird durch die beschriebene Vorrichtung in Verbindung mit dem Phasenschieber 133, dem Schalter 134 und dem Steuer-Netzwerk 155 erreicht. Das Netzwerk 155 ist ein Mikroprozessor mit Komparatoren, Schalt- und Logikschaltungen zur Erzeugung von Ausgangs-Steuersignalen als Funktion der Größe von bestimmten Eingangssignalen, was noch beschrieben wirdc
• Unter normalen stationären Betriebsbedingungen für einen gegebenen Kanal ist der Schalter 134 in der Position A, wie dargestellt, und die Phasenregelschleife mit den Elementen 137, 138, 134, 129 und 136 bewirkt, daß eine im wesentlichen 0º-Phasendifferenz zwischen dem 0,96 MHz-Eingangssignal, das dem Phasendetektor 137 von dem Phasenschieber 133 zugeführt wird, und dem 0,96 MHz-Eingangssignal, das dem Phasendetektor 137 von dem Frequenzteiler 139 zugeführt wird, aufrechterhalten wird. Das letztere Signal wird durch den Synthesizer 129 in Abhän-gigkeit von einem einen Phasenfehler darstellenden Steuersignal vom Filter 138, das über den Schalter 134 in der Position A zugeführt wird, erzeugt.
• Wenn von einem Betrachter ein Kanalwechsel ausgelöst wird, liefert der Tuner 111 ein Kanalwechsel-Anzeige-Ausgangssignal CC, z.B. einen Impuls, an einen Eingang des Steuer-Netzwerks 155. Das Signal CC bewirkt, daß das Steuer-Netzwerk 155 ein Aus-gangs-Schalt-Steuersignal 5 mit einer Größe erzeugt, die be-wirkt, daß der Schalter 134 die Position B anstelle der Position A einnimmt. In der Position B wird das Phasenfehler- Steuersignal von dem Ausgang des Filters 138 vom Synthesizer 129 zum Phasen-schieber 133 geschaltet. Der Synthesizer 129 setzt die Lieferung des Ausgangs-Taktsignals CLK mit der Phasencharakteristik des zuvor abgestimmten Kanals fort, während das Steuer-Netzwerk 155, der Schalter 134 und der Phasenschieber 133 zusammenwirken, um die Phase des Ausgangssignals vom Filter 132 für den neuen Kanal mit der Phase des dem alten Kanal zugeordneten Taktsignals auszurichten. Während dieser Zeit empfangen digitale Signalverarbeitungs-Schaltungen in dem Prozessor mit hoher Priorität und in dem Prozessor mit niedriger Priorität Taktsignale CLK/4 bzw. CLK mit fester Phase.
• Das den Phasenfehler darstellende Steuersignal vom Filter 138 wird einem Steuereingang des Phasenschiebers 133 über den Schalter 134 in der Position B zugeführt, um die Größe und Rich-tung der von der Einheit 133 erzeugten Phasenverschiebung zu be-stimmen. Das Steuer-Netzwerk 145 überwacht das Phasen- Fehlersi-gnal (E) vom Filter 138, um zu bestimmen, wenn die Aktion des Phasenschiebers 133 die Phasendifferenz zwischen -dem Signal vom Synthesizer 129, das über den Teiler 139 zugefübrt wird, und dem in der Phase verschobenen Signal von dem neu gewählten Kanal, das durch das Filter 132 zugeführt wird, und das als Bezugssi-gnal für den Phasendetektor 137 wirkt, minimiert hat. Wenn ein Minimum erreicht wird, d.h. wenn die Ausgänge des Phasendetek-tors 137 und des Filters 138 eine im wesentlichen 0º-Phasendif-ferenz zwischen den Eingangssignalen des Phasendetektors 137 anzeigen, bringt das Steuer-Netzwerk 155 über das Signal 5 den Schalter 134 in die Position A, wobei von dem neuen Kanalsignal erzeugte Taktsignale den digitalen Signalverarbeitungs-Schaltun-gen zugefübrt werden. Zu dieser Zeit setzt der Phasenschieber 130 die Lieferung einer Menge an Phasenverschiebung (Verzöge-rung) als Funktion des letzten vom Filter 138 empfangenen und durch die Einheit 133 gespeicherten Wertes fort, wodurch das neue Kanalsignal von den Einheiten 132 und 133 als Bezug für die Phasenregelschleife wirkt.
• Dem Eingang des Netzwerks 155, der ein Bezugssignal R von dem Ausgang des Filters 132 empfängt, sind beispielsweise Analog/Digital-Wandler- und Komparator-Schaltungen zugeordnet. Die-se Schaltungen erfassen die Größe des Signals R und verzögern das Zurückbringen des Schalters 134 in die Position A, bis das Ausgangssignal vom Filter 132 groß genug ist, um der Phasen-regelschleife zu ermöglichen, dem Symbol-Signal des neuen Kanals zu folgen, von dem die Taktfrequenz CLK über den Synthesizer 129 erzeugt wird. Der Schalter 134 kehrt nicht aus der Position B in die Position A zurück, bis das Steuer- Netzwerk 155 erfühlt, daß das Ausgangssignal vom Filter 132 groß genug für die richtige Phasenregelschleifen-Operation ist, und daß das Signal E eine im wesentlichen 0º-Phasendifferenz zwischen den Eingangssignalen der Einheit 137 darstellt.
• Somit wird nach einem Kanalwechsel ein von dem zuvor abgestimmten Kanal erzeugtes Taktsignal als Taktsignal für den neuen Kanal verwendet, bis die von der Einheit 131 abgeleitete Symbol-Raten-Komponente für den neuen Kanal die Phasenregelschleife angemessen steuern und ein phasenstabiles Taktsignal über den Synthesizer 129 erzeugen kann. Die taktabhängigen digitalen Signalverarbeitungs-Schaltungen wie die adaptiven Entzerrer haben einen normalen, ungestörten Betrieb während des Verlaufs einen Kanalwechsels, und die Empfängerfunktionen für den neuen Kanal beginnen unmittelbar nach einem Kanalwechsel.

Claims (12)

1.) Vorrichtung zur Erzeugung eines Fernsehsignals mit hoher Auflösung, umfassend:

digitale Signalverarbeitungsmittel (118 - 128) mit einem Signaleingang zum Empfang des Fernsehsignals, und mit einem Takteingang zum Empfang eines Taktsignals;

Mittel (136) zum Verbinden des Ausgangs von takterzeugenden Mitteln mit dem Takteingang der digitalen Signalverarbeitungs-mittel, gekennzeichnet durch:

Mittel (111) zur Erzeugung eines Kanal-Wechsel-Steuersignals, das angibt, daß das System von einem ersten Kanal auf einen zweiten Kanal abgestimmt wird; und

Mittel (155, 129), die auf das Fernsehsignal und auf das Kanal-Wechsel-Steuersignal ansprechen, um Taktsignale an dem Taktausgang zu erzeugen, wobei die Erzeugungsmittel Mittel (133, 134, 137, 138, 139) enthalten, um dem Taktausgang (a) ein erstes Taktsignal zuzuführen, das aus einer Fernsehinformation abge-leitet ist, die dem ersten Kanal während eines einem Kanaiwech-sel folgenden Anfangs-Intervalls zugeordnet ist, und (b) ein zweites Taktsignal zuzuführen, das aus einer Fernsehinformation abgeleitet ist, die dem zweiten Kanal zugeordnet ist, wenn das zweite Taktsignal eine gewünschte Phasencharakteristik aufweist.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Fernsehsignal eine Bandbreite hat, die kompatibel mit einem vorher vorhandenen Fernsehkanal mit Norm-Auflösung ist, und eine modulierte Schmal-band-Komponente, die eine Information mit hoher Priorität ent-hält und eine modulierte Breitband- Komponente, die eine Informa-tion mit geringer Priorität enthält, umfaßt; und

wobei die Erzeugungsmittel (115, 129) das Taktsignal aus der Information mit hoher Priorität erzeugen.

3.) Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Taktsignal- Erz eugungsmittel enthalten:

Mittel (131), die auf das Fernsehsignal ansprechen, um selektiv die Information mit hoher Priorität wiederzugewinnen; Frequenz-Synthesizer-Mittel (129) mit einem Steuereingang und einem Signaleingang;

Phasensteuermittel (133, 137) mit einem Phasensteuer-Eingang, die auf die Information mit hoher Priorität und auf ein Ausgangssignal von dem Frequenz-Synthesizer ansprechen, um ein einen Phasenfehler darstellendes Signal zu erzeugen: und

Mittel (134), um das den Phasenfehler darstellende Signal dem Phasensteuer-Eingang der Phasensteuermittel während des An-fangs-Intervalls und dem Steuereingang des Frequenz- Synthesizers zu anderen Zeiten zuzuführen.

4.) Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Kopplungsmittel enthalten:

Schaltmittel (134) mit einem Eingang zum Empfang des den Phasenfehler darstellenden Signals, wobei ein erster Ausgang mit dem Steuereingang des Frequenz-Synthesizers und ein zweiter Ausgang mit dem Phasensteuer-Eingang der Phasensteuermittel verbunden ist; und

Mittel (155), die auf das Kanalwechsel-Steuersignal und auf das den Phasenfehler darstellende Signal ansprechen, um das Schalten der Schaltmittel zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgang zu steuern.

5.) Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Steuermittel (155) zusätzlich auf die wiedergewonnene Information mit hoher Prio-rität ansprechen, um die Schaitmittel zu steuern.

6.) Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Mittel (131) zur Wiedergewinnung der Information mit hoher Priorität aus einem nicht-linearen Netzwerk bestehen.

7.) Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die digitalen Signal-verarbeitungsmittel (118 - 128) einen adaptiven Entzerrer (120) enthalten, der auf ein Taktsignal von den Erzeugungsmitteln anspricht

8.) Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der der adaptive Entzerrer (120) ein in Teilschritten adaptiver Entzerrer ist.

9.) Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Empfang eines Fernsehsignals mit hoher Auflösung, das eine Bandbreite hat, die mit einem vorher vorhandenen Fernsehsignal-Kanal mit Normauf lösung kompatibel ist, und das eine modulierte Schmalband-Komponente, die eine Information mit hoher Priorität enthält, und eine modulierte Breitband-Komponente, die eine Information mit geringer Priorität enthält, umfaßt, wobei die Vorrichtung enthält:

erste digitale Signalverarbeitungsmit, tel (118 - 128) die einen adaptiven Entzerrer enthalten, und die einen Signaleingang zum Empfang des Fernsehsignals und einen Takteingang zum Empfang eines Taktsignals haben, um die Information mit hoher Priorität zu verarbeiten; zweite digitale Signalverarbeitungsmittel (150) die einen adaptiven Entzerrer enthalten, und die einen Signaleingang zum Empfang des Fernsehsignals und einen Takteingang zum Empfang eines Taktsignals haben, um die Information mit geringer Priorität zu verarbeiten;

Mittel (155, 129), die auf die Information mit hoher Priorität und auf das Kanalwechsel-Steuersignal ansprechen, um

das Taktsignal an dem Taktausgang zu erzeugen, wobei die Erzeu-gungsmittel enthalten:

a) Mittel (130) mit einem nicht-linearen Ansprechen zur Wiedergewinnung der Schmalband-Information mit hoher Priorität aus dem Fernsehsignal;

b) Frequenz-Synthesizermittel (129) mit einem Steuereingang und einem Signalausgang;

c) Phasensteuermittel (133, 137) mit einem Phasensteuer- Eingang, der auf die wiedergewonnene Information mit hoher Prio-rität aus den nicht-linearen Mitteln und auf ein Ausgangssignal von dem Frequenz-Synthesizer ansprechen, um ein einen Phasen-fehler darstellendes Signal zu erzeugen;

d) Schaltmittel (134) mit einem Eingang zum Empfang des einen Phasenfehler darstellenden Signals, wobei ein erster Ausgang mit dem Steuereingang des Frequenz-Synthesizers und ein zweiter Ausgang mit dem Phasensteuer-Eingang der Phasensteuermittel verbunden ist;

e) Steuermittel (155), die auf das Kanalwechsel-Steuersignal und auf das einen Phasenfehler darstellende Signal ansprechen, um das Schalten der Schaltmittel zwischen dem ersten und zweiten Ausgang so zu steuern, daß das den Phasenfehler dar-stellende Signal dem Phasensteuer-Eingang der Phasensteuermittel während des Anfangs-Intervalls und dem Steuereingang des Fre-quenz-Synthesizers zu anderen Zeiten zugeführt wird; und

Mittel (136) zum Zuführen des Taktausgangs der Erzeugungsmittel zu den Takteingängen der ersten und zweiten digitalen Signalverarbeitungsmittel

10.) Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 9, bei der die Information mit hoher Priorität eine Überschuß-Bandbreite von weniger als 30% aufweist.

11.) Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die ersten digitalen Signalverarbeitungsmittel einen in Teilschritten adaptiven Ent-zerrer (120) enthalten, der auf ein Taktsignal von den Erz eu-gungsmitteln anspricht.

12.) Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Steuermittel (155) zusätzlich auf die aus den nicht-linearen Mitteln (131) gewon-nene Information mit hoher Priorität ansprechen.