DK174391B1 - Lydkanalkredsløb for digitale fjernsynsmodtagere - Google Patents

Description

DK 174391 B1 i

Opfindelsen angår lydkanalkredsløb for digitalemodtagere omfattende mindst en analog-til-digital konverter og mindst en digital-til-analog konverter, som har været kommercielt tilgængelige i nogen tid.

5 I betragtning af de forskellige fjernsynslydtransmissionsstandarder, som anvendes over hele verden, er det ønskeligt at have et universelt anvendeligt lydkanalkredsløb, som gør det muligt at demodulere alle sædvan-10 lige og fremtidige fjernsynslydstandarder. Blandt fjernsynslydsstandarder, som ventes i fremtiden, er en interessant fremgangsmåde i forbindelse med opfindelsen, som nu er beregnet til indføring i Storbritanien og Skandinavien, og for hvilken forkortelsen "NICAM" synes at komme 15 i anvendelse. Den er beskrevet i en tryktproblikation udgivet af IBA og BBC i september 1986 og betegnet "Specification of a Standard for UK Stereo-with-Televi-sion Tranmissions".

20 Det er derfor formålet med opfindelsen at tilvejebringe et universelt anvendeligt lydkanalkredsløb til digitale fjernsynsmodtagere. En af fordelene ved opfindelsen beror på den kendsgerning, at et multistandard fjernsynsapparat, som er i stand til at håndtere de forskellige lyd-25 transmissionsstandarder, kan bygges med et enkelt integreret lydkanalkredsløb, hvor det sidst nævnte automatisk tilpasses til de forskellige standarder under gengivelse.

Opfindelsen skal idet følgende nærmere beskrives med hen-30 visning til tegningen hvorpå: fig. 1 er et i høj grad skematisk blokdiagram af en første udførelsesform ifølge opfindelsen, 1 fig. 2 er et i høj grad skematisk blokdiagram af en anden udførelsesform ifølge opfindelsen, 2 DK 174391 B1 fig. 3 er et i høj grad skematisk blokdiagram af en tredie udførelsesform ifølge opfindelsen, fig. 4 er et i høj grad skematisk blokdiagram af en DQPSK 5 dekoder delt for den ovennævnte "NICAM" standard, som kan anvendes med fordel i opfindelsen.

På tegningens figurer symboliserer de kvadratiske blokke digitale underkredsløb, som skal defineres mere detalier-10 et i det efterfølgende, og i hvilke signaler behandles parallelt. Denne parallelle signalbehandling kan også udføres ved såkaldt pipeline teknik, indgangs og udgangssignalerne overføres over busser, som er symboliseret i tegningens figurer med båndformede forbindelseslinier 15 under styring af et indtakt system. Lydkanalkredsløbet ifølge opfindelsen er særlig egnet til implementering med isolationslag-felteffekt-transistorkoblinger, altså den såkaldte MOS-teknik, som underforstås at indeholde CMOS integration, det vil sige implementation med 20 komplementære felteffekttransistorer.

I de på tegningens figurer viste udførelsesformer er det antaget at det ønskede analoge lyd og videosignal ved hjælp af en konventionel tuner og en konventionel 25 blander allerede er blevet udskilt fra signalerne, som når fjernsynsmodtageren via antennen og omdannes til basisbåndet, som det gøres i sædvanlige digitale fjernsynsmodtagere .

30 I alle tre varianter er løsningen ifølge opfindelsen, som er vist i figur 1 til 3, bliver det analoge lyd og videosignal va først tilført til det analoge anti-aliasing-lavpasfilter, og det filtrede signal bliver tilført til indgangen af den enkelte analog-til-digital konverter ad.

35 Sampling signalet ts for sidst nævnte har en frekvens i størrelsesordenen fire gange farvehjælpebærebølgefre-kvensen, det vil sige sampling frekvensen vil generelt DK 174391 B1 3 ligge mellem 15 MHz og 25 MHz. Anti-aliasing lavpasfiltret af adskiller de komposanter fra analogsignalet, som, hvis de er tilstede, vil resultere i forstyrrelser efter analog-til-digital omdannelsen.

5 Udgangssignalet fra analog-til-digital konverteren ad er forbundet til båndpasfilteret bp, hvis midterfrekvens og båndbredde henholdsvis er lig med den modtagne fjernsynsstandard-afhængige lydbærefrekvens og tilhørerende båndbredde, herefter betegnet som "anvendeligt bånd".

10 Udgangen for båndpasfilteret bp er forbundet til indgangen af decimeringstrinnet dz, hvis takstsignal ft udledes ved at dele frekvensen af samplingsignalet ts med et sådan helt tal, at det anvendelige bånd ikke påvirkes af decimeringen.

15

Udgangen fra decimeringstrinnet dz tilføres til lavpas-filteret tp, hvis frekvenskarakteristik løber over og så parallelt som muligt med frekvenskarakteristikken af det anvendelige bånd.

20 I figur 1 til 3 er vist, at udgangen fra analog-til-digital konverteren ad også kan tilføres til videosignalbe-handlingsunderkredsløbene vp for den digitale fjernsynsmodtager.

25

Udgangen fra lavpasfilteret tp frembringer det ønskede digitale lydsignal ds. Dette signal føres til fasesplit-teren ps, som har 0° udgangssignal aO og 90° udgangssignal a9. Det kan f.eks. implementeres med et Hilbert fil- 30 ter eller med et hvilken som helst andet kredsløb, som forskyder fasen af et indgangssignal 90°, det vil sige frembringer et signal, som står vinkelret på indgangssignalet. 1

Fasessplitterens 0° udgang oa og 90° udgang a9 er begge koblet til en af to indgange af fasediskriminatoren pd, som har absolutværdi udgangen aa og fasevinkel udgangen 4 DK 174391 B1 ap. Forbundet til sidstnævnte er DQPSK delen td af dekoderen nd for ovennævnte "NICAM" standard og differentieringstrinnet td, som afslutter det digitale frekvensmodulationskredslob. Absolutværdi udgangen aa, som, ved 5 tilstedeværelse af et aplitudemoduleret indgangssignal, frembringer det tilsvarende digitale amplitudemodulerede signal, udgangssignalet fra dekoderen dn, og udgangen fra det digitale trin dt er efterfuldt af digital-til-analog konvertere, henholdsvis mw, nw og fw. Udgangen fra 10 hver digital-til- analogkonverter kan forbindes til en konventionel analog lydkanalforstærker med højtaler (vist med pilene ved udgangene).

Den anden variant af løsningen ifølge opfindelsen, som er 15 vist skematisk i figur 2, afviger fra den første variant i figur 1 ved, at udgangen fra analog-til-digital konverteren ad er koblet til indgangen af blanderen m, som omdanner det indkommende signal til lydsignalets basisbånd- Udgangen fra blanderen m fødes til det første lav-20 pasfilter tpl, hvis frekvenskarakteristik har et nul lige under halvdelen af sampling frekvensen reduceret med båndbredden af lydsignalet, som er indeholdt i det modtagne, fjernsyns-standard-afhængige signal.

25 Udgangen fra det første lavpasfilter tpl er koblet til decimeringstrinnet dz, hvis taktsignal ft har en frekvens, som er lig med f.eks. en fjerdedel af frekvensen af samplingssignalet ts, og som er fulgt af det andet digitale lavpasfilter tp2, hvis frekvens karakteristik 30 har et nul lig over det gavnlige bånd og løber så parallelt som muligt med frekvenskarakteristikken af det gavnlige bånd.

De andre dele af udførelsesformen i figur 2 er identiske 35 med de dele i udførelsesformen i figur 1, som er betegnet med samme henvisningstal, således at de ikke behøver at forklares igen.

5 DK 174391 B1

Den tredie variant; af løsningen ifølge opfindelsen, hvis blokdiagram er vist i figur 3, afviger fra de to andre varianter ved, at udgangen fra analog-til-digital konverteren ad er tilført til de to dele af den kvardratiske 5 blander qm, som igen omdanner det indkommmende signal til basisbåndet for lydsignalet. De to dele af den kvadratiske blander qm tilføres henholdsvis med det digitale sinusbølge bærefrekvenssignal sn og det digitale cosinus-bærefrekvenssignal cn.

10

Udgangene fra den kvadratiske blanders qm sinus og cosi-nusdele er koblet til henholdsvis det første lavpasfilter tpl og det andet lavpasfilter tp2, hvis frekvenskarakte-ristikker har et nul lige under halvdelen af sampling-15 frekvensen reduceret med båndbredden af lydsignalet, som er indeholdt i det modtagene, fjernsyns-standard-afhæng-igsignal. Udgangene fra det første og det andet lavpasfilter tpl, tp2 er koblet til henholdsvis det første decimeringstrin dzl og det andet decimeringstrin 2, hvis 20 fælles takstsignal ft har en frekvens, som er lig med f.eks. en fjerdedel af frekvensen af samplingsignalet ts.

Udgangen fra det første og det andet decimeringstrins dzl, dz2 er henholdsvis forbundet til det tredie lavpas-25 filter tp3 og det fjerde lavpasfilter tp4. Frekvenskarakteristikken for disse lavpasfiltrer har et nul over det gavnlige bånd og løber så parallelt som muligt med frekvenskarakteristikken for det gavnlige bånd.

30 Udgangen fra det tredie og fjerde lavpasfilter tp3, tp4 er henholdsvis koblet til den første og anden indgang af fasediskriminatoren pd, som har den absolutte udgangsværdi aa og fasevinkeludgangen ap. Den øvrige del af kredsløbet er identisk med det i figur 1 og 2 viste.

Den universale anvendelighed af lydkanalkredsløbet ifølge opfindelsen er baseret på den kendsgerning, at indbyrdes 35 6 DK 174391 B1 ortogonalesignaler først fremstilles ved hjælp af fase-splitteren ps og dernæst anvendes med fasediskriminatoren pd til at aflede et absolutværdi signal og et vinkelsignal. Hvis lydbærerbølgen er amplitudemoduleret, rep-5 ræsenterer absolutværdi signalet den demodulerede lydinformation: ved frekvensmodulation eller differential kvadratur fase-forskydnings-tastningsmodulation kan lydsignalet afledes fra fasesignalet, i den ovennævnte "NICAM" standard afledes lydsignalet direkte fra 10 vinkelsignalet, mens det ved frekvensmodulation afledes fra vinkelsignalet via differentieringstrinnet dt. I den tyske fjernsynsstereostandard kan demodulation af begge de stereofoniske kanaler opnås ved dobbelt udnyttelse af fasediskriminatoren ved tidsdelingmultipleksing.

15

Fig. 4 viser et blokdiagram af den fortrukne udførelsesform for DQPSK delen td af dekoderen nd for separering af DPSK datapar dp fra fasevinkel eller differensdata dd afledt på konventionel måde ved "timing recovery" fra sig-20 nalerne , som fremkommer ved fasevinkel udgangen ap for fasediskriminatoren pd, cf."IEEE Transactions on Communications", maj 1986, siderne 423 til 429.

For at gøre det lettere at forstå følgende beskrivelse 25 skal differential kvadratur, forkortet DQPSK, først omtales. For taktstyre transmission af serie binære dataer over en båndbegrænset kanal grupperes strømmen af binære data først i en taktstyret sekvens af par af to bit dataer, såkaldte "symboler", således at de fire digitale 30 ord 00, 01, 10, 11 dannes. Hvis taktfrekvensen for strømmen af binære data kaldes "data rate" er symbol rate lig med halvdelen af data rate.

Hvis disse (to bit) digitaleord fortolkes som koordinater 35 i et rektangulært koordinatsystem og betragtes som binære tal de to'es komplement fremstilling, kan de anvendes til at repræsentere de fire skæringspunkter DK 174391 B1 7

mellem enhedscirklen og koordinatakserne, det; vil sige de fire vinkle 0°, 90°, 180° og 270°. I

differtial kvadratur faseforskydningstastningen, anvendes sådanne digitale ord som DFSK data par for at 5 repræsentere faseforskellen fra den forgående faseværdi, således at DPSK data par 00, 10 , 11 og 01 f.eks. er equivalente med fase forskellene henholdsis 0°, 90° eller -270°, +/- 180°, og 270° eller -90°.

10 For transmission filtreres DPSK data parrene med analoge og digitale anordninger: idet sidst nævnte tilfælde vil frekvensen af takstsignalet for de to digitalefiltre, som er nødvendige til dette formål, generalt være højere end ovennævnte takstfrekvens.

15

Efter filtreringen udsættes udgangssignalerne for kvadratur amplitudemodulation, nemlig til analog kvadraturmodulation efter analog filtrering og til digital kvadraturmodulation efter digitalfiltrering, det 20 vil sige bærebølgen er så ikke et kontinueret signal, men består kun af samplede amplituder af bærefrekvenssignalet i overenstemmelse med sampling teorien.

Ifølge denne kvadratur modulation bliver de indbyrdes 25 ortogonale signaler af de to "kanaler" adderet og der næst konverteret fra digital-til-analog form. I denne form anbringes de på transmissionsvejen.

Ved modtagerenden udføres analog-til-digital konvertering 30 ved en tilsvarende høj samplingfrekvens, som efterfølges af (digital) kvadraturampli tudedemodulation, således at de to udgange fra demodulatoren frembringer en strøm af digitale ortogonalesignalpar. Efter lavpasfiltrering af de to kanaler fremkommer et signalpar, af hvilket symbol 35 rate (lig med det dobbelte af data rate) skal genvindes med hensyntil frekvens og fase. Dette kan gøres på den måde, som f.eks. er beskrevet i tidskriftet "IEEE Tran- 8 DK 174391 B1 sactions on Communications", maj 1986, side 423 til 429.

Signalbehandlingen, som er beskrevet ved hjælp af fig. 1 til 3, incl. den nævnte timing recovery, udføres i fjern-5 synsmodtageren. Fasedataer dd ved udgangen ap af fasedis- kriminatoren pd, som indeholder informationen vedrørende den ovennævnte faseforskel, er stadig multi-bit digital ord, hvorfra fase forskels data skal separeres. Dette sker med arrangementet i fig. 4.

10

Fasedata dd tilføres til den første konstant adder kl, som også forsynes med digitalordet "45°", svarende til fasevinklen 45°. Dens udgang er koblet til den første indgang af adder sm, hvis udgang er forbundet til 15 subtrahendudgangen af den første subtrakter si.

Der er også tilvejebragt den anden konstant adder k2, som, ligesom konstant adderen kl fødes med en konstant i form af digitalordet ”45°", svarende til fasevinklen 20 45°, og hvis udgang er koblet til minuend indgangen af den første subtrakter si. Tegn bit sb og det mest betydende bit mb fra udgangen af adderen sm tilføres som et to-bit signal til den anden indgang af konstant adderen k2, til indgangen af forsinkelseselementet v, og til 25 minuend indgangen af den anden subtrakter s2, hvis udgang frembringer fase-differensdata dp. Forsinkelsen, som indføres med forsinkelseselementet v, er lig med perioden for den oprindelige data rate for DPSK dataparrene.

30 Udgangen fra den første subtrakter si er forbundet til den anden indgang af adderen sm via lavpasfilteret tp, som virker som et PLL filter.

Ved tilføjelsen af 45° digitalordet til fase data dd, til 35 tegn bit, og til den mest betydende bit af udgangen fra adderen sm, opnås pålidelige genvinding af fase-differensdata .

Claims (4)

1. Lydkanalkredsløb til digitale fjernsynsmodtagere ora-5 fattende mindst en analog-til-digital konverter og mindst en digital-til-analog konverter, kendetegnet ved, at det analoge lyd og videosignal (va) ved basisbånd til-10 føres gennem et analog anti-aliasing-lavpasfilter (af) til enkel analog-til-digital konverter (ad), hvis samplingssignal (ts) har en frekvens i størrelses ordenen fire gange farvehjælpebærebølgefrekvensen, 15 at udgangen fra analog-til-digital konverteren (ad) er koblet til et digitalt båndpasfilter (bp), hvis midter frekvens og båndbredde henholdsvis er lig med den modtagen, fjernsyns-standard-afhængige lydbærefrekvens og båndbredden i forbindelsen dermed (lig med nytte bånd), 20 at udgangen fra båndpasfilteret (bp) er forbundet til indgangen af et decimeringstrin (dz), hvis taktsignal (ft) udvindes ved at dele samplingsignales (ts) frekvens med et sådan helt tal, at nyttebåndet ikke påvirkes af 25 decimeringen, at udgangen af decimeringstrinet (dz) tilføres til et digital lavpasfilter (tp), hvis frekvenskarakteristik forløber over, og så parallelt som muligt til det nyttige 30 bånds frekvenskarakteristik, at udgangen (ds) fra lavpasfilteret (tp) tilføres til en fasesplitter (ps), 1 at det har en 0° udgang (aO) og en 90° udgang (a9), som hver er forbundet til en af to indgange for en fasediskriminator (pd) med en absolut-værdi udgang (aa) DK 174391 B1 og en fasevinkel udgang (ap), at fasevinkel udgangen (ap) føder en DQPSK del (td) af en dekoder (nd) for "NICAM" standarden og mindst et diffe-5 rentieringstrin (dt),og at absolutværdi udgangen (aa), dekoderen (nd),og differentieringstrinet (dt) hver er efterfulgt af en digital-til-analog konverter (mw, nw, fw).

2. Lydkanalkredsløb til digitale fjernsynsmodtagere omfattende mindst en analog-til-digital konvereter og mindst en digitai-til-analog konverter, kendetegn e t ved, 15 at det analoge lyd og videosignal (va) ved basisbånd tilføres gennem et analog anti-aliasing lavpasfilter (af) til en enkel analog-til-digital konverter (ad), hvis samplingsignal (ts) har en frekvens i størrelsesordenen 20 fire gange farvehjælpebærebølgefrekvensen, at udgangen fra analog-til-digital konverteren (ad) er koblet til indgangen af en blander (m), som omdanner det modtagene signal til basisbåndet for lydsignalet (lig med 25 nytte bånd), at udgangen fra blanderen (m) er koblet til et første digitalt lavpasfilter (tpl), hvis frekvens karakteristik har et nul under halvdelen af samplingsfrekvensen reduce-30 ret med båndbredden af lydsignalet, som er indeholdt i det modtagene, fjernsyns-standard-afhængige signal, at udgangen fra det første lavpasfilter (tpl) er koblet til et decimeringstrin (dz), hvis taktsignal (ft) har en 35 frekvens, som er lig med f.eks. en fjerdedel af samplingssignalets (ts) frekvens. DK 174391 B1 at udgangen fra decimerings trinet (dz) er koblet til et andet lavpasfilter (tp2), hvis frekvenskarakteristik har et nul lige over nytte båndet og løber så parallelt som muligt med nytte båndets frekvenskarakteristik, 5 at det andet lavpasfilter (tp2) er efterfulgt af en fasesplitter (ps) med en 0“ (aO)og en 90° udgang (a9), som hver er forbundet til en af to indegange for en fasedis-kriminator (pd) med en absolutværdi udgang (aa) og en fa-10 sevinkel udgang (ap), at fasevinkeludgangen (ap) føder en DQPSK del (td) for en dekoder (nd) for "NICAM" standarden og mindst et differentieringstrin (dt), og 15 at absolutværdiudgangen (aa), dekoderen (nd) og differentieringstrinet (dt) hver er fulgt af en digital-til-analog konverter (mw, nw, fw).

3. Lydkanalkredsløb til digitale fjernsynsmodtagere om fattende mindst en analog-til-digital konverter og mindst en digital-til-analog konverter, kendetegnet ved, 25 at det analoge lyd og videosignal (va) ved basisbånd føres gennem et analog anti-aliasing lavpasfilter (af) til en enkelt analog-til-digital konverter (ad), hvis samplingsignal (ts) har en frekvens i størrelsesordenen fire gange farvehjælpebærebølgefrekvensen, 30 at udgangen fra analog-til-digital konverteren (ad) er koblet til indgangen af en kvadratur blander (qm), som omdanner det modtagne signal til basisbåndet for lydsignalet (lig med nyttebånd), 35 at kvadratur blanderen (qm) består af en sinus del og en kosinus del, som henholdsvis er forbundet til et første DK 174391 B1 digitalt lavpasfilter (tpl) og et andet digitalt lavpas-filter (tp2), hvis frekvenskarakteristikker har et nul lige under halvdelen af samplingsfrekvensen reduceret med båndbredden af lydsignalet, som er indholdt i det modtag-5 ne, fjernsyns-standard-afhængig signal, at udgangene fra det første og det andet lavpasfilter (tpl, tp2) er koblet til henholdsvis et første decimeringstrin (dzl) og et andet decimeringstrin (dz2), 10 hvis fælles taktsignal (ft) har en frekvens, som er lig med en fjerdedel af samplingsignalets (ts) frekvens, at udgangene fra det første og det andet decimeringstrin (dzl, dz2) henholdsvis er koblet til et tredie digitalt 15 lavpasfilter (tp3) og et fjerde digitalt lavpasfilter (tp4), hvis frekvenskarakteristikker har et nul lige over nyttebåndet og forløber så parallelt som muligt til nyttebåndets frekvenskarakteristik, 20 at udgangene fra det tredie og det fjerde lavpasfilter (tp3, tp4) henholdsvis er koblet til en første indgang og en anden indgang for en fasediskriminator (pd), som har en absolutværdi udgang (aa) og en fasevinkel udgang (ap), 25 at fasevinkel udgangen (ap) føder en DQPSK del (td) af en dekoder (nd) for "NICAM" standarden og mindst et differentieringstrin (dt), at absolutværdi udgangen (aa), dekoderen (nd), og diffe-30 rentieringstrinet (dt) hver er fulgt af en digital-til-analog konverter (mw, nw, fw).

4. Lydkanalkredsløb ifølge ethvert af kravene 1 til 3, og i hvilket DQPSK dekoder delen (td) tjener til at genfinde 35 faseforskelsdataer (dp) fra multibit fasedataer, som er tilstede ved den oprindelige data rate fra DPSK-datapar, kendetegnet ved, DK 174391 B1 en første adder (kl), hvortil et digitalt ord (45°) svarende til fasevinkelen 45° og fasedata (dd) er tilført, 5 en adder (sm), som har en første indgang forbundet til udgangen fra den første konstante adder (kl), en første subtrakter (si),som har sin subtrahend indgang forbundet til udgangen af adderen (sm), 10 en anden subtrakter (s2) , hvis udgang frembringer fasedi fferensdat aer (dp) og er forbundet til DPSK dekoderen efterfulgt af en "NICAM" dekoder, 15 et forsinkelseselement (v), som frembringer en forsinkelse, som er lig med perioden af data rate og hvis udgang er koblet til subtrahend indgangen for den anden subtrakter (s2), 20 en andet konstant adder (k2), hvortil det digitale ord («450«) svarende -til fasevinkelen 45° tilføres, med minuend indgangen af det anden subtrakter (s2), forsinkelseselementet (v), og den anden konstante adder (k2) 25 tilført med fortegns bit (sb) og det mest signifikante bit (mb) fra adderens (sm) udgang,og et lavpasfilter (tp), som virker som et PLL filter, via hvilket udgangen fra den første subtrakter (si) er for-30 bundet til adderens (sm) anden indgang. 1