JP3299536B2 - ゴーストキャンセル参照信号を含むエコーキャンセルシステム - Google Patents

ゴーストキャンセル参照信号を含むエコーキャンセルシステム

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ゴースト キャンセル参照信号を含むエコ
ー キャンセル システムに関する。
1979年に、IEEEはテレビジョンのエコーもしくは“ゴ
ースト”除去の分野において基本的な参考文献となる論
文を発表した。この論文は“A Tutorial On Ghost Canc
ellation IN Television Systems"と題して、Walter Ci
ciora氏,Gary Sgrignoli氏およびWilliam Thomas氏によ
って書かれ、ここに参考のために引用する。
Ciciora氏らの論文はゴースト キャンセルに適用で
きる基本的な原理，装置およびアルゴリズムを述べてい
るが、当業者はごく最近これらの基本的な概念を実行し
たり改善するための実際的な方法を提供するまでに前進
した。
エコー キャンセル処理には２つ主要な段階がある。
その１つは、通信チャンネルの特性（極めてまれに人工
エコーを含む）が受信機において決定されなければなら
ない。ひとたびチャンネルの特性が計算されると、エコ
ーをほぼ除去するための逆のチャンネル特性を実現する
ためにフィルターが使われる。本発明は通信チャンネル
の特性を明らかにするための装置と改善されたゴースト
キャンセル参照信号に関する。
通信技術は、継続して信号が伝送されている通信路に
よって歪まされた信号を復元する問題について付き合わ
なければならない。信号復元は、信号の歪みに寄与して
いる少なくともそれらのパラメーターに関して通信路が
十分に特性づけられればしばしば達成される。こうして
応々にして信号復元の問題に欠くことのできない要素
は、通信路もしくはチャンネルの特性を明らかにするこ
との要素である。
チャンネル特性を明らかにする問題への率直なアプロ
ーチは、そのチャンネルに既知の特性を有するゴースト
キャンセル参照信号（GCR）を伝送し、その参照信号
がチャンネルを通過したのち伝送された信号を受信する
ことである。伝送した原信号が受信された信号と比較さ
れ、チャンネル特性のモデルが比較に基づいて作り出さ
れる。
日本の放送技術協議会（BTA）は、テレビジョン信号
の垂直帰線消去期間（VBI）の18番目のラインで伝送さ
れるウィンドウ sinx/Xパルス（cinc）を時間積分した
GCR信号を採用した。BTAのGCR信号は周波数領域で必要
とされる平坦な帯域幅を有しているけれども、そのエネ
ルギーは比較的低い。それゆえ、BTAのGCR信号は、その
エネルギーが低いということが雑音の多い条件で動作を
制限するため最適状態に及ばない。さらにチャンネルの
状態が変化し、エコー キャンセル システムがチャン
ネルの特性を計算するのに時間がかかるような場合に
は、チャンネル中のノイズを補償するために付加的な処
理時間が必要である。BTAのGCR信号は、周波数スペクト
ラム特性に影響を及ぼすことなく変えることのできない
固定の時間間隔を有している。これが、BTAのGCR信号を
使うことのできる範囲を制限している。NTSCテレビジョ
ン システムに対する時間間隔は、例えば、52.5μsec
以上である。
BTAの信号より高いエネルギーレベルを有する他のGCR
信号も提案されてきた。しかしながらこれらの信号は本
来サイクリックな信号であり、それゆえ、チャンネル中
のpre−およびpost−エコーを検出するのに効果的でな
い。
本発明の目的は、少なくとも上述した問題の一部を緩
和する改善されたゴースト キャンセル システムを提
供することである。この目的のために、本発明の第１の
局面はクレーム１に請求した受信機を提供する。本発明
の第２の局面はクレーム４に請求したエンコード方法を
提供する。有利な実施例がサブクレームに並べられてい
る。
本発明は、十分にチャンネルを特性づけるのに必要な
平坦で広い周波数スペクトラムを有し、高いエネルギー
レベル（振幅）でかつ時間間隔にわたってより一様な
エネルギー分布を有する改善された高エネルギーのノン
サイクリックなGCR信号を使うノン サイクリックな
エコー キャンセル システムを含んでいる。この時間
間隔は、要求された周波数帯域以上にわたって必要とさ
れる平坦な周波数レスポンスを維持しながら異なったシ
ステム要求に従って調整される。本発明によるGCR信号
は、それゆえ高精細度テレビジョンおよびEDTV（enhanc
ed definition television）を提供するテレビジョン
システムのようなありきたりでないテレビジョン シス
テムに使用するのに適しているのは勿論、例えば電話技
術やマイクロ ウェーブ システムにおけるエコー キ
ャンセルのような他の通信応用にも適合し得る。
発明についてこれらおよび他の局面は以下に開示した
実施例から明らかであり、それら実施例に関して説明さ
れる。
第１図は、本発明を構成するエコー キャンセル回路
の一実施例のブロック線図である。
第２図は、BTAのGCR信号に関し振幅−時間のグラフで
ある。
第３図は、BTAのGCR信号に関し振幅−周波数のグラフ
である。
第４図は、本発明を構成するGCR信号の第１の実施例
の振幅−時間のグラフである。
第５図は、第４図のGCR信号に関し振幅−周波数のグ
ラフである。
第６図は、本発明を構成するGCR信号の第２の実施例
の振幅−時間のグラフである。
第７図は、第６図のGCR信号に関し振幅−周波数のグ
ラフである。
テレビジョン信号の伝送中に生じるエコーをキャンセ
ルするには通常２つの主要な段階がある。第１に通信チ
ャンネルの特性（極めてまれに人工エコーを含む）が受
信機において決定されなければならない。これらの特性
から、逆のチャンネル特性がフィルタ係数の時系列の形
態で引き出される。それからこれら係数が例えばエコー
キャンセルなど逆のチャンネル処理を実行するために
使われるフィルターに供給される。
受信信号は、異なった遅延時間と振幅を有して原送信
信号に重畳した複数のコピーからなるエコーを含んでい
る。最強の信号成分は原送信信号成分か主たる信号成分
を表わしている。時間領域についてみるに、主信号成分
以前に生じるどのようなエコー成分も“pre−エコー”
と呼ばれ、主信号成分以後に生じるどのようなコピーも
“post−エコー”と呼ばれている。
第１図は、両タイプのエコーをキャンセルするために
使われるエコー キャンセル回路を描いている。そのよ
うな回路はGCR信号を含んでいるテレビジョン信号を受
信するテレビジョン受信機（図示せず）の一部をなしう
る。信号は受信機のチューナによって受信され、アナロ
グ−ディジタル コンバータ10を使用してディジタルの
形態に変換される。IIRフィルター20はpost−エコーを
キャンセルするために使われ、FIRフィルター15はpre−
エコーをキャンセルするために使われる。この種類のエ
コー キャンセル回路は、とくにここで参考のために引
用する米国特許出願第676,927号（March 28,1991出願）
に詳細に説明されている。
映像のサンプルが受信されてA/Dコンバーター10へ入
力され、そしてテレビジョン信号の垂直帰線消去期間中
に送信されたGCR信号が分離されてバッファー メモリ
ー30に供給される。このGCR信号は、チャンネルの特性
に従ってひずんでいるが、数フレーム期間にわたって時
々サンプルされ、それらサンプル値の平均値がマイクロ
プロセッサーやディジタル信号プロセッサーなどの処理
装置25に供給される。処理装置は送信されたときの前処
理され蓄えられているGCRのバージョンを記憶している
メモリーを有し、そしてバッファー30の内容は処理装置
25に蓄えられたGCRのバージョンと比較され、この比較
からチャンネルのインパルス応答がモデル化される。こ
のチャンネルのモデルは、現存するエコーを抑えるため
のチャンネルについて逆のチャンネル特性を実行するフ
ィルター用の係数の時系列を計算するために使われる。
米国特許出願US−Ａ−5,047,859号（PHA21,622）は、
受信した信号を復元する方法と装置について説明し、そ
こでは、通信チャンネルの特性について、信号とチャン
ネルの相互作用はリニアシステム理論によって説明され
るという仮説を除いて他の仮説はないとしている。従っ
て、チャンネルは完全にそのインパルス レスポンスに
よって特性づけられている。
このようにテスト信号の処理によって得られたチャン
ネル インパルス レスポンス関数のサンプルの時系列
は、フィルター15および20への正しい係数の時系列を提
供するのに役立つ。各フィルター係数がそれぞれフィル
ターに供給された後、完全なテレビジョン信号はこれら
のフィルターを通して処理され、それによってエコー成
分が実質的に減少させられている。IIRフィルター20の
出力はそれからディジタル−アナログ コンバーター
（D/A）35に供給され、受信機の映像表示のための映像
出力信号として出力される。
GCR信号はチャンネル（実際の伝送路はもちろん、送
信機・受信機も含めて）の周波数またはインパルス応答
を特性づけるために使われる。それ故、現在のテレビジ
ョン システムで使われるGCR信号の周波数スペクトラ
ムは低域通過であり、NTSC信号の通過帯域である4.3MHz
の中に完全に含まれていることが必要である。加えて、
その帯域内で可能な限り平坦でなければならない。もし
GCR信号のスペクトラム中にヌルがあって、ある周波数
間隔でスペクトラムがゼロに近いとすると、その区間で
チャンネルが十分に特性づけられなくなる。たとえスペ
クトラムにロールオフがあり、そこでスペクトラムがピ
ーク値より極めて小さくなっているとしても、そのとき
はノイズの存在のためにチャンネルを特性づける精度は
ロールオフが生じている周波数に対し低下する。
第２図はBTAのGCR信号について時間領域で示すグラフ
である。これは伝送された信号かROMに蓄えられた信号
かそして／またはROMに蓄えられ処理されたバージョン
の信号である。この信号が伝送される以前に、積分さ
れ、テレビジョン信号の各フィールドの帰線消去期間に
挿入される。周波数領域で見たとき（第３図参照）、BT
AのGCR信号は効果的なチャンネル特性化のために必要な
帯域特性を有していることは明らかである。しかしなが
ら、時間領域で見たとき（第２図参照）、BTAのGCR信号
は、振幅−時間特性が比較的小エネルギーであることが
見られる。これが雑音の多い環境下で貧弱な動作とな
る。
この発明は、時間、周波数の両方に関し高いエネルギ
ーと改善されたエネルギー分布を有すると同時に、効果
的なチャンネルの特性化に必要な広く平坦な帯域幅を有
することを特徴とし改善され、かつノン サイクリック
なGCR信号を含んでいる。
第４図は改善されたGCR信号の第１の実施例のグラフ
である。このGCR信号は、第２図に示したBTAのGCR信号
よりも、時間的により一様に分布したピークについて高
エネルギーレベルを有している。
第５図の周波数スペクトラムに示すように、このGCR
信号は、第３図に示したBTAのGCR信号よりも関係する帯
域内で非常に平坦なスペクトラムを有し、周波数に関し
て高い（約８倍）エネルギーレベルを有している。
GCR信号について本実施例を記述する式は： ここでα,A,Cn,bおよびΩは実数のパラメータ ここでＮは整数のパラメータ ここでＷ（ω）は窓関数（本例ではハミングまたはハミ
ング窓が使われているが、他の窓もまた使われる） パラメータは０から1012の範囲にあり、本例では、Ｎ
＝7,C1＝60,C3＝10,C5＝3,C7＝−1,Ceven＝0,A＝1,Ω＝
4.2X2X106Rad（ここでΩは関係する周波数帯域の終端に
等しく、本例の場合０から4.2MHzである）。
第６図は改善されたGCR信号の第２の実施例のグラフ
である。このGCR信号は第２図に示したBTAのGCR信号よ
りも、時間的により一様に分布したピークについて高い
エネルギーレベルを有している。
第７図の周波数スペクトラムに示すように、このGCR
信号は、第３図に示したBTAのGCR信号よりも関係する帯
域内で非常に平坦なスペクトラムを有し、周波数に関し
て高い（約10倍）エネルギーレベルを有している。
GCR信号について本実施例を記述する式は： ここでA,bおよびΩは実数のパラメータ ここでＷ（ω）は窓関数（本例ではハミングまたはハミ
ング窓が使われているが、他の窓もまた使われる） パラメータは０から1012の範囲にあり、本例では、Ａ
＝1,b＝0.0004およびΩ＝4.2X2X106Rad（ここでΩは関
係する周波数帯域の終端に等しく、本例の場合０から4.
2MHzである）。
本発明について前述した開示および説明はそれについ
ての実施例となり、また説明的になっているが、ここに
示された方法と装置の種々の変形が本発明の精神から逸
脱することなく添付のクレームの範囲内でなされる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−265869（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−86968（ＪＰ，Ａ) Ｊ．−Ｄ．Ｗａｎｇ ｅｔ ａｌ．, ＴＲＡＩＮＩＮＧ ＳＩＧＮＡＬ ＡＮ Ｄ ＲＥＣＥＩＶＥＲ ＤＥＳＩＧＮ ＦＯＲ ＭＵＬＴＩ−ＰＡＴＨ ＣＨＡ ＮＮＥＬ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＺＡＴ ＩＯＮ ＦＯＲ ＴＶ ＢＲＯＡＤＣＡ ＳＴＩＮＧ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃ ｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，米国，ｖｏ ｌ．36 Ｎｏ．４，794−806 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 5/21

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】伝送路に供給され、伝送路が誘起した歪み
    を受けた信号を受信する受信機において、該信号は参照
    信号を含み、前記受信機は次の手段を含んでいる： ａ）前記信号を受信し、前記伝送路によって歪まされた
    参照信号を受信信号から分離する手段；そして ｂ）前記歪まされた参照信号から少なくとも１個のフィ
    ルターで使われる係数の時系列を引き出す手段を有し、
    前記受信した信号から伝送路が誘起した歪みを実質的に
    除去する手段 ここに前記参照信号は窓関数と複数の正弦波関数から発
    生され、ノン サイクリックで、前記伝送路の帯域幅内
    で実質的に平坦な周波数スペクトラムと時間間隔にわた
    って数多くの実質的に一定の引き続いて起きる振幅のピ
    ークを有している。
  2. 【請求項２】請求項１記載の受信機において、前記参照
    信号は次式によって表現される： ここにα,A,Cn,bおよびΩは実数； ここにＮは整数；そして ここにＷ（ω）は窓関数。
  3. 【請求項３】請求項１記載の受信機において、前記参照
    信号は次式によって表現される： ここにA,bおよびΩは実数；そして ここにＷ（ω）は窓関数。
  4. 【請求項４】歪みを付加するような伝送路に伝送するた
    めの信号のエンコード方法において、該方法は次のステ
    ップを含んでいる： 前記信号を発生し； 該信号から前記歪みを除去するための少なくとも１個の
    デコード用フィルターに使われる係数を引き出すことの
    できる参照信号を発生し；そして 該参照信号を前記信号に挿入する； ここに前記参照信号は窓関数と複数の正弦波関数から発
    生され、ノン サイクリックで、前記伝送路の帯域幅内
    で実質的に平坦な周波数スペクトラムと時間間隔にわた
    って数多くの実質的に一定の引き続いて起きる振幅のピ
    ークを有している。
  5. 【請求項５】請求項４記載の方法において、前記参照信
    号は次式によって表現される： ここにα,A,Cn,bおよびΩは実数； ここにＮは整数；そして ここにＷ（ω）は窓関数。
  6. 【請求項６】請求項４記載の方法において、前記参照信
    号は次式によって表現される： ここにA,bおよびΩは実数；そして ここにＷ（ω）は窓関数。
  7. 【請求項７】伝送路に供給され、伝送路が誘起した歪み
    を受けた信号を受信する方法において、該信号は参照信
    号を含み、前記方法は次を含んでいる： 前記信号を受信し、前記伝送路によって歪まされた参照
    信号を受信信号から分離する；そして 前記歪まされた参照信号から少なくとも１個のフィルタ
    ーで使われる係数の時系列を引き出す手段を有し、前記
    受信した信号から伝送路が誘起した歪みを実質的に除去
    する ここに前記参照信号は窓関数と複数の正弦波関数から発
    生され、ノン サイクリックで、前記伝送路の帯域幅内
    で実質的に平坦な周波数スペクトラムと時間間隔にわた
    って数多くの実質的に一定の引き続いて起きる振幅のピ
    ークを有している。
  8. 【請求項８】請求項７記載の受信する方法において、前
    記参照信号は次式によって表現される： ここにα,A,Cn,bおよびΩは実数； ここにＮは整数；そして ここにＷ（ω）は窓関数。
  9. 【請求項９】請求項７記載の受信する方法において、前
    記参照信号は次式によって表現される： ここにA,bおよびΩは実数；そして ここにＷ（ω）は窓関数。
  10. 【請求項１０】歪みを付加するような伝送路に伝送する
    ための信号をエンコードするデバイスにおいて、該デバ
    イスは次の手段を含んでいる： 前記信号を発生する手段； 該信号から前記歪みを除去するための少なくとも１個の
    デコード用フィルターに使われる係数を引き出すことの
    できる参照信号を発生する手段；そして 該参照信号を前記信号に挿入する手段； ここに前記参照信号は窓関数と複数の正弦波関数から発
    生され、ノン サイクリックで、前記伝送路の帯域幅内
    で実質的に平坦な周波数スペクトラムと時間間隔にわた
    って数多くの実質的に一定の引き続いて起きる振幅のピ
    ークを有している。
  11. 【請求項１１】請求項10記載のデバイスにおいて、前記
    参照信号は次式によって表現される： ここにα,A,Cn,bおよびΩは実数； ここにＮは整数；そして ここにＷ（ω）は窓関数。
  12. 【請求項１２】請求項10記載のデバイスにおいて、前記
    参照信号は次式によって表現される： ここにA,bおよびΩは実数；そして ここにＷ（ω）は窓関数。
  13. 【請求項１３】信号がテレビジョン信号である請求項１
    記載の受信機を含んでいるテレビジョン受信機。
  14. 【請求項１４】信号がテレビジョン信号である請求項10
    記載のエンコードするデバイスを含んでいるテレビジョ
    ン送信機。
  15. 【請求項１５】請求項１記載の受信機および／または請
    求項10記載のエンコードするデバイスを含んでいる通信
    装置。
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