JP4426299B2 - 残留側波帯変調器の交流タイミング信号 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

［発明の技術分野］
本発明は、再変調システムのタイミング及び同期機能に関する。
［発明の背景］
高品位テレビ（ＨＤＴＶ）放送規格は、米国のテレビ放送局により構成される「デジタルＨＤＴＶアライアンス」のＡＴＳＣ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）により策定されている。ＡＴＳＣ Ａ／５３デジタルテレビ規格によると、ＨＤＴＶ信号の送信に利用される装置は１０ｐｐｍの時間精度を要するとされている。デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）プレーヤーのようなデジタルテレビ受信機と共に利用される消費者向け電気機器では、典型的には、独立型の内部基準発振機により供給されるクロック信号のような、同様の精度を有するクロックまたはタイムベース（ｔｉｍｅｂａｓｅ）信号が必要とされる。そのような発振機のコストと複雑さは、完成装置のトータルコストに対する大きな要因となる。

ＡＴＳＣ規格による多値シンボル残留側波帯（ＶＳＢ）変調は、ＨＤＴＶ信号のような情報データをデジタル送信するための既知の変調法である。デジタル受信機においてデジタル映像及び関連情報を含む送信ＶＳＢ信号からのデータ復元には、本来的に、シンボル同期化のためのタイミング復元、搬送波復元（周波数復調）及び等化の３つの機能の実現が必要とされる。タイミング復元は、送信ＶＳＢ信号に埋め込まれたタイミング信号の復号により、送信機クロックに同期化された受信機クロック（タイムベース）によるプロセスである。

この機能を実行するための装置の一例が、１９９９年８月２４日にＫｎｕｔｓｏｎらに発行された米国特許第５，９４３，３６９号「デジタル信号プロセッサのためのタイミング復元システム」に開示されている。連続するシンボルを表す直交振幅変調された信号の受信装置が、１９９９年３月２日にＫｎｕｔｓｏｎらに発行された米国特許第５，８７８，０８８号に開示されている。復元されたタイミング信号の精度は、送信ＶＳＢタイミング信号の精度に実質的に等しい。
［発明の概要］
本発明の原理によると、高精度のタイミング基準が放送ＶＳＢチャンネルから導出される。消費者向け電子機器に関しては、例えば、放送信号の受信及び復調は、ＤＶＤプレーヤーやビデオカセットレコーダ（ＶＣＲ）のようなデジタル画像生成装置内部の受信回路により実行される。ＶＣＲは埋め込みシンボルタイミング情報を含む放送テレビチャンネルに調整され、シンボルタイミングシーケンスやトーンは復号される。結果として得られるタイミング情報は、クロックパルスやクロック同期のソースとしてタイミング信号を利用するＶＣＲ再変調器に送信される。これによりＶＣＲ再変調器内部の独立した高精度基準発振器の不要とすることができる。ＶＣＲ内でのテープ再生中、ＶＣＲ受信機はデジタル化された映像情報のＶＣＲからデジタルテレビ受信機のような適切な映像表示装置への送信に必要とされる再変調クロックパルスを提供するよう動作する。

通常の動作では、ＶＣＲ受信機は、必要なクロックパルスを再変調器にリアルタイムで提供するため、再生期間中継続的に動作する。放送信号がない場合には、ＶＣＲ受信機は初期取得あるいは「プルイン（ｐｕｌｌ−ｉｎ）」期間中、放送タイミング信号の検出のみ行うようにしてもよい。

タイミング信号を取得すると、位相同期ループ（ＰＬＬ）の可変発振器への制御信号は、放送ＶＳＢ信号の継続的な受信を必要とすることなく、要求されるクロック精度に近似するようフリーズされてもよい。
［発明の詳細な説明］
図１は、タイミング信号の提供が可能であり、それによって同様の信号を生成する高安定基準発振器を不要にする基準信号生成装置１０のブロック図である。装置１０は、アンテナ１２を介し放送ＶＳＢ信号５の受信に適したＲＦ信号入力パス１５を有する。装置１０は構成可能であり、特にここで示された実施例では、ＶＣＲ、衛星方法受信機、コンピュータ、ＤＶＤプレーヤーやオンスクリーンディスプレイ（ＯＳＤ）ユニットのような、典型的にはデジタルテレビ受信機２５に搭載あるいは隣接される消費者向け電子機器２０のサブシステムとして搭載される。

放送ＶＳＢ信号５は、可変周波数発振器（ＶＦＯ）３２及び復調器３１を有するＶＳＢ受信機３０に接続される。具体的には、ＶＳＢ信号５は、１０．７６ＭＨｚ（あるいはその第２次高調波２１．５２ＭＨｚ）クロック信号１５を含み、関連するＡＴＳＣ仕様によると、それは（１０．７６ＭＨｚの信号に対して）百万あたり１０パーツ以内の精度とされる。ＶＦＯ３２は、１０．７６ＭＨｚの中心周波数を有するが、１００ｐｐｍ以内の精度とされている。

ＶＦＯ３２は、水晶制御発振器を利用するアナログ装置であってもよいし、訂正信号３４を純粋なデジタル増加列として受信する電圧制御発振器であってもよいし、クロックイネーブル信号とインタポレータ（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｏｒ）（離散時サンプリングレート変換器）を所望のレートで制御する数値制御された発振器であってもよい。独立な受信シンボルタイミング復元ループから復元されたクロック信号にロックする独立なＰＬＬがまた利用されてもよい。

復調器３１は、ＶＳＢ信号５から基準クロック信号１５を受信し、所望の周波数を有する出力クロック信号ＣＬＯＣＫ３５を生成する位相同期ループ（ＰＬＬ）３３を有する。ＰＬＬ３３は、ＶＦＯ３２に接続され、訂正信号３４を生成することによりＶＦＯ３２の周波数の調整が可能である。ＶＦＯ３２の出力信号３６は、ＰＬＬ３３に接続され、ＶＦＯ３２の精度を確認するためＶＳＢ信号１５と比較される。ＡＴＳＣ ＶＳＢ信号による駆動時には、ＰＬＬ３３は１０ｐｐｍ以内の精度を有するＣＬＯＣＫ信号３５を生成し、それ以外では、ＣＬＯＣＫ信号３５の精度はＶＦＯ３２の１００ｐｐｍの精度以内とされる。

図３は、典型的なアナログ発振器ベースのＶＳＢ復調器の信号タイミング復元（ＳＴＲ）ＰＬＬ３３０を示す。本実施例では、ＰＬＬ３３０は図１のＰＬＬ３３の代替であり、アナログＶＦＯ３２０は図１に示されるＶＦＯ３２の代替である。ＶＳＢ放送信号５のタイミング基準要素はＡＤＣ３０５によりデジタル化される。デジタル化されたタイミング基準要素は、ＳＴＥタイミングエラー推定器３０２に接続される。ＳＴＲタイミングエラー推定器３０２は、ＶＦＯ３２０により生成されたクロック信号と受信したタイミング基準信号１５との間の誤差を表すデジタル信号を計算する。ループフィルタ３０１は、当該誤差をフィルタリングし、ＶＦＯ３２０に対して制御信号３４０を生成する。ＶＦＯ３２０はアナログＶＦＯであるため、数値制御信号３０６の電圧制御信号３４０への変換にデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）３００を利用する。再変調器タイミング信号３５は実質的に一定の周波数を有すよう構成されているため、ＳＴＲループを利用して、位相同期、さらに再変調器クロック信号３５のドリフトが追跡及びＶＦＯ３２０から除去される。

本実施例では、受信ＶＳＢ信号５の停止の影響は、ループフィルタ３０１の出力３０６の直近の平均同期値に等しいＶＦＯ３２０の制御値３４０を導入することにより最小化される。マルチプレクサ３０４は、ＶＳＢ信号５がない場合、あるいは質が低い場合、レジスタ３０３に蓄積されている値に自動的にスイッチする。そして、レジスタ３０３は、ループフィルタ３１０から制御値を受信し、所定期間これらの値の移動平均値を保持する。レジスタ３０３から取得される平均値３０７の挿入は、短期間のＶＳＢ信号損失においてＶＦＯ３２０のオープンループ出力周波数変化を最小化する。

図４は、完全デジタルシンボルタイミング復元位相同期ループ４３０を示す。図４において、受信したタイミング基準信号１５はＡＤＣ４０５によりデジタル化され、デジタル化されたタイミング基準要素４１０がインタポレータ４０６を介しＳＴＲ位相誤差推定器４０２に接続される。ＳＴＲ位相誤差推定器４０２は、インタポレータ４０６により生成されたクロックイネーブルサンプル４１０と数値制御発振器（ＮＣＯ）４２０により生成された再変調器クロック信号３５との位相誤差を表すデジタル信号を生成する。ループフィルタ４０１は、当該誤差をフィルタリングし、数値制御発振器（ＮＣＯ）４２０のための制御信号４０９を生成する。ＮＣＯ４２０は、所望のサンプルレートのクロックイネーブルパルス３５と、アナログデジタルサンプルを所望のサンプルレートに補間するのに利用される位相調整信号４０７を生成する。アナログの場合と同様に、レジスタ４０３の直近平均同期値４１１をＮＣＯ４２０に供給するのにマルチプレクサ４０４が利用され、それによって放送ＶＳＢ信号５がない場合には、ＮＣＯ４２０を所望の周波数に近似させる。

図２は、（図１の）復調器３１内の位相同期ループ３３とは独立に動作する再変調器４０にクロック信号を提供する位相同期ループ２００の利用を示す。図１を参照するに、復調器３１は、位相同期ループ３３を含むタイミング信号３５を生成する統合されたシンボルタイミングループを有する。図２に示されるＰＬＬ２００は、復調器３１からの受信機タイミング参照信号３５に同期化し、再変調器４０に対するタイミングパルス２０６を生成する。位相／周波数検出器２０７は、信号３５とＶＦＯ出力タイミングパルス２０６を比較し、位相誤差信号２０８を生成する。位相誤差信号２０８は、ループフィルタ２０１を通過し、ＶＦＯ２２０の周波数を制御するための訂正信号２０５を生成する。レジスタ２０３は、上述のように、制御信号２０５の直近平均値を保持する。マルチプレクサ２０４は、タイミング基準信号３５が存在する限り、訂正信号２０５を選択する。タイミング基準信号３５が中断されるときはいつでも、マルチプレクサ２０４はレジスタ２０３からの平均周波数２０２をＶＦＯ２２０に対する制御信号として選択する。このアプローチでは、復調３１位相同期ループサブシステムと再偏重４０位相同期ループサブシステムとが分離される。

図１を再び参照するに、再変調器４０は、デジタルテレビ信号データを表すＶＳＢ信号６０を生成する。このＶＳＢ信号６０は、図示された実施例ではデジタルテレビ受信機であるテレビ信号受信装置２５に供給される。特定タイプの受信装置が本発明に適しているというわけでなく、任意の装置であってよい。セレクタ５０は、テレビ信号の１つのソースを選択する。セレクタ５０の第１入力端末は復調器３１から復調されたテレビ信号４５を受信し、セレクタ５０の第２謬力端末はデジタルテレビ信号を表す外部ソース（図示せず）からのデータパケットソースに接続され、セレクタ５０の第３入力端末はオンスクリーンディスプレイ（ＯＳＤ）７０に接続される。

ＰＬＬ３３の主たる目的は、特に受信装置２５を含む図１に示されたシステムの動作のための正確な時間基準を提供することである。実際、ＶＳＢ信号受信機の中には、＋／−１００ｐｐｍのクロック精度を有する入力信号により適切な復調が可能なものもあるが、ＡＴＳＣ仕様では＋／−１０ｐｐｍのタイミング精度によるＶＳＢデジタルテレビ信号が生成される必要がある。しかしながら、ＶＦＯ３２は、オープンループ状態での動作時、すなわち、ＶＳＢ信号１５がＰＬＬ３３により受信されていないとき、＋／−約１００ｐｐｍの精度を有する。その場合、通常ＶＦＯ３２に接続される訂正信号３４は生成されず、ＶＳＢ信号１５のクロック要素によるより高い＋／−１０ｐｐｍの精度は利用可能でない。代わりに、ＶＦＯ３２はそれ本来の＋／−１００ｐｐｍの精度に完全に依存する。クローズループ構成では、すなわち、ＶＳＢ信号１５が受信されているとき、ＰＬＬ３３は訂正信号３４を生成する。クローズループの場合、ＶＦＯ３２は信号１５に含まれるタイミング情報の精度に実質的に等しい精度を有する。平均同期値レジスタ（２０３，３０３，４０３）を含めることにより、＋／−１００ｐｐｍのオープンループ誤差の低減が可能となり、所望の＋／−１０ｐｐｍの精度に近づくか、あるいは達成することができるかもしれない。しかしながら、この構成でさえ、ＶＦＯ（３２，２２０，３２０）周波数は依然として電圧、熱及び要素変動によりドリフトするであろう。いずれの場合でも、再変調器４０は常に、（図１の）ＰＬＬ３３、（図２の）ＰＬＬ２００、（図３の）ＰＬＬ３３０または（図４の）ＰＬＬ４３０の出力信号３５から再変調機能のために利用される主要なタイミング情報を受信する。

受信機３０が放送ＶＳＢ信号５からタイミング信号３５を生成するだけでなく、復調器３１はまた放送信号５に含められたデジタル映像、音声及びデータストリーム４５を復元する。復元されたデータストリーム４５はソースセレクタ５０の入力に接続される。ソースセレクタ５０の選択された出力信号５５は、ＶＳＢ再変調器４０の入力端末に接続されてもよい。再変調器４０は、８値または１６値ＶＳＢ変調信号６０に応じて、データストリーム４５を再構成し、信号６０は映像及び音声再生のためデジタルテレビ２５の入力に接続される。

ソースセレクタ５０への他の入力は、ビデオテーププレーヤー、衛星受信機、データケーブル、ステレオデコーダあるいはＤＶＤプレーヤーのようなＶＳＢパケットソース６５を有することもできる。テレビ２５のメニューや状況情報の表示のため、ＯＳＤソース７０が追加的な入力として与えられてもよい。

図１は、本発明の原理により構成された交流タイミング信号を生成するシステムのブロック図である。 図２は、図１に示されたシステムの再変調器により利用される独立な位相同期ループ回路のブロック図である。 図３は、図１に示されたシステムにおいて利用される好適なアナログ信号タイミング復元回路のブロック図である。 図４は、図３に示された回路の代わりに利用される好適なデジタル信号タイミング復元回路のブロック図である。

Claims (7)

1. タイミング情報を含む残留側波帯送信に応答し、前記タイミング情報を復元する残留側波帯復調器と、
   再変調器タイミングシーケンスを調整するため、前記残留側波帯復調器により生成された前記復元されたタイミング情報を再変調器クロック入力に接続する信号パスとを有することを特徴とする再変調器クロック信号ソース。
2. タイミング情報からなる変調信号を受信するための入力と、
   前記タイミング情報を抽出するため前記入力に接続される復調器と、
   前記タイミング情報に応答してクロックパルスを生成するため前記復調器に接続される位相同期ループと、
   前記生成されたクロックパルスを受信するため前記位相同期ループに接続される再変調器とを有することを特徴とするシステム。
3. 請求項２記載のシステムであって、さらに、
   前記位相同期ループに接続され、前記タイミング情報のソースに基づき前記位相同期ループから訂正信号を受信し、それによって前記タイミング情報のソースに実質的に等しい精度を有することが可能な可変周波数発振器を有することを特徴とするシステム。
4. 請求項３記載のシステムであって、前記位相同期ループはさらに、
   前記タイミング情報からのデータに基づき前記可変周波数発振器への訂正信号を生成することにより特徴付けされる第１クローズループ動作状態と、
   前記タイミング情報からのデータの欠如により特徴付けされ、それによって前記可変周波数発振器に訂正信号なしで動作させる第２オープンループ動作状態とを有することを特徴とするシステム。
5. 請求項４記載のシステムであって、さらに、
   前記可変周波数発振器に接続され、直近期間の前記訂正信号の平均値に実質的に等しい値を保持する値レジスタと、
   前記オープンループ動作状態において前記値レジスタからの値を前記可変周波数発振器に選択的に接続し、そうでない場合には前記位相同期ループからの訂正信号を前記可変周波数発振器に接続するマルチプレクサとを有することを特徴とするシステム。
6. 請求項２記載のシステムであって、前記変調信号は高品位テレビ情報を含むＶＳＢ変調信号であることを特徴とするシステム。
7. 請求項６記載のシステムであって、前記ＶＳＢ変調信号はＡＴＳＣ規格に従うことを特徴とするシステム。

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