PL167627B1

PL167627B1 - Urzadzenie odbiorcze sygnalu telewizji wysokiej rozdzielczosci PL PL PL

Info

Publication number: PL167627B1
Application number: PL91300479A
Authority: PL
Inventors: Hugh E White
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1991-02-04
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 1995-10-31
Also published as: DE69131995D1; KR100255719B1; HUT65171A; BR9107276A; RU2127493C1; ES2142010T3; CA2101644A1; ES2106856T3; AU662126B2; MY109495A; SG90697A1; WO1992014343A1; DE69127828D1; FI933457A0; DK0771123T3; PT100085B; EP0570464A1; EG19708A; HU9302245D0; DE69131995T2

Abstract

1 Urzadzenie odbiorcze sygnalu telew izji wysokiej rozdzielczosci, który ma postac zlozonego sygnalu zm odulow anego z pierw sza fala nosna, która jest zmodulowana pierwszym sygnalem telewizyjnym, oraz z druga fala nosna, która jest zm odulow ana drugim sygnalem telew izyjnym , i które to urzadzenie odbiorcze zawiera m ieszacz odbiorczy, do którego jest dopro- wadzony zlozony sygnal zm odulow any telewizji wysokiej rozdzielczosci oraz sygnal zegarowy z generatora zegarowego, przy czym w yjscie m ieszacza odbiorczego jest polaczone, poprzez filtr dolnoprzepustow y, do przetwornika analogowo-cyfrowego, znam ienne tym , ze w yjscie przetwornika analogowo- cyfrow ego (116) jest dolaczone do pierw szego dem odulatora (118) ukladu przetwarzania (118, 120, 122, 124, 126, 128) w askopasm ow ego sygnalu z kw adraturow a modulacja am plitudy oraz do drugiego dem odulatora (119) ukladu przetwarzania (119, 121, 123, 125, 127, 129) szerokopasm ow ego sygnalu z kwadraturowa m odulacja am plitudy, które poddaja dem odulacji odpowiednio pierwsza i druga fale nosne, rozdzielone pasm em czestotliwosci wykazujacych tlumienie sygnalu dla czestotliw osci zw iazanych z w yso- koenergetyczna inform acja w sygnale telew izyjnym o standardowej rozdzie- lczosci, przy czym zlozony sygnal zm odulow any ma szerokosc pasm a czestotliwosci zgodna z szerokoscia pasm a kanalu telew izyjnego o stand- ardow ej rozdzielczosci 1 w ykazuje tlum ienie sygnalu dla czestotliwosci zw iazanych z w ysokoenergetyczna inform acja w sygnale telew izyjnym o standardowej rozdzielczosci, oraz które odtw arzaja pierwszy 1 drugi sygnaly telewizyjne, przy czym w yjscia ukladu przetw arzania (120, 122, 124, 126, 128) waskopasmowego sygnalu z kw adraturow a m odulacja am plitudy oraz ukladu przetwarzania (1 2 1 ,1 2 3 ,1 2 5 , 127, 129) szerokopasm ow ego sygnalu z kwadraturow a modulacja am plitudy sa dolaczone do wejsc procesora (140) sygnalów do wytworzenia sygnalu w yjsciow ego reprezentujacego obraz P L 167627 B 1 f i g. 4 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie odbiorcze sygnału telewizji wysokiej rozdzielczości, którego szerokość pasma częstotliwości jest zgodna z szerokością pasma kanału telewizyjnego o standardowej rozdzielczości.

System telewizyjny o wysokiej rozdzielczości (HDTV) jest zwykle uważany za system do przetwarzania sygnału telewizyjnego mającego w przybliżeniu podwójną rozdzielczość poziomą i pionową obrazu standardowego sygnału telewizyjnego, na przykład system NTSC, lub większą rozdzielczość. System HDTV może również mieć większy współczynnik kształtu obrazu, np. 16 x 9, w porównaniu ze współczynnikiem kształtu 4x3 standardowego obrazu telewizyjnego.

W systemie jednoczesnej emisji programu telewizyjnego dwie wersje tego samego programu są nadawane jednocześnie przez oddzielne standardowe kanały telewizyjne o szerokości 6 MHz. Jedna z tych dwóch wersji programu zawiera informację o standardowej rozdzielczości

167 627 nadawaną jednym kanałem, podczas gdy druga zawiera informację o wysokiej rozdzielczości nadawaną drugim kanałem. W praktyce system jednoczesny może wykorzystywać dwa sąsiednie standardowe kanały telewizyjne, np. kanały VHF 3 i 4, odpowiednio do przenoszenia informacji standardowej systemu NTSC i HDTV. Wersja o wysokiej rozdzielczości dla systemu jednoczesnego może być realizowana w pojedynczym standardowym kanale telewizyjnym przy użyciu technik kodowania i kompresji w czasie sygnału. Informacja standardowa NTSC i informacja HDTV są odbierane niezależnie przez odpowiednie standardowe odbiorniki NTSC i HDTV. Wówczas gdy standardowe odbiorniki NTSC zostaną ostatecznie zastąpione przez odbiorniki HDTV lub dwustandardowe kanały wykorzystywane przez standardowe sygnały telewizyjne NTSC staną się dostępne dla innych celów. Tak więc idea jednoczesności zapobiega temu, że ogromna liczba już istniejących, standardowych odbiorników NTSC stanie się przestarzała, gdy tylko zostanie wprowadzone nadawanie programu w systemie HDTV, oraz umożliwia rozszerzenie nadawania programów w przyszłości, gdy staną się dostępne kanały zajmowane przez standardowe sygnały NTSC.

System jednoczesny różni się od systemu rozszerzonego tym, że system rozszerzony wymaga ciągłego użycia dwóch kanałów. Jeden kanał przenosi standardową informację NTSC, podczas gdy drugi kanał zawiera uprzednio określoną informację rozszerzoną, która po połączeniu w odbiorniku HDTV ze standardową informacją NTSC z pierwszego kanału wytwarza sygnał telewizyjny o wysokiej rozdzielczości.

Znanych jest szereg rozwiązań z zakresu systemów telewizyjnych o wysokiej rozdzielczości opisanych w literaturze patentowej. Opis patentowy Europejskiego Urzędu Patentowego nr 0 364 285 przedstawia modulację kwadraturową pojedynczej fali nośnej zaś następny opis patentowy tego urzędu nr 0 361 564 przedstawia transmisję różnych zmodulowanych fal nośnych w trybie podziału czasu. Z kolei opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4 665 427 i opis patentowy Europejskiego Urzędu Patentowego nr 0 279 625 przedstawiają organizację systemu transmisji sygnału, w której konieczne jest wykorzystanie dwóch oddzielnych kanałów o pełnej szerokości pasma, to jest 12 - 14 MHz, dla nadawania informacji telewizyjnej z dodatkową informacją dźwiękową.

Istotą urządzenia odbiorczego sygnału telewizji wysokiej rozdzielczości, który ma postać złożonego sygnału zmodulowanego z pierwszą falą nośną, która jest zmodulowana pierwszym sygnałem telewizyjnym, oraz z drugą falą nośną, która jest zmodulowana drugim sygnałem telewizyjnym, i które to urządzenie odbiorcze zawiera mieszacz odbiorczy, do którego jest doprowadzony złożony sygnał zmodulowany telewizji wysokiej rozdzielczości oraz sygnał zegarowy z generatora zegarowego, przy czym wyjście mieszacza odbiorczego jest połączone, poprzez filtr dolnoprzepustowy, do przetwornika analogowo-cyfrowego, jest to, że wyjście przetwornika analogowo-cyfrowego jest dołączone do pierwszego demodulatora układu przetwarzania wąskopasmowego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy oraz do drugiego demodulatora układu przetwarzania szerokopasmowego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy, które poddają demodulacji odpowiednio pierwszą i drugą fale nośne, rozdzielone pasmem częstotliwości wykazujących tłumienie sygnału dla częstotliwości związanych z wysokoenergetyczną informacją w sygnale telewizyjnym o standardowej rozdzielczości, przy czym złożony sygnał zmodulowany ma szerokość pasma częstotliwości zgodną z szerokością pasma kanału telewizyjnego o standardowej rozdzielczości i wykazuje tłumienie sygnału dla częstotliwości związanych z wysokoenergetyczną informacją w sygnale telewizyjnym o standardowej rozdzielczości, oraz które odtwarzają pierwszy i drugi sygnały telewizyjne, przy czym wyjścia układu przetwarzania wąskopasmowego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy oraz układu przetwarzania szerokopasmowego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy są dołączone do wejść procesora sygnałów do wytworzenia sygnału wyjściowego reprezentującego obraz.

Korzystne jest, jeżeli w urządzeniu odbiorczym według wynalazku pierwszy i drugi demodulatory są demodulatorami z kwadraturową demodulacją amplitudy, odpowiednio pierwszej i drugiej zmodulowanych fal nośnych, pierwszy demodulator jest demodulatorem pierwszej zmodulowanej fali nośnej o małej szerokości pasma częstotliwości w porównaniu z szerokością pasma drugiej zmodulowanej fali nośnej, oraz gdy pierwszy demodulator jest

167 627 demodulatorem pierwszego sygnału telewizyjnego, zawierającego informację wizyjną zasadniczo o małych częstotliwościach, zaś drugi demodulator jest demodulatorem drugiego sygnału telewizyjnego, zawierającego informację wizyjną zasadniczo o wysokich częstotliwościach.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest znaczne zmniejszenie lub wyeliminowanie we wspólnym kanale interferencji pomiędzy sygnałami standardowymi i HDTV przesyłanymi z różnych miejsc w tym samym kanale.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest przedstawiony na rysunku, dla lepszego zrozumienia istoty wynalazku, łącznie urządzenie nadawcze i urządzenie odbiorcze sygnału telewizji wysokiej rozdzielczości, przy czym fig. 1 przedstawia widmo częstotliwości wizyjnych pasma podstawowego standardowego sygnału telewizyjnego NTSC, fig. 2 - widmo częstotliwości wizyjnych wielokrotnego sygnału telewizyjnego z kwadraturową modulacją amplitudy (QAM) o wysokiej rozdzielczości, fig. 3 i fig. 4 przedstawiają odpowiednio urządzenie nadawcze oraz urządzenie odbiorcze sygnału telewizji wysokiej rozdzielczości według wynalazku, zaś fig. 5 przedstawia wykres pomocy w zrozumieniu idei przetwarzania sygnałów.

Przedstawione na figurze 1 widmo częstotliwości wizyjnych pasma podstawowego, standardowego sygnału telewizyjnego NTSC, obejmuje kanał telewizyjny o szerokości 6 MHz. Oznaczone na tej figurze wartości częstotliwości są odniesione do 0,0 MHz, w pobliżu której nośna obrazu o częstotliwościach radiowych jest modulowana amplitudowo przez informację wizyjną w postaci szczątkowej wstęgi bocznej. Modulowany sygnał wykazuje dolną szczątkową wstęgę boczną (VBS) o szerokości pasma 1,25 MHz i górną wstęgę boczną zawierającą informację luminancji i chrominancji reprezentującą obraz. Kwadratura informacji chrominancji moduluje tłumioną podnośną chrominancji 3,58 MHz. Większa część informacji wysokoenergetycznej występuje w pobliżu częstotliwości nośnej obrazu i w pobliżu modulowanej częstotliwościowo częstotliwości nośnej fonii 4,5 MHz.

Figura 2 przedstawia widmo częstotliwości wizyjnych sygnału telewizyjnego o wysokiej rozdzielczości, który jest kompatybilny z szerokością pasma 6 MHz standardowego kanału sygnału telewizyjnego NTSC i który może być użyty jako sygnał jednoczesny. W celu ułatwienia porównania ze standardowym widmem częstotliwości wizyjnych NTSC, pokazanym na fig. 1, wartości częstotliwości na skali częstotliwości z figury 2 (od -1,25 MHz do 4,5 MHz) są odniesione do położenia częstotliwości 0,0 MHz nośnej obrazu częstotliwości radiowych w systemie NTSC.

Sygnał telewizyjny HDTV jest sygnałem poddanym kompresji w czasie, podzielonym na składowe informacji o wysokim i niskim priorytecie. W tym przykładzie składowym informacji akustycznej, synchronizacji i wizyjnej niskoczęstotliwościowej, które są przeznaczone do odbioru z dużą niezawodnością, jest przyporządkowany wysoki priorytet. Informacja synchronizacji na przykład może mieć postać sygnału impulsowego zawierającego unikalny zapis lub kod dla ułatwienia odzyskiwania i przetwarzania sygnału w odbiorniku oraz przykładowo może zawierać informację wybierania o częstotliwości pola, na przykład początek znaczników pola. Innym mniej krytycznym składowym, takim jak informacja wizyjna o wielkich częstotliwościach, jest przyporządkowany niższy priorytet. Informacja o wysokim priorytecie wykazuje małą szerokość pasma względem informacji o niskim priorytecie a amplituda kwadraturowa moduluje pierwszą tłumioną nośną 0,96 MHz odniesioną do sygnału odniesienia. Amplituda kwadraturowa informacji o niskim priorytecie moduluje drugą tłumioną nośną 3,84 MHz, która jest także odniesiona do sygnału odniesienia. Uzyskany złożony sygnał stanowi pewną postać wielokrotnego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy QAM, tj. sygnał bliźniaczy QAM w tym przypadku. Złożony sygnał bliźniaczy qAm jest przemieniany w standardowe pasmo telewizyjne 6 MHz za pomocą sygnału odniesienia poza pasmem. Częstotliwość sygnału odniesienia jest tak dobrana, że gdy sygnał odniesienia jest modulowany przez złożony sygnał QAM, jedna z uzyskanych składowych sumy lub różnicy przypada w zakresie pasma częstotliwości związanych z wymaganym kanałem telewizyjnym częstotliwości radiowych, takim jak jednoczesny kanał VHF 3. Sygnał odniesienia jest modulowany przez złożony sygnał bliźniaczy QAM do wytwarzania sygnału modulowanego podwójnej wstęgi bocznej, z których dolna wstęga boczna jest odrzucana, a górna wstęga boczna jest zachowywana, jak przedstawiono na fig. 2.

167 627

Amplituda wąskopasmowej składowej sygnału QAM jest znacznie większa niż szerokopasmowej składowej sygnału QAM, podwójnie w tym przykładzie. Szerokość pasma 6 dB wąskopasmowej składowej sygnału QAM wynosi 0,96 MHz a szerokość pasma 6 dB szerokopasmowej składowej sygnału QAM wynosi 3,84 MHz, co stanowi czterokrotną szerokość pasma wąskopasmowej składowej sygnału QAM. Nieliniowe obszary przejściowe na brzegach pasm wąskopasmowej i szerokopasmowej składowej sygnału QAM są kształtowane przez filtry o skończonej odpowiedzi impulsowej (FIR) z pierwiastkiem kwadratowym podniesionej charakterystyki cosinusoidalnej w celu wytworzenia gładkich obszarów przejściowych, które zapobiegają niepożądanym zjawiskom wysokoczęstotliwościowym, powodowanym przez ostre obszary przejściowe. Odpowiedź amplitudy w funkcji częstotliwości składowej szerokopasmowej w przejściowych obszarach brzegowych pasma (nie naniesionych na skalę) ma nachylenie równe ćwiartce bardziej stromej składowej wąskopasmowej.

Wąskopasmowa i szerokopasmowa składowa sygnału QAM zawierają składową w fazie I i składową kwadraturowofazową Q. W połączeniu z figurą 3 zostanie omówione, że składowa w fazie I moduluje tłumioną nośną cosinusoidalną a składowa fazowa Q moduluje tłumioną nośną sinusoidalną. Znak danych jest reprezentowany zarówno przez składową I jak i składową Q. Złożony sygnał QAM jest w tym przykładzie sygnałem 16 QAM. Każda składowa Q i I sygnału QAM ma cztery dyskretne poziomy amplitudy, dają w sumie 4x4 czyli 16 możliwych poziomów amplitudy czyli wartości dla każdego z wąskopasmowych i szerokopasmowych sygnałów QAM, stąd 16 QAM. Dwa bity są potrzebne do określenia czterech poziomów każdej składowej I i Q, skutkiem czego każdy znak danych wymaga czterech bitów do określenia szesnastu poziomów dla kombinacji składowych I, Q. Tak więc szybkość transmisji danych dla szerokopasmowego sygnału QAM o częstotliwości 3,84 MHz (-6 dB) wynosi 15,36 Mbps (3,84 MHz x 4 bity) i szybkość transmisji danych dla wąskopasmowego sygnału QAM o częstotliwości 0,96 MHz (-6 dB) wynosi 3,84 Mbps (0,96 MHz x 4 bity). W systemie 64 QaM szybkość transmisji danych składowych wąskopasmowej i szerokopasmowej wzrosłyby o czynnik 1,5.

Opisany wielokrotny (bliźniaczy) system QAM wykazuje znaczną odporność na interferencję między kanałową, związaną ze standardowym sygnałem telewizyjnym NTSC, tj. sygnałem NTSC nadawanym z różnych miejsc w tym samym kanale, jak bliźniaczy sygnał QAM. Jest to związane z wycięciami tłumienia w widmie sygnału QAM w pobliżu nośnej obrazu NTSC i nośnej fonii NTSC, które są związane z informacją wysokoenergetyczną. Odwrotnie, interferencja między kanałami dla bliźniaczego sygnału QAM na sygnał NTSC jest znacznie zmniejszona, ponieważ wąskopasmowy sygnał QAM o dużej amplitudzie będzie skutecznie tłumiony przez filtr o charakterystyce Nyquista w standardowym odbiorniku telewizyjnym NTSC. Na fig. 2 filtr o charakterystyce Nyquista ma odpowiedź w standardowym odbiorniku NTSC, oznaczoną przerywaną linią, nałożoną na niskoczęstotliwościową część pasma widma sygnału QAM od -0,75 MHz do 0,75 MHz. Zaobserwowano, że amplituda wąskopasmowego sygnału QAM większa o 6 dB niż szerokopasmowego sygnału QAM, tj. o mocy równej czterokrotnej mocy szerokopasmowego sygnału QAM, daje prawie taką samą dopuszczalnie małą interferencję jak szerokopasmowy sygnał QAM o mniejszej mocy. Kombinacja większej o 6 dB amplitudy wąskopasmowej składowej QAM i jego jednej czwartej szerokości pasma względem szerokopasmowej składowej sygnału QAM daje w wyniku gęstość mocy o 12 dB większą niż szerokopasmowej składowej sygnału QAM. Przedstawiony wąskopasmowy sygnał QAM o wysokim priorytecie wykazuje zatem poprawę sygnału do szumu o 12 dB i mniejszą stopę błędów niż szerokopasmowy sygnał QAM o niskim priorytecie. Względne szerokości pasma i amplitudy szerokopasmowego i wąskopasmowego sygnału QAM można dobrać odpowiednio dla spełnienia wymagań określonego systemu, między innymi systemów telewizyjnych NTSC i PAL.

Wąskopasmowa składowa o dużej amplitudzie szczytowej zawiera informację wizyjną wystarczającą do wytworzenia odtwarzanego obrazu o rozdzielczości zbliżonej do standardowej rozdzielczości obrazu telewizyjnego. Wobec tego widz nie powinien mieć zbytnio zakłóconego odbioru, jeżeli na przykład nadawanie o dużej rozdzielczości zostanie chwilowo przerwane przez przelatujący samolot. Oznacza to, że jeżeli odbiór szerokopasmowej składowej o małej mocy, zawierającej informację o dużej rozdzielczości, zostanie chwilowo przerwany, może to nie mieć

167 627 wpływu na wąskopasmową składową o dużej mocy, skutkiem czego chwilowo jest odtwarzany zadawalający obraz o mniejszej rozdzielczości.

Szybkości transmisji danych szerokopasmowego i wąskopasmowego sygnału QAM, odpowiednio 15,36 Mbps i 3,84 Mbps, podane dla przykładu spośród wielu możliwych, wykazują korzystnie stosunek równy liczbie całkowitej. Ten stosunek upraszcza odzyskiwanie wąskopasmowej i szerokopasmowej informacji QAM w urządzeniu odbiorczym, ponieważ takie samo synchronizowanie danych można łatwo wykorzystać do regulacji czasowej operacji odzyskiwania danych obu składowych sygnału QAM. Wymagane szybkości synchronizacji danych dla urządzenia odbiorczego można łatwo uzyskać przez łatwe odzyskiwanie wąskopasmowego sygnału QAM o dużej mocy.

Figura 3 przedstawia urządzenie nadawcze sygnału telewizji wysokiej rozdzielczości do uzyskiwania bliźniaczego sygnału QAM posiadającego widmo amplitudy w funkcji częstotliwości, pokazane na figurze 2. Dane sygnału telewizyjnego HDTV o wysokim priorytecie i niskim priorytecie są doprowadzane ze źródeł 10 i 30 sygnału telewizyjnego w cyfrowej postaci zagęszczonej czasowo, kompatybilnej z szerokością pasma 6 MHz standardowego kanału nTSc. W tym celu źródła 10 i 30 zawierają cyfrowe urządzenie do kompresji czasowej i kodowania, posiadające na przykład układy kodowania Huffmana, kodowania grupowego, kwantowania i dyskretnej transformacji kosinusoidalnej.

Sygnał wyjściowy z pierwszego źródła 10 jest dostarczany do pierwszego kodera 12, który realizuje odwzorowanie bitów dla sygnału ciągłego strumienia bitów odbieranego z pierwszego źródła 10. Pierwszy koder 12 rozdziela sygnał z tego źródła 10 na sekwencyjne segmenty (symbole) 4-bitowe. Jeden segment 4-bitowy, 16-wartościowy jest odwzorowywany w czterokwadrantowy układ sygnałowy podobny do siatki przy użyciu tabeli przeglądowej, z czterema wartościami 4-bitowymi zajmującymi przypisane obszary w każdym kwadrancie. Figura 5 przestawia takie przypisanie bitów dla 16-bitowego układu sygnałowego QAM w odniesieniu do czterokwadrantowej siatki z osią liczb rzeczywistych (I) i liczb urojonych (Q). Ten odwzorowywany segment bitowy występuje na wyjściach I i Q pierwszego kodera 12, na przykład dwa pierwsze bity pojawiają się na wyjściu I i dwa następne bity pojawiają się na wyjściu Q. Następny segment 4-bitowy, 16-wartościowy jest odwzorowywany podobnie. W celu zapewnienia, żeby urządzenie odbiorcze było nieczułe na obrót fazowy układu odbieranego sygnału, stosowanajest pewna forma kodowania różnicowego w urządzeniu nadawczym, skutkiem czego dwa pierwsze bity każdego segmentu czterobitowego określają kwadrant układu, w którym jest umieszczony segment czterobitowy i dwa ostatnie bity określają szczególny punkt wewnątrz kwadrantu. Drugi koder 32 działa w taki sam sposób w odniesieniu do sygnałów odbieranych z drugiego źródła 30 danych o niskim priorytecie.

Sygnały wyjściowe z koderów 12 i 32 są dostarczane do poszczególnych modulatorów 14 i 34 fal nośnych, które są modulatorami QAM o konwencjonalnej budowie. Wąskopasmowy sygnał wyjściowy QAM z modulatora 14 pierwszej fali nośnej jest przetwarzany do postaci analogowej przez pierwszy przetwornik cyfrowo-analogowy 15 przed dostarczeniem go na wejście układu łączącego 18 przez filtr dolnoprzepustowy 1,5 MHz 16. Filtr ten usuwa niepożądane składowe o wielkich częstotliwościach wraz z harmonicznymi wytwarzanymi przez poprzednie układy przetwarzania cyfrowego i przemiany cyfrowo-analogowej w torze wąskopasmowym. Szerokopasmowy sygnał wyjściowy QAM z modulatora 34 drugiej fali nośnej jest przetwarzany do postaci analogowej przez drugi przetwornik cyfrowo-analogowy 35 przed dostarczeniem go do drugiego wejścia układu łączącego 18 poprzez filtr dolnoprzepustowy 6,0 MHz 36 oraz tłumik 38. Filtr ten służy zasadniczo temu samemu celowi jak filtr dolnoprzepustowy 1,5 MHz 16. Tłumik 38 reguluje amplitudę szerokopasmowej składowej sygnału qAm tak, że jest ona o -6 dB mniejsza niż amplituda wąskopasmowej składowej sygnału QAM o wysokim priorytecie, jak to przedstawiono na fig. 2. Złożony bliźniaczy sygnał QAM jest mieszany z sygnałem odniesienia w mieszaczu nadawczym 20 w celu wytwarzania podwójnej wstęgi bocznej modulowanej przez górną i dolną wstęgę boczną sygnału bliźniaczego qAm. Filtr środkowoprzepustowy 22 6 MHz kanału telewizyjnego odrzuca dolną wstęgę boczną, natomiast zachowuje górną wstęgę boczną w celu przesyłania przez to urządzenie nadawcze zawierające antenę 25.

167 627

Modulator 14 pierwszej fali nośnej zawiera identyczne filtry cyfrowe 41 i 42 o skończonej odpowiedzi impulsowej, będącej pierwiastkiem kwadratowym z podniesionej kosinusoidy, które odbierają sygnały wyjściowe I i Q z pierwszego kodera 12. Jeden filtr 41 jest umieszczony w nominalnym torze synfazowym i jest oznaczony jako filtr fazowy I, podczas gdy drugi filtr 42 jest umieszczony w nominalnym torze kwadraturowofazowym i jest oznaczony jako filtr fazowy Q. Filtry 41 i 42 kształtują nieliniowe obszary przejściowe brzegów pasma wąskopasmowej i szerokopasmowej składowej sygnału QAM.

Sygnały wyjściowe z filtrów 41 i 42 są odpowiednio modulowane w układach mnożących 44 i 45 przy pomocy sygnałów odniesienia COSINUS i SINUS. Te sygnały są dostarczane ze źródła odniesienia 46, na przykład zawierającego tablicę przeglądową, która podaje wartości funkcji sinus i cosinus w czterech odstępach 90° na okres, mianowicie 90°, 180°, 270° i 360°. Sygnały odniesienia SINUS i COSINUS odpowiadają wąskopasmowej nośnej sygnału QAM o częstotliwości 0,96 MHz. Kwadraturowe, modulowane fazowo sygnały wyjściowe z układów mnożących 44 i 45 są łączone w układzie sumującym 48 w celu wytworzenia wąskopasmowego sygnału QAM o wysokim priorytecie. Modulator 34 drugiej fali nośnej jest modulatorem szerokopasmowym o podobnej konstrukcji do modulatora 14 pierwszej fali nośnej, przy czym częstotliwość odpowiednich kwadraturowych sygnałów nośnych SINUS i COSINUS wynosi 3,84 MHz.

Układ pokazany na fig. 3 wykorzystuje 8-bitowe, cyfrowe przetwarzanie sygnałów z uzupełnieniem do dwójek. Sygnały synchronizacji danych cyfrowych są dostarczane przez syntezatory częstotliwości 52 i 54 w odpowiedzi na główny sygnał zegarowy z generatora zegarowego 55. Sygnał zegarowy CLK o częstotliwości 15,36 MHz z pierwszego syntezatora 52 działa jako sygnał zegarowy danych dla drugiego źródła 30 sygnału, drugiego kodera 32 i szerokopasmowego modulatora 34 drugiej fali nośnej. Ten sygnał zegarowy służy również jako sygnał zegarowy danych dla pierwszego źródła 10 sygnału, pierwszego kodera 12 i wąskopasmowego modulatora 14 pierwszej fali nośnej po podziale częstotliwości do 3,84 MHz przez dzielnik 58 dzielący jego częstotliwość przez cztery, jeżeli szybkość danych wąskopasmowych (3,84 Mbps) jest równa jednej czwartej szybkości danych szerokopasmowych (15,36 Mbps). Drugi syntezator 54 dostarcza sygnał odniesienia do przemiany złożonego sygnału bliźniaczego QAM w pasmo częstotliwości telewizyjnych przez mieszacz nadawczy 20.

Wąskopasmowa i szerokopasmowa nośna sygnału QAM nie muszą być tłumione, chociaż użycie tłumionych nośnych zapewnia oszczędność energii i zapobiega pewnym rodzajom interferencji w odtwarzanym obrazie. Nietłumione nośne o małych amplitudach mogą być wykorzystywane do zapewniania poprawionego odzyskiwania sygnału zegarowego o szybkości symbolu. Modulowane nośne sygnału QAM z niesymetrycznymi wstęgami bocznymi są również możliwe do zastosowania.

W urządzeniu odbiorczym z figury 4 radiofoniczny, bliźniaczy sygnał QAM odbierany przez antenę 110 jest dostarczany do mieszacza odbiorczego 112 wraz z sygnałem odniesienia o częstotliwości stosowanej w urządzeniu nadawczym. Sygnał wyjściowy mieszacza odbiorczego 112 zawiera składowe sumy i różnicy. Składowa sumy o większej częstotliwości jest usuwana przez filtr dolnoprzepustowy 114, który przepuszcza składową różnicy do przetwornika analogowo-cyfrowego 116. Przepuszczona składowa różnicy wykazuje złożone widmo częstotliwości modulacji, pokazane na fig. 2, przy czym widmo modulacji wąskopasmowego sygnału QAM jest ześrodkowane wokół częstotliwości 0,96 MHz i widmo modulacji szerokopasmowego sygnału QAM jest ześrodkowane wokół częstotliwości 3,84 MHz.

Cyfrowy, próbkowany sygnał wyjściowy przetwornika analogowo-cyfrowego 116 jest dostarczany do pierwszego demodulatora 118, który wraz z następnymi elementami 120, 122, 124, 126 i 128 tworzy układ przetwarzania wąskopasmowego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy. Pierwszy demodulator 118 zawiera wiele wejściowych filtrów cyfrowych o skończonej odpowiedzi (FIR) do selektywnego przepuszczania wąskopasmowej składowej sygnału QAM, podczas gdy usuwa szerokopasmową składową sygnału QAM. Szczególnie pierwszy demodulator 118 wąskopasmowego sygnału QAM zawiera filtr, którego charakterystyka amplitudy w funkcji częstotliwości jest zasadniczo zgodna z kształtem charakterystyki amplitudy w funkcji częstotliwości modulowanej, wąskopasmowej składowej sygnału QaM,

167 627 jak to pokazano na figurze 2. Drugi demodulator 119 w układzie przetwarzania szerokopasmowego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy, zawierającym elementy 119, 121, 123, 125, 127 i 129, selektywnie przepuszcza szerokopasmową składową sygnału QAM, podczas gdy usuwa wąskopasmową składową sygnału QAM. Drugi demodulator 119 szerokopasmowego sygnału QAM zawiera filtr, którego odpowiedź jest zasadniczo zgodna z kształtem charakterystyki amplitudy w funkcji częstotliwości modulowanej, szerokopasmowej składowej sygnału QAM, jak to pokazano na figurze 2. Zatem urządzenie odbiorcze posiada wycięcia tłumienia sygnału przy częstotliwościach związanych z wysokoenergetyczną informacją sygnału telewizyjnego o standardowej rozdzielczości. Elementy układu przetwarzania szerokopasmowego sygnału QAM są podobne do odpowiednich elementów układu przetwarzania wąskopasmowego sygnału QAM, który zostanie omówiony poniżej, przy czym charakterystyki demodulatorów 118 i 119 różnią się, jak to wzmiankowano powyżej. Demodulatory 118 i 119 spełniają odwrotną funkcję niż modulatory 14 i 34 w urządzeniu nadawczym (figura 3).

Adaptacyjny obwód wyrównawczy 120 o konwencjonalnej budowie odbiera demodulowane, kwadraturowe, fazowane składowe I i Q z pierwszego demodulatora 118. Obwód wyrównawczy 120 wykorzystuje adaptacyjny, cyfrowy filtr FIR do kompensacji nieregularności amplitudy i fazy, na przykład zjaw, powodowanych przez kanał transmisyjny. Wyrównane sygnały wyjściowe I i Q z tego obwodu 120 są dostarczane do estymatora 126, który wytwarza składowe wyjściowe I, Q, które reprezentują najbardziej prawdopodobne oszacowanie wartości przesyłanych składowych I i Q. Dla przykładu wartości składowych I i Q na wyjściu estymatora 126 zostały wyregulowane zgodnie z wymaganiem dla kompensacji zakłócającego zjawiska szumu występującego podczas przesyłania. Estymator 126 realizuje zasadniczo funkcję interpretującą przypisanie wartości próbek, które w wyniku zjawisk takich jak szum, nie pasują dokładnie do przypisanych miejsc w 16-punktowym, czterokwadrantowym układzie sygnałowym. Sygnały wyjściowe z tego estymatora 126 są dostarczane do dekodera 122, który wykazuje zasadniczo odwrotne działanie do odwzorowania realizowanego przez koder w urządzeniu nadawczym. Tablice przeglądowe są wykorzystywane do przemiany bez odwzorowania czterokwadrantowego układu sygnałowego w sekwencyjne, czterobitowe segmenty (symbole), w postaci cyfrowej binarnej, która istniała w urządzeniu nadawczym przed zakodowaniem w urządzeniu nadawczym przez pierwszy koder 12 z figury 3.

Detektor błędu 124 kontroluje sygnał wejściowy i wyjściowy I, Q estymatora 126 w celu wytwarzania sygnału wyjściowego o wartości proporcjonalnej do błędu fazy pomiędzy sygnałem wejściowym i wyjściowym I, Q tego estymatora 126. Błąd fazy może być związany ze zjawiskami szumów, w którym to przypadku błąd fazy byłby typu przypadkowego. Błąd fazy może być również związany z częstotliwością sygnału odniesienia, nie będącą zasadniczo równą częstotliwości odpowiadającej sygnałowi odniesienia używane w urządzeniu nadawczym, w którym to przypadku błąd fazy nie byłby typu przypadkowego. Wyjściowy sygnał z detektora błędu 124 jest używany ostatecznie do kompensacji częstotliwości sygnału odniesienia oddalonej od wymaganej wartości, to jest wartości częstotliwości odpowiedniego sygnału odniesienia w urządzeniu nadawczym. Sygnał błędu jest dostarczany do układu generatora 128 sterowanego napięciowo (VCO), który także zawiera filtr dolnoprzepustowy do modyfikacji wartości kwadraturowych, fazowanych sygnałów odniesienia sinusoidalnych i cosinusoidalnych, dostarczanych od pierwszego demodulatora 118. Modyfikowane sygnały odniesienia sinusoidalne i cosinusoidalne zmieniają proces demodulacji, o ile wartość sygnału wyjściowego reprezentującego błąd, z detektora błędu 124 wskazuje, że każde oddalenie się częstotliwości sygnału odniesienia od wymaganej wartości zostało skompensowane. Filtr dolnoprzepustowy związany z układem 128 generatora filtruje sygnał błędu tak, że wartości sygnałów odniesienia z układu generatora 128 i skutkiem tego działanie pierwszego demodulatora 118 są modyfikowane w odpowiedzi na błędy typu nieprzypadkowego, takie jak opisane odchylenie częstotliwości, oraz nie podlegają wpływowi zjawisk przypadkowych, takich jak szum. Pętla sterowania zawierająca elementy 119, 121, 123, 125, 127 i 129 układu przetwarzania szerokopasmowego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy działają w taki sam sposób jak elementy 118, 120, 122, 124, 126 i 128 omawianego powyżej układu przetwarzania wąskopasmowego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy.

167 627

Bezpośredni, cyfrowy syntezator częstotliwości 126 wytwarza sygnał zegarowy CLK w odpowiedzi na główny sygnał zegarowy z generatora zegarowego 130, który także dostarcza sygnał zegarowy do syntezatora częstotliwości 135 dla uzyskania sygnału odniesienia dla mieszacza odbiorczego 112. Częstotliwość sygnału odniesienia nominalnie odpowiada częstotliwości sygnału odniesienia stosowanego w urządzeniu nadawczym. Każde oddalenie się częstotliwości sygnału odniesienia od wymaganej częstotliwości jest kompensowane tak jak opisano powyżej. Sygnał zegarowy CLK z bezpośredniego syntezatora częstotliwości 126 jest sygnałem zegarowym dla elementów 119,121,1251127 układu przetwarzania szerokopasmowego. Układ przetwarzania wąskopasmowego przetwarza sygnał o szerokości pasma, które jest równe jednej czwartej szerokości pasma sygnału szerokopasmowego. Zatem elementy układu przetwarzania wąskopasmowego odpowiadają sygnałowi zegarowemu CLK/4 o częstotliwości równej jednej czwartej częstotliwości sygnału CLK, co zapewnia dzielnik częstotliwości 136.

Częstotliwość sygnału zegarowego CLK w urządzeniu odbiorczym odpowiada częstotliwości sygnału zegarowego CLK wykorzystywanego w urządzeniu nadawczym (figura 3). Ustalenie właściwej częstotliwości zegarowej urządzenia odbiorczego jest ułatwione przez uzyskiwanie sygnału zegarowego z informacji zawartej w odbieranej bardziej pewnie wąskopasmowej składowej sygnału QAM o dużej mocy. Szczególnie złożony sygnał QAM z wyjścia filtra dolnoprzepustowego 114 jest dostarczany do generatora 133 sygnału nieliniowego. Generator 133 wytwarza składową o pojedynczej częstotliwości z szybkością symbolu składowej wąskopasmowej sygnału QAM. W tym przypadku szybkość symbolu wynosi 0,96 MHz, jedną czwartą szybkości transmisji bitów. Generator 133 wytwarza również tłumiony sygnał wyjściowy z szybkością symbolu składowej szerokopasmowej sygnału QAM o małej mocy, który to sygnał wyjściowy jest ignorowany przez kolejne układy przetwarzania sygnałów.

Detektor fazy 137 odpowiada na składową wyjściową o częstotliwości 0,96 MHz z generatora 133 i tworzy pętlę synchronizacji fazowej wraz z filtrem dolnoprzepustowym 138, bezpośrednim syntezatorem częstotliwości 126 i dzielnikiem częstotliwości 139 dzielącym przez

16. Filtr dolnoprzepustowy 138 usuwa częstotliwości pasożytnicze obejmujące szum wytwarzany w wyniku działania nieliniowego generatora sygnałowego 133. Dzielnik częstotliwości 139 odbiera sygnał 15,36 MHz z bezpośredniego syntezatora częstotliwości 126 i dostarcza sygnał wyjściowy 0,96 MHz do wejścia sterującego detektora fazy 137. Syntezator ten zawiera rejestr, który pamięta przyrosty fazy określone przez sygnał dostarczany do jego wejścia sterującego z filtru dolnoprzepustowego 138, z szybkością określoną przez częstotliwość sygnału z generatora zegarowego 130. Zapamiętana wartość fazy adresuje pamięć stałą ROM zawierającą wartości sinusoidalne, które poddają syntezie sygnał wyjściowy z syntezatora 126.

Procesor 140 sygnałów łączy demodulowany sygnał danych o wysokim priorytecie z dekodera 122 wraz z demodulowanym sygnałem danych o niskim priorytecie, otrzymywanym z innego dekodera 125. Procesor 140 może zawierać układy dekompresji danych, takie jak dekodery Huffmana i inwersyjne układy kwantujące, układy korekcji błędów i układy demultipleksujące i łączące sygnały dla dostarczania rozdzielonych składowych sygnału telewizyjnego akustycznych i wizyjnych. Składowa akustycznajest przetwarzania przez procesor 142 sygnałów akustycznych przed dostarczeniem do układu odtwarzającego 146 dźwięk. Składowa wizyjna jest przetwarzana przez procesor 144 sygnałów wizyjnych, przed dostarczaniem do układu odtwarzającego 148 obraz.

167 627 podnoSna noSna

OBRAZU

FIG. 1 noSna

FONII t

FIG. 2

ODNIESIENIE

TŁUMIONA NISKOPASMOWA NOSNA QAM

TŁUMIONA SZEROKOPASMOWA NOSNA QAM

KANAŁ TV 6MHz

167 627

FIG. 3

167 627 błąd

FIG. 4

PROCESOR SYGNAŁÓW AKUSTYCZ»vrn ₁₄₄^ SYGNAŁ ¹⁴⁴ A f WIZYJNY

PROCESOR

SYGNAŁÓW

WIZYJNYCH

146OKŁAD ODTW, RZAJĄCY DŹWIĘK

UKŁAD ODTWARZAJĄCY OBRAZ t4tr

90° (Q)

180°

1011	1001	1110	1111
•	•	•	•
1010	1000	1100	1101
•	•	•	•
•	•	•	•
0001	0000	0100	0110
•	•	•	•
0011	0010	0101	0111

0° W

PRZYPISANIE BITÓW DLA 16-POZIOMOWEGO UKŁADU SYGNAŁU QAM

FIG. 5

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,50 zł

270°

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie odbiorcze sygnału telewizji wysokiej rozdzielczości, który ma postać złożonego sygnału zmodulowanego z pierwszą falą nośną, która jest zmodulowana pierwszym sygnałem telewizyjnym, oraz z drugą falą nośną, która jest zmodulowana drugim sygnałem telewizyjnym, i które to urządzenie odbiorcze zawiera mieszacz odbiorczy, do którego jest doprowadzony złożony sygnał zmodulowany telewizji wysokiej rozdzielczości oraz sygnał zegarowy z generatora zegarowego, przy czym wyjście mieszacza odbiorczego jest połączone, poprzez filtr dolnoprzepustowy, do przetwornika analogowo-cyfrowego, znamienne tym, że wyjście przetwornika analogowo-cyfrowego (116) jest dołączone do pierwszego demodulatora (118) układu przetwarzania (118, 120,122, 124,126, 128) wąskopasmowego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy oraz do drugiego demodulatora (119) układu przetwarzania (119,121,123, 125,127,129) szerokopasmowego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy, które poddają demodulacji odpowiednio pierwszą i drugą fale nośne, rozdzielone pasmem częstotliwości wykazujących tłumienie sygnału dla częstotliwości związanych z wysokoenergetyczną informacją w sygnale telewizyjnym o standardowej rozdzielczości, przy czym złożony sygnał zmodulowany ma szerokość pasma częstotliwości zgodną z szerokością pasma kanału telewizyjnego o standardowej rozdzielczości i wykazuje tłumienie sygnału dla częstotliwości związanych z wysokoenergetyczną informacją w sygnale telewizyjnym o standardowej rozdzielczości, oraz które odtwarzają pierwszy i drugi sygnały telewizyjne, przy czym wyjścia układu przetwarzania (120, 122, 124, 126, 128) wąskopasmowego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy oraz układu przetwarzania (1:21,123,125,127,129) szerokopasmowego sygnału z kwadraturową modulacją amplitudy są dołączone do wejść procesora (140) sygnałów do wytworzenia sygnału wyjściowego reprezentującego obraz.
2. Urządzenie odbiorcze według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwszy i drugi demodulatory (118, 119) są demodulatorami z kwadraturową demodulacją amplitudy, odpowiednio pierwszej i drugiej zmodulowanych fal nośnych.
3. Urządzenie odbiorcze według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwszy demodulator (118) jest demodulatorem pierwszej zmodulowanej fali nośnej o małej szerokości pasma częstotliwości w porównaniu z szerokością pasma drugiej zmodulowanej fali nośnej.
4. Urządzenie odbiorcze według zastrz. 1, znamienne tym, że pierwszy demodulator (118) jest demodulatorem pierwszego sygnału telewizyjnego, zawierającego informację wizyjną zasadniczo o małych częstotliwościach, zaś drugi demodulator (119) jest demodulatorem drugiego sygnału telewizyjnego, zawierającego informację wizyjną zasadniczo o wysokich częstotliwościach.