TWI429285B - 類比電視接收裝置 - Google Patents

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    • H04N21/4382—Demodulation or channel decoding, e.g. QPSK demodulation

Description

類比電視接收裝置
本發明係有關於類比電視，尤指一種類比電視接收裝置。
在類比電視技術中，接收器為相當關鍵的部份。在先前技術中，類比電視的接收器係採用類比方式來進行訊號解調，其硬體架構如第1圖所示，其中，類比電視接收器10包含射頻調諧器(RF tuner)11、表面聲波(surface audio wave；SAW)濾波電路12、可程式增益放大器(programmable gain amplifier；PGA)13、類比解調器(analog demodulator)14及類比數位轉換器(analog-to-digital converter；ADC)15與16。射頻調諧器11可將天線111所接收之類比射頻電視訊號轉換為類比中頻電視訊號；表面聲波濾波電路12可濾除該類比中頻電視訊號的雜訊；可程式增益放大器13可將濾除雜訊後的類比中頻電視訊號放大至所需的訊號強度；類比解調器14用以解調該放大後之類比中頻電視訊號，以產生類比的複合視訊廣播訊號(composite video broadcast signal；CVBS)及聲音中頻(SIF)訊號，再分別經由類比數位轉換器15與16轉換為數位訊號，以分別送至視訊解碼器(video decoder)及音訊解碼器(audio decoder)進行後續的數位訊號處理。然而，類比解調的效果往往未達理想，以致影響電視訊號的品質甚鉅。
有鑑於此，本發明之一目的，在於提供一種類比電視接收裝置，其可將所接收之類比電視訊號轉換為數位電視訊號，並進行數位解調，以提升解調的效能。
本發明揭露一種類比電視接收裝置，包含：射頻調諧器，用以將所接收之類比射頻電視訊號轉換為類比中頻電視訊號；以及中頻電路，包含：轉換電路，耦接射頻調諧器，用以將類比中頻電視訊號轉換為數位電視訊號；以及數位解調器，耦接轉換電路，用以解調該數位電視訊號，以產生數位解調視訊訊號及數位解調音訊訊號。
第2圖係本發明之類比電視接收裝置之硬體架構的方塊圖，其中，類比電視接收裝置20包含射頻調諧器21、表面聲波(SAW)濾波電路22及中頻(intermediate frequency；IF)電路23。射頻調諧器21可將天線211所接收之一類比射頻電視訊號轉換為一類比中頻電視訊號。表面聲波濾波電路22，耦接射頻調諧器21，用以濾除該類比中頻電視訊號的雜訊。中頻電路23包含轉換電路231與數位解調器(digital demodulator)232。轉換電路231耦接於表面聲波濾波電路22與數位解調器232之間，用以將濾除雜訊後的類比中頻電視訊號轉換為一數位電視訊號。數位解調器232則用以解調該數位電視訊號，以產生一數位解調視訊訊號及一數位解調音訊訊號，分別送至視訊解碼器(video decoder)及音訊解碼器(audio decoder)，以進行後續的數位訊號處理。該數位解調視訊訊號可為數位的複合視訊廣播訊號(CVBS)，該數位解調音訊訊號可為數位的聲音中頻(SIF)訊號。
接著，說明本發明之類比電視接收裝置在第2圖之硬體架構下的幾個實施例。各實施例之主要差異在於轉換電路231的不同實施態樣。第3圖係類比電視接收裝置20之第一實施例的方塊圖，其中，轉換電路231包含可程式增益放大器(PGA)31與類比數位轉換器32。可程式增益放大器31耦接表面聲波濾波電路22，可將濾除雜訊後的類比中頻電視訊號放大至所需的訊號強度，例如符合類比數位轉換器32之動態範圍的最大訊號強度。可程式增益放大器31可包含不只一級的放大器，以達到更好的放大效果。類比數位轉換器32耦接可程式增益放大器31，可將放大後的類比中頻電視訊號轉換為一數位中頻電視訊號，送至數位解調器232進行解調。因此，在第一實施例中，轉換電路231所輸出之數位電視訊號為數位中頻電視訊號。
在第一實施例中，亦可先利用表面聲波濾波電路22將類比中頻電視訊號的視訊部份與音訊部份分別濾出，再送入中頻電路23進行處理，如第4圖所示，其中，表面聲波濾波電路22包含視訊濾波器221與音訊濾波器222，前者可從該類比中頻電視訊號濾出一類比中頻視訊訊號，後者可從該類比中頻電視訊號濾出一類比中頻音訊訊號。可程式增益放大器31包含可程式增益放大單元311與312，類比數位轉換器32則包含類比數位轉換單元321與322。可程式增益放大單元311與類比數位轉換單元321形成一視訊訊號路徑，用以將該類比中頻視訊訊號轉換為一數位中頻視訊訊號；可程式增益放大單元312與類比數位轉換單元322形成一音訊訊號路徑，用以將該類比中頻音訊訊號轉換為一數位中頻音訊訊號。藉由將視訊部份與音訊部分的訊號路徑分開，可減少兩者間所產生的串音干擾(cross talk)。因此，在第4圖中，轉換電路231所輸出之數位電視訊號包含該數位中頻視訊訊號與該數位中頻音訊訊號。
第5圖係類比電視接收裝置20之第二實施例的方塊圖，其中，轉換電路231包含可程式增益放大器51、類比數位轉換器52及數位混頻器(digital mixer)53。可程式增益放大器51與類比數位轉換器52的功能分別與第一實施例的可程式增益放大器31與類比數位轉換器32近似，此處不再贅述。數位混頻器53可執行頻率轉換，以將類比數位轉換器52輸出之數位中頻電視訊號轉換為一數位基頻電視訊號，送入數位解調器232進行解調。因此，在第二實施例中，轉換電路231所輸出之數位電視訊號為數位基頻電視訊號。
如同第一實施例，在第二實施例中，亦可先利用表面聲波濾波電路22將類比中頻電視訊號的視訊部份與音訊部份分別濾出，再送入中頻電路23進行處理，如第6圖所示，其中，可程式增益放大器51包含可程式增益放大單元511與512，類比數位轉換器52包含類比數位轉換單元521與522，數位混頻器53則包含數位混頻單元531與532。可程式增益放大單元511、類比數位轉換單元521及數位混頻單元531形成一視訊訊號路徑，用以將視訊濾波器221輸出之類比中頻視訊訊號轉換為一數位基頻視訊訊號；可程式增益放大單元512、類比數位轉換單元522及數位混頻單元532形成一音訊訊號路徑，用以將音訊濾波器222輸出之類比中頻音訊訊號轉換為一數位基頻音訊訊號。視訊訊號路徑與音訊訊號路徑分開，可減少兩者間所產生的串音干擾。因此，在第6圖中，轉換電路231所輸出之數位電視訊號包含該數位基頻視訊訊號與該數位基頻音訊訊號。
較佳地，在第一實施例與第二實施例中，類比數位轉換器32與52係以過採樣(over-sampling)方式，執行類比至數位的轉換。過採樣係指所使用的採樣頻率大於奈奎斯特率(Nyquist rate，即被採樣訊號之最高頻率的兩倍)，以避免產生自我混疊(self-aliasing)的效應，而損及採樣品質。在第一實施例與第二實施例中，由於類比數位轉換器32與52的取樣對象是中頻的電視訊號，因此在執行過採樣時，其取樣頻率必須大於中頻電視訊號之最高頻率的兩倍。以下列舉各個主要類比電視規格的中頻訊號頻帶：NTSC為41~47MHZ，PAL與SECAM為32~40MHz。此外，日本所採用的NTSC規格與其他地區不同，其中頻訊號頻帶為54~60MHz。綜觀以上規格，可能出現之最高中頻頻率為60MHz，若類比數位轉換器32與52要執行過採樣且同時適用於以上所述各種規格，則所使用的取樣頻率必須大於60MHz的兩倍，亦即須大於120MHz。
在一較佳實施例中，當要為執行過採樣的類比數位轉換器32與52規劃或選擇其採樣頻率時，除了使採樣頻率大於中頻電視訊號之最高頻率的兩倍外，還進一步考量鄰近頻道干擾(adjacent channel interference；ACI)的影響以及類比電視接收裝置20所採用之振盪頻率的影響。所謂鄰近頻道干擾，是指採樣頻率不夠大時，鄰近頻道的訊號會因自我混疊效應而重疊到正在使用的頻帶內。當自我混疊產生時，被取樣訊號中大於摺疊頻率(folding frequency，即取樣頻率的一半)的部分，在頻譜上會以摺疊頻率為中心，對稱地疊回到小於摺疊頻率的位置，亦即，若取樣頻率為Fs，則摺疊頻率為Fs/2，而任一大於Fs/2的頻率f，會疊回到Fs/2-(f-Fs/2)=Fs-f的頻率位置。第7圖係以日本的NTSC規格為例，說明鄰近頻道干擾如何發生，其中，54~60MHz為日本NTSC規格之中頻電視訊號頻帶，60~66MHz則為鄰近頻道，當取樣頻率Fs為126MHz時，摺疊頻率為Fs/2=63MHz，此時鄰近頻道之最高頻率66MHz正好可疊回到126-66=60MHz處；換言之，若取樣頻率小於126MHz，則鄰近頻道之最高頻率66MHz便會重疊到54~60MHz內，而影響此規格之中頻電視訊號的品質。因此，取樣頻率須大於或等於126MHz，才能避免此種鄰近頻道干擾。對於日本NTSC規格以外的其他電視規格，亦可使用上述方式來選用適當的採樣頻率，以避免鄰近頻道干擾。不過，若要選擇在各種規格皆可避免鄰近頻道干擾的採樣頻率，則由於日本NTSC規格已具有目前最高之中頻頻率，因此只要選擇大於或等於126MHz的取樣頻率，即可達到此目的。
至於振盪頻率的影響，則是指類比電視接收裝置20或其所在之電視裝置所使用之振盪頻率(可用來合成產生類比數位轉換器32與52所需的取樣時脈訊號)，其諧波可能直接落入中頻訊號頻帶，或是在取樣時，經由自我混疊效應重疊到中頻訊號頻帶內，而影響電視訊號品質。第8A圖係顯示第3圖之第一實施例再加上時脈產生電路的實施態樣，其中，時脈產生電路81係依據一振盪頻率產生一取樣時脈訊號，送至類比數位轉換器32。時脈產生電路81可內含振盪器及頻率合成器(圖未顯示)，振盪器用以產生該振盪頻率之時脈訊號，頻率合成器則依據該振盪頻率之時脈訊號，合成出該取樣時脈訊號。由於該振盪器所產生之時脈訊號，有可能耦合到轉換電路231的輸入端，而與類比中頻電視訊號一同進入類比數位轉換器32，因此，若該振盪器所產生之時脈訊號及其諧波直接落入中頻電視訊號頻帶，或是在類比數位轉換器32取樣時，經由自我混疊效應重疊到中頻電視訊號頻帶內，就會影響電視訊號的品質。應注意，第5圖之第二實施例若加上時脈產生電路81，亦可能產生如上述的問題。
為了避免振盪頻率可能造成的不良影響，在選擇振盪頻率及取樣頻率時，須避免振盪器產生之時脈訊號及其諧波直接落入或是取樣後重疊落入中頻電視訊號頻帶內。就振盪頻率而言，若能選取適用於整個電視裝置(包含輸出入介面、調諧器、解調器、解碼器...等電路)的單一振盪頻率，則可減少電視裝置之設計與製造成本。考量到現今的電視裝置多具有USB介面，且顧及其他電路所需之時脈頻率，本較佳實施例採用24MHz作為類比電視接收裝置20內之一共用振盪器(圖未顯示)之振盪頻率，其倍頻為USB介面之工作頻率。24MHz及其倍頻(即48MHz、72MHz...)皆不會落入各主要電視規格的中頻訊號頻帶，即32~40MHz、41~47MHZ以及54~60MHz。另一方面，在選擇取樣頻率時，需避免24MHz及其倍頻在自我混疊時重疊到各主要電視規格的中頻訊號頻帶，如第8B圖的分析所示。此分析僅考慮126~150MHZ的頻率區間，一方面是因為取樣頻率須大於或等於126MHz，以避免前述之鄰近頻道干擾，另一方面是大於150MHz的取樣頻率會大幅提高電路設計的難度。從第8B圖可看出，當取樣頻率Fs為126MHz時，振盪頻率FXTAL (=24MHz)的三倍頻(即三次諧波)，會重疊到126-3*24=54MHz的位置，亦即落入54~60MHZ之頻帶；而FXTAL 的七倍頻，會重疊到126-7*24=-42MHz的位置，亦即落入41~47MHZ之負頻頻帶。在各種電視規格的中頻訊號頻帶內，視訊載波(video carrier)、音訊載波(audio carrier)及色彩載波(color carrier)都在不同的頻率位置。在32~40MHz頻帶中，視訊載波、音訊載波及色彩載波分別位於大約38~39MHz、32~33MHz及33~35MHz的位置；在41~47MHz頻帶中，視訊載波、音訊載波及色彩載波分別位於大約45MHz、41MHz及42MHz的位置；在54~60MHz頻帶中，視訊載波、音訊載波及色彩載波則分別位於大約58MHz、54MHz及55MHz的位置(在不同規格或者相同規格的不同版本下，載波位置會略有差異)。因此，以前述取樣頻率Fs為126MHz來說，振盪頻率FXTAL 的三倍頻，會重疊到54~60MHz頻帶的音訊載波；而FXTAL 的七倍頻，會重疊到41~47MHz頻帶之負頻色彩載波。對於其他的取樣頻率，亦可做同樣的分析。
當振盪頻率之諧波因自我混疊而重疊到不同的載波時，對電視訊號的影響程度亦不相同：重疊到色彩載波的影響小於重疊到音訊載波，而重疊到音訊載波的影響又小於重疊到視訊載波。在第8B圖中，重疊到不同載波的部份會以不同的方式顯示。經由分析在126~150MHZ的取樣頻率區間內，振盪頻率24MHz的一次至八次諧波(八次以上的諧波太小可忽略)是否會自我混疊至各主要電視規格的中頻頻帶，可發現144MHz不會混疊至任何中頻頻帶，所以是取樣頻率的最佳選擇。次佳的選擇，則是僅混疊到影響程度較輕微的音訊載波或色彩載波，如126、127、137、138及150MHz等取樣頻率。應注意，當選擇不同的振盪頻率或考量不同的取樣頻率區間時，或者是考量更多其他不同的中頻電視訊號頻帶時，皆可利用上述的分析方法，找出最適當的取樣頻率。
第9A圖係類比電視接收裝置20之第三實施例的方塊圖，其中，轉換電路231包含可程式增益放大器91、類比混頻器92及類比數位轉換器93。與前述第二實施例的主要差別在於，在第三實施例中，類比中頻電視訊號是先進行頻率轉換，才進行類比至數位的轉換，亦即，類比中頻電視訊號在經過可程式增益放大器91放大後，先經過類比混頻器92轉換為類比基頻電視訊號，才送入類比數位轉換器93轉換為數位基頻電視訊號。與第一及第二實施例相同，第三實施例亦可先利用表面聲波濾波電路22將類比中頻電視訊號的視訊部份與音訊部份分別濾出，再送入中頻電路23進行處理，如第9B圖所示，其中，可程式增益放大器91包含可程式增益放大單元911與912，類比混頻器92則包含類比混頻單元921與922，類比數位轉換器93則包含類比數位轉換單元931與932。可程式增益放大單元911、類比混頻單元921及類比數位轉換單元931形成一視訊訊號路徑，用以將視訊濾波器221輸出之類比中頻視訊訊號轉換為一數位基頻視訊訊號；可程式增益放大單元912、類比混頻單元922及類比數位轉換單元932形成一音訊訊號路徑，用以將音訊濾波器222輸出之類比中頻音訊訊號轉換為一數位基頻音訊訊號。因此，在第9B圖中，轉換電路231所輸出之數位電視訊號包含該數位基頻視訊訊號與該數位基頻音訊訊號。
以上所述係利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限制本發明之範圍。凡熟知此類技藝人士皆能明瞭，可根據以上實施例之揭示而做出諸多可能變化，仍不脫離本發明之精神和範圍。
10．．．類比電視接收器
11、21．．．射頻調諧器
12、22．．．表面聲波濾波電路
13、31、51、91．．．可程式增益放大器
14．．．類比解調器
15、16、32、52、93．．．類比數位轉換器
20．．．類比電視接收裝置
221．．．視訊濾波器
222．．．音訊濾波器
23．．．中頻電路
231．．．轉換電路
232．．．數位解調器
311、312、511、512、911、912．．．可程式增益放大單元
321、322、521、522、931、932．．．類比數位轉換單元
53．．．數位混頻器
531、532．．．數位混頻單元
81．．．時脈產生電路
92．．．類比混頻器
921、922．．．類比混頻單元
第1圖係先前技術之類比電視接收器之硬體架構的方塊圖。
第2圖係本發明之類比電視接收裝置之硬體架構的方塊圖。
第3圖係本發明之類比電視接收裝置之第一實施例的方塊圖。
第4圖係顯示第3圖之第一實施例的變化例，其係將視訊部份與音訊部分的訊號路徑分開。
第5圖係本發明之類比電視接收裝置之第二實施例的方塊圖。
第6圖係顯示第5圖之第二實施例的變化例，其係將視訊部份與音訊部分的訊號路徑分開。
第7圖係以日本的NTSC規格為例，說明鄰近頻道干擾如何發生。
第8A圖係顯示第3圖之第一實施例再加上時脈產生電路的實施態樣。
第8B圖係針對不同的取樣頻率，分析其是否會造成震盪頻率及其倍頻在自我混疊時重疊到各主要電視規格的中頻訊號頻帶。
第9A圖係本發明之類比電視接收裝置之第三實施例的方塊圖。
第9B圖係顯示第9圖之第三實施例的變化例，其係將視訊部份與音訊部分的訊號路徑分開。
20．．．類比電視接收裝置
21．．．射頻調諧器
22．．．表面聲波濾波電路
23．．．中頻電路
231．．．轉換電路
232．．．數位解調器

Claims (19)

  1. 一種類比電視接收裝置，包含：一射頻調諧器，用以將所接收之一類比射頻電視訊號轉換為一類比中頻電視訊號；以及一中頻電路，包含：一轉換電路，耦接該射頻調諧器，用以將該類比中頻電視訊號轉換為一數位電視訊號，其中該數位電視訊號係一數位中頻電視訊號，該轉換電路又包含一類比數位轉換器，用以將該類比中頻電視訊號轉換為該數位中頻電視訊號；一數位解調器，耦接該轉換電路，用以解調該數位電視訊號，以產生一數位解調視訊訊號及一數位解調音訊訊號；以及一共用頻率振盪器，用以提供一振盪頻率給該類比數位轉換器及一USB介面，其中該振盪頻率及其倍頻在各電視規格的中頻訊號頻帶之外。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之類比電視接收裝置，其中該轉換電路包含：一類比數位轉換器，用以將該類比中頻電視訊號轉換為一數位中頻電視訊號；以及一數位混頻器，耦接該類比數位轉換器，用以將該數位中頻電視訊號轉換為一數位基頻電視訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之類比電視接收裝 置，其中該轉換電路更包含：一可程式增益放大器，用以放大該類比中頻電視訊號，以送入該類比數位轉換器。
  4. 如申請專利範圍第1或3項所述之類比電視接收裝置，其中該類比數位轉換器係以過採樣(over-sampling)方式，執行類比至數位的轉換。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之類比電視接收裝置，更包含：一時脈產生電路，用以依據一振盪頻率產生一取樣時脈訊號，送至該類比數位轉換器，其中該取樣時脈訊號至少大於各電視規格的中頻頻率的兩倍以上。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之類比電視接收裝置，其中該振盪頻率為24MHz，該取樣時脈訊號之一頻率為144MHz。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之類比電視接收裝置，其中該轉換電路包含：一類比混頻器，用以將該類比中頻電視訊號轉換為一類比基頻電視訊號；以及一類比數位轉換器，耦接該類比混頻器，用以將該類比基頻電視訊號轉換為一數位基頻電視訊號。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之類比電視接收裝置，更包含：一表面聲波(SAW)濾波電路，耦接於該射頻調諧 器與該轉換電路間，用以濾除該類比中頻電視訊號的雜訊。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之類比電視接收裝置，其中該表面聲波濾波電路包含：一視訊濾波器，用以從該類比中頻電視訊號濾出一類比中頻視訊訊號；以及一音訊濾波器，用以從該類比中頻電視訊號濾出一類比中頻音訊訊號。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之類比電視接收裝置，其中該轉換電路將該類比中頻視訊訊號轉換為該數位電視訊號中之一數位視訊訊號，且將該類比中頻音訊訊號轉換為該數位電視訊號中之一數位音訊訊號。
  11. 一種類比電視接收裝置，包含：一射頻調諧器，用以將所接收之一類比射頻電視訊號轉換為一類比中頻電視訊號；以及一中頻電路，包含：一轉換電路，耦接該射頻調諧器，用以將該類比中頻電視訊號轉換為一數位基頻訊號，又包括：一類比數位轉換器，用以將該類比中頻電視訊號轉換為一數位中頻電視訊號；以及一數位混頻器，耦接該類比數位轉換器， 用以將該數位中頻電視訊號轉換為該數位基頻電視訊；一數位解調器，耦接該轉換電路，用以解調該數位電視訊號，以產生一數位解調視訊訊號及一數位解調音訊訊號；以及一共用頻率振盪器，用以提供一振盪頻率給該類比數位轉換器及一USB介面，其中該振盪頻率及其倍頻在各電視規格的中頻訊號頻帶之外。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之類比電視接收裝置，其中該轉換電路更包含：一可程式增益放大器，用以放大該類比中頻電視訊號，以送入該類比數位轉換器。
  13. 如申請專利範圍第11或12項所述之類比電視接收裝置，其中該類比數位轉換器係以過採樣(over-sampling)方式，執行類比至數位的轉換。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之類比電視接收裝置，更包含：一時脈產生電路，用以依據一振盪頻率產生一取樣時脈訊號，送至該類比數位轉換器，其中該取樣時脈訊號至少大於各電視規格的中頻頻率的兩倍以上。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之類比電視接收裝置，其中該振盪頻率為24MHz，該取樣時脈 訊號之一頻率為144MHz。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之類比電視接收裝置，其中該轉換電路包含：一類比混頻器，用以將該類比中頻電視訊號轉換為一類比基頻電視訊號；以及一類比數位轉換器，耦接該類比混頻器，用以將該類比基頻電視訊號轉換為一數位基頻電視訊號。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之類比電視接收裝置，更包含：一表面聲波(SAW)濾波電路，耦接於該射頻調諧器與該轉換電路間，用以濾除該類比中頻電視訊號的雜訊。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之類比電視接收裝置，其中該表面聲波濾波電路包含：一視訊濾波器，用以從該類比中頻電視訊號濾出一類比中頻視訊訊號；以及一音訊濾波器，用以從該類比中頻電視訊號濾出一類比中頻音訊訊號。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之類比電視接收裝置，其中該轉換電路將該類比中頻視訊訊號轉換為該數位電視訊號中之一數位視訊訊號，且將該類比中頻音訊訊號轉換為該數位電視訊 號中之一數位音訊訊號。
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