TWI593283B - 數位電視之訊號接收端與其訊號處理方法 - Google Patents
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Description
本發明是關於數位自動增益控制（digital auto gain control, DAGC），尤其是關於適應性調整增益步進值之數位自動增益控制。
當目標訊號在某個頻道（channel）傳輸時，有時候會遭受來自相鄰頻道的影響，此種影響稱為鄰頻干擾（adjacent channel interference, ACI）。舉例來說，訊號在進入類比數位轉換器（analog-to-digital converter, ADC）之前通常先經過自動增益控制（auto gain control, AGC）調整振幅大小（即能量大小），以避免訊號的振幅過大造成類比數位轉換器飽和，或振幅過小造成資料量不足。當一個目標訊號的鄰頻訊號的振幅大過目標訊號太多時，將使自動增益控制電路以較小的增益值來調整目標訊號及其鄰頻訊號，使得目標訊號的振幅可能會被自動增益控制電路調的過小；在此情況下，經過類比數位轉換器後目標訊號必須再經過數位自動增益控制的調整，才能達到適當的振幅以供後級電路處理。在習知的做法中，數位自動增益控制電路以固定的步進值（step size）調整增益值；此種做法的缺點是，增益值無法隨著鄰頻干擾的變化做即時的調整。在鄰頻干擾時而變化劇烈（變化快且變化程度大）時而變化緩慢（變化慢或變化程度小）的環境中，數位自動增益控制電路無法依據目前的環境即時調整目標訊號的振幅，影響電路的運作效能。
鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種數位電視之訊號接收端與其訊號處理方法，以依據鄰頻干擾適應性地調整增益值。
本發明揭露一種數位電視之訊號接收端，包含：一類比數位轉換器，用來將一輸入訊號由類比格式轉換為數位格式，該輸入訊號包含一目標訊號及一干擾訊號；一數位增益控制電路，耦接該類比數位轉換器，用來依據一增益值調整該目標訊號之一振幅；一偵測模組，耦接該數位增益控制電路，用來偵測該增益值之一變異量以產生一偵測值；以及一控制單元，耦接該數位增益控制電路，用來依據該偵測值決定一增益值設定參數；其中該數位增益控制電路更依據該增益值設定參數更新該增益值。
本發明另揭露一種數位電視接收端之訊號處理方法，包含：將一輸入訊號由類比格式轉換為數位格式，該輸入訊號包含一目標訊號及一干擾訊號；依據一增益值調整該目標訊號之一振幅；偵測該增益值之一變異量以產生一偵測值；依據該偵測值決定一增益值設定參數；以及依據該增益值設定參數更新該增益值。
本發明之數位電視之訊號接收端與其訊號處理方法能夠依據鄰頻干擾適應性地調整增益值，使電視系統能夠隨著鄰頻干擾的變化程度做適應性調整，以提高整體效能。相較於習知技術，本發明的增益值能夠反應鄰頻干擾的變化程度，亦即系統會考量當前的頻道環境進行訊號處理。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。
本發明之揭露內容包含數位電視之訊號接收端與其訊號處理方法，在實施為可能的前提下，本技術領域具有通常知識者能夠依本說明書之揭露內容來選擇等效之元件或步驟來實現本發明，亦即本發明之實施並不限於後敘之實施例。
圖1係本發明數位電視之訊號接收端的功能方塊圖。數位電視的訊號接收端100例如是地面數位多媒體廣播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast, DTMB）的電視接收端，數位電視的訊號接收端100可包含自動增益控制電路110、類比數位轉換器120、濾波器130、數位自動增益控制電路140、干擾偵測模組150以及控制電路160。自動增益控制電路110用來接收類比輸入訊號S(t)（t為連續時間的時間參數）並調整輸入訊號
S(t)的振幅，類比數位轉換器120用來將調整振幅後的輸入訊號
S’(t)轉換為數位格式的輸入訊號
S(n)（
n為離散時間的時間參數），其中輸入訊號
S(n)至少包含數位電視系統中載有影音資料的目標訊號
x(n)。濾波器130用來濾除輸入訊號
S(n)中的鄰頻干擾以留下目標訊號
x(n)，更明確地說，濾波器130實際上是一個帶通濾波器，用來濾除輸入訊號中非目標訊號
x(n)的成分，在另一實施例中，濾波器130也可以是一個低通濾波器或高通濾波器。數位自動增益控制電路140用來針對目標訊號
x(n)再調整其振幅（在數位域即代表目標訊號
x(n)所分佈的二進位數值的範圍），使後級電路（例如解調變電路等，圖未示）得以處理具有較佳振幅的調整後的目標訊號
x’(n)。
數位自動增益控制電路140藉由將目標訊號
x(n)乘上一增益值
w來調整目標訊號的振幅。在一個實施例中，數位自動增益控制電路140所使用的增益值
w可以基於以下演算法求得：
(1)
(2)
(3) 其中，
u為步進值，係為一增益值設定參數；
e(n)為調整過的目標訊號（
w(n)∙x(n)）與理想值
y(n)的差值，依據方程式(1)~(3)，當第
n次調整後的差值
e(n)越大，或者調整過的目標訊號振幅越大，則第(n+1)次的增益值w也會越大。然而前述方程式(1)~(3)只是一個實施例，本發明不以此為限。只要能達到前述差值越大，或者訊號振幅越大，則下一次的增益值w越大的目的，皆屬本發明之範疇。請注意，在此實施例中的訊號為實數(real)，因此採用公式(2)來計算增益值w，若訊號為複數(complex)，則需將公式(2)修改為公式(4)：
(4) 此外，由於鄰頻干擾可能時而變化劇烈時而變化緩慢，因此增益值
w應該在鄰頻干擾變化劇烈時有更快的調整速度，而在鄰頻干擾變化緩慢時保持穩定，如此一來數位自動增益控制電路140才不會在鄰頻干擾變化劇烈時來不及將調整後的目標訊號
x’(n)的振幅調至理想值，或是在鄰頻干擾變化緩慢時造成調整後的目標訊號
x’(n)的振幅波動過大而使調整後的訊號更不穩定。
為達前述目的，數位電視的訊號接收端100更包含用來偵測鄰頻干擾的干擾偵測模組150，其耦接數位自動增益控制電路140，依據增益值
w的變化來產生偵測值
var。如前所述，由於當大的鄰頻干擾存在時，自動增益控制電路110會將輸入訊號
S(t)的振幅調小以避免類比數位轉換器120飽和，此時，後級的數位自動增益控制電路140則必須相對地以較大的增益值
w來調大目標訊號
x(n)；相反的，當鄰頻干擾較小時，數位自動增益控制電路140所使用的增益值
w也相對較小。也就是說，增益值
w與鄰頻干擾的大小成正相關，因此藉由分析增益值
w即可得知鄰頻干擾的變化程度。在一個實施例中，干擾偵測模組150計算增益值
w的變異量（variance）來得到鄰頻干擾的偵測值
var。有了關於鄰頻干擾的資訊後，便可以利用此資訊來調整數位自動增益控制電路140的增益值
w，因此數位自動增益控制電路140能更即時地調整增益值
w，以反應頻道中的鄰頻干擾。
數位電視的訊號接收端100更包含控制電路160，其耦接數位自動增益控制電路140及干擾偵測模組150，用來依據偵測值
var產生數位自動增益控制電路140所需的步進值
u。控制電路160例如是數位電視的訊號接收端100所屬之數位電視系統的中央處理單元、微控制器或微處理器等，其依據以下的方程式計算出步進值
u：
(5)
(6) 其中，數值a、b、N及r可以依據訊號的傳輸環境及/或數位電視系統的需求做設定。之後控制電路160將計算所得的步進值
u輸出至數位自動增益控制電路140，數位自動增益控制電路140即可依據方程式(2)來得到可反應鄰頻干擾程度的增益值
w。前述方程式(5)、(6)只是一個實施例，本發明不以此為限。只要能達到動態於鄰頻干擾的偵測值
var較大時提供較大的步進值u，以及動態於鄰頻干擾的偵測值
var較小時提供較小的步進值u，皆屬本發明之範疇。
請注意，在一個實施例中，干擾偵測模組150係以硬體實作，其具有計算快速的優點；在不同的實施例中，干擾偵測模組150係以軟體及/或韌體實作，其具有節省電路面積以及參數可彈性設定等優點。以軟體及/或韌體實作時，干擾偵測模組150以程式碼（program code）的形式儲存在數位電視系統的系統記憶體（圖未示）中，控制電路160從系統記憶體中讀取該程式碼並執行；因此，當干擾偵測模組150以軟體及/或韌體實作時，可將其視為控制電路160的一個用來偵測鄰頻干擾的功能模組，控制電路160執行該組程式碼來實現該功能模組的功能。
請參閱圖2，其係本發明之數位電視接收端之訊號處理方法之一實施例的流程圖。除前述之數位電視的訊號接收端100外，本發明亦相對應地揭露了一種數位電視接收端之訊號處理方法。本方法由前揭數位電視的訊號接收端100或其等效裝置來執行，包含下列步驟： 步驟S210：將輸入訊號由類比格式轉換為數位格式。因為類比數位轉換器之限制，輸入訊號在轉換前必須先經過自動增益控制電路調整振幅，以避免類比數位轉換器飽和；然而，當輸入訊號中的鄰頻干擾的振幅太大時，數位電視系統所關注的目標訊號（包含於輸入訊號中）經自動增益控制電路調整後振幅可能會變得太小，不利後級電路的操作； 步驟S220：濾除該輸入訊號之鄰頻干擾，以產生一目標訊號。此步驟可使用帶通濾波器、低通濾波器或高通濾波器來濾除輸入訊號中的鄰頻干擾成分，僅留下目標訊號； 步驟S230：依據一增益值調整該目標訊號的振幅，使調整後的目標訊號具有較適當的振幅以利後級電路處理； 步驟S240：偵測該輸入訊號之該鄰頻干擾，以產生一偵測值。為了使步進值反應鄰頻干擾的變化，此步驟先偵測該鄰頻干擾並產生偵測值。如前所述，步驟S240所據以調整該目標訊號的增益值大小與鄰頻干擾的大小呈現正相關，因此在一個實施例中，此步驟可以藉由計算增益值的變異量來得到該偵測值，該偵測值即反應鄰頻干擾的變化程度；以及 步驟S250：依據該偵測值決定一步進值。有了能反能鄰頻干擾變化的偵測值後，便可依據該偵測值來調整步驟S230中所使用的步進值（例如依據方程式(5)及(6)），間接使得增益值能隨著鄰頻干擾的變化對應調整。也就是說，方程式(2)中的步進值係隨著鄰頻干擾做適應性地動態調整，而非定值。 步驟S260：依據該步進值更新該增益值。振幅過小的目標訊號可藉由在數位域中乘上該增益值來加以放大，在一個實施例中，此增益值係如方程式(1)~(3)所示）。
上述的步驟S210~ S260將重覆執行以處理更多的輸入訊號。因為增益值的大小實質上與鄰頻干擾相關，所以本發明可以更適應性地調整目標訊號的振幅；也就是說，當鄰頻干擾變化劇烈時，步驟S240所產生的偵測值也相對較大，進而於步驟S250可得到較大的步進值，並使步驟S260中更新的增益值得以快速反應實際傳輸頻道的變化；反之，當鄰頻干擾變化緩慢時，步驟S240所產生的偵測值相對較小，進而於步驟S250可得到較小的步進值，並使步驟S260中更新的增益值變化較緩慢且順暢，以避免過多的計算造成系統不穩定或徒增系統的負擔。
圖3係本發明步進值
u與偵測值
var的關係圖。因為電路在實作上常將數值近似成2的冪次方以減化複雜度，圖中的縱軸以步進值
u近似成2的冪次方後，以2的冪次方的負值呈現。由圖可知，當鄰頻干擾較小時（例如偵測值
var介於10~15之間），對應的步進值
u介於2
-9~2
-8之間；而當鄰頻干擾較大時（例如偵測值
var介於45~55之間），對應的步進值
u介於2
-3~2
-2之間。圖中的虛線表示未近似時的對應關係，以供對照。
由於本技術領域具有通常知識者可藉由圖1之裝置發明的揭露內容來瞭解圖2之方法發明的實施細節與變化，因此雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧數位電視的訊號接收端
110‧‧‧自動增益控制電路
120‧‧‧類比數位轉換器
130‧‧‧濾波器
140‧‧‧數位自動增益控制電路
150‧‧‧干擾偵測模組
160‧‧‧控制電路
S210～S260‧‧‧步驟
110‧‧‧自動增益控制電路
120‧‧‧類比數位轉換器
130‧‧‧濾波器
140‧‧‧數位自動增益控制電路
150‧‧‧干擾偵測模組
160‧‧‧控制電路
S210～S260‧‧‧步驟
［圖1］為本發明數位電視之訊號接收端的功能方塊圖； ［圖2］為本發明之數位電視接收端之訊號處理方法之一實施例的流程圖；以及 ［圖3］為本發明步進值u與偵測值var的關係圖。
100‧‧‧數位電視的訊號接收端
110‧‧‧自動增益控制電路
120‧‧‧類比數位轉換器
130‧‧‧濾波器
140‧‧‧數位自動增益控制電路
150‧‧‧干擾偵測模組
160‧‧‧控制電路
Claims (15)
- 一種數位電視之訊號接收端，包含： 一類比數位轉換器，用來將一輸入訊號由類比格式轉換為數位格式，該輸入訊號包含一目標訊號及一干擾訊號； 一數位增益控制電路，耦接該類比數位轉換器，用來依據一增益值調整該目標訊號之一振幅； 一偵測模組，耦接該數位增益控制電路，用來偵測該增益值之一變異量以產生一偵測值；以及 一控制單元，耦接該數位增益控制電路，用來依據該偵測值決定一增益值設定參數；其中 該數位增益控制電路更依據該增益值設定參數更新該增益值。
- 如申請專利範圍第1項所述之數位電視之訊號接收端，更包含： 一濾波器，耦接於該類比數位轉換器與該數位增益控制電路之間，用來濾除該干擾訊號，以產生該目標訊號。
- 如申請專利範圍第2項所述之數位電視之訊號接收端，其中該干擾訊號係該目標訊號之鄰頻干擾訊號，該濾波器係為一帶通濾波器或一低通濾波器的其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之數位電視之訊號接收端，其中該偵測值係與該干擾訊號之變化程度相關。
- 如申請專利範圍第1項所述之數位電視之訊號接收端，其中該偵測模組係為該控制單元之一功能模組，由一組程式碼所構成，並且該控制單元係執行該組程式碼以產生該偵測值。
- 如申請專利範圍第1項所述之數位電視之訊號接收端，其中該數位增益控制電路更依據該振幅更新該增益值。
- 如申請專利範圍第1項所述之數位電視之訊號接收端，其中該數位增益控制電路更依據調整過的該目標訊號與一理想值之一差值更新該增益值。
- 一種數位電視接收端之訊號處理方法，包含： 將一輸入訊號由類比格式轉換為數位格式，該輸入訊號包含一目標訊號及一干擾訊號； 依據一增益值調整該目標訊號之一振幅； 偵測該增益值之一變異量以產生一偵測值； 依據該偵測值決定一增益值設定參數；以及 依據該增益值設定參數更新該增益值。
- 如申請專利範圍第8項所述之數位電視接收端之訊號處理方法，更包含： 對該輸入訊號進行濾波，以濾除該干擾訊號以產生該目標訊號。
- 如申請專利範圍第8項所述之數位電視接收端之訊號處理方法，其中該偵測值係與該干擾訊號之變化程度相關。
- 如申請專利範圍第8項所述之數位電視接收端之訊號處理方法，其中該依據該偵測值決定該增益值設定參數之步驟包含： 當該偵測值較大時，決定具有較大絕對值之該增益值設定參數；以及 當該偵測值較小時，決定具有較小絕對值之該增益值設定參數。
- 如申請專利範圍第8項所述之數位電視接收端之訊號處理方法，更包含： 依據該振幅更新該增益值。
- 如申請專利範圍第12項所述之數位電視接收端之訊號處理方法，其中該依據該振幅更新該增益值之步驟包含： 當該振幅較大時，決定具有較大絕對值之該增益值；以及 當該振幅較小時，決定具有較小絕對值之該增益值。
- 如申請專利範圍第8項所述之數位電視接收端之訊號處理方法，更包含： 依據調整過的該目標訊號與一理想值之一差值更新該增益值。
- 如申請專利範圍第14項所述之數位電視接收端之訊號處理方法，其中該依據調整過的該目標訊號與該理想值之該差值更新該增益值之步驟包含： 當該差值較大時，決定具有較大絕對值之該增益值；以及 當該差值較小時，決定具有較小絕對值之該增益值。
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