TWI623210B - 用來估計一影音訊號之通道狀態的估計方法及相關的估計電路與接收器 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種用以估計一影音訊號之通道狀態的估計方法，其包含有以下步驟：依據該影音訊號估計出一第一響應與一第二響應，其中該第一響應對應一回聲路徑，該第二響應對應一參考路徑；計算該第一響應與該第二響應之間於複數時間點的複數相位差；依據該些相位差判斷該回聲路徑是否為一都卜勒路徑；以及當判斷該回聲路徑為該都卜勒路徑時，依據該些相位差中的至少兩個相位差之間的差異來計算出該都卜勒路徑對應之一相位轉動頻率。

Description

用來估計一影音訊號之通道狀態的估計方法及相關的估計電路與接收器

本發明係有關於一種通道估計方法，尤指一種應用於數位電視的通道估計方法。

訊號傳遞時所對應的多路徑包含一個主路徑(main path)與多個回聲路徑(echo path)，該些回聲路徑中有時會包含一或多個都卜勒路徑，而經由都卜勒路徑傳遞的訊號，其相位將具有一轉動頻率(都卜勒頻率)。由於自不同路徑傳遞的訊號適用不同的處理方法，因此接收器通常具有通道估計電路來估計出其所接收之訊號的多個路徑，並判斷其中是否存在都卜勒路徑。若有，則根據對應都卜勒路徑的訊號成分來計算出該都卜勒路徑對應的都卜勒頻率，以供後端的等化器或是錯誤更正電路的設定使用。然而，由於對應都卜勒路徑的訊號成分的強度有可能會變動，再加上雜訊或是其他非理想因素的影響，先前技術很難精確地計算出上述的都卜勒頻率，因而造成後端的訊號處理無法有最佳的效果。

因此，本發明的目的之一在於提供一種通道估計方法，其可以精確地計算出都卜勒頻率，以解決先前技術中的問題。

在本發明的一個實施例中，揭露了一種用以估計一影音訊號之通道狀態的估計方法，其包含有以下步驟：依據該影音訊號估計出一第一響應與一第二響應，其中該第一響應對應一回聲路徑(echo path)，該第二響應對應一參考路徑；計算該第一響應與該第二響應之間於複數時間點的複數相位差；依據該些相位差判斷該回聲路徑是否為一都卜勒路徑；以及當判斷該回聲路徑為該都卜勒路徑時，依據該些相位差中的至少兩個相位差之間的差異來計算出該都卜勒路徑對應之一相位轉動頻率。

在本發明的另一個實施例中，揭露了一種用來估計一影音訊號的通道狀態的估計電路，其包含了一通道估計電路以及一都卜勒路徑偵測電路。該通道估計電路用以依據該影音訊號估計出一第一響應與一第二響應，其中該第一響應對應一回聲路徑，該第二響應對應一參考路徑；以及該都卜勒路徑偵測電路用以計算該第一響應與該第二響應之間於複數時間點的複數相位差，以及依據該些相位差判斷該回聲路徑是否為一都卜勒路徑，且當判斷該回聲路徑為該都卜勒路徑時，依據該些相位差中的至少兩個相位差之間的差異來計算出該都卜勒路徑對應之一相位轉動頻率。

在本發明的另一個實施例中，揭露了一種用來依據一影音訊號的通道狀態處理該影音訊號的接收器，其包含有一估計電路、一等化器以及一錯誤更正電路。該估計電路用以依據該影音訊號估計一回聲路徑與一參考路徑，當該回聲路徑為一都卜勒路徑時，依據該回聲路徑與該參考路徑之間於兩時間點的相位差之間的差異來計算出該都卜勒路徑對應之一相位轉動頻率，並據以產生一組設定訊號；該等化器用以依據該組設定訊號等化處理該影音訊號以產生一等化後訊號；以及該錯誤更正電路用以依據該組設定訊號對該等化後訊號進行錯誤更正。

請參考第1A圖，其為根據本發明一實施例之接收器100的方塊圖。在本實施例中，接收器100係設置於一數位電視中，且用來自一天線102接收影音訊號後進行初步處理，之後再傳送至後端電路進行後續處理後進行顯示及播放。此外，本實施例的接收器100符合進階電視系統委員會（Advanced Television Systems Committee，ATSC）的規格。

如第1A圖所示，接收器100包含有一接收電路110、一類比數位轉換器120、一等化器130、一前向錯誤更正(forward error correction)電路140以及一估計電路150。接收電路110用來自天線102接收一影音訊號，並對該影音訊號進行濾波、增益調整等操作以輸出一類比影音訊號；數位類比轉換器120用來將該類比影音訊號轉換為一數位影音訊號；等化器130對該數位影音訊號之通道響應進行等化以產生一等化後影音訊號；前向錯誤更正電路140用來對等化後影音訊號進行錯誤更正以產生更正後影音訊號，目的在於降低位元錯誤率；估計電路150用來估計該數位影音訊號的通道狀態以產生設定訊號S1、S2以供等化器130以及前向錯誤更正電路140據以進行參數設定，如此一來，等化器130與前向錯誤更正電路140可以具有更優異的追跡能力(tracking ability)。此外，接收器100並將更正後影音訊號傳送至後端電路，例如解碼器，來進行後續的操作。

請參考第1B圖，其為根據本發明一實施例之接收器100中估計電路150的方塊圖。如第1B圖所示，估計電路150包含有一同步電路151、一通道估計電路152、一路徑判斷電路153、一都卜勒路徑(Doppler path)偵測電路154、一查找電路155以及一記憶體156。同步電路151用來依據該數位影音訊號決定出數位影音訊號中屬於資料部分的位置，並產生一同步資訊，詳言之，該數位影音訊號中係包含了多個訊框(frame)，且其資料格式(data format)包含了標頭(header)部分以及資料部分，其中標頭部分包含了複數重複的序列及訊框資訊，例如資料部分的起始位置，而資料部分則包含了真正的影音內容，同步電路151可以利用重複的序列判斷出標頭的位置，並利用標頭包含的訊框資訊得到訊框中資料部分的位置；通道估計電路152用來依據該同步資訊針對該資料部分進行通道估計以得到對應複數路徑的響應與時間資訊，以及將該些響應與時間資訊存入該記憶體156；路徑判斷電路153用來自記憶體156讀取該些路徑的響應與時間資訊來據以判斷出一主路徑(main path)以及複數回聲路徑(echo path)，並據以產生一判斷結果，詳言之，在一實施例中，路徑判斷電路153將高於一特定強度的響應所對應的路徑判斷為主路徑；以及都卜勒路徑偵測電路154用來依據該些路徑的響應與時間資訊及該判斷結果偵測該些路徑中包含之都卜勒路徑，並據以產生一偵測結果，該偵測結果更包含對應都卜勒路徑之響應的相位轉動頻率；以及該查找電路依據該偵測結果對一查找表(未繪示)進行查找以產生設定訊號S1、S2。在另一實施例中，通道估計電路152、路徑判斷電路153、都卜勒路徑偵測電路154、查找電路155可以透過軟體進行，記憶體156可位於估計電路150之外，以及查找電路155在進行查表時可以是利用一個儲存於記憶體156或估計電路150外記憶體的查找表。此外，路徑判斷電路153與都卜勒路徑偵測電路154可分別將判斷/偵測結果存回記憶體156中，因此都卜勒路徑偵測電路154與查找電路155可以直接自記憶體156讀取判斷/偵測結果來進行相關的操作。

由於本發明的主要特徵著重在估計電路150的部分，因此以下揭露內容主要針對估計電路150作細節上的描述，而其餘元件的詳細操作在此不予贅述。

首先，數位電視的影音訊號包含了多個訊框，且其資料格式包含了標頭部分以及資料部分。此外，接收器100接收的影音訊號與傳送端傳送的原始訊號之間具有以下關係：Y=X*h+N，其中“Y”為接收器100所接收的影音訊號，“X”為傳送端傳送的原始訊號，“h”為通道響應，以及“N”為雜訊。首先，通道估計電路150中的同步電路151會根據所接收到的數位影音訊號來產生包含有訊框中標頭部分與資料部分位置的一個同步資訊，而通道估計電路152會根據資料部分的內容來估計出每一個訊框之通道響應的狀況，如第2圖所示，其繪示了其中一個訊框之通道響應的狀況，其包含了主路徑以及多個回聲路徑對應的響應，其中主路徑對應之響應的強度通常大於其他回聲路徑對應的響應，而路徑判斷電路153可以根據預設的強度來判斷出哪一個路徑是主路徑(例如，強度高於一臨界值的路徑)，而其餘的路徑則被判斷為回聲路徑。

一般來說，響應的相位並不會變化，然而，當回聲路徑為一個都卜勒路徑時，則對應該回聲路徑之響應具有一相位轉動頻率，即都卜勒頻率。在本實施例中，都卜勒路徑偵測電路154可以判斷出哪一個回聲路徑是都卜勒路徑，且可以精確地決定出其對應之響應的相位轉動頻率。

在以下的說明內容中，為了簡潔起見，都卜勒路徑偵測電路154只針對一個回聲路徑作操作，且通道估計電路152已估計出第n個訊框至第(n+k)個訊框的通道響應並將其儲存在記憶體156中。參考第3A圖，其中主路徑的響應 ，回聲路徑的響應 ，當回聲路徑的響應具有相位轉動頻率時，在不同的訊框下，回聲路徑的響應將具有不同的向量值，亦即在第n個訊框時 ，第(n+1)個訊框時 ，…，第(n+k)個訊框時 。此外，由於主路徑之響應的相位實質上並不會變化，因此圖示之不同訊框之主路徑的響應 、 、 的相位實質上並不會改變。在都卜勒路徑偵測電路154的操作上，首先，都卜勒路徑偵測電路154會先計算出不同訊框下對應該回聲路徑與主路徑的響應的多個相位差θ _n、θ _n+1、…、θ _n+k。在本實施例中，都卜勒路徑偵測電路154係計算出多個相位差θ _n、θ _n+1、…、θ _n+k的餘弦值(cosine)來供後續的計算，舉例來說，其中相位差θ _n的餘弦值可以透過以下方式得到 。接著，都卜勒路徑偵測電路154可以根據以下三個條件來判斷此回聲路徑是否為都卜勒路徑：(1)針對該影音訊號之第n~(n+k)個訊框中任兩個相鄰訊框所分別對應的兩個相位差，計算出該兩個相位差之間的差異值，並據以得到多個差異值；以及判斷該多個差異值的總和是否大於一第一臨界值以產生一第一判斷結果，亦即判斷是否 ，其中“TH1”為第一臨界值；(2)針對該接收訊號之第一個訊框以及最後一個訊框(即第n個訊框及第(n+k)的訊框)所分別對應的兩個相位差，計算出該兩個相位差之間的一差異值；以及判斷該差異值是否大於一第二臨界值以產生一第二判斷結果，亦即判斷是否 ，其中“TH2”為第二臨界值；(3)根據該多個相位差來統計出一相位轉動方向改變次數，並判斷該相位轉動方向改變次數小於一第三臨界值，舉例來說，若是θn+1大於θn(即θ _n+1-θ _n＞0)，但是θn+2卻小於θ _n+1(即θ _n+2-θ _n+1＜0)，則就代表發生一次的相位轉動方向改變。在本實施例中，當上述三個條件都滿足時，都卜勒路徑偵測電路154才會判斷此回聲路徑是一個都卜勒路徑，亦即只要有其中一個條件不滿足，都卜勒路徑偵測電路154便會判斷此回聲路徑並非是一個都卜勒路徑。

接著，若是都卜勒路徑偵測電路154判斷回聲路徑是一個都卜勒路徑，則便可以根據上述所計算出來的多個相位差，或是多個相位差的餘弦值，來決定出回聲路徑的相位轉動頻率(都卜勒頻率)。舉例來說，但並非是本發明的限制，可以透過計算θ _n+1和θ _n之間的差值來得到在一個訊框的時間內回聲路徑之響應的相位轉動角度θ _r，亦即θ _r=θ _n+1-θ _n，並藉由以下關係式來得到相位轉動頻率： ，其中 為在一個訊框的時間，且“f”為相位轉動頻率。

最後，查找電路155依據所計算出之回聲路徑的相位轉動頻率來自一查找表進行查找，以產生設定訊號S1、S2並傳送給等化器130以及前向錯誤更正電路140，以使得等化器130與前向錯誤更正電路140可以據以調整其內部設定以達到最優異的追跡能力。

需注意的是，在上述實施例中的主路徑可以被替換為一個相位實質上不會改變的其他參考路徑，例如是另一個回聲路徑。也就是說，都卜勒路徑偵測電路154可以計算出回聲路徑與參考路徑所對應之響應的多個相位差，並據此決定出回聲路徑是否是都卜勒路徑，以及計算出回聲路徑的相位轉動頻率，這些設計上的變化應隸屬於本發明的範疇。

透過第3A圖所示的實施例以及上述的說明內容，本實施例之都卜勒路徑的判斷以及其相位轉動頻率是根據回聲路徑與主路徑所對應之響應的多個相位差所計算出來的，而萬一主路徑或是回聲路徑上之訊號成分的強度發生變動，由於其相位差並不會受到影響，故所判斷及計算結果可以避免訊號強度變動的因素而更加準確。具體來說，參考第3B圖，其為第(n+1)個訊框至第(n+k)個訊框的強度發生變動的示意圖，其中在第3B圖中在第(n+1)個訊框時 、 ，…，第(n+k)個訊框時 、 。同時比較第3A圖以及第3B圖，雖然主路徑以及回聲路徑所對應到的響應 、 的強度有所變化，但由於不會影響到其角度，故本實施例之對於都卜勒路徑的判斷以及其相位轉動頻率的計算也會更加準確。

請參考第4圖，其為根據本發明一實施例之一種通道估計方法的流程圖。參考以上所揭露的內容，第4圖的流程如下所述：

步驟400：流程開始。

步驟401：接收影音訊號

步驟402：判斷出影音訊號對應的一主路徑以及一回聲路徑。

步驟404：依據該影音訊號的多個連續的訊框，分別計算出對應回聲路徑與主路徑之影音訊號所對應的響應的多個相位差。

步驟406：根據多個相位差來判斷出回聲路徑是否為一都卜勒路徑。

步驟408：若判斷回聲路徑為都卜勒路徑，根據多個相位差中的至少兩個相位差之間的差異來估算該都卜勒路徑的一相位轉動頻率。

步驟410：流程結束。

簡要歸納本發明，在本發明之通道估計方法的實施例中，透過計算出回聲路徑與主路徑所對應之響應的多個相位差，並使用這多個相位差來判斷出回聲路徑是否為都卜勒路徑，且根據多個相位差中的至少兩個相位差之間的差異來決定出相位轉動頻率。由於即使任一路徑上訊號成分的強度發生變動，相位差也不會受到影響，因此透過本發明之通道估計方法，可以使得判斷及計算結果更加準確，進而讓後續的電路可以根據此相位轉動頻率有更佳的設定。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧接收器
102‧‧‧天線
110‧‧‧接收電路
120‧‧‧類比數位轉換器
130‧‧‧等化器
140‧‧‧前向錯誤更正電路
150‧‧‧估計電路
151‧‧‧同步電路
152‧‧‧通道估計電路
153‧‧‧路徑判斷電路
154‧‧‧都卜勒路徑偵測電路
155‧‧‧查找電路
156‧‧‧記憶體
400~410‧‧‧步驟

第1A圖為根據本發明一實施例之接收器的方塊圖。 第1B圖為為根據本發明一實施例之接收器中的估計電路的方塊圖。 第2圖為主路徑以及回聲路徑的示意圖。 第3A圖為在不同訊框下主路徑以及回聲路徑的向量值以及相位差的示意圖。 第3B圖為訊框的強度發生變動時主路徑以及回聲路徑的相位關係不變的示意圖。 第4圖為根據本發明一實施例之一種通道估計方法的流程圖。

Claims (21)

1. 一種估計方法，用來估計一影音訊號的通道狀態，包含有： 依據該影音訊號估計出一第一響應與一第二響應，其中該第一響應對應一回聲路徑(echo path)，該第二響應對應一參考路徑； 計算該第一響應與該第二響應之間於複數時間點的複數相位差； 依據該些相位差判斷該回聲路徑是否為一都卜勒路徑；以及 當判斷該回聲路徑為該都卜勒路徑時，依據該些相位差中的至少兩個相位差之間的差異來計算出該都卜勒路徑對應之一相位轉動頻率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之估計方法，其中該參考路徑為一主路徑(main path)。
3. 如申請專利範圍第1項所述之估計方法，其中該計算該第一響應與該第二響應之間於該些時間點的該些相位差的步驟包含有： 依據該影音訊號的複數訊框(frame)，分別計算出該第一響應與該第二響應的該些相位差，其中該些訊框分別對應該些時間點。
4. 如申請專利範圍第3項所述之估計方法，另包含有： 計算該些相位差中每兩個相位差之間的一差異值，並據以得到複數差異值；以及 計算該些差異值的一總和； 判斷該總和是否大於一第一臨界值以產生一第一判斷結果； 其中該依據該些相位差判斷該回聲路徑是否為該都卜勒路徑的步驟係依據該第一判斷結果進行判斷。
5. 如申請專利範圍第4項所述之估計方法，其中該依據該些相位差判斷該回聲路徑是否為該都卜勒路徑的步驟包含有： 當該第一判斷結果指示該些差異值的總和小於該第一臨界值，判斷該回聲路徑並非該都卜勒路徑。
6. 如申請專利範圍第3項所述之估計方法，另包含有： 計算出該些相位差中，對應該些訊框中第一個訊框以及最後一個訊框的兩個相位差之間的一差異值；以及 判斷該差異值是否大於一第二臨界值以產生一第二判斷結果； 其中該依據該些相位差判斷該回聲路徑是否為該都卜勒路徑的步驟係依據該第二判斷結果進行判斷。
7. 如申請專利範圍第6項所述之估計方法，其中該依據該些相位差判斷該回聲路徑是否為該都卜勒路徑的步驟包含有： 當該第二判斷結果指示該差異值小於該第二臨界值，判斷該回聲路徑並非該都卜勒路徑。
8. 如申請專利範圍第3項所述之估計方法，另包含有： 計算出該些相位差中每兩個相位差之間的一差異值，並據以得到複數差異值；以及 統計該些差異值以得到一相位轉動方向改變次數； 其中該依據該些相位差判斷該回聲路徑是否為該都卜勒路徑的步驟係依據該相位轉動方向改變次數進行判斷。
9. 如申請專利範圍第8項所述之估計方法，其中該依據該些相位差判斷該回聲路徑是否為該都卜勒路徑的步驟包含有： 當該相位轉動方向改變次數大於一第三臨界值，判斷該回聲路徑並非該都卜勒路徑。
10. 一種估計電路，用來估計一影音訊號的通道狀態，包含有： 一通道估計電路，用以依據該影音訊號估計出一第一響應與一第二響應，其中該第一響應對應一回聲路徑(echo path)，該第二響應對應一參考路徑；以及 一都卜勒路徑偵測電路，其用以計算該第一響應與該第二響應之間於複數時間點的複數相位差，以及依據該些相位差判斷該回聲路徑是否為一都卜勒路徑，且當判斷該回聲路徑為該都卜勒路徑時，依據該些相位差中的至少兩個相位差之間的差異來計算出該都卜勒路徑對應之一相位轉動頻率。
11. 如申請專利範圍第10項所述之估計電路，其中該參考路徑為一主路徑(main path)。
12. 如申請專利範圍第10項所述之估計電路，其中該都卜勒路徑偵測電路依據該影音訊號的複數訊框(frame)，分別計算出該第一響應與該第二響應的該些相位差，其中該些訊框分別對應該些時間點。
13. 如申請專利範圍第12項所述之估計電路，其中針對該接收訊號之該多個連續的訊框中任兩個相鄰的訊框所分別對應的兩個相位差，該都卜勒路徑偵測電路計算該些相位差中每兩個相位差之間的一差異值，並據以得到複數差異值，並計算該些差異值的一總和，且判斷該總和是否大於一第一臨界值以產生一第一判斷結果；其中該都卜勒路徑偵測電路是依據該第一判斷結果來判斷該回聲路徑是否為該都卜勒路徑。
14. 如申請專利範圍第13項所述之估計電路，其中當該第一判斷結果指示該些差異值的總和小於該第一臨界值，該都卜勒路徑偵測電路判斷該回聲路徑並非該都卜勒路徑。
15. 如申請專利範圍第12項所述之估計電路，其中該都卜勒路徑偵測電路計算出該些相位差中，對應該些訊框中第一個訊框以及最後一個訊框的兩個相位差之間的一差異值，並判斷該差異值是否大於一第二臨界值以產生一第二判斷結果；其中該都卜勒路徑偵測電路是依據該第二判斷結果來判斷該回聲路徑是否為該都卜勒路徑。
16. 如申請專利範圍第15項所述之估計電路，其中當該第二判斷結果指示該差異值小於該第二臨界值，該都卜勒路徑偵測電路判斷該回聲路徑並非該都卜勒路徑。
17. 如申請專利範圍第12項所述之估計電路，其中該都卜勒路徑偵測電路計算出該些相位差中每兩個相位差之間的一差異值，並據以得到複數差異值，並統計該些差異值以得到一相位轉動方向改變次數；其中該都卜勒路徑偵測電路是依據該相位轉動方向改變次數來判斷該回聲路徑是否為該都卜勒路徑。
18. 如申請專利範圍第17項所述之估計電路，其中當該相位轉動方向改變次數大於一第三臨界值時，該都卜勒路徑偵測電路判斷該回聲路徑並非該都卜勒路徑。
19. 如申請專利範圍第10項所述之估計電路，另包含有： 一查找電路，其用來根據該相位轉動頻率來產生一設定訊號至一等化器以進行參數設定。
20. 如申請專利範圍第10項所述之估計電路，另包含有： 一查找電路，其用來根據該相位轉動頻率來產生一設定訊號至一錯誤更正電路以進行參數設定。
21. 一種接收器，用來依據一影音訊號的通道狀態處理該影音訊號，包含有： 一估計電路，用以依據該影音訊號估計一回聲路徑與一參考路徑，當該回聲路徑為一都卜勒路徑時，依據該回聲路徑與該參考路徑之間於兩時間點的相位差之間的差異來計算出該都卜勒路徑對應之一相位轉動頻率，並據以產生一組設定訊號； 一等化器，用以依據該組設定訊號等化處理該影音訊號以產生一等化後訊號；以及 一錯誤更正電路，用以依據該組設定訊號對該等化後訊號進行錯誤更正。