|
|
|
新型数字电视中频调制器
|
|
New Digital TV IF Modulator
|
|
■南京航空航天大学自控系 纪宗南
|
一、概述
目前，我国大部分有线电视CATV(Cable Television)均利用模拟电子或光学发射技术，把TV(电视)和FM(频率调制)音频节目传送给广大用户。通常CATV网络能够分成几个独立部分，而每个部分均具有一个独立工作的前置级。电视通道所提供的FDM(Frequency
Division Multiplexed-频分多路传输)信号通常由模拟混频器和滤波器产生，而这些系统都要承受由内部电路(放大器，振荡器和滤波器)产生干扰(失真、噪声和温漂)的影响。
本文介绍一种新颖的数字CATV网络，就是要设计一种数字中频调制器(IFM)，它无需利用模拟信号处理器，就能把PAL或NTSC和有关音频基带信号转换成数字中频信号。
二、信号处理
信号处理涉及到的范围，内容和方法较多，这里仅限于数字电视中的信号处理。本文介绍一种新颖的数字电视中频调制器(IFM)，它能把合成的彩色视频信号和两个音频信号转换成数字合成电视中频信号。数字中频调制器的主要框图见图1。从图中看出，这里涉及到三个信号处理，即CVBS(Colour
VideoBlanking and Synchronizing)信号、音频和音频2。在经过箝位、放大和滤波后，首先用高采样频率的ADC对CVBS信号进行采样，其目的是为了降低对模拟低通滤波器的要求。然后再分别进行信号处理。经ADC转换后的12位或14位数字信号足以满足电视图像质量和清晰度的要求。对于PAL信号、CVBS(彩色视频消隐和同步)信号的采样频率可选择13.5MHz或27MHz，而音频信号的采样频率可选择47MHz。
1.视频信号处理
数字中频调制器中的视频和音频信号处理的方块图见图2。
从图2中看出，视频信号和两个音频信号均独立在各自通道上进行处理。为了减少数字中频调制器中视频通道的复杂性和工作电路，特采用ASIC(专用集成电路)组成。通常这种专用集成电路是由几个具有对称脉冲响应的可编程FIR滤波器和一个复值数字控制振荡器(NCO)组成。由于这些元件可以用几种方法组成电路，所以能对多种信号进行处理。
首先，把失调信号C1(C1=0.265 Sm，其中Sm为CVBS的最大信号-133%的白色电平)与模拟CVBS信号相加后馈入A/D转换器，其目的是为了改善ADC输入信号的动态范围。通过DECF(十进制滤波器)和下采样(因子为2)处理，从而得到一个十进制视频信号b(m)[b(m)=\sum_{i=0}^{N_{DECF}-1}hDECF(i)x(2m-i)]。利用十进制滤波器不仅能降低后面滤波器所需的处理功率，而且还具有系数小、结构简单的特点。其次，用一个FIR滤波器(GDPF)对群时延进行校正，其目的是为了提高GDPF校正质量。而GDPF(群时延预校正滤波器)的脉冲响应分成奇数和偶数两部分，如果这两部分脉冲响应的对称性能能减少每部分滤波器的乘法次数，则整个滤波器的乘法总数等于GDPF的系数值。由于GDPF具有线性相位的特点，所以数字中频调制器片内只要使用一个定点运算的FIR滤波器(GDPF)，就能满足预校正的要求。尽管GDPF脉冲的响应分成两部分(奇数和偶数)但不会增加校正的计算量，这也是GDPF独特的优点。
为了完成负极性残留边带调制，首先要把校正后的CVBS(彩色视频消隐和同步信号反相，然后加一个共调信号，并利用一个复杂混频器(其频率为
IF=2 4.994MHz/fs)进行混频，最后利用内插因子2对混频后的输出信号f(m)进行内插处理并使信号f(m)的频率返回到原来采样频率f(s)，从而计算出具有实数的中频电视信号。
由于CIBF复数内插带通滤波器是复数，所以必须对两个复数信号进行卷积处理。通常这种处理需要同时对4个实数进行卷积。但是，如果被使用的一个FIR滤波器具有线性相位，唯一实数输出，奇数系数和对称性的特点，那么CIBF就能分介成具有实数脉冲响应的两个多相位信号h0(m)和h1(m。此时，仅需要计算出每个输出采样时的一个滤波器工作状态和输出信号y(n)的多相位分量y0(m)和y1(m)，从而大大节省CIBF内插的计算时间。
2.音频信号处理
从图2中看出，音频信号通道有两个(音频1和音频2)，这两个通道是相同的。另外，每个通道中的音频信号有三种信号:单声、立体声和两通信号，这里以立体声作为音频信号来说明如何处理。
音频信号处理主要完成预加重滤波，采样速率变换和频率调制。音频信号经放大器、低通滤波器和A/D转换器处理后，以分辨率为14位的数字信号xT2(K)送入立体声矩阵电路(立体声矩阵电路的工作状态由识别解码器(ID解码器)决定)经立体声矩阵电路计算后输出的信号为U2(K)=XT2(K)。为了对输出信号U2(K)进行滤波，特把总的内插因子300分解成几个主要因子:60、30、20、2，这样就能减小系数值和每个时钟周期工作的次数。图中的AIF1(反像滤波器)是一种系数为23的半带滤波器，AIF2是1/5带宽的滤波器，AIF3、AIF4和AIF5是系数为15的滤波器。如果采样频率比音频信号的原采样频率高10倍，那么Hp就位于第二个内插级内，这样预加重滤波器的结构更简单。为了识别电视接收机音频信号的类型，特把一个声音识别信号VID(l)与信号U2(l)相加，相加后的信号送入后三级滤波器AIF3、AIF4和AIF5。这些滤波器一方面对信号进行
预加重滤波，另一方面也使采样频率逐步增加。两信号送入FM(频率调制)，调节中心频率，使相应的声音载波位于视频载波的规定距离。频率调制器的输出aX(m)是复数信号，该信号乘以常数Ax(x=1，2)进行衰减后，就能得到振幅为S(m)的声音载波，它的表达式S(m)=[a1(m)+a2(m)]
e^{-jm{ }\over{4}}。
为了使数字中频调制器输出音频信号的频率恢复到原采样频率，必须进行频移处理。这种频移是在混频器内进行。由于信号S(m)箝位是在与调制器视频信号相加前进行，SNR(信噪比)仅是由箝位电平制约，所以在音频信号处理过程中并不会产生噪声。
频移后的音频信号，经IBF(内插带通滤波器)处理，使它恢复到原采样频率f(s)，并计算出中频电视信号。
三、中频调制器的硬件电路
数字电视中频调制器的硬件方块图如 图3所示。图中ASICA具有三个模块电路(A1、A2和A3)，它能完成不同信号处理。左边ASICA1完成视频信号处理，而右边ASICA2完成音频信号处理。ASICA能同时完成两个独立FIR滤波器的实数(或复数)信号和频移(或频率调制)的处理，而ASICB能对两个音频通道中的三级内插滤波器(因子分别为2、3、5，频率为471KHz-14.13MHz)进行控制。群时延预校正滤波器(GDPF)的偶数和奇数部分分别位于专用集成电路ASICA1和ASICA2中，这样就能对三种信号进行预校正处理。而系数为51的残留边带滤波器(RVSF)能对ASICA3里的所有FIR滤波器进行滤波处理。因此，ASICA3也就能对三种信号进行处理。图中所有的专用集成电路(ASIC)对输出信号具有15位字长，对内部信号具有19位字长，而对系数具有16位字长。
|
|
