電視電話中正交幅度調(diào)制的方法及裝置的制作方法

專利名稱：電視電話中正交幅度調(diào)制的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是用正交幅度調(diào)制在電話線上傳送視頻信號(hào)的技術(shù)。
對(duì)于在電波或電纜中的電視傳送，所提供的傳送鏈路具有很寬的頻帶。它們也可以采用將要介紹的調(diào)制方法，該方法并不是專門用于頻帶很寬的電話線的。對(duì)于電視信號(hào)中每個(gè)被傳送的行有1.在行間的黑色間隔中的水平同步信號(hào)，2.在色副載頻中同步用的色消隱脈沖，3.綜合信號(hào)，它由兩部分組成a.在一個(gè)正交調(diào)幅的同相(I)和正交(Q)通道上的兩個(gè)色差信號(hào)，b.用作亮度信號(hào)的副載波。由于人眼辨別亮度比辨別顏色的能力強(qiáng)，所以亮度信號(hào)的頻帶寬。
典型的傳真機(jī)或電傳機(jī)使用窄頻帶的電話線。傳真機(jī)把彩色或灰度信號(hào)變成數(shù)字代碼，然后象其他別的數(shù)據(jù)一樣通過(guò)調(diào)制解調(diào)器傳送之。每個(gè)代碼由一些1和0的位組成，這樣，改變1或0的值造成的誤差就會(huì)產(chǎn)生代碼值的很大變化(這取決于該位的位置)，結(jié)果造成接收信息中的很大的誤差。另一種傳真系統(tǒng)，見美國(guó)專利No.3517117，用兩個(gè)電平分別代表黑和白并改變脈沖的寬度表示不同的灰度。
美國(guó)專利No.4739413所示的系統(tǒng)中，用正弦波信號(hào)的相鄰的振幅來(lái)表示相鄰的彩色或灰度值，因而幅度的誤差將造成檢出信號(hào)的較小的誤差。該系統(tǒng)顯示出了帶有多重幅度電平的兩個(gè)節(jié)拍，因而過(guò)零總是出現(xiàn)在同樣的位置，很容易檢測(cè)到。QAM(正交幅度調(diào)制)傳送可使被傳送的數(shù)據(jù)量加倍，但可能需要不同的方法，因?yàn)檫^(guò)零點(diǎn)不清楚了。
本發(fā)明用QAM信號(hào)的I和Q通道上數(shù)據(jù)包中相鄰正弦波周期的幅度來(lái)表示相鄰的彩色，灰度或亮度值。用在數(shù)據(jù)包中I和Q通道上交疊的正弦波周期表示同一個(gè)或相鄰的象素。在每次傳送數(shù)據(jù)包之前先發(fā)出同步信號(hào)。同步信號(hào)是I和Q通道上為最大幅度的多個(gè)周期。該同步信號(hào)同時(shí)有兩個(gè)功能。第一用來(lái)表示新包的開始第二同步信號(hào)的相位用來(lái)初始化解調(diào)器相位檢波電路。
在一個(gè)實(shí)施例中，該同步信號(hào)還有第三個(gè)功能。同步信號(hào)的幅度被用來(lái)校準(zhǔn)解調(diào)器中的幅度檢波器。
對(duì)于灰度信號(hào)，灰度(亮度)是由I和Q通道上相鄰象素的發(fā)送對(duì)傳送的。即，其中相鄰的振幅表示相鄰的灰色調(diào)，黑和較暗的灰色調(diào)為第一相位，而白和較亮的灰色調(diào)為第二相位。
對(duì)于彩色值的傳送，彩色象素?cái)?shù)據(jù)最好先分成兩塊，包的第一塊提供一行的亮度數(shù)據(jù)，包的第二塊提供色差值。最好在傳送通道上把兩個(gè)視頻行合并，一行被分配到I通道，另一行被分配到Q通道。
對(duì)于每個(gè)正弦波周期，I和Q通道包含象素信息，它們?cè)谕涣谢蛐兄惺腔ハ噜徑拥摹＿@樣，傳送誤差只引起相鄰象素的很小的變化，這些象素大多具有相同或類似的彩色及亮度。
這樣，本發(fā)明使在窄頻帶的電話線上可傳送的視頻數(shù)據(jù)量達(dá)到最大。
在波頭期間解調(diào)器鎖定在載波的中心頻率，并在整個(gè)傳送期間使用該中心頻率。相位誤差僅在同步信號(hào)期間被補(bǔ)償，補(bǔ)償由相位調(diào)整電路完成，該電路在數(shù)據(jù)包期間被微處理器關(guān)閉。不需要經(jīng)常地同步，因?yàn)閿?shù)據(jù)包比較短。
為進(jìn)一步理解本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)，請(qǐng)參見下面的詳細(xì)說(shuō)明和附圖。
說(shuō)明書附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1A是象素與通道分配的示例1B是根據(jù)本發(fā)明的傳送順序1C是色差平均方法2是本發(fā)明的同步信號(hào)3A是QAM包的示意圖，它示出了QAM包和同步段圖3B是實(shí)現(xiàn)圖3A的彩色傳送的實(shí)施例圖4是根據(jù)本發(fā)明的調(diào)制器的框5是根據(jù)本發(fā)明的解調(diào)器的框6是圖5的載波鎖定恢復(fù)電路的示意7是圖5的數(shù)據(jù)鎖定恢復(fù)電路的示意圖下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述圖1示出了構(gòu)成一屏影象的象素陣列10。第一行象素編號(hào)為1-160，第二行為161-320，等等。對(duì)于QAM傳送，兩個(gè)視頻行一起傳送，行1在I通道，行2在Q通道。這樣象素1和象素161的亮度、彩色或灰度信息幾乎是同時(shí)傳送的(兩個(gè)通道之間差90°)。因?yàn)檫@兩個(gè)象素是相鄰的，所以它們大多具有相同或類似的值。因而這兩個(gè)象素之間的干擾最小。
在第一個(gè)包被傳送之前，先發(fā)送一個(gè)前置信號(hào)或叫作波頭(Header)12。其后跟著同步信號(hào)14，然后是第一個(gè)數(shù)據(jù)包(同步信號(hào)在圖2中詳述)。再后邊是其他的數(shù)據(jù)包，它們代表了所剩各行的視頻信號(hào)。這一序列示于圖1B。
圖1C是色差數(shù)據(jù)平均圖，其彩色數(shù)據(jù)計(jì)算為亮度Y160×100色差R-Y80×50B-Y80×50(R-Y)A＝[(R-Y)1+(R-Y)2+(R-Y)161+(R-Y)162]/H(B-Y)A＝[(B-Y)1-(B-Y)2+(B-Y)161-(B-Y)162]/H圖2示出了兩個(gè)數(shù)據(jù)通道之間的包同步信號(hào)24。同步信號(hào)24由I通道成份26和Q通道成分28組成，他們都處于正弦波信號(hào)的最大振幅。如所示，相差90°的同步信號(hào)26和28的組合結(jié)果是組合信號(hào)與I及Q通道信號(hào)的相位各差45°，而振幅大約是它們的1.4倍。同步用的正弦波周期的重復(fù)數(shù)目與數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度、行噪聲、頻率漂移及系統(tǒng)鎖定精度有關(guān)。
圖3A示出了QAM傳送的生成格式。它示出了Q通道29，I通道31和組合通道33。組合通道33包括波頭35和初始同步段37，同步段長(zhǎng)度為M個(gè)符號(hào)。其后是QAM包，其長(zhǎng)度為N個(gè)符號(hào)，再其后是帶有初始同步段的另一些包。每個(gè)包可以用亮度及/或彩色信息編碼。I和Q通道相移90°。在波頭和同步段期間它們是等幅度的，結(jié)果其組合波相移45°且振幅增加1.4倍。
雖然同步段可以按要求放置，但最好是每個(gè)視頻行或幾個(gè)視頻行有整數(shù)個(gè)包，這樣第X個(gè)同步段都對(duì)應(yīng)一個(gè)行開始，因而容易識(shí)別。例如，每個(gè)同步段都可以指示一個(gè)行開始，或者交替的同步段如段37、41和43與行開始有關(guān)。
圖3B示出了一個(gè)彩色傳送的格式的例子。它示出了I通道30、Q通道32和組合通道34。組合通道34僅僅是I和Q通道的疊加。關(guān)于組合通道34，它包含一個(gè)波頭，其后跟一個(gè)同步信號(hào)。再后面是行1和行2的亮度信息，然后是行1和行2的色差信號(hào)。亮度信號(hào)中旋轉(zhuǎn)了160個(gè)符號(hào)(正弦波周期)，這樣，在每個(gè)通道上一個(gè)符號(hào)就對(duì)應(yīng)了一個(gè)象素。而對(duì)于色差信號(hào)只有80個(gè)符號(hào)，因?yàn)樗璧姆直媛实?見圖1C)。這樣，對(duì)于每個(gè)通道，一個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)4個(gè)象素，顏色就是4個(gè)象素的平均。色差信號(hào)是B-Y和R-Y，它們是用標(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)算的(B＝蘭，R＝紅，Y＝亮度)。行1和行2的色差包后邊是下一行的行同步信號(hào)，再后邊是行3和行4的亮度及色差包。
圖4是本發(fā)明的發(fā)送調(diào)制器的示意框圖。微處理器36從攝象機(jī)或其他視頻源接收象素?cái)?shù)據(jù)并將它存入存貯器(圖中未示出)。對(duì)應(yīng)某一特定象素的QAM正弦波信號(hào)的幅度和相位值是由微處理器36由數(shù)字查找表(QAM正弦波查找表)38確定的。然后該值被加到數(shù)/模轉(zhuǎn)換器40，使正弦波周期變?yōu)槟M形式。脈沖整形和發(fā)送濾波器42使信號(hào)平滑以便在電話線44上傳送。
在圖4的QAM調(diào)制器中，脈沖形狀形狀被模擬成余弦、正弦波形。
圖5是與圖4的調(diào)制器相對(duì)應(yīng)的解調(diào)器。接收器和濾波器46從電話線44接收信號(hào)。這些信號(hào)被送到可編程增益控制電路48，該電路由微處理器通過(guò)控制線50編程。該微處理器與圖4的調(diào)制器中所用的微處理器可以是同一個(gè)。
在波頭及同步段期間，限幅器52檢出接收信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)并提供代表這樣的點(diǎn)的數(shù)字信號(hào)(LLSIG)。該信號(hào)被載波恢復(fù)鎖相環(huán)54利用來(lái)調(diào)整解調(diào)信號(hào)(RCVCI和RCVCQ)，這樣它們與適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)器的輸入信號(hào)同相以得到精確的接收數(shù)據(jù)。
載波恢復(fù)鎖相環(huán)(PLL)54返回兩個(gè)信號(hào)給解調(diào)器56，RCVCI用于解調(diào)I通道，RCVCQ用于解調(diào)Q通道。這兩個(gè)信號(hào)相位相差90°。在同步期間這兩個(gè)信號(hào)與輸入信號(hào)相位差45°(輸入信號(hào)由I和Q通道上的幅度相等的兩個(gè)信號(hào)組成)。
鎖相過(guò)程僅在波頭期間和同步脈沖期間進(jìn)行，因?yàn)樵赒AM數(shù)據(jù)包期間過(guò)零點(diǎn)是不可斷定的。當(dāng)微處理器數(shù)同步符號(hào)數(shù)目，并從而知道了何時(shí)要把CARR-LOCK信號(hào)鎖定到當(dāng)前的相位設(shè)定時(shí)，PLL54完成這種動(dòng)作。
RCVCI和RCVCQ信號(hào)被同步正交解調(diào)器56用于把線58上的輸入信號(hào)分開以得到線60和62上的兩個(gè)信號(hào)。得到的這兩個(gè)信號(hào)各自通過(guò)一個(gè)基帶濾波器64、66以限制載波的泄漏，然后被分別送入采樣保持電路68，70。兩通道模擬信號(hào)混合器72再把它們送到一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器74，在那里微處理器得到它們的值的相應(yīng)的數(shù)字表示。
數(shù)據(jù)的精確采樣是由信號(hào)2FDATI，2FDATQ和SELIQ確定的。這些信號(hào)是由數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)鎖相環(huán)76提供的。這個(gè)鎖相環(huán)與載波恢復(fù)鎖相環(huán)54非常類似，只是它利用信號(hào)LLDAT作為要鎖定的輸入信號(hào);而且它總是工作的，即它總不被微處理器鎖住。LLDAT是由限幅器78產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，它代表輸入數(shù)據(jù)的時(shí)鐘。
載波恢復(fù)PLL54的詳情示于圖6。為了調(diào)整相位，載波恢復(fù)PLL54產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)一個(gè)是輸入載波的二倍頻且與之同相的2LLSI，另一個(gè)參考信號(hào)2FCAR是解調(diào)信號(hào)RCVC的二倍頻。信號(hào)2LLSI是由LLSIG信號(hào)(從限幅器52接收的)通過(guò)邊沿檢波器80及信號(hào)發(fā)生器82得到的。這兩個(gè)信號(hào)在相位比較器84中比較，計(jì)算出輸入信號(hào)(LLSI)和解調(diào)信號(hào)(RCVC)之間的相位差。這一誤差在數(shù)字濾波器86中被低通濾波，以使噪聲和圖象不穩(wěn)定的影響最小，然后由相位調(diào)整電路88產(chǎn)生一個(gè)相位校正因子。CARR-LOCK信號(hào)是由微處理器產(chǎn)生的，它使相位調(diào)整電路88僅在同步信號(hào)期間啟動(dòng)。
相位校正因子被送到加法器90與由頻率計(jì)數(shù)器92和1的補(bǔ)碼電路94產(chǎn)生的中心頻率值相加。然后該相位校正因子被送到信號(hào)發(fā)生器98以調(diào)整解調(diào)信號(hào)(RCVC)和參考信號(hào)(2FCAR)的相位。這一過(guò)程重復(fù)多個(gè)接收信號(hào)周期，直到相位誤差被調(diào)到最小。
該載波恢復(fù)鎖相環(huán)的一個(gè)極好的特性是它的對(duì)準(zhǔn)輸入頻率的能力。通過(guò)提供至少包含32個(gè)同步脈沖的序列(很類似波頭信號(hào))并將TRAIN信號(hào)置1，PLL54可以計(jì)算時(shí)輸入頻率并按此基準(zhǔn)調(diào)整所有的相位。TRAIN信號(hào)是由微處理器產(chǎn)生的，當(dāng)32個(gè)同步波形開始時(shí)它啟動(dòng)中心頻率的計(jì)算。這種能力對(duì)于真正的QAM解調(diào)是必須的，因?yàn)榉駝t來(lái)自電話線的頻率漂移將使解調(diào)信號(hào)(RCVCI和RCVCQ)偏離理想的解調(diào)點(diǎn)，而且該點(diǎn)在鎖定期間還會(huì)移動(dòng)。頻率計(jì)數(shù)器92計(jì)下64個(gè)半周期的頻率，然后除以64得到中心頻率。然后該數(shù)值在整個(gè)傳送中被鎖定。
圖7所示的數(shù)據(jù)時(shí)鐘恢復(fù)PLL76與圖6的載波恢復(fù)PLL54是類似的。接收的信號(hào)(LLDAT)通過(guò)一個(gè)邊沿檢波器100和信號(hào)發(fā)生器102處理，然后被送到相位比較器104。每當(dāng)相位變化時(shí)I通道的數(shù)據(jù)中就發(fā)生LLDAT的轉(zhuǎn)換。如上所述的PLL54，PLL76也比較兩個(gè)信號(hào)，它們是兩倍于正常數(shù)據(jù)速率的，并通過(guò)相位調(diào)整電路108來(lái)調(diào)整信號(hào)發(fā)生器106，使相位誤差減到最小。相位調(diào)整電路接收數(shù)字濾波器110中濾過(guò)的相位誤差信號(hào)。信號(hào)發(fā)生器106提供2FDATI和2FDATQ。這兩個(gè)信號(hào)控制采樣保持電路(圖5中的68，70)，并通知微處理器何時(shí)去讀模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。信號(hào)SELIQ只是2FDATI和2FDATQ的疊加，用于控制通道模擬信號(hào)混合器72。
由于本發(fā)明終將被精于此技術(shù)的人所理解，所以本發(fā)明可能會(huì)以某種其他形式實(shí)現(xiàn)而并沒(méi)有超出本發(fā)明的思想或特征。例如，調(diào)制值可以由模擬電路產(chǎn)生，而不是由查找表產(chǎn)生。因而，公開了本發(fā)明的最佳實(shí)施例是為了說(shuō)明問(wèn)題，而不是限制本發(fā)明的范圍，其范圍在如下的權(quán)利要求中進(jìn)一步申明。
權(quán)利要求
1.一種在電話線上傳送與視頻影象的象素對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)的方法，它利用具有同相I和正交Q通道的正交幅度調(diào)制(QAM)，該方法包括如下的步驟讓上述I和Q通道上數(shù)據(jù)包中的相鄰的正弦波的幅度表示相鄰的彩色，灰度或亮度值；讓上述I和Q通道上上述數(shù)據(jù)包中交疊的正弦波周期表示同一個(gè)或相鄰的象素；在傳送每個(gè)數(shù)據(jù)包之前傳送一個(gè)同步信號(hào)，這里所說(shuō)的同步信號(hào)是在I和Q通道上的多個(gè)正弦周期；并使上述的解調(diào)器初始化為上述的同步信號(hào)的相位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所說(shuō)的同步信號(hào)為最大振幅，并進(jìn)而包括將解調(diào)器的幅度檢波器校準(zhǔn)到上述的同步信號(hào)的最大振幅的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中相鄰的振幅表示相鄰的灰色調(diào)，黑和較暗的灰色調(diào)為第一相位而白和較亮的灰色調(diào)為第二相位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中彩色信息的傳送是先傳送亮度數(shù)據(jù)然后傳送色差信息，這里所說(shuō)的第一行的象素的亮度數(shù)據(jù)是在I或Q通道順序傳送的，而其相鄰行的象素的亮度數(shù)據(jù)是在另一通道(Q或I)上順序傳送的，然后在I和Q通道上傳送來(lái)自行1和行2的平均色差信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中亮度數(shù)據(jù)的周期數(shù)目大于色差數(shù)據(jù)的周期數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中每一第n個(gè)同步信號(hào)都指示新行的開始。
7.一種在電話線上傳送視頻影象的象素所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，它利用具有同相I和正交Q通道的正交幅度調(diào)制(QAM)，該系統(tǒng)包括令上述I和Q通道上數(shù)據(jù)段中相鄰的正弦波振幅表示相鄰的彩色，灰度或亮度值的裝置;令上述I和Q通道中數(shù)據(jù)段中的交疊的正弦波周期表示同一個(gè)或相鄰的象素的裝置;在每次傳送QAM數(shù)據(jù)包之前傳送一個(gè)同步信號(hào)的裝置，這里所說(shuō)的同步信號(hào)是I和Q通道上的多個(gè)正弦周期;以及將解調(diào)器初始化為上述同步信號(hào)相位的裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所說(shuō)的同步信號(hào)為最大振幅，并進(jìn)而包括將解調(diào)器的幅度檢波器校準(zhǔn)到上述同步信號(hào)的最大振幅的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，該系統(tǒng)進(jìn)一步包括傳送載波頻率初始化信號(hào)的裝置;由接收的載波頻率初始化信號(hào)確定平均中心頻率的裝置;以及檢測(cè)載波頻率初始化信號(hào)并僅在初始化信號(hào)期間啟動(dòng)確定中心頻率的裝置的微處理器。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所說(shuō)的用于初始化的裝置還包括一個(gè)鎖相環(huán)(PLL)，并且還包括一個(gè)檢測(cè)同步信號(hào)并在同步信號(hào)期間啟動(dòng)該P(yáng)LL的微處理器。
全文摘要
本發(fā)明令QAM信號(hào)的I的Q通道上數(shù)據(jù)包中的正弦波的振幅表示彩色、灰度或亮度值。令I(lǐng)和Q通道上數(shù)據(jù)包中交疊的正弦波周期表示同一個(gè)或相鄰的象素。在每次傳送數(shù)據(jù)包之前先傳送一個(gè)同步信號(hào)。該同步信號(hào)是I和Q通道上為最大振幅的多個(gè)正弦周期。該同步信號(hào)同時(shí)具有兩個(gè)功能。第一，用于表示新行的開始。第二，同步信號(hào)的相位用于初始化解調(diào)器的相位檢波電路。
文檔編號(hào)H04L27/34GK1039164SQ89104238
公開日1990年1月24日 申請(qǐng)日期1989年6月28日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月28日
發(fā)明者勞倫斯, D·埃蒙斯, 加里·小弗萊徹 申請(qǐng)人:美國(guó)米蘇比謝電氣銷售公司