專利名稱：具有同步置信計數器的數字信號系統的制作方法
技術領域：
本發明是以傳遞模擬的和數字的信號的電路和系統為目標的，尤其是以產生和傳遞數字的電視信號的電子線路和系統為目標。
多年來商業上的電視信號已經采用了NTSC制式進行廣播。隨著高清晰度電視的出現和無線電頻譜的不斷被占用，已經決定電視廣播電臺將提供NTSC信號和數字電視(以下用“DTV”表示)信號的聯播，使得大量的已安裝的NTSC接收機和新安裝的DTV接收機能同時欣賞同樣的廣播。這樣，聯播將包括通過各自的電視頻道以兩種不同制式編碼的同一節目的聯播。NTSC和DTV頻道二者都被定為6兆赫的帶寬。
NTSC和DTV兩種制式的聯播將包括使用兩個不同的頻道。因為給附加頻道提供的頻譜是十分有限的，已經提出附加頻道是位于其它現存頻道的附近。在那里，NTSC和DTV信號二者都是通過相鄰的頻道被發射的。那兒存在一個值得考慮的同頻道干擾的問題，那里的NTSC和DTV信號相互干擾。如果運載DTV和/或NTSC波形的信號不是被精確地定位并且沒有保持在它被指定的頻道帶寬之內，相鄰頻道之間的干擾問題就會惡化。
如
圖1中所示，在所提出的DTV系統中，一個帶著視頻和音頻數據的信號可以從一個信號源送出來，例如從一個電視演播室送到射頻發射現場，該現場可能與演播室不在同一處。在這樣的一個系統中，視頻和音頻的數據信號可能采用常規的通信技術從演播室被發射或傳送到射頻/發射現場、例如微波鏈路。這種信號通常被稱為傳送信號，它要包含數據和數據的時鐘，或是單獨的時鐘或是利用自身的時鐘編碼就象曼徹斯特(Manchester)編碼那樣。按常規，射頻/發射設備要利用數據時鐘以為了在發射設備中用于復原數據。這樣，如果發射層時鐘是不準確的或者是飄移的，不準確的效果將會影響到信號，該信號最終將從發射設備廣播出去。維持準確的廣播頻率是有重要意義的，在發射層(通常的演播室)不準確的時鐘引起的頻率誤差可能會高得令人難以接受。如下所述，在本發明的一個具體實例中，通過用于射頻/發射現場的系統，可以免除或補償數據時鐘中的不準確性，使得廣播出去的信號具有穩定的頻率分量。
同頻道和交叉頻道干擾的問題可能是，至少是部分由于用在產生或發射視頻和/或音頻的信號，從它們的產生到它們的發射的時鐘之間的差異引起的。通過使用一個公共的時鐘作為這里說明的廣播系統和信號產生的各個不同部分的基礎，可以減少或消除這樣的干擾。
本發明的目的是為產生一個數字的電視信號提供一個電路和系統，在該信號中基于頻率的分量的產生和/或保持是很準確的。
另一個目的是在廣播電視信號之前為補償和/或調整數據時鐘的不準確性提供一個電路和系統，并且提供一個勿需同步的握手過程能夠在兩個異步時鐘上運行的電路和系統。
進一步的目的是為了給電視信號增加一個導頻信號，和在電視信號中進行差錯處理提供一個電路和系統。
一個更進一步的目的是為電視的傳輸提供一個電路和系統。其中的數據信號對數字的數據移動速率的頻率有它的依賴性，并且把頻率修正到它的標定條件，并提供用于格形編碼的電路和系統和用于電視系統的多波段天線。
本發明包括一個確定數字信號系統同步的方法，其中數字信號是按M個數字位的幀和每幀包含N個位的特定同步碼的方式接收的，本方法確定系統是否與數字信號的幀同步，并且包含步驟；(1)接收一串數字位流；(2)把所述接收的位流轉換成有N位的并行方式；(3)把N位的并行形式對于每個接收的位進行比較看是否與一個特定的同步碼匹配；(4)如果在比較中沒有發現匹配，重復步驟(1)到(3)；
(5)如果在最近一次比較中發現匹配，就(a)設置一個計數器以確定在這串位流中下一個所述同步碼的期望事件；(b)把置信計數器增加1；(c)如果置信計數器達到指定的閾值，表示已經建立同步；(d)在這串位流中下一個所述同步碼的期望事件，在該時刻把N位并行形式的每個被接收的位進行比較，看它是否與一個特定的同步碼匹配；(e)重復步驟(4)和(5)；(6)如果在最近一次此較中未發現匹配，就(a)設置一個計數器以確定在這串位流中下一個所述同步碼的期望事件；(b)把置信計數器減少1；(c)如果置信計數器下降到第二個指定的閾值，表示沒有建立同步并轉回步驟(3)；(d)重復步驟(5)和(6)。
現在將通過實例參考附圖對本發明加以說明，其中圖1是現有技術的數字電視系統的一個功能方塊圖；圖2是在射頻發射系統中的一個電路的功能方塊圖；圖3是射頻發射系統的一個功能方塊圖；圖4是一個所產生的DTV信號的振幅-頻率特性曲線圖；圖5是一個同步置信計數器電路的功能方塊圖；圖6是早先工藝的一個交織電路的功能方塊圖；圖7是一個交織緩沖器電路的功能方塊圖；圖8是一個速率變換電路的功能方塊圖；圖9是一個格形(trellis)編碼器的控制電路的第一個實施例的功能方塊圖；圖10是格形編碼器的第一個實施例的功能方塊圖；圖11是格形編碼器的第二個實施例的功能方塊圖12表示一個理論上修正過的非線性放大器和與它相關信號的振幅和頻率關系的一系列曲線圖；圖13表示圖12的一系列曲線圖的頻率域的一系列曲線圖；圖14是與一個典型的非線性放大器的輸入和輸出電路關聯的相位和振幅響應的曲線圖；圖15表示一個典型的修正過的非線性放大器和與它相關的信號的頻率域的一系列曲線圖；圖16是根據本發明的一個方面的一個改進的校正器電路的一個功能方塊圖；圖17是特別是用于一個中頻補償電路的圖16的校正器電路的第二個實施例的一個功能方塊圖；圖18是一個利用一個方面的演播室現場的功能方塊圖；圖19是利用本發明的一個方面的發射機現場功能方塊圖。
根據美國政府高級電視標準委員會(“ATSC”)規定的1995年9月16日發布的數字電視標準一個基本的DTV系統100的方塊圖是由三個部分所組成，如圖1中所示，包括一個源編碼和壓縮部分102，一個服務多路復用器和傳輸部分104，和一個射頻/發射系統106。源編碼和壓縮部分102接收一個視頻信號108和一個音頻信號110，并分別對這些信號進行編碼，成為數字的數據流。編碼可包括已知的適用于視頻和音頻數據的位速率縮減法和壓縮技術。
圖1表示編碼后的視頻和音頻數據與補充的數據信號112和控制數據信號114一起供給服務多路復用器和傳輸部分104。補充信號112和控制信號114可包括控制數據，有條件的訪問控制數據和與音頻及視頻服務相關的數據，例如閉的加標題數據。通常可以用MPEG-2視頻流語法對視頻信號進行壓縮，而用數字的音頻壓縮(AC-3)標準對音頻信號進行壓縮。
在服務多路復用器和傳輸部分104中，被壓縮的數據流可以分為諸信息包并且可以加上用于識別每個包或者包的類似的裝置。在這個過程中，視頻數據流，音頻流和補充的數據流的包可以經過多路復用(multiplex)成為一個單獨的數據流。已經打包的數據可以用對視頻，音頻和用于數字的廣播系統的數據信號打包和多路復用的MPEG-2傳輸系統來傳輸。
在射頻/發射部分106，已經打包的數據被按頻道編碼和調制。頻道編碼器120可以修改數據流并加上附加的信息，這種附加的信息可以用于讓接收機從接收到的信號中重新構造數據，該信號是受到通常的傳輸干擾源的影響的。
調制部分122利用數字的數據流去調制發送的信號。在DTV標準中，調制可以采用一個8VSB(殘留邊帶)調制方案。被調制的信號可以被放大和送到天線124，用于以常規的方式廣播。
圖2表示一個射頻/發射系統可以從圖1的系統中所示的傳輸部分接收數據和時鐘信號10。數據和時鐘信號可以送到數據恢復電路202，該電路從傳輸的制式中抽取數據，而且如果必要也可以從同一個信號中抽取數據時鐘。數據信號可以送到隨機函數發生器204，該發生器根據DTV標準在數據流的范圍內改變數據的順序。隨機函數發生器204可以根據發生器多項式來操作，也可以根據偽隨機二進制序列來操作。
從隨機函數發生器204輸出的信號可送到里德-索洛蒙(ReedSolomon)編碼器206，該編碼器采用里德-索洛蒙編碼技術來提供信息包，該信息包是按照信號的接收機已知的即定方法來進行編碼的。已經編碼的包被送到一個內插器208，該內插器根據一個既定的方案在數據上執行一個卷積交織。里德-索洛蒙編碼器206以傳送層的數據速率寫入一個數據緩沖器(沒有示出)，而交織器208以發射層的數據速率讀數據緩沖器。這就準許系統不需要同步的握手而能夠在兩個異步時鐘上運行。
從交織器208輸出的信號可以送到格形(trellis)編碼器210。在一個DTV系統中，格形編碼器使用帶有一個未編碼的位的2/3速率的格形代碼。在DTV系統中，利用一個1/2速率卷積碼，一個輸入位被編碼為兩個輸出位，而其它的輸入位是預先編碼的。根據DTV的特性，與格形碼一起使用的信令波形是一個8級(3位)一維的構象。從格形編碼器210輸出的信號可被送到一個同步的插入電路212，該電路在數字的數據流內的適當位置插入數據段的同步信號和數據域的同步信號。
從同步插入電路212輸出的數字的數據流可以送到一個奈奎斯特(Nyquist)濾波器214而把編碼后的數據流的頻譜限制在發射系統的帶寬(對標準的DTV系統為6兆赫)。在本發明中濾波的功能包括如下的步驟(1)信號的內插和向上變頻；(2)對于非線性修正信號；(3)用一個自適應濾波器對現有的頻率響應的缺陷加以均衡；(4)向下變頻和存儲數字樣品。
經過奈奎斯特濾波器214(和相關的脈沖整形)之后，可以加上一個導頻。通過奈奎斯特濾波器的脈沖整形之后，利用導頻信號的插入導頻信號的插入保存在電路中。奈奎斯特濾波器214提供的被加有導頻的數字信號通過一個數-模變換器216被變成一個模擬信號，并且被送到一個中頻混頻器30的輸入端之一。中頻混頻器30的另一個輸入信號是一個中頻的載頻，它是來自一個中頻頻率鎖相環電路218。中頻混頻器所產生的中頻信號被送到一個中頻電路40，該電路對中頻信號進行濾波并把輸出信號送到頻道混合器50的輸入端之一。頻道混頻器50的另一個輸入端是從一個特射頻(UHF)鎖相環170得來的一個頻道頻率。在本發明的一個實施例中，中頻頻率鎖相環218和特射頻鎖相環70能從一個公共的時鐘基準190產生它們各自的信號。時鐘基準190可以使它的時鐘信號基于一個外來的信號(EXT REF)或者基于一個本機產生的時鐘信號，或是來自由激勵器接收的數據。
從頻道混頻器50輸出的信號可以按常規的方式送到一個帶通濾波器60，去產生一個經過濾波的信號，該信號被充分地放大并供給天線220用于廣播。圖2表示輸入到數據復原電路202的信號可以是分離的數據和時鐘信號，或者是一個嵌入時鐘的信號(例如來自曼徹斯特編碼的應用)。時鐘復原電路可以使用一個標準的鎖相環去鎖在嵌入在接收數據中的時鐘上。一旦時鐘被復原，它就能用于驅動系統的定時。數據復原電路202還可以包括一個幀同步器，用于在(圖1的)傳送部分送出的信號中對同步信號定位，并且把接收到的數據流對準為字節供處理之用。
圖2說明在標準的DTV系統中，對每一個從傳送部分接收來的數據字節，里德-索洛蒙編碼器要求20次模(modula)256的倍乘和20次的異或(XOR)相加。在DTV系統中采用高的數據速率時，編碼需要一個處理器每秒鐘能完成9700萬次操作。在本發明的一個實施例中，里德-索洛蒙編碼器在一個域可編程的門陣列中連同一個字典(look-up)表能夠實現來獲取如此的高的數據速率。
奈奎斯特濾波器214可以作為具有-α-系數為0.1152的一個根-升-余弦濾波器來使用。這個濾波器也可以作為一個有限脈沖響應濾波器實現。在一個優選的實施例中，這個濾波器是一個處理殘留邊帶功能的復濾波器。
圖2和圖3表示(其中公用的部件帶有公用的參考號碼)，在本發明的一個實施例中，圖1的混頻器30,50和相關的鎖相環218,70可以在一個電路中來實現，在該電路中圖1的電路的調制器20部分被化簡為圖3的單個方塊，調制器20。一個被送到調制器20的數據信號10產生一個時鐘信號302和一個編碼數據信號21(是模擬的制式)。因為時鐘信號302和編碼數據信號21都是從一個數字數據流開始產生的，這些信號的最終頻率是直接與數字數據速率成比例的。如果這些信號被用于產生要發射的信號，發射信號就被數據源的頻率鎖定。在某一種情況下，發射層遠離傳送層(甚至于可能不是在共同的控制下)，發送基于遠方數據源的信號的廣播電臺在這樣的情況下是不能在廣播頻率的控制中去達到那樣的廣播電臺所要求的嚴格的特性。另外，管理當局，就象美國聯邦通信委員會所要求的對于同頻道或相鄰頻道的干擾問題對發射信號的任何頻率補償在沒有改變原先的數據速率是是不能實現的。在本發明的一個方面中，發射頻率對數字數據速率的依賴性是被圖3所示的電路消除了。這個電路還提供一個用于設置所需要的精確的頻率補償的裝置。
圖3和圖4描述產生一個編碼數據21的模擬調制頻率信號的調制器20。在一個標準的DTV信號中，編碼數據信號21可以是例如對DTV所說明的是在一個8殘留邊帶(VSB)制式中。編碼數據信號21可以是任何其它的調制信號，例如一個NTSC信號，一個調頻信號，一個調幅信號和/或一個單邊帶(SSB)信號等。在一個8殘留邊帶(VSB)信號的情況下，信號將會有如圖4中所表示的形式，在該圖中該信號有一個標稱的中心頻率在10.76兆赫并且有一個VSB導頻信號標稱地在8.06兆赫。通常，編碼數據信號21是在一個頻率上，該頻率大大低于要廣播的信號的頻率，并且必需向上變頻到廣播的頻率。編碼數據信號21首先被送到一個頻率變換器30(例如一個混頻器)去產生一個中頻信號31。在本發明的一個實施例中，有一個標稱頻率為54.76兆赫的信號被送到頻率變換器去產生中頻信號31。然后這個中頻信號31被送到一個第二頻率變換器50(例如一個混頻器)去使中頻信號向上變頻到所要的頻道頻率。從第二頻率變換器50輸出的信號在按照要求被放大之后可被送到一個負載上去。
被頻率變換器30用于對編碼數據信號向上變頻的頻率是從一個基準頻率190得來的，如被數據時鐘302修改一樣。這樣，編碼數據信號對數字數據速率的頻率的依賴性消除了，而且信號的頻率被修正到它的標稱狀態或接近正常狀態。
圖3表示出數字調制器20，該調制器也產生數字數據時鐘302，該時鐘被用到一個可編程的分頻器180，它與數字的調制器20的導頻頻率或載頻成1比1的比例。這樣，對于一個DTV系統，從分頻器180輸出的信號181通常是在8.06兆赫。信號181被送到一個第三頻率變換器150。
基準頻率190被送到一個基準分頻器80，相位檢測器90，環路濾波器92，和一個壓控振蕩器(“VCO”)94。基準信號191被送到一個數控振蕩器(“NCO”)120，從VCO 94和NCO 120輸出的信號都送到第四頻率變換器130。來自第四頻率變換器130的輸出信號經過帶通濾波(“BPF”140)而被送到第三頻率變換器150的第二輸入端。第三頻率變換器150的輸出信號經過第二個帶通濾波器170的帶通濾波而在送到相位檢測器90之前被第二個可編程的分頻器98所分頻。
在運行中，NCO110的頻率被基準頻率190所控制。基準頻率可以是本機產生的或從一個外部電路或裝置接收的(沒有示出)。基準頻率可以送到其它類似的電路，使得多個數字產生的信號能夠被頻率鎖定在同一基準。
NCO120應該能提供足夠的頻率分辨力到中頻信號31所要求的程度。在第四頻率變換器130中，從VCO94的輸出減去NCO120的輸出。BPF140用于從第四個頻率變換器130濾掉任何不需要的輸出。
在運行中第三頻率變換器150從第一BPF140的輸出減去可編程分頻器180的輸出信號。第二BPF170從第三頻率變換器150濾去任何不需要的輸出，并且把這個差頻送給第二可編程分頻器98。對于標稱信號狀態，第二可編程分頻器98和基準分頻器80是被設置成具有相同輸出頻率。這兩個分頻器98,90的輸出被供給相位檢測器90。這樣，相位檢測器90的輸出和它的兩個輸入之間的相位差成比例并被送到環路濾波器92。這個環路濾波器92把相位檢測器90的輸出變換為一個與相位差成比例的電壓，并把這個電壓送給VCO94。結果，VCO94是被頻率鎖定在基準頻率，而不是被鎖定在原始的數字的速率。
與一個輸入數據信號在一個非標稱數據速率下運行，圖3的電路消除了非標稱速率的影響。例如，如果到來的數據10的時鐘速率與標稱值相差Δ，信號302的頻率將等于10.76兆赫加上Δ，而信號181的頻率將等于8.06兆赫加上Δ。Δ是通過基準頻率分量傳播的，并且最終通過VCO94，使得用于在第一頻率變換器30向上變頻的信號也是從標稱值偏離Δ值。由于數據信號在信號21也偏離Δ值，第一頻率變換器30減掉這兩個Δ分量，讓信號31沒有Δ的偏離。
在DTV的標準傳送規程中，同步信號(一字節)不是一個獨特的數碼。所以，如果有一個數據的任何8個接連位與這個同步字節相同，就會給出一個錯誤的同步指示。本系統利用一個置信計數器來克服這種錯誤同步的影響。置信計數器對同步字節的數目連續地進行計數。參考圖2，如果數據復原電路202不能如期地檢測到一個同步字節，同步鎖定的置信度就下降，置信計數器被減量。如果在數據流內發生若干幀在某一特定的字節位置都沒有檢測到一個同步字節，幀同步器將指示系統失去同步鎖定，并且自動地開始一個新的幀搜索和捕獲操作。
圖5表示本發明的一個實施例，利用置信計數器的一個幀和位同步器可接收從傳送層以一個串行格式接收的數據(串行數據)，串行數據通過一個串行到并行的變換器750，可以變換為并行的形式(就象一個8位的并行數據字)并供給一個同步檢測器752。同步檢測器把數據字與一個預定的同步字作比較并且指示同步是否被找到的信號被提供給置信計數器754。如果如期地找到同步信號，置信計數器754就增量計數器，但是如果不能如期找到，計數器754就減量計數器。一個同步信號是準確地離最后被檢測到的同步字一個幀被預期。這樣，自從最后的同步檢測，一個模計數器758就對遇到的字數進行計數，并在期望的同步的字上啟動置信計數器754。如果置信計數器754達到一個預定的數值，這個幀就被認為是在同步中，并且有一個同步鎖定的信號被送到電路中的其它部件和/或顯示給系統操作員。如果置信計數器754被減為零，就被認為失去同步，導致同步鎖定信號的消失和模計數器758的復位，從而重新開始搜索同步信號(即開始一次親的的幀搜索和捕獲模式)。
圖5表示模計數器758提供進入串行到并行變換器750的串行位的模8計數。這樣，變換器750就能與同步檢測電路的其余部分保持位的對準。在每一個模計數的末了，數據字在提供給數據隨機函數發生器的同時，也提供給同步檢測器數據隨機函數發生器和電路的其它部件能利用同步鎖定信號去決定數據字節是否有效。置信計數器能夠很方便地被修改去得到同步鎖定信號得到的置信度，通常較高的置信度需要一個較長的同步檢測時間。另外，同步鎖定的丟失不用一直等到置信計數器返回到零(即可以要求5次成功的同步檢測來得到鎖定，但是只要有連續的三次同步檢測的失敗就可能引起同步的丟失)。同樣地，成功的同步檢測數次是可以封頂的，使得一旦同步被鎖定后，置信計數器不會再增量到大于鎖定的數值(但是如果沒有如期找到一個同步就會減量)。
在丟失輸入的同步之后的啟動時，置信計數器電路被設置為開始一個搜獲模式。在這個捕獲模式中，串行數據位被時鐘串行地送到串行到并行的變換器750，該變換器可以采用一個8位緩沖器形式。所以，在每個時鐘周期，檢查8位的數據字同步字節的出現。如果檢測到同步字節，計數啟動位就被置位，而且電路進入一個置信測試模式。每當計數啟動位被置位，模1504計數器開始計數，一直到下一個1504位(每一個是188個8位的字或一幀)被發送出去。在這個時候，同步被再次檢測，看看過程是否重復出現。如果不出現同步字節，計數啟動位就被復位，而捕獲方式就重新開始。如果檢測到一個連續的幀同步的預定數，同步鎖定信號就被置位，而電路進入一個幀鎖定模式。此后，正常的操作開始而且幀同步被不斷地檢測去保證可靠的發射。如果在一個預定幀數內沒有找到幀的同步信號，電路將會被切換，返回到捕獲模式，重新開始整個過程。
注意到置信計數器電路即可以被用于發射DTV信號，也可以被用于接收和顯示DTV或其它數字的幀信號的接收機中。如以上所述，這樣的接收機就面臨著一個同樣的建立和維持幀同步的問題，而且本發明的電路也將會對那樣的接收機有用處。
在本發明的一個方面，用于傳送層的信號的頻率，通過一個數據的交織器(INTERLEAVER)能夠做成與發射層中的信號頻率無關。在現有技術中以一種方法使數據交織，這是眾所周知的，在該方法中數據的頻率是被改變的。例如圖7表示來自發射層帶有19.39兆赫速率的數據的一個信號，通常被提供給一個里德-索洛蒙編碼器用于以常規的方式進行編碼。離開里德-索洛蒙編碼器550的數據將用于供給微處理器552，該處理器將對編碼數據進行交織，它通常以一個脈沖串的方式，以任意的速率提供給一個重新定時器緩沖器554。重新定時器緩沖器554通常會緩充來自微處理器的脈沖串模式的數據并且以一個特定的速率輸出一個按照它的時鐘控制的信號，通常是標準的10.76兆赫的速率。在現有技術的系統中提供給重新定時器緩沖器554的10.76兆赫的時鐘信號常常是從一個被19.39兆赫時鐘(常常是從數據得出的)驅動的PLL556產生的。
在本發明的另一個方面，現有技術的脈沖串模式微處理器可以利用一個合適的交織緩沖器來刪除。圖7表示一個里德索洛蒙編碼器，它可以在19.39兆赫的傳送層的頻率上接收數據，并提供編碼數據給一個數據交織器緩沖器208，該數據以一個43.04兆赫的速率從交織器的緩沖器208被讀出，并且供給格形編碼器210，該格形編碼器以和發射層關聯的10.76兆赫的速率輸出格形編碼數據。注意到速率變換的43.04兆赫的時鐘可以對格形編碼器210可用，并且因此能為進行格形編碼從交織器緩沖器208抽取數據作為定時之用。送到格形編碼器的時鐘是由一個速率變換器650提供的，該速率變換器用一個313*207*832/312/188/828的比率去變換它的進來的19.39兆赫的時鐘信號，去產生一個43.04兆赫的時鐘信號。最后的時鐘信號可以用一個因子4來降低或分頻去提供一個10.76兆赫的時鐘，并且可以供給發射層的其它部件。在本發明的這個方面，交織器的緩沖器208的任何一邊輸入或輸出的數字部件和現有技術中的相比較，是做得較為簡單的，因為這些部件能在連續的模式中操作，并且不需要考慮和脈沖串模式運行的配合問題。
圖6表示一個19.39兆赫的時鐘，該時鐘可以從數據(象在本發明的其它方面所接收的或修正的)或從一個本機振蕩器來得到。一個本機振蕩器的使用保證格形編碼器的連續運行，不管傳送信號的丟失或是傳送信號中的時鐘丟失。實際上，在丟失來自傳送層的信號的情況下(編碼信號)，也能使用本機時鐘去驅動里德-索洛蒙編碼器。因為至少一個公布過的標準要求發射層繼續去發射一個信號(通常是一個偽隨機信號)，即使原始的編碼信號丟失，也能保持里德-索洛蒙編碼器在運行，提供必要的數據信號去維持一個傳輸信號。
在還有的另一個本發明的實施例中，如果采用了一個有足夠處理能力的數字信號處理器(“DSP”)，全部的里德索洛蒙編碼，數據交織和格形編碼和頻率變換能夠在一連串的一個或多個適當編程的DSP中完成，該DSPs已經被提供了所需要的時鐘。
圖8表示一個速率變換器電路，該電路包括一個被141分流的電路570，該電路570接收一個時鐘信號(例如一個19.39兆赫的信號)并向一個相位檢測器電路572提供分頻的信號，接著送到環路濾波器574，該濾波器驅動一個熱補償的壓控振蕩器576。TXCO576的輸出提供給一個緩沖器并反饋給一個被313分流的電路580，該電路580還與相位檢測器572相連接。TXCO576在所需要的輸出頻率(即43.04兆赫)有一個中心頻率，并有一個+/-3赫茲的軌道，該軌道在標準的DTV系統中是載頻的最大容許頻偏。
在運行中，只要一個時鐘頻率出現在電路的輸入端，而該信號的頻率是在系統所需要的極限范圍內，所產生的43.04兆赫的時鐘就會被允許對輸入信號進行跟蹤。如果輸入信號的頻率變化超出了極限范圍。TXCO576也不會跑出它的軌道，而且將在所要求的特性范圍內限制維持輸出頻率。
圖8表示適合于作為輸出信號基礎的輸入信號的使用性能可以通過一個外部信號來表示，例如這里說明的與置信計數器電路有關聯的同步鎖定(SYNC LOCK)信號。當系統失去同步，一個門電路582能提供一個電壓信號，該信號將把TXCO576驅動到所要求的輸出頻率上。必要時，電壓信號的幅度可以由系統操作員來設置。例如通過一個用戶可調整的電位器(未示出)。
圖9,10和11表示一個格形編碼器，該編碼器接收要進行編碼的數字數據流(DATA IN)。數字數據流被送到一個先入先出(FIFO)緩沖器52和一個分級/定時器電路54去與電路的其余部分在時間上對準數據。在適當的時間、數據被送到一個半字節(nibble)選擇電路56，該電路根據編碼的方案規則從輸入的數字數據中選擇適當的兩位半字節。按順序，所選擇的半字節被一個格形編碼器58所編碼(對于DTV系統，該編碼器對輸入它的每兩位數據，提供3位的輸出數據)，從格形編碼器58輸出的數據供給一個多路復用器，該多路復用器利用同步位和/或偽隨機數碼對數據進行多路復用操作，多路復用器59的編碼輸出提供給一個輸出寄存器59。圖9的電路的運行由控制邏輯51來控制，該控制邏輯協調數據的分幀，和恰當時使符號和段計數器53,55復位。計數器53,55的輸出提供給啟動器57，該啟動器向電路其它部件提供定速的信號，使得每一個在幀的范圍內需要知道來到的數據位置的部件，有該可用的數據。
在運行中，一個數字數據流被提供給格形編碼電路并被輸入緩沖器和分級部件接收。控制邏輯51查看來到的數據去確定幀的邊界。一旦建立了幀，控制邏輯51使符號計數器53和段計數器55復位去開始一個新的幀。當數據被接收之后，符號和段計數器53,55被增量，并根據數據的格式進行它們的循環。符號和段計數器53,55驅動啟動器57，該啟動器送出適當的控制/選擇信號給電路的其它部件。
圖9表示在來自啟動器57的信號的引導下，半字節的選擇電路56從下一個要編碼的輸入數據流中選擇適當的半字節。在標準的DTV信號的情況下，選擇的半字節是根據DTV的技術要求來完成的〔數字的電視標準的附件D，表2〕，雖然也能用任何其它的變換方案來完成。因此，每一半字節是通過格形編碼器58，按選擇的順序來進行編碼的。根據系統所遵守的規程，作為適當的指定規程和按照啟動器57的引導，多路復用器交替地輸出格形編碼數據或同步數據。即使丟失一個輸入數據信號或丟失同步，一個數據位(“PN”)的偽隨機流可以被多路復用器54送入輸出的數據流。
半字節選擇電路56在12個存儲寄存器R1,R12的每一個中接收數字數據流(DATA IN)。輸入的數據流串行地到達而且能夠循環進入后續的存儲寄存器R1,R12中。這12個寄存器連到一個第一多路復用器62的一側。在一個在幀的范圍內基于輸入數據的定位的多路復用器控制信號(沒示出)的控制之下，這個第一多路復用器62在它的輸出端提供輸入數據的字節之一。第二個多路復用器64在第二多路復用器的控制信號的控制下接收選擇的字節，并且選擇兩個位的數據去輸出。輸出的位被送到格形編碼器，該編碼器把這兩位編碼成3位，該三位然后被送入發射系統中的下一級。
圖10是一個半字節選擇電路56，該電路在本發明中可以用于接收一個數字數據流(DATA IN)。一個格形編碼電路可包括一個輸入多路復用器72，該多路復用器對一串12個寄存器R1,R12的第一個進行加載，利用或是來自一個輸入多路復用器72的數據，從一串12個寄存器R1,R12的第一個加載，或是利用來自這個串中的最后的寄存器(R12)的內容加載，以便導致全部寄存器的循環通過。在每一位選擇的時刻，最后的寄存器(R12)的內容被送給一個半字節選擇電路74，該電路根據預先選定的規程從最后的寄存器R12選擇諸位中的兩位。當每一個半字節從最后的寄存器被選出，每一次諸寄存器的內容循環一個寄存器，使得全部的在一個段內的12個字節都依次地送到半字節選擇電路74，總共有4次。當全部的12個字的位從半字節選擇電路74輸出后，輸入多路復用器72對12個寄存器R1,R12加載新數據，去對下一段的數據進行編碼。
還有另一個格形編碼器的實施例表示在圖11中，在該圖中一個輸入數據流(DATA IN)被一個第一多路復用器82引向12個并行的寄存器R1,R12。一旦這些寄存器被加載后，與每一個存儲寄存器R1,R12相關的半字節，選擇電路84將從它們相關的存儲寄存器R1,R12選擇兩個數據位，并把選擇好的位提供給一個相關的格形編碼器86。每個格形編碼器86根據預定的編碼方案，對接收到的比特位進行編碼，并且把三個編碼位提供給一個輸出多路復用器88的輸入端。輸出多路復用器根據規程從適當的格形編碼器86選擇編碼位。如果采用了標準DTV系統的格形編碼方案，請注意圖11中的實施例的格形編碼器，要求深度為1而圖10中的編碼器要求一個12的深度。
眾所周知，信號放大器時常把非線性引入被放大的信號。要使被那樣的非線性放大器放大的信號能夠線性化，眾所周知是以一種方式使輸入信號預先失真，該方式是使預先的失真恰好與放大器所加的非線性的影響相反。圖12是(表示信號的幅度與頻率的關系)一個有圖12(A)中形式的輸入信號被如圖12(B)中所示的一個傳遞函數預先失真(或預先修正)。在放大器把如圖12(C)所示的放大效應加于預先修正的輸入信號之后，修正后所得的放大的信號如圖12(D)所示。為了進一步的說明，在圖13中表示出如圖12所示的同樣信號和效應，不過這組圖形是在頻域中表示的。
已經發現所知道的預先修正的方法受到放大器的頻率響應和系統帶寬的限制。被利用于消除放大器失真的預先修正的結果，在相位和振幅中是被放大器的輸入電路所修改的。在相位和振幅中的這些變化限制了在放大器中消除失真的結果。例如，通常的放大器的輸入電路時常有如圖14中在所示的頻段的振幅和相位特性。這些振幅和相位的變化阻礙了刪除全部放大器不需要的失真。在這樣一個電路中通常得到的結果信號是如圖15中所示的一個頻域系列的圖。請注意由未修正的失真產生的頻率成分的旁瓣。
一種用于刪除不需要的非線性的方法是去在現有技術的預先修正和非線性放大器之間，插入一個振幅和相位修正器。修正器被調到使得它的振幅和相位響應和非線性放大器的振幅和相位響應相反。
圖16是一個電路，該電路能改進放大器系統的響應，它可以包括一個非線性放大器170，和與它相關的放大器輸入電路166，和放大器輸出電路172。一個用于振幅對輸入的預先修正電路(即一個線性校正器)164、和用于相位對輸入的預先修正電路(即一個相位校正器)162，能夠在常規的方式下為特定的放大器170和所關注的頻率范圍調整非線性。一個頻率響應和相位校正器166處在線性校正器164和放大器輸入電路168之間，而且被調整去補償輸入電路，使得部件的級聯對(校正器166和電路168)的最終結果是1。由此，預先修正信號在非線性放大器170中能夠被完全地補償。
請注意圖16中的電路中，相位校正器162是在線性校正器164之前。這是這些校正器的優選配置，因為如果這些校正器的順序反過來，振幅預先修正的調整，在相位的預先修正中會產生不需要的變化。這些不需要的變化是能消除的，但是，調整電路去刪除不需要的相互作用的影響是比較難的。
非線性放大器170的放大器輸出電路172常常也會改變整個系統的頻率和相位響應。要控制這個效果，可以加入一個與頻率響應校正器160去校正整個系統，為了頻率和相位響應的通透性。
頻率響應校正器160和166可以每個用逐段線性校正電路來實現，該電路能在一個指定的頻率范圍內修正信號的頻率響應和群延遲(或相位)。這些校正器必須能做到(1)修改振幅對頻率的特性，并與相位(延遲)無關；(2)修改相位(延遲)對頻率的特性(所謂的“群延遲”)。在一個優選的實施例中，頻率響應校正器將獨立地實現這些規定的每一個性能。
相位校正器162可以在一個逐段線性校正電路中實現，該電路可以如修改一個輸入電平的函數那樣來修改一個信號的相位傳遞函數。用于圖16電路中的放大器可以是打算把一個輸入信號的電平增加到更高電平的任何裝置，但是通常在它的傳遞函數中具有非線性和不連續性。這樣一個放大器可以是固態的(例如一個雙極型的、金屬氧化物半導體場效應晶體管，光敏的金屬氧化物半導體，金剛砂等)或者可能是一個真空管(例如一個離子管，四極管。調速管等)。放大器輸入電路168通常可以是包括在放大器的輸入電路，例如輸入匹配電路，濾波器，空腔，環行器等。放大器的輸出電路172通常可以包括放大器的輸出電路，例如輸出匹配電路，濾波器，空腔，環行器等。
用于本發明這個方面的這組校正器，可以設計為從相位校正器162和線性校正器166開始。這樣的校正器電路一般能設計成去產生與放大器的異常反匹配的所需的預失真信號。已經設計了線性和相位校正器，跟在線性校正器后面的頻率響應校正器可以隨后設計，因為它要校正由放大器輸入電路引起的與頻率有關的誤差。最后，在信號流開頭部分的頻率響應校正器可以設計成能消除包括放大器輸出電路的總的傳遞函數中的誤差。
圖17表示與圖16相同的部件已經用相同的參考號碼來標明，可以知道在現有技術系統中，預先修正通常是在一個中頻來完成的。本發明的這個方面的方塊圖可以改成如圖17中所示，其中頻率混頻器(或變換器)174被置于預先修正部件和非線性放大器170之間。可以用來自一個頻率基準176的信號提供給混頻器174，去把被放大的信號變換到一個新的頻率。頻率基準176可包括一個振蕩器，調諧電路，外部基準或任何常規的裝置或電路去供給一個基準頻率。
精密的頻率控制要求，該要求是對DTV廣播電臺提出的，以保證與其它頻道的最低干擾，就要求對互調產物，頻率穩定性和控制給予特殊的關注。一個用于獲得滿意的頻率控制的一個系統如圖18和19的功能方塊圖中所示，該圖表示一個典型的場所，在該場所產生了電視信號(例如一個演播室)〔圖18〕，而在該場所電視信號被廣播(例如一個發射機現場)〔圖19〕。圖18表示來自多路的和交替的信號源的電視信號，演播室音頻/視頻可以供給一個常規的MPEG-2編碼器180，該編碼器利用一個外部的時鐘基準182以一種常規的方式對信號進行編碼。時鐘基準182可以是任何高穩定的時鐘源，特別是一個在遠方地點便于接收的時鐘源，例如一個全球定位系統的GPS信號。編碼器180能夠提供一個內部的解碼器，以便給一個本機的音頻-電視監視器184提供一個監視器信號。編碼電視信號供給一個偉大聯盟(GRAND ALLIANCE)系統的傳送裝置186，該裝置將把進來的MPEG-2信號格式化為偉大聯盟系統的“傳遞層”所需要的適合的格式。換句話說，偉大聯盟(GA)的傳送裝置可以(通過一個可選擇的開關)從一個外部的MPEG-2信號發生器接收一個信號。傳送層格式化的信號可以提供給多路復用器188，該多路復用器對傳送格式化的信號與其它數據進行多路復用并提供多路復用的數據給發射設備190，用于發射到一個廣播發射機現場。沿著一條有些并行的路徑，一個“標準的電視”視頻信號或信號可以通過一個模擬的到數字的變換器變換為數字的格式，而數字化的視頻信號，與它的相應的數字音頻信號一起能夠提供給一個NTSC4/1的壓縮器194。被壓縮的數字NTSC信號被提供給多路復用器1888，用于與傳遞層的格式化信號進行多路復用和用于通過發射設備190進行發射。每一個編碼器180，傳送層裝置186，多路復用器188，A/D192和壓縮器194是被鎖定到公共時鐘基準186上。如果時鐘基準是從眾所周知的全球定位衛星系統(或任何相同的現有的穩定系統)取得的，演播室可以采用由衛星系統提供的1兆赫基準信號。這樣(由傳送層裝置186產生的)DTV信號和數字NTSC信號都被鎖定，用于有效的數字的傳輸到發射機的現場。因為DTV信號被鎖定到公共的基準時鐘，多路復用操作可在一個同步模式中用數字的NTSC信號來完成。
圖19表示當多路復用信號到達發射機現場時，它能被多路分解器進行多路分解(該多路分解器能使用發射設備190提供的前向糾錯信號)而且作為DTV和NTSC兩個數據流被提供出來。DTV信號能被格式化用于DTV的廣播，而且被一個激勵器200所放大，功率放大和向上變頻，并最后通過一付適當的天線204廣播出去。NTSC信號能被一個NTSC解碼器208解碼到基帶和通過常規的裝置廣播。多路分解器198，激勵器200，功率放大器和向上變頻器202和NTSC解碼器208每一個都被鎖定到一個公共時鐘基準212。
在發射機現場的時鐘基準212，最好選擇與演播室現場用的時鐘基準182是公用的(圖18)。例如兩個現場都可以用相同的全球定位系統的基準信號。通過使用相同的基準信號(例如10兆赫的GPS信號)，DTV信號和NTSC信號被鎖定到相同的穩定信號源。作為結果，NTSC單色信號(在3.58兆赫)被鎖定到穩定頻率源該頻率源將會減少發送DTV導頻信號和發送NTSC彩色信號之間的相似性和/或干擾的強度。
在演播室現場和發射機現場也能公用其它穩定的時鐘基準信號去實現本發明的一些優點。例如，如果演播室現場非常接近發射機現場、演播室和發射機間的STL傳輸就能消除，而且時鐘信號能以常規的方法在演播室和發射機之間傳送。
如果有需要，比表示在圖18和圖19中與時鐘基準(CLK REF)有關的全部部件的較少的幾個，需要連到一個單獨的(或有關的)時鐘基準。如果DTV激勵器200和發射機(功放和向上變頻202)只使用一個公共的時鐘基準，通過使用本發明的這個實施例所得到的相鄰的和同頻道的干擾就能得到改善。另外，通過在多處使用一個公用的時鐘基準，本發明的優點能更廣泛地被用于許多場合。如果許多激勵器和發射機使用一個公共的穩定基準，例如一個衛星信號，每一個衛星信號能產生一個NTSC和DTV信號，該信號不僅能減少與同時產生的電視信號的干擾，還能減少與其它在別的場合產生的信號的干擾、其它場合被指定的頻道由于頻率的不精確可能另外引起干擾。
一個數字電視系統，其中被接收的數字電視信號包括包含一個指示幀信號的字的序列化的數字化的字，數字電視系統包含一個電路以格式化用在系統中的數字電視，它包含一個幀同步電路，和一個用于從格式化電路接收數字電視信號以監視數字電視和當檢測到與幀信號相同的字時提供一個幀信號輸出的同步字檢測電路，一個同步置信計數器電路用于接收從同步字檢測電路輸出的幀信號，并且被適配于當起動時，每接收幀信號就被增加而沒有幀信號就被減少，當到達一個預定的計數時同步靠信度電路提供一個同步鎖定信號，還包含一個幀計數器電路用于接收數字電視信號并且當到達一個幀計數時向同步靠信度電路提供一個起動信號。
權利要求
1．一個確定數字信號系統同步的方法，其中數字信號是按M個數字位的幀和每幀包含N個位的特定同步碼的方式接收的，本方法確定系統是否與數字信號的幀同步，并且包含步驟(1)接收一串數字位流；(2)把所述接收的位流轉換成有N位的并行方式；(3)把N位的并行形式對于每個接收的位進行比較看是否與一個特定的同步碼匹配；(4)如果在比較中沒有發現匹配，重復步驟(1)到(3)；(5)如果在最近一次比較中發現匹配，就(a)設置一個計數器以確定在這串位流中下一個所述同步碼的期望事件；(b)把置信計數器增加1；(c)如果置信計數器達到指定的閾值，表示已經建立同步；(d)在這串位流中下一個所述同步碼的期望事件，在該時刻把N位并行形式的每個被接收的位進行比較，看它是否與一個特定的同步碼匹配；(e)重復步驟(4)和(5)；(6)如果在最近一次比較中未發現匹配，就(a)設置一個計數器以確定在這串位流中下一個所述同步碼的期望事件；(b)把置信計數器減少1；(c)如果置信計數器下降到第二個指定的閾值，表示沒有建立同步并轉回步驟(3)；(d)重復步驟(5)和(6)。
2．一個數字電視系統的幀同步檢測電路，其中接收的數字電視信號由序列的數字化的字組成，序列中包含一個指示幀信號的字，該幀同步檢測電路包含一個同步字檢測電路，用于監視數字電視信號并且當檢測到一個字和幀信號對應時提供一個幀信號輸出，還包含一個同步置信計數器電路用于接收從同步字檢測電路輸出的幀信號，并且進行適配，使得當起動時，每接收幀信號就被增加而沒有幀信號就被減少，當到達一個預定的計數時同步置信電路提供一個同步鎖定信號，還包含一個幀計數器電路，用于接收數字電視信號并且當達到一個幀計數時向同步置信電路提供一個起動信號。
3．權利要求2所述的一個幀同步檢測電路包含一個幀搜索初始電路用于如果同步置信電路計數器低于一個預定水平時初始化一個新的幀搜索，其中同步置信電路被啟動增加以對從同步字檢測電路收到的第一個幀信號計數，幀計數器被啟動開始一個新的根據同步置信電路的增加進行的幀計數，如果同步置信電路的增量初始化之后沒有收到后續的幀信號而幀計數器到達了下一個幀計數，幀搜索初始電路就被適配于啟動一個新的幀搜索。
4．一個數字電視系統，其中被接收的數字電視信號包括包含一個指示幀信號的字的序列化的數字化的字，該數字電視系統包含格式化用在系統中的數字電視的一個電路，包含一個幀同步電路，和一個用于從格式化電路接收數字電視信號以監視數字電視和當檢測到與幀信號相應的字時提供一個幀信號輸出的同步字檢測電路，一個同步置信計數器電路用于接收從同步字檢測電路輸出的幀信號，并且適配，當起動時，每接收幀信號就被增加而沒有幀信號就被減少，當到達一個預定的計數時同步置信電路向各式化電路提供一個同步鎖定信號，還包含一個幀計數器電路用于接收數字電視信號并且當達到一個幀計數時向同步置信電路提供一個起動信號。
5．權利要求4所述的一個數字電視系統，包含一個幀搜索初始化電路用于如果同步置信電路計數器低于一個預定水平時初始化一個新的幀搜索，其中同步置信電路被啟動增加以對從同步字檢測電路收到的第一個幀信號計數，幀計數器被啟動以開始一個新的根據同步置信電路的增加進行幀計數，如果同步置信電路的增量初始化之后沒有收到后續的幀信號而幀計數器到達了下一個幀計數，幀搜索初始電路就被適配于開始一個新的幀搜索。
6．一個在數字電視系統中檢測幀同步信號的方法，其中被接收的數字電視信號包括包含一個指示幀信號的字的序列化的數字化的字，這個方法的步驟包含監視數字電視和當檢測到與幀信號相應的字時提供一個幀信號輸出，啟動一個同步計數器電路接收從同步字檢測電路輸出的幀信號，當幀計數啟動信號存在時，幀信號存在就被增加而沒有幀信號就被減少，當到達一個預定的計數時同步置信電路提供一個同步鎖定信號，如果同步置信電路計數器低于一個預定水平時通過啟動幀計數開始一個新的根據同步置信電路的增加進行幀計數初始化一個新的幀搜索，同步計數器電路被允許增加以對被收到的第一個幀信號計數，如果同步計數器的增量初始化之后沒有收到后續的幀信號而幀計數器到達了下一個幀計數，就啟動一個新的幀搜索。
全文摘要
一個數字電視系統,其中被接收的數字電視信號包括包含一個指示幀信號的字的序列化的數字化的字,數字電視系統包含一個電路以格式化用在系統中的數字電視,它包含一個幀同步電路,和一個用于從格式化電路接收數字電視信號以監視數字電視和當檢測到與幀信號相同的字時提供一個幀信號輸出的同步字檢測電路,一個同步置信計數器電路用于接收從同步字檢測電路輸出的幀信號。
文檔編號H04N5/44GK1210423SQ98106309
公開日1999年3月10日 申請日期1998年4月3日 優先權日1997年4月4日
發明者埃德·特威切爾 申請人:哈里公司