减少8MHz频道中的同频道干扰的数字电视系统 发明的技术领域
本发明针对减少具有8MHz模拟与数字频道的电视系统的同频道干扰。
【发明背景】
电视与无线电同时联播是一种提供数字电视服务(如高清晰度电视)而不废弃目前在使用的模拟接收机的技术，该技术由美国和其它国家提出。这种同时联播指在各个电视频道上同时发送以两种不同制式编码的节目内容。因此，如在美国，某个特定节目可用NTSC制式编码，以在第一6MHz电视频道上传送，而同一个或不同的节目可用数字制式编码，以在第二6MHz电视频道上传送。这样，配备NTSC接收机的电视接收机(viewer)通过调谐到第一频道，可接收和再现用NTSC制式编码的节目，而配备数字接收机的电视接收机通过调谐到第二频道，可接收和再现用数字制式编码的节目。
一般假定，把NTSC和数字节目分配给任何给定的服务区内的不同频道。然而，把一个服务区中发送的NTSC节目分配给与邻近服务区发送的数字节目相同的频道是完全可能的。这样的话，NTSC节目和数字节目会发生干扰而产生同频道干扰。
鉴于NTSC发送以相对大的图像和伴音载波以及色彩子载波为特征，因而与所接收地数字信号的NTSC同频道干扰特别重要。NTSC同频道干扰会降低数字接收机的性能，或者使数字接收机根本无法再现任何可看的图像。
美国专利5,087,975揭示了一梳状滤波器的各种实施例，这类梳状滤波器配置成减少在具有6MHz频道的电视广播系统中所使用的数字接收机的NTSC同频道干扰。例如，在该专利的图4B中揭示了一种梳状滤波器，它包括其第一与第二输入同极性的求和器144。第一输入直接接收输入信号，第二输入则通过延迟电路142接收该输入信号。延迟电路142对输入信号实行六码元(symbol)延迟，以产生该′975专利的图6所示的滤波器响应。从图6可看出，该梳状滤波器响应的两个凹口与NTSC发送的电视信号的图像载波和色彩子载波基本上一致，以便减少NTSC同频道干扰。
作为另一个例子，在该′975专利的图13中揭示了一种梳状滤波器，它包括其第一与第二输入的极性不同的求和器202。第一输入直接接收输入信号，第二输入通过延迟电路200接收输入信号。延迟电路200对输入信号实行十二码元延迟，以产生图15所示的滤波器响应。从图15可看出，该梳状滤波器响应的三个凹口与NTSC发送的电视信号的图像和伴音载波及色彩子载波基本上一致，以减少NTSC同频道干扰。
该系统能很好地减少NTSC同频道干扰。然而，在8MHz频道的电视系统中，如PAL电视系统中使用的8MHz频道，其同频道干扰产生的方式与6MHz NTSC电视系统中产生NTSC同频道干扰的方式大致相同，′975专利揭示的系统很难减少同频道干扰。作用如此差的原因在于8MHz频道中发送的模拟电视信号的图像和伴音载波及色彩子载波的频率都不同于6MHz NTSC发送的电视信号中的图像和伴音载波及色彩子载波的频率。因而，′975专利揭示的梳状滤波器的凹口不适用于8MHz发送的电视信号。
为了减少工作于8MHz电视系统的数字接收机中的同频道干扰，有人提出把8MHz数字频道相对于对应的8MHz模拟频道偏移一适当的量，以将梳状滤波器响应的凹口与对应的8MHz模拟电视信号的图像和伴音载波及色彩子载波对准。然而，仅仅偏移数字频道，不能使梳状滤波器响应的凹口与发送的模拟电视信号的图像和伴音载波及色彩子载波充分对准。再者，偏移数字频道导致数字频道溢出到相邻的模拟频道中，在数字频道与相邻的模拟频道之间造成不适当的干扰。
相应地，也有人提议提高数字系统发送到8MHz频道的码元速率。这一码元速率可从6MHz频道的10.76MHz提高到8MHz频道的14.34MHz这么高的频率。将码元速率向14.34MHz提高具有增大梳状滤波器响应的凹口间距的作用。然而，从10.76MHz开始提高码元速率，不能使梳状滤波器响应的凹口与发送的8MHz模拟电视信号的图像和伴音载波及色彩子载波充分对准。再者，即使将码元速率从10.76MHz作适度提高而使凹口位置充分偏移，也要求将数字信号的频率向下偏移，以使凹口与发送的同频道8MHz模拟电视信号的图像和伴音载波及色彩子载波重新对准。然而，数字频谱中的这一向下偏移导致数字频道溢出到较低的邻近模拟频道中，在数字频道与较低的邻近模拟频率之间产生不易减少的不希望的干扰。
为使码元速率尽量保持得高些，还有人提议将上述′975专利揭示的求和器202的输入配置成同极性，而且偏移数字频道。然而，梳状滤波器响应的凹口仍然无法发送的8MHz电视信号的图像和伴音载波及色彩子载波充分对准。
本发明旨在一种结构，它能充分地减少数字电视接收机中由8MHz模拟电视信号造成的同频道干扰。
【发明内容】
根据本发明的一个方面，一种数字电视接收机包括一调谐器和一滤波器。调谐器配置成调谐到在一选中的电视频道中发送的一8MHz数字传输信号，同频道干扰可由一8MHz模拟传输信号在该选中的电视频道中产生。滤波器包括一九码元延迟器，配置成能充分减少8MHz模拟传输信号产生的同频道干扰。
根据本发明的另一个方面，一种处理在一选中的电视频道中发送的一8MHz数字电视信号的方法包括以下步骤：a)接收在该选中的电视频道中发送的8MHz数字电视信号，其中一8MHz模拟电视信号可在该选中的电视频道中产生同频道干扰；和b)用一滤波器响应对接收到的8MHz数字电视信号进行滤波，该滤波器响应的凹口被安排成能充分减少8MHz模拟电视信号所产生的同频道干扰，从而该凹口是由九码元延迟器引起的。
根据本发明的再一个方面，一种在一选中的8MHz电视频道上接收一电视传输信号的方法包括以下步骤：a)接收在该选中的8MHz电视频道的上下沿(edge)具有各自的Nyquist斜率的电视传输信号，该信号由以N级数字编码信号调制的压缩的载波信号形成，以码元速率fs提供此N级数字编码数据，此载波信号与选中的8MHz电视频道下沿处的Nyquist斜率的中心频率基本上一致，而且该载波信号的频率比模拟电视信号的图像载波的频率低fs/18；和b)用码元速率fs来恢复此N级数字编码信号。
根据本发明的又一个方面，一种8MHz数字电视发射机包括一预编码器和一调制器。预编码器配置成对以码元速率fs提供的数字视频信号作预编码，其中预编码器包括9/fs的延迟器。调制器配置成用预编码的数字视频信号调制载波信号，并在8MHz的频道上发送经调制的载波信号。
附图概述
通过结合附图对本发明作详细的讨论，本发明的这些与其它特征及优点将变得明显起来，其中：
图1是按本发明构成的电视信号发送系统的框图；
图2是表示本发明的8MHz数字电视频道的频谱曲线图；
图3A与3B分别是用于本发明图1中的发射机和接收机的互补编码器和滤波器电路的框图；和
图4是表示图3B的滤波器的响应对同频道干扰的曲线图。
本发明的较佳实施方式
图1所示的数字发射机10在一选中的8MHz电视频道上播放一数字编码信号，供调谐到该选中频道的相应数字接收机12接收和再现。同时，模拟(如PAL)发射机14在一邻近电视服务区中的同一8MHz频道上播放一编码信号。根据包括其物理位置在内的各种因素，数字接收机12除了接收来自数字发射机10的所需信号以外，还可接收来自模拟发射机14的具有相当强度的不希望的干扰分量。由于在与所需数字信号相同的频道中发送不希望的干扰信号，所以造成的干扰通常称为同频道干扰。
在应用全数字传输标准的情况下，数字接收机12中的同频道干扰信号尤其是一个问题。具体而言，若同频道干扰信号有足够的强度，可能完全损害数字接收机12再现任何质量的图像的能力。再者，数字接收机12的受损会相当突然地造成干扰模拟同频道信号强度的变化。与此相对照，干扰数字同频道信号强度的变化使模拟接收机的信噪比性能逐渐发生变化。
如本领域中众所周知的那样，干扰模拟同频道信号的频谱占用一8MHz电视频道，而且包括在图像载波fpix上调制的图像(即，亮度)分量、在色彩子载波fcs上调制的色彩(即，色度)分量以及在伴音载波fa上调制的伴音(即音频)分量。如图2所示，射频图像载波fpix离该频道的一端约1.25MHz，射频色彩子载频fcs与图像载波fpix隔开约4.434MHz，而伴音载波fa与图像载波fpix隔开约6.50MHz，或离该频道的另一端为0.25MHz。
图2还示出本发明的数字传输频道的频谱。如图所示，该频道占用8MHz(对应于模拟传输频道)，通过其发送VSB信号。具体而言，在频道的各边沿设置了各自的Nyquist斜率16，基本上平坦的响应部分18在其间延伸。选择该频道的压缩载波fc具有一频率，该频率靠近频道下沿处的Nyquist斜率16的中心频率20。例如，可把该频道的压缩载波fc选择为频道下沿以上的414KHz。相应地，该频道包括一残留(vestigial)边带部分和一单边带部分，前者包括沿频道下沿处的Nyquist斜率16的诸频率，后者包括直至频道上沿的其余频率。
可理解，载波fc的调制导致除载波本身附近的频率以外几乎所有频率处的单边带分量。相应地，为便于在接收机中再生载波，最好在频道中载波fc的频率处插入同相导频fp，虽然正交导频也可用于此目的。
把将通过该频道发送的数据的码元速率定义为fs，这里每个码元代表二位，而在8MHz频道中，可把它最佳地设定在约14.34MHz。
如图1所示，数字发射机10包括一视频源30，它接收来自时钟发生器32的时钟信号，以便提供数字视频信号。把视频源30产生的视频信号加到视频压缩器34，视频压缩器34对该视频信号进行充分压缩，以让其通过8MHz电视频道发送。(在这一点上，任何数据信号均可代替该数字视频位流)。然后，将压缩的视频信号耦合至预编码器36(将在下面结合图3A描述)，并从预编码器36再耦合至VSB调制器38以通过该频道发送。
视频压缩器34和预编码器36二者都响应于来自时钟发生器32的时钟信号fs而工作。将一载波提供给VSB调制器38，载波的标称频率比相应的模拟图像载波频率fpix低约fs/18。此外，把此载波信号的同相导频分量加到VSB调制器38，以利于在数字接收机12中再生该载波。当然，时钟与载波信号的频率可以调节得稍稍偏离标称值。把该视频信号作为一连串N级数据码元发送，此发送最好由VSB调制器38以压缩载波(即时钟或码元速率等于或略低于8/6(10.76MHz)或即14.34MHz的VSB信号)的形式来实行。
数字接收机12包括一调谐到选中的8MHz电视频道(在其上发送数字信号)的调谐器与IF级50。在调谐器与IF级50中，把经调谐的数字信号连同邻近电视服务区中的模拟发射机所播放的同频道模拟信号一起转换成IF频率，而调谐器与IF级50的输出耦合至同步检测器52的输入。调谐器与IF级50的输出还耦合至载波再生器54，载波再生器54响应于接收到的导频信号，以再生频率等于数字压缩载波fc的信号。载波再生器54最好包括一窄带锁频和锁相(frequency and phase locked)环路。将再生的载波加到同步检测器52的第二输入。这样，同步检测器52的输出包括所需的数字分量和基本上位于图像和伴音载波及其色彩子载波处的不希望的模拟同频道干扰。
同步检测器52的输出耦合至再生时钟信号fs的时钟电路58和滤波器与解码器级60的输入。滤波器与解码器级60包括一线性滤波器，该线性滤波器的响应由图4所示的曲线62表示。模拟同频道干扰的主要贡献者是相对大的图像载波，其次的贡献者是小一点的色彩子载波。伴音载波对模拟同频道干扰的贡献的程度更小。线性滤波器被配置成充分地减少这些图像与伴音载波及其色彩子载波频率处的干扰。相应地，该线性滤波器的响应包括0.5fs/9处的凹口(紧密对应于图像载波fpix)、3.5fs/9处的凹口(紧密对应于色彩子载波fcs)和4.5fs/9处的凹口(大致对应于伴音载波fs)。凹口间的间隔为fs/9。
图3A和3B分别示出了预编码器36和滤波器与解码器级60的示例性实施例。预编码器36包括一反馈电路，该反馈电路具有一模4加法器64，模4加法器64在第一输入处来自接收视频压缩器34的输出。通过以对应于9/fs的延迟(即码元速率fs处有9个时钟周期)为特征的延迟电路66来反馈模4加法器64的输出。延迟电路66的输出被加到模4加法器64的第二输入，因而加法器64有效地将来自延迟电路的反馈信号以模4的方式加到输入信号上。
滤波器与解码器60级最好包括一梳状滤波器70和一解码器72。梳状滤波器70是一前馈电路，其输入耦合至延迟电路74的输入以及求和器76的一个输入。延迟电路74的输出耦合至求和器76的另一个输入。求和器76的两输入同极性。相应地，求和器76把此延迟信号加到输入信号上。延迟电路74以对应于9/fs的延迟为特征。求和器76向把一输出提供给解码器72，解码器72对每个所发送的数据元进行解码，以便恢复相应的位。
在图4B中整体地示出图3B的梳状滤波器70的频率响应。通过把码元速率设定为14.140625MHz，可看出，梳状滤波器70的响应包括0.5fs/9处的凹口(紧密对应于模拟图像载波fpix)、3.5fs/9处的凹口(大致对应于模拟色彩子载波fcs)和4.5fs/9处的凹口(大致对应于模拟伴音载波fs)。码元速率从其最大值(8/6.10.76MHz)减小，这种减小只稍稍减小了数据通过量，但充分地减少了同频道干扰。
或者，通过把码元速率设定为约14.343750MHz(即，8MHz频道的全数据速率)，可看到，梳状滤波器70的响应将包括充分接近于0.5fs/9、3.5fs/9和4.5fs/9的凹口，以充分地减少对应于模拟图像载波fpix、模拟色彩子载波fcs与模拟伴音载波fs的同频道干扰。此外，将数字频道移高约40KHz，至少还能改善14.343750MHz处的性能。数字频道的这一偏移造成的数字频道溢出到相邻模拟频道中不足以明显地干扰相邻的模拟频道。
如图1所示，滤波器与解码器级60的输出耦合至解压缩电路80，以重建代表原始视频源信号的视频信号。将重建的视频信号加到显示器82，以显示重建的图像。
在模拟发射机无同频道干扰时，可以旁路梳状滤波器70，由解码器72直接处理同步检测器52的输出。
上面讨论了本发明的某些修改。本发明领域内的技术人员可作其它修改。例如，目前的数字系统类似于Citta等人在美国专利5,583,889中揭示的系统。根据该′998专利的内容，发射机可包括：(i)作正向纠错编码的Reed Solomon编码器；(ii)字节交织器，用于对整个一帧的数据字节重新排序，以减小数据传输与接收系统对猝发噪声的敏感性，(iii)码元交织器，以此码元速率提供例如两个输出位流X1与X2，(iv)预编码器与格栅(trellis)编码器，它们把位流X1与X2中的每对相应的位转换成三位的一组，和(v)将每个三位的组映射到多级码元的码元映射器。
像预编码器36一样，′889专利揭示的系统中的预编码器包括一延迟元件，最好按本发明将该延迟元件设置成九码元延迟器。′889专利揭示的系统中的格栅编码器包括两个延迟元件，每个元件也最好设置成按本发明的相应九码元延迟器。
另外，在使用格栅编码器的场合中，解码器72可以是一种如′889专利揭示的Viterbi解码器。
再者，以上就减小数字电视接收机中由模拟电视信号造成的同频道干扰描述了本发明。本发明还适用于减小由模拟电视信号在任一类型数据接收机中造成的干扰。
此外，码元时钟fs一旦再生，就能在接收机中使用该码元时钟fs，以使接收到的信号数字化，因而能以数字方式处理该数字化的接收信号。
相应地，本发明的描述仅限于举例，旨在向本领域的技术人员传授实施本发明的最佳模式。各种细节变化基本上不偏离本发明的精神，并保留在所附权项范围内所有修改的专用权。