基於fft的多通道視頻接收機的製作方法
2023-09-16 13:06:40 1
專利名稱：基於fft的多通道視頻接收機的製作方法
技術領域：
本發明涉及視頻接收領域。
背景技術：
歷史上，使用多達幾百個分立組件並消耗差不多2至3瓦的功率，完全在模擬域實現用於視頻頻帶應用的調諧解調器(「盒狀調諧器(tuner can)」)。然而，儘管它們成本低且性能好，但盒狀調諧器通常只限於單通道選擇，因此其通常在要求同時接收多於一個視頻通道的應用中重複，因此增加了所需組件的數量，從而由於將被同時接收多個通道而浪費電能和空間。
參照附圖，通過但不限於實例示出了本發明，其中，相同的參考標號表示相同的元件，並且其中
圖1示出了根據一個實施例的基於FFT的多通道視頻接收機的結構；圖2示出可在圖1的多通道視頻接收機中使用的基帶處理電路的實施例；以及圖3A和圖3B示出可包括在圖1或圖2的基帶處理電路中的示例性解碼器。
具體實施例方式
在下列描述和附圖中，使用特定的術語和附圖標號，以提供對本發明的透徹理解。在一些實例中，術語和標號可表示無需在本發明中實踐的特定細節。例如，可將在電路元件或電路塊之間的中間連接表示或描述為多導體或單導體信號線。可選地，多導體信號線中的每一條可為單導體信號線，以及可選地，單導體信號線中的每一條可為多導體信號線。示出和描述為單終端的信號和信號路徑也可以是有區別的，反之亦然。當信號驅動電路確定(或不確定，如果由上下文明確表示或指出)在連接在信號驅動電路和信號接收電路之間的信號線上的信號時，信號驅動電路被描述為將信號「輸出」到信號接收電路。文中使用的術語「連接」表示直接連接以及通過一個或多個中間電路或結構連接。文中使用的術語「示例性」表示實例，不是優選的或必需的。
文中以各個實施例公開了可在單個集成電路(即，單晶片)中實現並採用數位訊號處理技術以同時解調多個視頻通道的視頻接收結構。例如，在一個多通道接收機的實施例中，集成的調諧器和解調器採用數位訊號處理，其具體目標在於在保持整體調諧性能的同時降低對模擬域的性能要求，從而提供了N並行盒狀調諧器的等效性能，其中，死區和功耗僅隨著N成比例地減弱。
圖1示出多通道視頻接收機100的實施例，其包括信號輸出端101、高動態範圍低噪聲放大器103、模/數轉換器(ADC)組105、快速傅立葉變換(FFT)引擎107、內插頻率校正電路109(IFC)、傅立葉逆變換組111、基帶處理組113、合成器115、壓控振蕩器(117)、相位控制電路119、以及導頻(pilot)提取電路121，它們中的任意一個或全部均可集成到在文中稱為主(host)IC的單個集成電路(IC)裝置上。主IC可為單IC管芯或包括兩個或多個管芯的IC封裝件(例如，多晶片模塊)。此外，主IC自身也可以是任意數量主系統的組件，該主系統包括但不限於電視機、視頻記錄器、行動電話、個人計算機、個人數字助理(PDA)、視頻播放器、置頂盒、或期望多通道視頻接收的任何其他裝置。主系統可包括各種類型的用戶接口，用於接收用戶提供的通道選擇和配置信息等；顯示器，用於顯示由視頻接收機100恢復的一個或多個視頻信號；記錄介質，用於記錄一個或多個視頻信號；以及可選地，音頻變換器，用於生成由視頻接收機100恢復的一個或多個音頻信號的聲頻輸出。
通過低噪放大器103放大經由信號輸入端101(例如，用於容納電纜或其他導電或導光介質的天線或插座)接收的信號，以提供可在後續電路塊中被數位化和處理的輸入視頻信號。在一個實施例中，儘管在可選實施例中任意頻帶實際上均可以包括在放大器的範圍(例如，50MHz至1GHz的電纜頻譜或者任何其他頻譜)內，但還將低噪放大器103設計成放大落在視頻頻帶(例如，50MHz至850MHz)內的信號。在放大器103的輸出處，在放大的信號中添加導頻音(其可以相對於放大的頻帶在頻帶外或者是可能在頻帶內)。放大的接收信號(即，放大器103的輸出)連同帶有導頻一起通過ADC組105轉換成數字域。在示出的實施例中，ADC組105包括一組K個M位解析度的ADC(ADC1至ADCk)，其通過一組錯時(time-staggered)的採樣時鐘信號120(即，多相位時鐘信號)觸發，以提供K乘以採樣時鐘頻率的有效採樣率。例如，在特定實施例中，ADC組105包括8個10位ADC，其中每一個均由各個錯時的250MHz的採樣時鐘信號觸發，以提供2GHz的有效採樣率。可使用後臺校準(例如，正弦導頻音或偽噪聲序列)，以確保ADC組105內子ADC之間的匹配以及校正它們之間的相對錯時(時間調整)。
將ADC組105的輸出提供給FFT引擎107，其執行例如重疊(overlap)/添加(add)型FFT運算，以生成接收到的信號和導頻音的等效頻域表示。例如，假設接收到的信號包括在期望的頻帶的上限和下限之間的全部視頻通道(例如，在50MHz與850MHz之間的所有6MHz視頻通道)，則在FFT的每個「格元(bin)」中的信息(即，在每個頻譜偏移中出現的信息關係信號)可看成每個視頻通道自身的數據表示。此外，因為以頻率(即，通過FFT的正交特性)劃分FFT和視頻通道自身，所以相對於每個獨立視頻通道的ADC組105的有效動態範圍通常遠遠大於ADC輸出的M位解析度。例如，繼續使用250MHz的採樣時鐘，在上述8個ADC的實例中，以2GHz有效採樣在感興趣視頻頻帶內的每個視頻通道，在標準的6MHz視頻通道的情況下產生極大的過採樣比。通過實現過採樣增益來對FFT取平均值，從而增加了每個獨立通道的信噪比(SNR)。
在一個實施例中，相對於ADC組105的導頻音校準，將具有期望視頻頻帶外頻率的單一正弦導頻118添加到放大的接收信號(即，ADC組的輸入)中。因為導頻音118具有恆定的頻率和振幅，所以FFT引擎107將生成導頻音頻率的恆定輸出。即，在導頻音「格元」中的數據將基本保持不隨時間改變。因此，在導頻提取電路121中檢測到的導頻音「格元」的任意調製或誤差均表示，由於在組成ADC組105的各個ADC之間的相對定時中的相位噪聲或誤差所造成的採樣操作自身的不完整性。因此，通過測量由FFT引擎107生成的FFT中的導頻，導頻提取電路121可調節VCO的頻率和/或ADC組105中ADC的定相，以實現改善的性能，從而減少採樣時鐘信號120中的相位噪聲以及補償在子ADC自身中的運行變化(例如，由於工藝、溫度、電壓等)。
還將在頻域中執行最終的頻率調節。例如，通過在內插頻率校正電路109中執行頻域內插，可調節有效的解調載波頻率，使其符合解調視頻傳輸所需的公差(例如，在NTSC標準視頻傳輸中的50KHz)。此外，在圖1的實施例中，可在頻域中執行整個載波-基帶操作，使得傳統上在時域系統中模擬混頻器級中執行的解調操作可替代地在(數字)頻域中使用直接數字轉換操作來執行。
在電路109的頻率校正和通道選擇之後，可通過例如在IDFT組111的子IDFT電路中執行逆FFT(IDFT)操作，來將期望通道信號組的視頻信號轉回到時域中。在基帶處理組113的各個基帶處理電路內，可進一步在時域中處理現在處於基帶的期望視頻信號，以提取視頻信息。參照圖2中所示基帶處理電路的實施例(其可被用於實現圖1的組113中的任意基帶處理電路)，例如可在直接數字合成器/混頻器151(DDS)中校正任何殘留頻率誤差，在低通濾波器153中過濾校正的信號，以去除由混頻操作所引入的高頻成分。如果存在分離的音頻副載波，則可隨後將生成的基帶信號提供給副載波分離電路155，以恢復視頻輸出和音頻輸出。更具體地，可在副載波電路155中應用適當的視頻解碼器，來對視頻信息進行解碼。例如，可應用NTSC(國家電視標準委員會)解碼器來解碼標準的北美電視信號，應用如圖3A中所示的ATSC(高級電視標準委員會)8-VSB解碼器來解碼北美高清晰度電視(HDTV)信號，或者應用如圖3B中所示的DVB-T/H(數字視頻寬廣播，地面/手持)COFDM解碼器來解碼歐洲數位電視廣播。還可應用其他視頻解碼器來解碼符合其他傳統視頻標準(例如，PAL(逐行倒相制式)或SECAM(順序彩色存儲制)以及各種其他高清晰度視頻標準)傳輸的視頻信息。
最終的視頻輸出是可流入視頻顯示器和/或MPEG(運動圖像專家組)解碼器的數字流。數字流可符合許多行業標準(例如，CCIR/ITU 601/656或SPI)。
應當注意，編程的處理器可用於實現上述數字處理功能的功能或其任意子集，其中，數字處理功能包括但不限於FFT引擎、內插頻率校正電路、IDFT電路、DDS頻率校正電路、通道選擇濾波器、副載波分離電路、以及其中解碼的任意MPEG的功能。可在具有視頻接收機的集成電路上形成處理器，或者可在相同或不同的集成電路封裝件中的單獨集成電路管芯上形成處理器。實際上，處理器可以是任意類型的處理器，包括但不限於通用處理器或特殊用途的處理器(例如，微控制器(其可包括集成ADC組)、數位訊號處理器(DSP)等)，並且該處理器可包括內部程序存儲器，用於存儲由處理器執行以實現上述功能的程序代碼。可選地，可提供單獨的晶片上或晶片外的程序存儲器(例如，易失性或非易失性存儲器，未示出的或任意其他處理器或包括但不限於半導體存儲器以及磁和/或光介質的計算機可讀介質)，並且其通過例如專用或公用總線連接至處理器。存儲在程序存儲器中的程序代碼可包括當由處理器執行時使處理器實現上述功能的指令和/或數據。
還應該注意，根據電路的行為、寄存器傳輸、邏輯元件、電晶體、布局集合結構、和/或其他特性方面，可使用計算機輔助設計工具描述這裡所公開的多種電路，並將該電路表示(或表現)為包含在各種計算機可讀介質中的數據和/或指令。文件和可在其中實現這種電路表示的其他對象的格式包括但不限於支持行為語言(例如，C、Verilog、和HLDL)的格式、支持寄存器等級描述語言(例如，RTL)的格式、支持幾何描述語言(例如，GDSII、GDSIII、GDSIV、CIF、MEBES)的格式、以及任何其他適合的格式和語言。可包含這種格式化的數據和/或指令的計算機可讀介質包括但不限於各種形式的非易失性存儲介質(例如，光、磁、或半導體存儲介質)以及可用於通過無線、光學、或有線信號傳輸介質或任何其組合來傳輸這種格式化的數據和/或指令的載波。通過載波傳輸這種格式化的數據和/或指令的實例包括但不限於通過一個或多個數據傳輸協議(例如，HTTP、FTP、SMTP等)在網際網路和/或其他計算機網絡上傳輸(上傳、下載、電郵等)。
當在計算機系統中通過一個或多個計算機可讀介質接收時，可以通過計算機系統中的處理實體(例如，一個或多個處理器)連同執行一個或多個電腦程式(包括但不限於網絡列表生成程序、位置和路由程序等)一起處理上述電路的基於這種數據和/或指令的表示，以生成這種電路物理表現的表達或圖像。例如，通過啟動生成用於在裝置製造工藝中形成電路各個部件的一個或多個掩模，可將這種表達或圖像其後用於裝置製造。
儘管參照其特定實施例描述了本發明，但應當理解，在不背離本發明的更寬泛的精神和範圍內，可作出各種修改和變化。因此，說明書和附圖被認為是示例性的而不是限定性的。在確定與文中參考相結合的任意文件的條款衝突，或者與文中相似或相關的條款不符合的情況下，文中條款將至少用於控制解釋所附權利要求。
權利要求
1.一種多通道視頻接收機，包括模/數轉換器電路，生成用於傳送多個視頻信號的頻帶的數位化表示；快速傅立葉變換電路，生成所述頻帶的所述數位化表示的頻域表示；以及傅立葉逆變換電路，從所述頻域表示中恢復對應於所述多個視頻信號的多個數位化時域視頻信號。
2.根據權利要求1所述的多通道視頻接收機，其中，所述模/數轉換器(ADC)電路包括多個子ADC電路，以生成輸入視頻頻帶信號的各個數字採樣。
3.根據權利要求2所述的多通道視頻接收機，還包括時鐘生成電路，用於生成多個採樣時鐘信號，以觸發所述多個子ADC電路中的各個採樣操作。
4.根據權利要求3所述的多通道視頻接收機，其中，所述時鐘生成電路包括相位控制電路，用於使所述採樣時鐘信號中的每一個相對於彼此錯相。
5.根據權利要求1所述的多通道視頻接收機，還包括導頻音發生器，用於生成基本上頻率固定的導頻信號，所述導頻音發生器用於將所述導頻信號提供給所述模/數轉換器。
6.根據權利要求5所述的多通道視頻接收機，其中，所述模/數轉換器用於生成導頻音的數位化表示，其中，所述快速傅立葉變換電路用於生成所述導頻音的所述數位化表示的頻域表示，以及其中，所述多通道接收機還包括導頻提取電路，用於在所述導頻音的所述數位化表示的所述頻域表示中檢測相位誤差和頻率誤差中的至少一個。
7.根據權利要求6所述的多通道視頻接收機，還包括相位控制電路，用於基於通過所述導頻提取電路發送的相位誤差來調節提供給所述模/數轉換電路的採樣時鐘信號的相位。
8.根據權利要求6所述的多通道視頻接收機，還包括壓控振蕩器，用於基於通過所述導頻提取電路發送的頻率誤差來調節提供給所述模/數轉換電路的採樣時鐘信號的頻率。
9.根據權利要求1所述的多通道視頻接收機，還包括基帶處理電路，用於生成對應於所述多個數位化時域視頻信號中的一個的視頻輸出信號。
10.根據權利要求9所述的多通道視頻接收機，其中，所述基帶處理電路包括混頻電路，用於調節所述多個數位化時域視頻信號中的一個的頻率。
11.根據權利要求9所述的多通道視頻接收機，其中，所述基帶處理電路包括副載波分離電路，用於分離在所述多個數位化時域視頻信號中的一個中傳送的音頻和視頻信息。
12.根據權利要求9所述的多通道視頻接收機，其中，所述基帶處理電路包括MPEG解碼器。
13.一種在多通道視頻接收機中操作的方法，所述方法包括生成用於傳送多個視頻信號的頻帶的數位化表示；在快速傅立葉變換運算中轉換所述頻帶的所述數位化表示，以生成所述頻帶的所述數位化表示的頻域表示；以及在傅立葉逆變換運算中轉換所述頻域表示，以生成對應於所述多個視頻信號的多個數位化時域信號。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，生成用於傳送多個視頻信號的頻帶的數位化表示包括響應於多相位採樣時鐘信號對接收的信號進行採樣。
15.根據權利要求13所述的方法，還包括生成基本上頻率固定的導頻信號；響應於所述多相位採樣時鐘信號對所述導頻信號進行採樣，以生成所述導頻信號的數位化表示；以及在快速傅立葉變換運算中轉換所述導頻信號的所述數位化表示，以生成所述導頻信號的頻域表示。
16.根據權利要求15所述的方法，還包括根據由所述導頻信號的所述頻域表示指示的相位誤差，調節所述多相位採樣時鐘信號的相位。
17.根據權利要求15所述的方法，還包括根據由所述導頻信號的所述頻域表示指示的頻率誤差，調節所述多相位採樣時鐘信號的頻率。
18.根據權利要求13所述的方法，還包括基帶處理，生成對應於所述多個數位化時域信號中的一個的視頻輸出信號。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，生成視頻輸出信號包括生成對應於所述多個數位化時域信號中的一個的數字位流。
20.一種多通道視頻接收機，其包括用於生成傳送多個視頻信號所使用的頻帶的數位化表達表示的裝置；用於在快速傅立葉變換運算中轉換所述頻帶的所述數位化表示以生成所述頻帶的所述數位化表示的頻域表示的裝置；以及用於在傅立葉逆變換運算中轉換所述頻域表示以生成對應於所述多個視頻信號的多個數位化時域信號的裝置。
全文摘要
本發明公開了一種多通道視頻接收機，其具有模/數轉換器、快速傅立葉變換電路、以及傅立葉逆變換電路。模/數轉換器電路生成用於傳送多個視頻信號的頻帶的數位化表示，以及快速傅立葉變換電路生成頻帶的數位化表示的頻域表示。傅立葉逆變換電路從頻域表示中恢復對應於多個視頻信號的多個數位化的時域視頻信號。
文檔編號H04N5/455GK1973533SQ200580020888
公開日2007年5月30日 申請日期2005年5月2日 優先權日2004年4月30日
發明者偉傑·君, 塞謬爾·盛 申請人:泰景系統公司