應用於atsc高清數位電視上的變頻多級濾波方法
2023-06-29 13:06:16 4
專利名稱：應用於atsc高清數位電視上的變頻多級濾波方法
技術領域：
本發明涉及電子工程領域，進一步涉及一種應用於ATSC高畫質電視數字上的變頻多級濾波方法。
背景技術：
ATSC(Advanced Television Systems Committee，高級電視業務顧問委員會)是美國數位電視大聯盟提出的一種高清數位電視技術。它採用了6M傳輸帶寬，調製方式為8進位幅度殘留邊帶調製方式。目前ATSC電視制式的基帶信號帶通調製方案採用圖1的結構。基帶信號通過數字調製的方法，調製到中頻，中頻數位訊號通過數模變換為模擬信號，並最終被調製到指定的射頻載波頻率。中頻頻率是固定的一個頻率，其頻率為44MHz，採樣頻率為96.84MHz。
其中基帶數位訊號調製到中頻信號的過程如圖2所示。基帶信號首先通過內插零的方法，將數據採樣率提高到中頻採樣頻率。由於內插零的作用會使得信號的頻譜產生鏡像頻譜，從而產生混頻現象，所以都會採用一個數字濾波器來完成帶寬限制的功能。這個數字濾波器一般為根升餘弦有限衝激響應濾波器，既用於濾除帶寬為頻譜分量，也用於實現波形成形。根升餘弦有限衝激響應濾波器的階數是與基帶的採樣頻率和上變頻後的採樣頻率之比有關的。在比例為9時，階數會達到297階，這樣會耗損大量的硬體資源。
發明內容
本發明提供的一種應用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法，採用改進型級聯數字有限衝激響應濾波器結構，在保證數字濾波器幅頻特性的前提下，降低了數字有限衝激響應濾波器的階數，節省了大量的硬體資源。
為了達到上述目的，本發明提供了一種應用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法，其包含以下步驟
步驟1、將整個濾波器系統的系統升採樣倍數表示成若干個質數的積，每一個質數就是一個升採樣倍數，依次代表了一個升採樣過程，所有質數構成一個質數集；所述的系統升採樣倍數為整個濾波器系統的輸入信號的採樣頻率與輸出信號的採樣頻率的比例；所述的升採樣倍數為數位訊號在內插零後的採樣頻率與未內插零前的採樣頻率的比例；步驟2、第一級變頻濾波升採樣過程；步驟2.1、對輸入的基帶數字數據進行內插零的方法，得到基帶插零數字數據；步驟2.2、採用根升餘弦有限衝激響應濾波器對步驟2.1得到的基帶插零數字數據進行波形成形和鏡像頻譜濾波；因為在同樣的升採樣倍數的情況下，根升餘弦有限衝激響應濾波器的階數比步驟3中的等波紋低通有限衝激響應濾波器的階數明顯高出很多，所以根升餘弦有限衝激響應濾波器的升採樣倍數採用步驟1中得到的質數集中的最小一個質數；所述的根升餘弦有限衝激響應濾波器的數學表達式為x(n)=sinc(n)cos(n)1-42n2]]>其中，x(n)為一數字序列，就是濾波器的抽頭係數，該序列的長度就是濾波器的階數；n為從1開始的自然數，其最大值為x(n)序列的長度值；β為滾降係數，描述了濾波器頻率傳輸幅度的衰減的速度，其值一般在0～1之間；步驟3、後級變頻濾波升採樣過程；所述的後級變頻濾波升採樣過程是利用若干級等波紋低通有限衝激響應濾波器進行濾波，最終得到中頻數字數據，其中每一級濾波過程包含以下步驟步驟3.1、對上一級濾波器輸出的升採樣數據進行內插零的方法，得到基帶插零數字數據；
步驟3.2、採用等波紋低通有限衝激響應濾波器對步驟3.1得到的基帶插零數字數據進行波形成形和鏡像頻譜濾波；上述步驟3中每一級等波紋低通有限衝激響應濾波器的升採樣倍數逐一採用步驟1中得到的質數集去掉最小質數後剩下的若干質數。
本發明提供的一種應用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法，在保證了系統升採樣倍數不變和系統濾波器傳輸函數不變的情況下，使得數字濾波器的階數極大的降低了，從而節省了大量的硬體資源。
圖1是背景技術中目前ATSC電視制式的基帶信號帶通調製方案；圖2是背景技術中基帶數位訊號調製到中頻數位訊號的原理圖；圖3是本發明提供的一種應用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法的原理圖；圖4是本發明提供的一種應用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法的具體實施例的原理圖。
具體實施例方式
以下根據圖3和圖4，具體說明本發明的一種較佳實施方式如圖3所示，本發明提供了一種應用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法，將採樣頻率為10.76MHz的基帶信號，調製成採樣頻率為96.84MHz的中頻信號，其包含以下步驟(如圖4所示)步驟1、將整個濾波器系統的系統升採樣倍數設定為9，分解為3×3這兩個質數；整個升採樣過程就由兩個級聯濾波器來實現，第一級根升餘弦有限衝激響應濾波器的升採樣倍數為3，第二級等波紋有限衝激響應濾波器的升採樣倍數為3；步驟2、第一級變頻濾波升採樣過程，升採樣倍數為3；步驟2.1、對輸入的基帶數字數據進行內插零的方法，得到基帶插零數字數據；步驟2.2、採用根升餘弦有限衝激響應濾波器對步驟2.1得到的基帶插零數字數據進行波形成形和鏡像頻譜濾波，輸出數據的採樣頻率為32.28MHz；所述的根升餘弦有限衝激響應濾波器的數學表達式為x(n)=sinc(n)cos(n)1-42n2]]>其中，x(n)為一數字序列，就是濾波器的抽頭係數，該序列的長度就是濾波器的階數；n為從1開始的自然數，其最大值為x(n)序列的長度值；β為滾降係數，描述了濾波器頻率傳輸幅度的衰減的速度，其值一般在0～1之間；本實施例中採用數學演算工具MatlabR自帶的函數x＝rcosine(fd，fs，′fir/sqrt′，beta)可以自動生成抽頭係數x(n)，其中，fd為數位訊號的通帶頻率點；fs為採樣頻率值；′fir/sqrt′描述該函數生成的x序列是根升餘弦有限衝激響應濾波器的抽頭係數；beta為滾降係數；依據升採樣倍數為3，設fd＝1，fs＝3；依據ATSC標準，beta取值0.1152；依據以上參數值，rcosine函數自動生成的x(n)序列長度是97，即濾波器的階數為97階；步驟3、第二級級變頻濾波升採樣過程；步驟3.1、對第一級濾波器輸出的升採樣數據進行內插零的方法，得到基帶插零數字數據；步驟3.2、採用等波紋低通有限衝激響應濾波器對步驟3.1得到的基帶插零數字數據進行波形成形和鏡像頻譜濾波，最終得到頻率為96.84MHz的中頻數字數據；本實施例中採用數學演算工具MatlabR自帶的函數x＝remez(remezord(dbf，dba，dbdev，dbfs))自動生成等波紋數字低通有限衝激響應濾波器的抽頭係數x(n)，其中，dbf數組為通帶阻帶截至頻率，表示為[通帶頻率阻帶頻率]；dba數組為幅度，表示為[通帶幅度 阻帶幅度]；
dbfs為採樣頻率；dbdev數組為幅度最大偏差值，表示為[通帶幅度偏差值阻帶幅度偏差值]；依據升採樣倍數為3，設通帶頻率為10.76M，過渡帶為10.76M到53.8M，採樣頻率為96.84M，即，dbf＝[10.76 53.8]；dba＝[1 0]；dbf＝96.84；dbdev＝
；由上述參數生成的等波紋低通數字有限衝激響應濾波器的抽頭係數序列長度為5，即等波紋數字低通有限衝激響應濾波器階數為5階。
本具體實施例中列舉的系統升採樣倍數為9的情況，若採用一級根升餘弦有限衝激響應濾波器實現，MatlabR自帶的rcosine函數顯示其階數達到297階。而採用本發明中的級聯濾波器結構來實現，第一級根升餘弦有限衝激響應濾波器的階數為97階，第二級等波紋數字低通有限衝激響應濾波器的階數為5階，兩級數字濾波器階數之和為102階，相比一級根升餘弦有限衝激響應濾波器的297階減少了195階。
本發明提供的一種應用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法，在保證了系統升採樣倍數不變和系統濾波器傳輸函數不變的情況下，使得數字濾波器的階數極大的降低了，從而節省了大量的硬體資源。
權利要求
1.種應用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法，其特徵在於，包含以下步驟步驟1、將整個濾波器系統的系統升採樣倍數表示成若干個質數的積，每一個質數就是一個升採樣倍數，依次代表了一個升採樣過程，所有質數構成一個質數集；所述的系統升採樣倍數為整個濾波器系統的輸入信號的採樣頻率與輸出信號的採樣頻率的比例；所述的升採樣倍數為數位訊號在內插零後的採樣頻率與未內插零前的採樣頻率的比例；步驟2、第一級變頻濾波升採樣過程；步驟2.1、對輸入的基帶數字數據進行內插零的方法，得到基帶插零數字數據；步驟2.2、採用根升餘弦有限衝激響應濾波器對步驟2.1得到的基帶插零數字數據進行波形成形和鏡像頻譜濾波；所述根升餘弦有限衝激響應濾波器的升採樣倍數採用步驟1中得到的質數集中的最小一個質數；步驟3、後級變頻濾波升採樣過程；所述的後級變頻濾波升採樣過程是利用若干級等波紋低通有限衝激響應濾波器進行濾波，最終得到中頻數字數據，其中每一級濾波過程包含以下步驟步驟3.1、對上一級濾波器輸出的升採樣數據進行內插零的方法，得到基帶插零數字數據；步驟3.2、採用等波紋低通有限衝激響應濾波器對步驟3.1得到的基帶插零數字數據進行波形成形和鏡像頻譜濾波；所述步驟3中每一級等波紋低通有限衝激響應濾波器的升採樣倍數逐一採用步驟1中得到的質數集去掉最小質數後剩下的若干質數。
2.如權利要求1所述的用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法，其特徵在於，所述的步驟2.2中，所述的根升餘弦有限衝激響應濾波器的數學表達式為x(n)=sinc(n)cos(n)1-42n2]]>其中，x(n)為一數字序列，就是濾波器的抽頭係數，該序列的長度就是濾波器的階數；n為從1開始的自然數，其最大值為x(n)序列的長度值；β為滾降係數，描述了濾波器頻率傳輸幅度的衰減的速度，其值一般在0～1之間。
3.如權利要求1所述的用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法，其特徵在於，所述的步驟2.2，採用數學演算工具MatlabR自帶的函數x＝rcosine(fd，fs，′fir/sqrt′，beta)可以自動生成抽頭係數x(n)，其中，fd為數位訊號的通帶頻率點；fs為採樣頻率值；′fir/sqrt′描述該函數生成的x序列是根升餘弦有限衝激響應濾波器的抽頭係數；beta為滾降係數。
4.如權利要求1所述的用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法，其特徵在於，所述的步驟3.2採用數學演算工具MatlabR自帶的函數x＝remez(remezord(dbf，dba，dbdev，dbfs))自動生成等波紋數字低通有限衝激響應濾波器的抽頭係數x(n)，其中，dbf數組為通帶阻帶截至頻率，表示為[通帶頻率阻帶頻率]；dba數組為幅度，表示為[通帶幅度阻帶幅度]；dbfs為採樣頻率；dbdev數組為幅度最大偏差值，表示為[通帶幅度偏差值阻帶幅度偏差值]。
全文摘要
一種應用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法，採用若干根升餘弦有限衝激響應濾波器和等波紋低通有限衝激響應濾波器級聯的方法，對基帶數字數據進行內插零後變頻濾波升採樣，最後得到中頻數字數據。本發明提供的一種應用於ATSC高清數位電視上的變頻多級濾波方法，在保證了系統升採樣倍數不變和系統濾波器傳輸函數不變的情況下，使得數字濾波器的階數極大的降低了，從而節省了大量的硬體資源。
文檔編號H03H17/02GK1988644SQ20061014723
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月14日 優先權日2006年12月14日
發明者劉才勇, 竺海安, 王國中 申請人:上海廣電(集團)有限公司中央研究院