专利名称：用于数字电视基带信号的采样速率转换器及转换方法
技术领域：
本发明涉及一种数字信号处理技术，特别涉及一种用于数字电视接收领域中的基带信号采样速率转换器及转换方法。
背景技术：
随着信息和数字技术的飞跃发展，电视正步入全面数字化时代。数字电视 有着传输效率高、信号质量高与抗干扰能力强等优点。数字电视的传输一般采用 QAM(QuadratureAmplitude Modulation，正交幅度调制)调制方式。在这些系统的解调系 统中，需要利用接收到的数据实现符号同步。符号同步是一种使接收机的时钟与发射机时 钟保持同步的方法。数据接收机接收到的高频信号经过高频头变为中频模拟信号，中频模拟信号经过 A/D转换后变为数字小中频信号，再由载波恢复模块将数字小中频信号变为基带信号。由于 发射端的采样时钟与接收端的采样时钟不一致，导致基带信号的采样速率与符号速率不是 整数倍关系，所以需要将基带信号的采样速率转换为符号速率。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种能够将数字电视基带信号的采样速率转换为符号速率 的采样速率转换器及采样速率转换方法。本发明提出的用于数字电视基带信号的采样速率转换器包括数据抽取模块，用于在抽取倍数的控制下对输入的数字基带信号进行均勻抽取；频谱形成模块，用于从所述数据抽取模块输出的数字基带信号中收集N个点，将 各点做离散傅里叶变换输出离散频谱，将数据转换至频域，在频域上找到信号占据的带 宽；比例检测模块，用于检测频谱总带宽与信号带宽的比例值，并根据该比例值与抽 取倍数的对应关系，重新设置所述数据抽取模块的抽取倍数，并将数据抽取模块重新设置 抽取倍数后获得的比例值作为初始比例值；比例搜索模块，用于在比例检测出来的频谱比例值附近进行扫描遍历，且搜索的 方法呈“Z”字形，即在检测到的比例值附近以左右交替的规则逐渐向外扩大搜索，直到找到 一个正确的比例值为止；内插控制模块，用于对搜索比例信息进行累加，输出内插因子及数据使能信号；内插滤波模块，用于根据内插因子，将数据抽取模块再设抽取倍数后输出的数据 进行采样速率的转换；定时锁定检测模块，用于根据数据使能信号决定内插滤波模块输出的数据是否有 效，并对有效的数据进行定时锁定检测，当判定为未锁定时，向所述比例搜索模块发出继续 搜索下一比例值的控制信号，当判定为锁定时，采样速率转换完成。本发明还提出一种用于数字电视基带信号的采样速率转换方法，包括下列步骤
a接收数字电视基带信号，在抽取倍数的控制下对输入的数字基带信号进行均勻 抽取；b从数据抽取模块输出的数字基带信号中收集N个点，将各点做离散傅里叶变换 输出离散频谱，将数据转换至频域，在频域上找到信号占据的带宽；
c检测频谱总带宽与信号带宽的比例值，并根据该比例值与抽取倍数的对应关系， 重新设置所述数据抽取模块的抽取倍数，并将数据抽取模块重新设置抽取倍数后获得的比 例值作为初始比例值；d在比例检测出来的频谱比例值附近进行扫描遍历，且搜索的方法呈“Z”字形，即 在检测到的比例值附近以左右交替的规则逐渐向外扩大搜索，直到找到一个正确的比例值 为止；e对搜索比例信息进行累加，并输出内插因子及数据使能信号；f根据内插因子，将数据抽取模块再设抽取倍数后输出的数据进行采样速率的转 换；g根据数据使能信号决定内插滤波模块输出的数据是否有效，并对有效的数据进 行定时锁定检测，当判定为未锁定时，向所述比例搜索模块发出继续搜索下一比例值的控 制信号，当判定为锁定时，采样速率转换完成。本发明提供的采样速率转换器通过调整总带宽与信号带宽的比例值来调整内插 滤波模块的内插因子，再利用定时锁定检测模块进行判断，最终完成采样频率转换成符号 频率，转换效果良好。
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中图1是本发明提出的采样速率转换器的结构框图；图2是本发明中的比例检测示意图；图3是本发明中的抽取倍数选择流程图；图4是本发明中的搜索比例值获取方式的示意图；图5是本发明中的内插控制模块的示意图；图6是本发明中的内插滤波结构模块的示意图；图7是本发明中的定时锁定检测模块的示意图。
具体实施例方式请参阅图1，本发明提出的采样速率转换器100包括一个数据抽取模块101、一个 频谱形成模块102、一个比例检测模块103、一个比例搜索模块104、一个内插控制模块105、 一个内插滤波模块106及一个定时锁定检测模块107。所述数据抽取模块101用于接收数字基带信号，其预设一初始值为1的抽取倍数。 当抽取倍数为初始值时，所述数据抽取模块101将数据输出给所述频谱形成模块102 ；当抽 取倍数被再次设置时，所述数据抽取模块101将数据同时输出给所述内插滤波模块106及 所述频谱形成模块102。当然，所述数据抽取模块101也可以在抽取倍数变化前后均将数 据输出给所述内插滤波模块106，但此时所述内插滤波模块106需要判断数据抽取模块101是否是第一次发送数字基带信号，如果判断为第一次发送数字基带信号则不予接收。所述 数据抽取模块101的初始值为1，表示首次不对数字基带信号进行抽取。
所述频谱形成模块102用于从所述数据抽取模块101输出的数字基带信号中收集 多个点，对各点做离散傅里叶变换得到数据的离散频谱，并输出给所述比例检测模块103。 本实施方式中，所述频谱形成模块102收集128个点。当然，所述频谱形成模块102也可以 收集256或512个点。比例检测模块103用于从所述离散频谱中获取总带宽与信号带宽的比例值，还用 于根据预设的比例值与抽取倍数的对应关系，重新设置所述数据抽取模块101的抽取倍 数，并将所述数据抽取模块101重新设置抽取倍数后获得的比例值作为初始比例值。本实施方式中，所述频谱形成模块102输出的离散频谱的总带宽与信号带宽的第 一次比例值设为未抽取比例值。请参阅图2，以所述频谱形成模块102输出的离散频谱的离 散频谱点的总个数为128个，信号离散频谱点为30个为例。其中A代表信号所占的带宽， 即信号的符号速率的带宽，B代表总带宽，即采样速率的带宽。该带宽的单位用离散频谱点 的个数来表示，A的宽度占据了 30个离散频谱点，则称信号的带宽为30 ；由于采用了 128 点的离散傅里叶变换，所以总带宽为128。所述比例检测模块103计算的未抽取比例值是 128/30。请参阅图3，将这个未抽取比例值定义为ρ。所述比例检测模块103内预设多个分 段区间。因为满足奈奎斯特采样定理，所以采样速率至少为符号速率的两倍，所以P的值一 定大于2，而且本实施方式中也不是符号速率的整数倍。本实施方式中，所述比例检测模块 103 的分段区间包括 2 <p<4，4<p<6，6<p<9，9<p<12，12<p<15 等。当 2 < P < 4时，所述比例检测模块103设置所述数据抽取模块101的抽取倍数为1，表示对数 据不进行抽取。当4 < ρ < 6时，所述比例检测模块103设置所述数据抽取模块101的抽 取倍数为2，即在每两个点中取一个点作为有效输出且是均勻输出；当6 < ρ < 9时，所述 比例检测模块103设置所述数据抽取模块101的抽取倍数为3 ；当9 < ρ < 12时，所述比 例检测模块103设置所述数据抽取模块101的抽取倍数为4 ；当12 < ρ < 15时，所述比例 检测模块103设置所述数据抽取模块101的抽取倍数为5，以此类推。本实施方式中，当所述比例检测模块103设置所述数据抽取模块101的抽取倍数 后，使所述数据抽取模块101进行抽取操作。所述数据抽取模块101将抽取后的数据输出 给所述频谱形成模块102及内插滤波模块106。所述频谱形成模块102及所述比例检测模 块103再根据所述数据抽取模块101输出的数据进行操作，得到所述初始比例值。因为经 过抽取后信息带宽占总带宽的比重有所增加，所以经过数据抽取模块101抽取后的数据计 算出的初始比例值比第一次计算出的未抽取比例值要精确些。所述比例检测模块103将初 始比例值输出给比例搜索模块104，如图1所示。所述比例搜索模块104，用于增加一个步长值作为搜索比例值，当首次增加时，将 初始比例值增加一个步长值，当再次增加时，将上一次的搜索比例值增加一步长值，且该步 长值与上一次增加的步长值正负号符号相反，大小较上一次增加的步长值多一个步长。请 参阅图4，所述纵轴的位置表示初始比例值所处的位置，标号为1的点表示初始比例值增加 一个步长值后的比例值，即搜索比例值；标号为2的点表示第一个搜索比例值增加一个步 长值后的比例值，标号为3的点表示第二个搜索比例值增加一个步长值后的比例值。本实施方式中，该步长值依次为1，-2,3, -4,5, -6,7, -8。内插控制模块105，用于根据搜索比例值输出内插因子及数据使能信号。为了将所 述内插滤波模块106内插后的数据转化为2倍符号速率，需要对内插后的数据进行使能控 制。本实施方式中，设采样速率为fsample，符号速率为^ymtol，抽取倍数为n，由于定时锁定检 测需要两倍的符号速率，可以得到采样速率与两倍符号速率的差值为f—^-f^w，将其
归一化为L^r2vW ,再将这个式子拆开得到—。其中7J1::就是比
2 fsymbol^ fsymbolsymbol
例值。由于miu表示的是平均每个采样点的偏差，它累加达到1的时候表示可以去掉一个采样点。请参阅图5，所述比例搜索模块104输出的搜索比例值输入内插控制模块105先 与0.5相乘，相乘的结果与1相减，对相减后的结果进行累加，当累加值达到1的时候向所 述定时锁定检测模块107输出数据使能无效信号，表示当前所述内插滤波模块106内插输 出的数据无效，并减去一个采样点。否则输出数据使能有效信号。累加值去掉整数部分后 的结果称为内插因子，输出给内插滤波模块106。内插滤波模块106用于根据内插因子将数据抽取模块101再设抽取倍数后输出的 数据进行采样速率的转换。本实施方式中，所述内插滤波模块106采用分段抛物线内插器， 如图6所示，当然，所述内插滤波模块106还可以是三角内插器、立方内插器等。定时锁定检测模块107用于根据数据使能信号决定内插滤波模块106输出的数 据是否有效，并对有效的数据进行定时锁定检测，当判定为未锁定时，向所述比例搜索模块 104发出增加比例值步长的控制信号，当判定为锁定时，采样速率转换完成。本实施方式中， 所述定时锁定检测的结构如图7所示。所述定时锁定检测模块107将内插后的数据前后两 个数据分别先平方后再作差，将2000个差值累加求得平均值与锁定门限比较，如果这个值 高于锁定门限则说明搜索比例值正确，所述内插滤波模块106已将采样数据速率转换至2 倍符号速率，采样速率被锁定。如果这个值低于锁定门限则说明搜索比例值错误，采样速率 未被锁定，同时所述定时锁定检测模块107向所述比例搜索模块104发出增加比例值步长 的控制信号，所述比例搜索模块104接收到控制信号后将生成新的搜索比例值。请参阅图8，为采样速率转换方法的流程图，具体步骤如下步骤SllO 接收数字基带信号。本实施方式中，利用所述数据抽取模块101接收 数字基带信号。步骤S112 从接收的数字基带信号中收集N个点，对各点做离散傅里叶变换得到 数据的离散频谱。本实施方式中，所述数据抽取模块101第一次不对数字基带信号进行抽 取，直接将接收到的数字基带信号传输给频谱形成模块102。所述频谱形成模块102收集数 字基带信号中的128个点，对各点做离散傅里叶变换得到数据的离散频谱。当然，所述频谱 形成模块102也可以收集256或512个点。步骤S114:计算离散频谱中离散频谱的总带宽与信号带宽的比例值，并根据预设 的比例值与抽取倍数的对应关系获取比例值对应的抽取倍数。本实施方式中，利用所述比 例检测模块103计算离散频谱中总带宽与信号带宽的比例值，所述比例检测模块103内预 设分段区间，所述比例检测模块103根据比例值在分段区间中的位置设置所述数据抽取模 块101的抽取倍数。步骤S116 将数字基带信号按照重新设置的抽取倍数进行抽取。本实施方式中，所述抽取模块101根据所述比例检测模块103设置的抽取倍数对数字基带信号进行抽取。步骤S118 从抽取后的数字基带信号中收集多个点，对各点做离散傅里叶变换得 到数据的离散频谱。该步骤与步骤S112基本相同，不同之处在于处理的是抽取后的数字基
带信号。 步骤S120:计算抽取后的数字基带信号的离散频谱的总带宽与信号带宽的比例 值作为初始比例值。所述比例检测模块103根据抽取后的数字基带信号的离散频谱得到所 述初始比例值。步骤S122 将所述初始比例值增加一步长值作为搜索比例值。本实施方式中，所 述比例搜索模块104将初始比例值增加一步长值得到搜索比例值，并将搜索比例值输出给 所述内插控制模块105。步骤S124 根据搜索比例值得到数据使能信号与内插因子。本实施方式中，所述 比例搜索模块104输出的比例值输入内插控制模块105先与0. 5相乘，相乘的结果与1相 减，对相减后的结果进行累加，当累加值达到1的时候向所述定时锁定检测模块107输出数 据使能无效信号，表示当前所述内插滤波模块106内插输出的数据无效，并减去一个采样 点；否则输出数据使能有效信号。累加值去掉整数部分后的结果称为内插因子，输出给内插 滤波模块106。步骤S126 根据内插因子，按照内插方法对抽取的数字基带信号进行采样速率的 转换。本实施方式中，利用分段抛物线内插器根据内插因子对抽取后的数字基带信号进行 采样速率的转换。步骤S128 判断数据使能信号是否有效，所述定时锁定检测模块107判断所述内 插控制模块105输出的是数据使能有效信号还是数据使能无效信号。步骤S130 当数据使能信号为使能有效信号时，利用定时锁定检测方法判定转换 的采样速率能否被锁定。本实施方式中，当所述定时锁定检测模块107判断所述内插控制 模块105输出的是数据使能有效信号时，将所述内插滤波模块106内插后的数据前后两个 数据分别先平方后再作差，将2000个差值累加求得平均值与锁定门限比较，如果这个值高 于锁定门限则说明搜索比例值正确，所述内插滤波模块106已将采样数据速率转换至2倍 符号速率，采样速率被锁定；否则搜索比例值错误，采样速率未被锁定。步骤S132 当采样速率判断为未锁定时，将所述搜索比例值增加一步长值，转到 根据搜索比例值得到数据使能信号与内插因子的步骤中。本实施方式中，所述比例搜索模 块104将搜索比例值增加一个正负号方向相反的步长值，且该步长值的大小较上次步长值 增加一个步长，转到步骤124。在步骤S128中，当判断出的数据使能信号为使能无效信号时，返回步骤S124重新 获取数据使能信号。在步骤S130中，当利用定时锁定检测方法判定转换的采样速率能被锁 定时，采样速率转换完成。本发明提供的采样速率转换器通过调整总带宽与信号带宽的比例值来调整内插 滤波模块的内插因子，再利用定时锁定检测模块进行判断，从而可以使得内插滤波模块能 够将采样频率转换成符号频率。应当理解到，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其 它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
一种用于数字电视基带信号的采样速率转换器，其特征在于包括数据抽取模块，用于在抽取倍数的控制下对输入的数字基带信号进行均匀抽取；频谱形成模块，用于从所述数据抽取模块输出的数字基带信号中收集N个点，将各点做离散傅里叶变换输出离散频谱，将数据转换至频域，在频域上找到信号占据的带宽；比例检测模块，用于检测频谱总带宽与信号带宽的比例值，并根据该比例值与抽取倍数的对应关系，重新设置所述数据抽取模块的抽取倍数，并将数据抽取模块重新设置抽取倍数后获得的比例值作为初始比例值；比例搜索模块，用于在比例检测出来的频谱比例值附近进行扫描遍历，且搜索的方法呈“Z”字形，即在检测到的比例值附近以左右交替的规则逐渐向外扩大搜索，直到找到一个正确的比例值为止；内插控制模块，用于对搜索比例信息进行累加，输出内插因子及数据使能信号；内插滤波模块，用于根据内插因子，将数据抽取模块再设抽取倍数后输出的数据进行采样速率的转换；定时锁定检测模块，用于根据数据使能信号决定内插滤波模块输出的数据是否有效，并对有效的数据进行定时锁定检测，当判定为未锁定时，向所述比例搜索模块发出继续搜索下一比例值的控制信号，当判定为锁定时，采样速率转换完成。
2.如权利要求1所述的采样速率转换器，其特征在于当初始抽取倍数设定为1时，所 述数据抽取模块将数据直接输出给所述频谱形成模块，当抽取倍数被再次设置时，所述数 据抽取模块将数据同时输出给所述内插滤波模块及所述频谱形成模块。
3.如权利要求1所述的采样速率转换器，其特征在于所述比例检测模块内预设分段 区间，所述比例检测模块根据所述未抽取比例值在分段区间中的位置设置所述数据抽取模 块的抽取倍数。
4.如权利要求1所述的采样速率转换器，其特征在于所述比例检测模块中带宽的单 位以离散频谱点的个数表示。
5.如权利要求1所述的采样速率转换器，其特征在于，所述内插滤波模块采用分段抛 物线内插器。
6.一种用于数字电视基带信号的采样速率转换方法，其特征在于包括下列步骤a接收数字电视基带信号，在抽取倍数的控制下对输入的数字基带信号进行均勻抽取；b从数据抽取模块输出的数字基带信号中收集N个点，将各点做离散傅里叶变换输出 离散频谱，并转换至频域，在频域上找到信号占据的带宽；c检测频谱总带宽与信号带宽的比例值，并根据该比例值与抽取倍数的对应关系，重新 设置所述数据抽取模块的抽取倍数，并将数据抽取模块重新设置抽取倍数后获得的比例值 作为初始比例值；d在比例检测出来的频谱比例值附近进行扫描遍历，且搜索的方法呈“Z”字形，即在 检测到的比例值附近以左右交替的规则逐渐向外扩大搜索，直到找到一个正确的比例值为 止；e对搜索比例信息进行累加，并输出内插因子及数据使能信号； f根据内插因子，将数据抽取模块再设抽取倍数后输出的数据进行采样速率的转换；g根据数据使能信号决定内插滤波模块输出的数据是否有效，并对有效的数据进行定 时锁定检测，当判定为未锁定时，向所述比例搜索模块发出继续搜索下一比例值的控制信 号，当判定为锁定时，采样速率转换完成。
7.如权利要求6所述的采样速率转换方法，其特征在于步骤e中，当数据使能信号为 使能无效信号时，转到根据搜索比例值得到数据使能信号与内插因子的步骤中。
8.如权利要求6所述的采样速率转换方法，其特征在于当初始抽取倍数设定为1时， 所述数据抽取模块将数据直接输出给所述频谱形成模块，当抽取倍数被再次设置时，所述 数据抽取模块将数据同时输出给所述内插滤波模块及所述频谱形成模块。
9.如权利要求6所述的采样速率转换方法，其特征在于所述总带宽与信号带宽的单 位以离散频谱点的个数表示。
10.如权利要求6所述的采样速率转换方法，其特征在于步骤f中，使用分段抛物线 内插器进行采样速率的转换。
全文摘要
本发明公开了一种用于数字电视基带信号的采样速率转换器及转换方法，所述的采样速率转换器包括数据抽取模块、频谱形成模块、比例检测模块、比例搜索模块、内插控制模块、内插滤波模块和定时锁定检测模块。本发明通过调整总带宽与信号带宽的比例值来调整内插滤波模块的内插因子，再利用定时锁定检测模块进行判断，最终将采样频率转换成符号频率，转换效果良好。
文档编号H04L7/00GK101867740SQ20101018041
公开日2010年10月20日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者张敏, 肖永平, 陈燕生 申请人:深圳国微技术有限公司