用于数字电视基带信号的采样速率转换器及转换方法

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。

说明书

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。

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匀抽取；

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。

附图说明

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p。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＜p＜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匀输出；当6＜p＜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＜p＜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＜p＜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f_sample，符号速率为f_symbol，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_sample-2*f_symbol，将其归一化为再将这个式子拆开得到其中就是比例值。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S110：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。