CN1039164A - 电视电话中正交幅度调制的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明令QAM信号的I的Q通道上数据包中的正弦波的振幅表示彩色、灰度或亮度值。令I和Q通道上数据包中交叠的正弦波周期表示同一个或相邻的象素。在每次传送数据包之前先传送一个同步信号。该同步信号是I和Q通道上为最大振幅的多个正弦周期。该同步信号同时具有两个功能。第一，用于表示新行的开始。第二，同步信号的相位用于初始化解调器的相位检波电路。

Description

本发明涉及的是用正交幅度调制在电话线上传送视频信号的技术。

对于在电波或电缆中的电视传送，所提供的传送链路具有很宽的频带。它们也可以采用将要介绍的调制方法，该方法并不是专门用于频带很宽的电话线的。对于电视信号中每个被传送的行有：1.在行间的黑色间隔中的水平同步信号，2.在色副载频中同步用的色消隐脉冲，3.综合信号，它由两部分组成：a.在一个正交调幅的同相（I）和正交（Q）通道上的两个色差信号，b.用作亮度信号的副载波。由于人眼辨别亮度比辨别颜色的能力强，所以亮度信号的频带宽。

典型的传真机或电传机使用窄频带的电话线。传真机把彩色或灰度信号变成数字代码，然后象其他别的数据一样通过调制解调器传送之。每个代码由一些1和0的位组成，这样，改变1或0的值造成的误差就会产生代码值的很大变化（这取决于该位的位置），结果造成接收信息中的很大的误差。另一种传真系统，见美国专利No.3517117，用两个电平分别代表黑和白并改变脉冲的宽度表示不同的灰度。

美国专利No.4739413所示的系统中，用正弦波信号的相邻的振幅来表示相邻的彩色或灰度值，因而幅度的误差将造成检出信号的较小的误差。该系统显示出了带有多重幅度电平的两个节拍，因而过零总是出现在同样的位置，很容易检测到。QAM（正交幅度调制）传送可使被传送的数据量加倍，但可能需要不同的方法，因为过零点不清楚了。

本发明用QAM信号的I和Q通道上数据包中相邻正弦波周期的幅度来表示相邻的彩色，灰度或亮度值。用在数据包中I和Q通道上交叠的正弦波周期表示同一个或相邻的象素。在每次传送数据包之前先发出同步信号。同步信号是I和Q通道上为最大幅度的多个周期。该同步信号同时有两个功能。第一：用来表示新包的开始：第二：同步信号的相位用来初始化解调器相位检波电路。

在一个实施例中，该同步信号还有第三个功能。同步信号的幅度被用来校准解调器中的幅度检波器。

对于灰度信号，灰度（亮度）是由I和Q通道上相邻象素的发送对传送的。即，其中相邻的振幅表示相邻的灰色调，黑和较暗的灰色调为第一相位，而白和较亮的灰色调为第二相位。

对于彩色值的传送，彩色象素数据最好先分成两块，包的第一块提供一行的亮度数据，包的第二块提供色差值。最好在传送通道上把两个视频行合并，一行被分配到I通道，另一行被分配到Q通道。

对于每个正弦波周期，I和Q通道包含象素信息，它们在同一列或行中是互相邻接的。这样，传送误差只引起相邻象素的很小的变化，这些象素大多具有相同或类似的彩色及亮度。

这样，本发明使在窄频带的电话线上可传送的视频数据量达到最大。

在波头期间解调器锁定在载波的中心频率，并在整个传送期间使用该中心频率。相位误差仅在同步信号期间被补偿，补偿由相位调整电路完成，该电路在数据包期间被微处理器关闭。不需要经常地同步，因为数据包比较短。

为进一步理解本发明的特性和优点，请参见下面的详细说明和附图。

说明书附图的简要说明：

图1A    是象素与通道分配的示例图

图1B    是根据本发明的传送顺序图

图1C    是色差平均方法图

图2    是本发明的同步信号图

图3A    是QAM包的示意图，它示出了QAM包和同步段

图3B    是实现图3A的彩色传送的实施例

图4    是根据本发明的调制器的框图

图5    是根据本发明的解调器的框图

图6    是图5的载波锁定恢复电路的示意图

图7    是图5的数据锁定恢复电路的示意图

下面将结合附图对本发明作进一步详述：

图1示出了构成一屏影象的象素阵列10。第一行象素编号为1-160，第二行为161-320，等等。对于QAM传送，两个视频行一起传送，行1在I通道，行2在Q通道。这样象素1和象素161的亮度、彩色或灰度信息几乎是同时传送的（两个通道之间差90°）。因为这两个象素是相邻的，所以它们大多具有相同或类似的值。因而这两个象素之间的干扰最小。

在第一个包被传送之前，先发送一个前置信号或叫作波头（Header）12。其后跟着同步信号14，然后是第一个数据包（同步信号在图2中详述）。再后边是其他的数据包，它们代表了所剩各行的视频信号。这一序列示于图1B。

图1C是色差数据平均图，其彩色数据计算为：

亮度    Y：160×100

色差    R-Y：80×50

B-Y：80×50

（R-Y）_A＝[（R-Y）₁+（R-Y）₂+（R-Y）₁₆₁+（R-Y）₁₆₂]/H

（B-Y）_A＝[（B-Y）₁-（B-Y）₂+（B-Y）₁₆₁-（B-Y）₁₆₂]/H

图2示出了两个数据通道之间的包同步信号24。同步信号24由I通道成份26和Q通道成分28组成，他们都处于正弦波信号的最大振幅。如所示，相差90°的同步信号26和28的组合结果是组合信号与I及Q通道信号的相位各差45°，而振幅大约是它们的1.4倍。同步用的正弦波周期的重复数目与数据包的长度、行噪声、频率漂移及系统锁定精度有关。

图3A示出了QAM传送的生成格式。它示出了Q通道29，I通道31和组合通道33。组合通道33包括波头35和初始同步段37，同步段长度为M个符号。其后是QAM包，其长度为N个符号，再其后是带有初始同步段的另一些包。每个包可以用亮度及/或彩色信息编码。I和Q通道相移90°。在波头和同步段期间它们是等幅度的，结果其组合波相移45°且振幅增加1.4倍。

虽然同步段可以按要求放置，但最好是每个视频行或几个视频行有整数个包，这样第X个同步段都对应一个行开始，因而容易识别。例如，每个同步段都可以指示一个行开始，或者交替的同步段如段37、41和43与行开始有关。

图3B示出了一个彩色传送的格式的例子。它示出了I通道30、Q通道32和组合通道34。组合通道34仅仅是I和Q通道的叠加。关于组合通道34，它包含一个波头，其后跟一个同步信号。再后面是行1和行2的亮度信息，然后是行1和行2的色差信号。亮度信号中旋转了160个符号（正弦波周期），这样，在每个通道上一个符号就对应了一个象素。而对于色差信号只有80个符号，因为它所需的分辨率低（见图1C）。这样，对于每个通道，一个符号对应4个象素，颜色就是4个象素的平均。色差信号是B-Y和R-Y，它们是用标准方法计算的（B＝兰，R＝红，Y＝亮度）。行1和行2的色差包后边是下一行的行同步信号，再后边是行3和行4的亮度及色差包。

图4是本发明的发送调制器的示意框图。微处理器36从摄象机或其他视频源接收象素数据并将它存入存贮器（图中未示出）。对应某一特定象素的QAM正弦波信号的幅度和相位值是由微处理器36由数字查找表（QAM正弦波查找表）38确定的。然后该值被加到数/模转换器40，使正弦波周期变为模拟形式。脉冲整形和发送滤波器42使信号平滑以便在电话线44上传送。

在图4的QAM调制器中，脉冲形状形状被模拟成余弦、正弦波形。

图5是与图4的调制器相对应的解调器。接收器和滤波器46从电话线44接收信号。这些信号被送到可编程增益控制电路48，该电路由微处理器通过控制线50编程。该微处理器与图4的调制器中所用的微处理器可以是同一个。

在波头及同步段期间，限幅器52检出接收信号的过零点并提供代表这样的点的数字信号（LLSIG）。该信号被载波恢复锁相环54利用来调整解调信号（RCVCI和RCVCQ），这样它们与适当的解调器的输入信号同相以得到精确的接收数据。

载波恢复锁相环（PLL）54返回两个信号给解调器56，RCVCI用于解调I通道，RCVCQ用于解调Q通道。这两个信号相位相差90°。在同步期间这两个信号与输入信号相位差45°（输入信号由I和Q通道上的幅度相等的两个信号组成）。

锁相过程仅在波头期间和同步脉冲期间进行，因为在QAM数据包期间过零点是不可断定的。当微处理器数同步符号数目，并从而知道了何时要把CARR-LOCK信号锁定到当前的相位设定时，PLL    54完成这种动作。

RCVCI和RCVCQ信号被同步正交解调器56用于把线58上的输入信号分开以得到线60和62上的两个信号。得到的这两个信号各自通过一个基带滤波器64、66以限制载波的泄漏，然后被分别送入采样保持电路68，70。两通道模拟信号混合器72再把它们送到一个模/数转换器74，在那里微处理器得到它们的值的相应的数字表示。

数据的精确采样是由信号2FDATI，2FDATQ和SELIQ确定的。这些信号是由数据时钟恢复锁相环76提供的。这个锁相环与载波恢复锁相环54非常类似，只是它利用信号LLDAT作为要锁定的输入信号;而且它总是工作的，即它总不被微处理器锁住。LLDAT是由限幅器78产生的数字信号，它代表输入数据的时钟。

载波恢复PLL54的详情示于图6。为了调整相位，载波恢复PLL54产生两个信号：一个是输入载波的二倍频且与之同相的2LLSI，另一个参考信号2FCAR是解调信号RCVC的二倍频。信号2LLSI是由LLSIG信号（从限幅器52接收的）通过边沿检波器80及信号发生器82得到的。这两个信号在相位比较器84中比较，计算出输入信号（LLSI）和解调信号（RCVC）之间的相位差。这一误差在数字滤波器86中被低通滤波，以使噪声和图象不稳定的影响最小，然后由相位调整电路88产生一个相位校正因子。CARR-LOCK信号是由微处理器产生的，它使相位调整电路88仅在同步信号期间启动。

相位校正因子被送到加法器90与由频率计数器92和1的补码电路94产生的中心频率值相加。然后该相位校正因子被送到信号发生器98以调整解调信号（RCVC）和参考信号（2FCAR）的相位。这一过程重复多个接收信号周期，直到相位误差被调到最小。

该载波恢复锁相环的一个极好的特性是它的对准输入频率的能力。通过提供至少包含32个同步脉冲的序列（很类似波头信号）并将TRAIN信号置1，PLL54可以计算时输入频率并按此基准调整所有的相位。TRAIN信号是由微处理器产生的，当32个同步波形开始时它启动中心频率的计算。这种能力对于真正的QAM解调是必须的，因为否则来自电话线的频率漂移将使解调信号（RCVCI和RCVCQ）偏离理想的解调点，而且该点在锁定期间还会移动。频率计数器92计下64个半周期的频率，然后除以64得到中心频率。然后该数值在整个传送中被锁定。

图7所示的数据时钟恢复PLL    76与图6的载波恢复PLL    54是类似的。接收的信号（LLDAT）通过一个边沿检波器100和信号发生器102处理，然后被送到相位比较器104。每当相位变化时I通道的数据中就发生LLDAT的转换。如上所述的PLL    54，PLL    76也比较两个信号，它们是两倍于正常数据速率的，并通过相位调整电路108来调整信号发生器106，使相位误差减到最小。相位调整电路接收数字滤波器110中滤过的相位误差信号。信号发生器106提供2FDATI和2FDATQ。这两个信号控制采样保持电路（图5中的68，70），并通知微处理器何时去读模/数转换器。信号SELIQ只是2FDATI和2FDATQ的叠加，用于控制通道模拟信号混合器72。

由于本发明终将被精于此技术的人所理解，所以本发明可能会以某种其他形式实现而并没有超出本发明的思想或特征。例如，调制值可以由模拟电路产生，而不是由查找表产生。因而，公开了本发明的最佳实施例是为了说明问题，而不是限制本发明的范围，其范围在如下的权利要求中进一步申明。

Claims (10)

1、一种在电话线上传送与视频影象的象素对应的数据的方法，它利用具有同相I和正交Q通道的正交幅度调制(QAM)，该方法包括如下的步骤：

让上述I和Q通道上数据包中的相邻的正弦波的幅度表示相邻的彩色，灰度或亮度值；

让上述I和Q通道上上述数据包中交叠的正弦波周期表示同一个或相邻的象素；

在传送每个数据包之前传送一个同步信号，这里所说的同步信号是在I和Q通道上的多个正弦周期；

并使上述的解调器初始化为上述的同步信号的相位。

2、根据权利要求1的方法，其中所说的同步信号为最大振幅，并进而包括将解调器的幅度检波器校准到上述的同步信号的最大振幅的步骤。

3、根据权利要求1的方法，其中相邻的振幅表示相邻的灰色调，黑和较暗的灰色调为第一相位而白和较亮的灰色调为第二相位。

4、根据权利要求1的方法，其中彩色信息的传送是先传送亮度数据然后传送色差信息，这里所说的第一行的象素的亮度数据是在I或Q通道顺序传送的，而其相邻行的象素的亮度数据是在另一通道（Q或I）上顺序传送的，然后在I和Q通道上传送来自行1和行2的平均色差信号。

5、根据权利要求4的方法，其中亮度数据的周期数目大于色差数据的周期数。

6、根据权利要求1的方法，其中每一第n个同步信号都指示新行的开始。

7、一种在电话线上传送视频影象的象素所对应的数据的系统，它利用具有同相I和正交Q通道的正交幅度调制（QAM），该系统包括：

令上述I和Q通道上数据段中相邻的正弦波振幅表示相邻的彩色，灰度或亮度值的装置;

令上述I和Q通道中数据段中的交叠的正弦波周期表示同一个或相邻的象素的装置;

在每次传送QAM数据包之前传送一个同步信号的装置，这里所说的同步信号是I和Q通道上的多个正弦周期;

以及将解调器初始化为上述同步信号相位的装置。

8、根据权利要求7的系统，其中所说的同步信号为最大振幅，并进而包括将解调器的幅度检波器校准到上述同步信号的最大振幅的装置。

9、根据权利要求7的系统，该系统进一步包括：

传送载波频率初始化信号的装置;

由接收的载波频率初始化信号确定平均中心频率的装置;

以及检测载波频率初始化信号并仅在初始化信号期间启动确定中心频率的装置的微处理器。

10、根据权利要求7的系统，其中所说的用于初始化的装置还包括一个锁相环（PLL），并且还包括一个检测同步信号并在同步信号期间启动该PLL的微处理器。

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