用于模拟和数字信号路径的精细对准的系统和方法

xiaoxiao2020-7-22  9

专利名称:用于模拟和数字信号路径的精细对准的系统和方法
技术领域
本公开涉及无线电广播接收机,并且具体地,涉及用于在无线电接收机中进行模拟和数字信号路径的精细对准的方法和系统。
背景技术
数字无线电广播技术传送数字音频和数据服务到移动的、便携式的和固定的接收机。称为带内同频(IBOC)数字无线电广播的一个类型的数字无线电广播使用现有中频 (MF)和甚高频(VHF)无线电波段中的地面发射机。由iBiquity Digital公司开发的HD无线电 技术是用于数字无线电广播和接收的IBOC实现的一个示例。IBOC数字无线电广播信号可以以包括与多个数字调制载波结合的模拟调制载波的混合格式或者以其中不使用模拟调制载波的全数字格式传输。使用该混合模式,广播公司可以继续用更高质量和更健壮的数字信号同时传输模拟AM和FM,允许它们自己和它们的听众在维持它们当前频率分配的同时从模拟到数字转换无线电。数字传输系统的一个特征是同时传输数字化音频和数据的固有能力。因此,该技术还允许来自AM和FM无线电台的无线数据服务。这些广播信号可以包括元数据,诸如艺术家、歌曲名称、或者电台呼叫字母。也可以包括关于事件、交通和天气的特定消息。例如, 交通信息、天气预报、新闻和体育比分都可以在用户收听无线电台的同时在无线电接收机的显示器上滚动。IBOC DAB技术可以提供优于现有模拟广播格式的数字质量的音频。因为每个IBOC DAB信号在现有AM或FM频道分配的频谱屏蔽(spectral mask)内传输,所以它不要求新的频谱分配。IBOC数字无线电广播提升了对频谱的节约,同时使得广播公司能够提供数字质量的音频给现有的听众群。多播(在AM或FM频谱的一个频道上传送若干音频节目或流的能力)使得电台能够在主频的分开的补充或子频道上广播多个流。例如,多个数据流可以包括替代性的音乐格式、本地交通、天气、新闻和体育。该补充频道可以使用调谐或搜索功能以与传统电台频率相同的方式访问。例如,如果模拟调制信号以94. IMHz为中心,则IBOC数字无线电广播中的相同广播可以包括补充频道94. 1-1,94. 1-2和94. 1_3。在补充频道上高度专门化的广播节目可以被传送给紧密定位的听众,从而为广告商将他们的品牌与节目内容结合创造更多机会。如在本文中使用的,多播包括在单个数字无线电广播频道中或在单个数字无线电广播信号上的一个或多个节目的传输。IBOC数字无线电广播传输上的多播内容可以包括主要节目服务(MPS)、补充节目服务(SPS)、节目服务数据(PSD)和/或其它广播数据。国家无线电系统委员会(由广播公司的国家协会和消费电子产品协会主办的标准设置组织)在2005年9月采用了指定为NRSC-5A的IBOC标准。NRSC-5A (在此通过引用并入其公开)提出了在AM和FM广播频道上广播数字音频和辅助数据的要求。该标准和其参考文献包含了对RF/传输子系统和传送与服务多路复用子系统的详细说明。该标准的副本可以从 NRSC 于 http://www. nrscstandards. orfi/standards. asp 得至lj。 iBiquity 的 HD 无线电技术是NRSC-5A IBOC标准的一种实现方式。关于HD无线电技术的进一步信息可以在 www. hdradio. com 禾口 www. ibiquity. com 找到。其它类型的数字无线电广播系统包括诸如卫星数字音频无线电服务(SDARS,例如,XM Radio , Sirius )的卫星系统、数字音频无线电服务(DARS,例如,WorldSpace )、以及诸如数字无线电Mondiale (DRM)、Eurekal47 (品牌为DAB数字音频广播 )、DAB版本2和FMeXtra 的地面系统。如在本文中使用的,短语“数字无线电广播”涵盖数字音频和数据广播,其包括带内同频广播以及其它数字地面广播和卫星广播。无线电信号经历在广播系统中必须处理的间歇衰减或阻断。传统上,FM无线电通过从全立体声音频到单声道音频的转换来减轻衰减或部分阻断的影响。因为在子载波上调制的立体声信息比处于基频带的单声道信息要求更高的信噪比来解调到给定的质量水平, 所以实现了一定程度的减轻。然而,存在一些阻断,其充分地“取出”基频带,并且因而在音频信号的接收中产生间隙。IBOC DAB系统甚至可以减轻传统的模拟广播中那些后面类型的中断(outage),至少其中这样的中断是间歇类型的,并且持续不超过几秒。为了实现该减轻,数字音频广播系统可以采用主要广播信号(例如,数字OFDM信号和模拟AM或FM信号)连同冗余信号的的传输,该冗余信号相对于主要广播信号延时预定时间量(在几秒的量级)。在接收机中加入相应的延时,用于延时接收的主要广播信号。接收机可以在代表 RF信号中的衰减或阻断的主要广播频道中的劣化由听众察觉之前检测到该劣化。响应于这样的检测,延时的冗余信号可以暂时替代被损坏的主要音频信号,作为当主要信号恶化或不可用时的“间隔填充物”。这提供了用于从主要音频信号平滑转换为延时的冗余信号的转换功能。在美国专利6,178,317中描述了将数字信号转换为模拟的、时间延时的音频信号的一个例子。此外,美国专利6,590,944描述了用于使用延时控制将无线电广播信号的数字部分与无线电广播信号的模拟部分对准的技术,该延时控制提供了包括可以使用非实时运行的可编程DSP芯片实现的分集延时(diversity delay)、内插和混合功能的DAB信号处理方法。本公开的发明人已经发现可能希望在没有内插的情况下实时对准数字和模拟信号,和/或为数字和模拟信号实现更高程度的对准(例如,在+/_三个音频样本的精度内)。

发明内容
本公开的实施例针对可以满足该需要的系统和方法。根据示范性实施例,公开了一种用于在时间上对准无线电广播信号的数字部分的音频样本与无线电广播信号的模拟部分的音频样本的方法。所述方法包括以下步骤接收具有模拟部分和数字部分的无线电广播信号;将无线电广播信号的数字部分与无线电广播信号的模拟部分分开;产生代表无线电广播信号的模拟部分的第一多个音频样本;从存储器检索存储的第一时间间隔,该第一时间间隔对应于代表数字部分的第一样本的数据行进通过接收机中的数字信号路径的近似时间,其中该数字信号路径包括数字解调器;测量代表数字部分的第一样本的数据从数字信号路径的输入端行进到数字解调器的输入端的第二时间;通过将第一时间与第二时间相加,生成用于相对于第一多个音频样本延时第二多个音频样本的延时量,使得第二多个音频样本在时间上与第一多个音频样本对准;生成代表无线电广播信号的数字部分的第二多个音频样本;将该第二多个音频样本延时该延时量,使得在预定量内该第二多个音频样本在时间上与第一多个音频样本对准;以及数字化组合第一多个音频样本与第二多个音频样本以产生组合的音频输出。描述了包括处理系统和耦合到该处理系统的存储器的系统,其中该处理系统被配置为执行上述方法。适于使得处理系统执行上述方法的计算机编程指令可以被包含在任何适当的计算机可读介质中。


考虑以下描述、附加权利要求和附图,本公开的这些和其它特征、方面和优点将变
得更好理解,其中图1图示根据某些实施例的示范性数字无线电广播发射机的框图;图2是混合FM IBOC波形的示意性表示;图3是扩展的混合FM IBOC波形的示意性表示;图4是混合的AM IBOC DAB波形的示意性表示;图fe和恥是从广播的角度得出的IBOC DAB逻辑协议堆栈的图;图6图示根据某些实施例的示范性数字无线电广播接收机的框图;图7是从接收机的角度得出的IBOC DAB逻辑协议堆栈的图;图8图示根据某些实施例的示范性数字广播接收机的时序框图;图9图示根据某些实施例的示范性数字广播接收机的框图;图IOa图示根据某些实施例的示范性FM数字广播接收机的框图;图IOb图示根据某些实施例的示范性AM数字广播接收机的框图;以及图11图示在时间上对准无线电广播信号的数字部分的音频样本与无线电广播信号的模拟部分的音频样本的示范性过程。
具体实施例方式图1到7和本文中所附描述提供了对示范性IBOC系统、示范性广播设备结构和操作、以及示范性接收机结构和操作的一般描述。图8到11和本文中的所附描述提供了用于在数字无线电广播接收机中在时间上对准数字和模拟信号的示范性方法的详细描述。而在示范性IBOC系统的环境中呈现了本公开的各方面,应该理解本公开不限于IBOC系统,并且本文中的教导也可应用于其它形式的数字和模拟无线电广播。此外,本公开的实施例可以应用于AM和FM模拟信号两者。参见附图,图1是广播数字音频广播信号的示范性数字无线电广播发射机10的框图。例如,示范性的数字无线电广播发射机可以是诸如AM或FMIBOC发射机的DAB发射机。 输入信号源12提供要传输的信号。源信号可以采取许多形式,例如,可以代表声音或音乐的模拟节目信号和/或可以代表诸如交通信息的消息数据的数字信息信号。基带处理器14 根据各种已知信号处理技术(诸如源编码、交织和前向纠错)处理源信号,以便在线16和 18上产生复合基带信号的同相和正交分量,并且产生发射机基带样本时钟信号20。数模转换器(DAC) 22使用发射机基带采样时钟20将基带信号转换为模拟信号,并且在线M上输出模拟信号。模拟信号在上转换器模块26中频率上移并且被滤波。这在线观上产生处于中频fif的模拟信号。中频滤波器30拒绝混频偏差(alias frequency),以在线32上产生中频信号fif。本地振荡器34在线36上产生信号f\。,该信号f\。通过混频器38与在线32 上的中频信号混合以在线40上产生和与差信号。通过图像拒绝滤波器42拒绝不想要的互调分量和噪声,以在线44上产生调制载波信号f。。高功率放大器(HPA) 46然后发送该信号到天线48。在一个实例中,DAB信号传输的基本单位是调制解调器帧,其在持续时间上典型地处于秒的量级。示范性AM和FM IBOC DAB传输系统以调制解调器帧为单位安排数字音频和数据。在一些实施例中,通过将固定数目的音频帧分配给每个调制解调器帧来简化和增强系统。音频帧时段是表现音频帧中的样本(例如,为用户播放音频)所需要的时间长度。 例如,如果音频帧包含IOM个样本,并且采样时段是22. 67微秒,那么音频帧时段将大约是 23. 2毫秒。调度程序确定分配给每个调制解调器帧内的音频帧的比特的总数。调制解调器帧持续时间是有利的,因为它可能使得足够长的交织时间能够减轻诸如在数字音频广播系统中预期的衰减和短中断或噪声突发的影响。因此,主要数字音频信号可以以调制解调器帧为单元处理,并且音频处理、误差减轻和编码策略可能能够利用该相对长的调制解调器帧时间而无需付出额外的代价。在典型实现中,音频编码器可以用于以对于无线电信道上的IBOC信号的传输和接收更有效和健壮的方式将音频样本压缩为音频帧。音频编码器为每个调制解调器帧使用比特分配来编码音频帧。调制解调器帧中的剩余比特典型地由多路复用数据和开销消耗。 任何适当的音频编码器能够最初产生压缩音频帧,如由杜比编码技术实验室有限公司(美国加州旧金山Brannan街999号,94103-4938)开发的HDC编码器;先进音频编码(AAC)编码器;MPEG-I音频层3(MP;3)编码器;或者Windows媒体音频(WMA)编码器。典型的有损音频编码方案(诸如AAC、MP3和WMA)利用用于压缩音频数据的改进的离散余弦变换(MDCT)。 基于MDCT的方案典型地将音频样本压缩为固定大小的块。例如,在AAC编码中,编码器可以使用长度为IOM个样本的单个MDCT块或8个1 样本块。因此,例如在使用AAC编码器的实现中,每个音频帧可以由IOM个音频样本的单个块组成,并且每个调制解调器帧可以包括64个音频帧。在其它典型实现中,每个音频帧可以由2048个音频样本的单个块组成,并且每个调制解调器帧可以包括32个音频帧。可以利用样本块大小和每个调制解调器帧的音频帧数的任何其它合适的组合。在示范性的IBOC DAB系统中,广播信号包括主要节目服务(MPS)音频、MPS数据 (MPSD)、辅助节目服务(SPS)音频和SPS数据(SPSD)。MPS音频用作主要音频节目源。在混合模式中,它在模拟和数字传输中保持现有的模拟无线电节目格式。MPSD (也称为节目服务数据(PSD))包括诸如音乐题目、艺术家、专辑名等的信息。辅助节目服务可以包括辅助音频内容以及PSD。也提供了电台信息服务(SIS),其包括诸如呼号(call sign)、绝对时间、与GPS相关的位置、描述在电台可用的服务的数据的电台信息。在某些实施例中,还提供先进应用服务(ASS),其包括在AM或FM频谱的一个信道上传送许多数据服务或流和对于应用特定的内容的能力,并且使得电台能够在主频率的辅助或子信道上广播多个流。可以使用多种波形在AM和FM无线电波段中传输IBOC DAB信号。这些波形包括FM混合IBOC DAB波形、FM全数字IBOC DAB波形(未示出)、AM混合IBOC DAB波形、以及 AM全数字IBOC DAB波形(未示出)。图2是混合FM IBOC波形70的示意性表示。该波形包括位于广播信道74的中心的模拟调制信号72、在上部边带78中的第一多个均勻间隔的正交频分复用子载波76和在下部边带82中的第二多个均勻间隔的正交频分复用子载波80。数字调制的子载波被分为各分区,并且各种子载波被指定为参考子载波。频率分区是由包含18个数据子载波和1个参考子载波的19个正交频分复用(OFDM)子载波形成的组。混合波形包括模拟FM调制信号加数字调制主要主子载波。这些子载波位于均勻间隔的频率位置。子载波位置从-546到+546编号。在图2的波形中,子载波在+356到 +546和-356到-546的位置。每个主要主边带由10个频率分区构成。同样包括在主要主边带中的子载波546和-546是附加的参考子载波。可以通过幅度比例因子缩放每个子载波的幅度。图3是扩展的混合FM IBOC波形90的示意性表示。通过将主要的扩展边带92、94 添加到混合波形中存在的主要主边带来创建该扩展的混合波形。可以将一个、两个或四个频率分区添加到每个主要主边带的内部边缘。该扩展的混合波形包括模拟FM信号加数字调制的主要主子载波(子载波+356到+546和-356到-546)以及一些或全部主要扩展子载波(子载波+280到+355和-280到-355)。上部主要扩展边带包括子载波337到355 ( 一个频率分区)、318到355 (两个频率分区)、或者280到355 (四个频率分区)。下部主要扩展边带包括子载波-337到-355 ( 一个频率分区)、-318到-355 (两个频率分区)、或者-280到-355 (四个频率分区)。可以通过幅度比例因子来缩放每个子载波的幅度。在每个波形中,使用正交频分复用(OFDM)调制数字信号。OFDM是一种并行调制方案,其中数据流调制同时传输的大量正交子载波。OFDM在本质上是灵活的,这便允许逻辑信道到不同组的子载波的映射。在混合波形中,在混合波形中的模拟FM信号的任一侧的主要主(PM)边带中传输数字信号。每个边带的功率电平明显地在模拟FM信号的总功率之下。该模拟信号可以是单声道或立体声,并且可以包括辅助通信授权(SCA)信道。在扩展的混合波形中,混合边带的带宽可以向模拟FM信号扩展以增加数字容量。 分配到每个主要主边带的内部边缘的该附加频谱称为主要扩展(PX)边带。图4是AM混合IBOC DAB波形120的示意性表示。该混合格式包括传统的AM模拟信号122(带限于大约士5kHz)连同接近30kHz宽的DAB信号124。该频谱被包含在具有大约30kHz的带宽的信道126中。该信道分为上部130和下部132频带。该上部频带从信道的中心频率扩展到距中心频率大约+15kHz。该下部频带从该中心频率扩展到距中心频率大约-MkHz。一个实例中的AM混合IBOC DAB信号格式包括模拟调制的载波信号134加跨上部和下部频带的OFDM子载波位置。代表要传输的音频或数据信号的编码数字信息(节目素材)在子载波上传输。由于码元之间的保护时间的缘故,码元速率小于子载波间隔。如图4所示,该上部频带被分为第一部分136、第二部分138和第三部分144。该下部频带分为第一部分140、第二部分142和第三部分143。为了本说明的目的,可以认为第三部分143和144包括图4中标注为146、148、150和152的多组子载波。位置接近信道的中心的第三部分中的子载波称为内部子载波,并且位置远离信道的中心的第三部分中的子载波称为外部子载波。在该实例中,组148和150中的内部子载波的功率电平示出为随着距中心频率的频率间隔而线性减小。第三部分中剩余组的子载波146和152具有基本恒定的功率电平。图4也示出了用于系统控制的两个参考子载波IM和156,其电平固定在不同于其它边带的值。数字边带中的子载波的功率显著低于模拟AM信号中的总功率。给定的第一或第二部分中的每个OFDM子载波的电平被固定在恒定值。该第一或第二部分可以相对于彼此进行缩放。此外,状态和控制信息在位于主载波的任一侧的参考子载波上传输。分开的逻辑信道(诸如IBOC数据服务(1此)信道)可以在正好在上部和下部第二边带的频率边缘之上和以下的个体子载波中传输。每个第一 OFDM子载波的功率电平相对于未调制的主模拟载波固定。然而,第二子载波、逻辑信道子载波和第三子载波的功率电平是可调的。使用图4的调制格式,在为美国的标准AM广播指定的信道屏蔽中传输模拟调制载波和数字调制子载波。该混合系统使用模拟AM信号来进行调谐和备份。图如和恥是从发射机角度得出的IBOC DAB逻辑协议堆栈的图。从接收机的角度来看,将在相反方向经过该逻辑堆栈。在该协议堆栈中的各个实体之间传送的大多数数据呈协议数据单元(PDU)的形式。PDU是由协议堆栈的特定层(或者层中的处理)产生的结构数据块。给定层的PDU可以封装来自堆栈的下一个更高层的PDUJP /或包括源自该层 (或者处理)本身的内容数据和协议控制信息。由发射机协议堆栈中的每层(或者处理) 生成的PDU被输入到接收机协议堆栈中的相应层(或处理)。如图fe和恥所示,存在配置管理器330,其是将配置和控制信息提供给协议堆栈中的各个实体的系统功能。该配置/控制信息可以包括用户定义的设置,以及从系统内生成的信息(诸如GPS时间和位置)。服务接口 331代表用于所有服务的接口。对于各种类型的服务中的每一种服务,服务接口可能不同。例如,对于MPS音频和SPS音频,服务接口可以是音频卡。对于MPS数据和SPS数据,接口可以呈不同API的形式。对于所有其它数据服务,接口可以呈单个API的形式。音频编解码器332编码MPS音频和SPS音频两者,以产生MPS和SPS音频编码分组的核心流(流0)和可选增强流(流1),这些流被送往音频传送器333。音频编解码器332还将未使用的容量状态中继到系统的其它部分,从而允许包含机会数据。MPS和SPS数据由PSD传送器334处理,以产生被送至音频传送器333的MPS 和SPS数据PDU。音频传送器333接收编码的音频分组和PSD PDU,并且输出包含压缩的音频和节目服务数据两者的比特流。SIS传送器335接收来自配置管理器的SIS数据,并且生成SIS PDU0 SIS PDU可以包含电台标识和位置信息、关于提供的音频和数据服务的指示、 以及与GPS相关的绝对时间和位置。AAS数据传送器336接收来自服务接口的AAS数据, 以及来自音频传送器的机会带宽数据,并且生成可以基于服务参数的质量的AAS数据PDU。 传送和编码功能统称为协议堆栈的层4,并且相应的传送PDU称为层4PDU或L4PDU。作为信道多路复用层的层2(337)接收来自SIS传送器、AAS数据传送器以及音频传送器的传送 PDU,并且将它们格式化为层2PDU。层2PDU包括协议控制信息和有效载荷,其可以是音频、 数据、或音频和数据的组合。层2PDU通过正确的逻辑信道路由到层1 (338),其中逻辑信道是以指定的服务级别引导Ll PDU通过层1的信号路径。存在基于服务模式的多个层1逻辑信道,其中服务模式是指定吞吐量、性能水平和选择的逻辑信道的操作参数的特定配置。 对于每种服务模式,活跃的层1逻辑信道的数目和定义它们的特征有所变化。状态信息也在层2和层1之间传递。层1将来自层2的PDU和系统控制信息转换为用于传输的AM或 FM IBOC DAB波形。层1处理可以包括加扰(scrambling)、信道编码、交织、OFDM子载波映射和OFDM信号生成。对于特定码元,OFDM信号生成的输出是代表IBOC信号的数字部分的复合、基带、时域脉冲。串联离散码元以形成连续的时域波形,该波形被调制以创建用于传输的IBOC波形。数字无线电广播接收机执行对于发射机描述的一些功能的逆操作。图6是示范性的数字无线电广播接收机400的框图。例如,该示范性的数字无线电广播接收机400可以是诸如AM或FM IBOC接收机的DAB接收机。在天线402上接收DAB信号。带通预选择滤波器404使包括在频率f。处的希望信号在内的关注的频带通过,但是拒绝在f。_2fif处的图像信号(用于低旁瓣注入的本地振荡器)。低噪声放大器(LNA) 406放大该信号。该放大的信号在混频器408中与由可调谐本地振荡器412在线410上提供的本地振荡信号f1()混频。 这产生在线414上的和(f。+fj和差(fc-fl0)信号。中频滤波器416使中频信号fif通过, 并且衰减在感兴趣的调制信号的带宽之外的频率。模数转换器(ADC) 418使用前端时钟420 运行以产生线422上的数字样本。数字下转换器似4频移、滤波并且十中抽一信号,以产生线似6和4 上的较低采样速率的同相和正交信号。数字下转换器似4也输出接收机基带采样时钟信号430。然后,使用主机时钟434运行的基带处理器432提供附加信号处理,该主机时钟434可能或者可能不由与前端时钟420相同的振荡器生成。基带处理器432产生线436上的输出音频样本,用于输出到音频汇点(sink)438。该输出音频汇点可以是用于表现音频的任何合适的设备,诸如音频视频接收机或汽车立体声系统。图7示出了从接收机角度得出的逻辑协议堆栈。通过物理层(层1(560))接收 IBOC波形,该物理层解调信号,并且处理信号以将信号分离到逻辑信道中。逻辑信道的数目和种类将依赖于服务模式,并且可能包括逻辑信道P1-P3、主要IBOC数据服务逻辑信道 (PIDS)、S1-S5和SIDS。层1产生对应于逻辑信道的Ll PDU,并且将这些PDU发送到层 2(565),层2解复用Ll PDU以产生SIS PDU、AAS PDU、用于主节目服务和任何辅助节目服务的PSD PDU、以及流0(核心)音频PDU和流1(可选的增强)音频PDU。然后,SIS PDU 由SIS传送器570处理以产生SIS数据,AAS PDU由AAS传送器575处理以产生AAS数据, 并且PSD PDU由PSD传送器580处理以产生MPS数据(MPSD)和任何SPS数据(SPSD)。然后,SIS数据、AAS数据、MPSD和SPSD被发送到用户界面590。如果由用户请求,那么可以显示SIS数据。同样地,可以显示MPSD、SPSD和任何基于文本或图形的AAS数据。流0和流 IPDU由层4处理,层4由音频传送器590和音频解码器595构成。可能存在对应于在IBOC 波形上接收的节目数目的多达N个的音频传送器。每个音频传送器产生对应于每个接收的节目的编码MPS分组或SPS分组。层4从用户界面接收控制信息,该控制信息包括诸如用于存储或播放节目以及用于搜索或扫描广播全数字或混合IBOC信号的无线电台的命令。层 4也将状态信息提供给用户界面。如之前讨论的,IBOC数字无线电广播信号可以以混合格式传输,该混合格式包括与多个数字调制载波(例如,正交频分复用(OFDM)子载波)组合的模拟调制载波(例如, 频率调制(FM)或幅度调制(AM))。因此,以混合模式运行的数字无线电广播接收机解调数字无线电广播音频信号的模拟部分(例如,FM或AM)和数字部分(例如,OFDM)。在数字无线电广播音频信号的数字部分不存在时(例如,当最初调谐该信道时, 或者当信道中断出现时),将模拟AM或FM备份音频信号馈送到音频输出。当数字信号变得可用时,基带处理器432实现转换功能,以便在添加数字音频信号的同时平滑地削弱并且最终移除模拟备份信号,使得该转换的明显程度最低。在破坏数字信号的信道中断期间进行类似的转换。可以通过循环冗余校验(CRC) 误差检测装置在分集延时时间(diversity delay time)期间检测到该破坏。在此情况下, 模拟信号逐渐转换为输出音频信号,同时削弱DAB信号,使得当在音频输出端处出现数字破坏时,音频完全转换为模拟的。此外,只要数字信号不存在时,接收机就输出模拟音频信号。在示范性的数字音频广播接收机中,检测和解调模拟备份信号,这产生了 44. IkHz 音频样本流(在FM的情况下为立体声,在低SNR条件下,其可以进一步混和为单音或静音)。在44. IkHz处,每个音频样本在持续时间上大约为22. 67微秒。44. IkHz的样本速率与接收机的前端时钟420同步。基带处理器432中的音频样本解码器也生成大约44. IkHz 处的音频样本。发射机和接收机之间在44. IkHz时钟上的微小差别阻止了模拟信号样本和数字信号样本的简单一对一组合,因为音频内容可以在不同点开始,并且最后随着时间而发生漂移。在接收机和发射机时钟之间维持同步不是本公开的一部分,但是在维持音频样本的对准方面希望能维持这种同步。发射机基带处理器14将数字信号安排为连续的调制解调器帧。每个调制解调器帧可以被视为由一些音频帧(例如32个音频帧)组成。因此,调制解调器帧持续时间包含来自例如32音频帧的码元(总共大约1.486秒的时段)。调制解调器帧的前沿与音频帧0 的前沿对准(模32)。在第一音频帧的等同前沿后经过正好该分集延时,传输模拟备份信号的前沿。在本文中,模拟备份信号的前沿被定义为模拟(FM)信号的音频样本,该样本对应于领先音频帧的第一样本(即,调制解调器帧的开始)。该分集延时典型地为调制解调器帧的定义的整数倍。典型地,分集延时被设计为显著地大于由数字无线电广播系统中的数字处理引入的处理延时,该延时大于2. 0秒,并且优选地在3. 0至5. 0秒的范围内。图8是图示将音频信号的数字部分与模拟部分对准所涉及的时间的示意性框图。 当混合无线电广播信号进入接收机时,它首先通过天线402,在此花费时间量TANT。Tant通常是与实现方式有关的恒定时间量。接下来,该信号将通过如上所述的ADC 418,在此花费时间量TADe。Tad。也通常是与实现方式有关的恒定时间量。然后,混合信号被分为数字信号路径600和模拟信号路径602。在数字信号路径600中,获取、解调并且解码数字信号为数字音频样本,如下面更详细描述的。该数字信号在数字信号路径600中花费时间量TDKim,这是将取决于数字信号的采集时间以及数字信号路径的解调和解码时间的可变时间量。由于诸如衰减和多径的无线电传播干扰,采集时间可能取决于数字信号的强度而变化。相比之下,模拟信号(即,数字化的模拟音频样本)在模拟信号路径602中花费时间量TANAUK。Tanauxj通常是与实现方式有关的恒定时间量。应该注意到,模拟信号路径602 可以共同位于基带处理器432上或者分开地位于独立的模拟处理芯片上。因为通过数字信号路径所花费的时间Traram和通过模拟信号路径所花费的时间Tanauxj可能是不同的,所以希望在预定量内将来自数字信号的样本与来自模拟信号的样本进行对准,使得它们可以在音频转换模块620中平滑地组合。对准数字信号与模拟信号意味着TMAUX; = TDiram。在优选实施例中,该对准将在+/-3个样本内(例如,如果每个样本是22. 67微秒,则在68. 1微秒内)。取决于具体实现方式,其它对准精度可能是合适的,诸如例如+/-5个样本或+/-10 个样本。然而,将优选地选择对准精度以便最小化音频失真的引入。组合数字和模拟信号, 并且以恒定时间量Tteansitmn通过音频转换模块620。最终,该组合的数字化音频信号经由数模转换器(DAC)630被转换为用于表现的模拟信号,在数模转换器(DAC)630中其花费时间 TDAC。TDA。也通常是与实现方式有关的恒定时间量。在图9中图示了用于对准模拟和数字音频信号的处理的示范性功能框图。图9中图示的功能例如可以在图6的基带处理器432中执行。图6的基带处理器432例如可以包括处理系统,该处理系统可以包括配置(例如,用软件和/或固件编程)为执行在本文中描述的功能的一个或多个处理单元,其中该基带处理器的处理系统可以适当地耦合到任何合适的存储器(例如,RAM、闪速ROM、ROM)。例如,可以通过本领域已知的方法制造半导体芯片,以便包括包含一个或多个处理器以及存储器的处理系统,例如,如果需要,则可以根据已知方法将处理系统和存储器安排在单个半导体芯片中。包含模拟和数字部分两者的信号样本604进入分离模块606,其中该基带输入信号经由本领域技术人员已知的滤波器而被分离为数字信号路径600和模拟信号路径602 中。在数字路径600中,数字样本进入前端模块608,在其中滤波和分配包含数字信号的码元。数字样本也被输入采集模块610,其从接收的OFDM码元采集或恢复OFDM码元定时偏移或误差以及载波频率偏移或误差。该采集模块也形成采集码元偏移信号,该信号调整前端 608的码元分配器中的指针的位置。在图IOa中图示了示范性的FM前端模块608。来自数字部分的信号样本进入隔离滤波器640,该隔离滤波器滤波和隔离DAB上部和下部边带。接下来,该信号可以通过可选的第一邻近消除器642,该第一邻近消除器642可以削弱可能干扰感兴趣的信号的来自邻近FM信号频带的信号。然后,该信号进入码元分配器,该码元分配器作为样本的累积器,其可以例如是RAM缓存器。当采集模块610指示其已经采集数字信号时,其基于具有采集码元偏移的采集时间来调整码元分配器中样本指针的位置。然后,该码元分配器调用数字解调器612。在图IOb中图示了示范性的AM前端模块608’。除了其不包含隔离滤波器或第一邻近消除器之外,AM前端模块608’类似于FM前端模块608。然后,数字解调器612接收该数字信号,并且执行对接收的压缩音频数据进行的解交织、码组合、FEC解码和错误标示等所有必要操作。然后,将该基带信号传递到上层模块 614,该上层模块614解复用音频和数据信号,并且执行音频传送解码(例如,层2以及层4 的音频传送部分,如以上结合图7所述)。通过音频样本解码器616处理来自每个调制解调器帧的音频信息。该音频样本解码器616解压缩数字音频样本,并且将它们输出到延时缓存器618。数字音频样本在该延时缓存器618中排队。该延时缓存器618可以是诸如在RAM中实现的先入先出(FIFO)的任何合适的存储器。延时缓存器将在对准模块632中计算的延时量引入音频样本,使得数字音频样本的前沿与同等的模拟样本对准。对准模块632计算包括三个不同值的延时量粗略的预解码延时、精细的延时和对准值。该对准模块632典型地在采集新信号时(例如,诸如在将接收机调谐到新频率或在发生丢失和随后重新采集当前信号时)确定延时量。在接收机中,层1(例如,前端608、采集模块610和数字解调器612)可以以不同于上层(例如,上层614和音频样本解码器616) 的速率运行。层1处理时间典型地由样本/PDU中的前端中断(输入)指定,而上层处理时间由分组中的DAC中断(输出)指定。因为两个不同系统是以两个不同的时间尺度来驱动所述处理,所以希望将两者置于相同的时间尺度上。因此,某些实施例的目的是确定直到代表第一样本的数据到达层2的接口为止该数据在层1中花费的时间量。这是处理从样本/ PDU变为分组的点。该粗略的预解码延时是预定的恒定值,其包括接收机中的分集延时和恒定处理延时,并且用于以+/_—个音频帧的粒度将来自数字信号的音频样本与来自模拟信号的音频样本在时间上对准。因此,粗略的预解码延时的值是对于实现方式特定的,但是通常不小于该分集延时,并且对于AM和FM模式可以不同。精细延时是预定恒定值,其包括接收机中的恒定处理延时,并且用于以音频样本的粒度将来自数字信号的音频样本与来自模拟信号的音频样本对准。因此,精细延时的值也将是对于实现方式特定的,并且可以对于AM和FM模式不同。对准模块632实时计算对准值,并且考虑接收机中的可变处理延时。该对准值包括一些组成部分。首先,它包括代表数字信号的样本的数据从接收机中的点行进到DAC的理想时间。该理想时间可以从例如天线402或ADC418或从数字信号路径的输入侧的任何其它点测量。该理想时间是对于实施方式特定的预定值,并且可以根据经验确定。它可以被存储在诸如RAM、R0M或闪速ROM的存储器中,并且由对准模块632检索,用于执行对准值计算的目的。应该注意,因为数字信号路径之前的接收机中的延时是恒定的,所以测量点的选择是实现方式的问题。第二,对准值包括接口时间。这代表对应于数字信号路径中的第一样本的数据从数字信号路径的输入端行进到数字解调器的输入端所花费的时间量。为了确定该对准值, 该对准模块记录当存在足够数据用于第一数字码元的解调时(即,当采集模块指示它已经采集了信号时)的时间。为了获得该对准值,该对准模块记录当由采集模块生成中断时的时钟时间。然后,该对准模块考虑采集样本小片(sample slip)、码元校正和时钟跟踪值。 采集时间的示范性公式是采集时间=(码元大小-采集期间的延时样本)*(BB时钟/定时器时钟)其中该码元大小是OFDM码元持续时间,采样期间的延时样本是采集样本小片的持续时间,BB时钟是基带时钟速率(例如,372kHz),并且定时器时钟是从可以用于样本对准的目的的本地接收机参考时钟得到的高分辨率时钟(例如,70. 560MHz)。该采集时间是可变的,因为在采集期间样本位置通常存在偏移。例如,如果X是初始的样本位置,并且从天线到DAC的时间是恒定的,则由于采集的原因该样本位置可能偏移到X+10。码元校正值由如在美国专利 No. 6,891,898中所描述的控制和跟踪模块(未示出)提供。采集模块与控制和跟踪模块协作而允许接收机对总体的码元定时和载波频率进行精确恢复。基带处理器432也基于本地参考时钟和发射机参考时钟之间的差来计算音频样本的时钟跟踪值。基于采集模块中断的时间、采集时间、码元校正值和时钟跟踪值,对准模块计算代表数字信号的样本的数据从接收机中的点行进到DAC所花费的时间量。该时间例如可以从天线402或者ADC 418或者从数字信号路径的输入侧的任何其它点测量,但是将通常从与理想时间相同的参考点测量。
第三,对准值包括偏移,以计及DAC FIFO缓存器的状态。这是代表从当代表第一数字样本的数据已经到达数字信号路径的输入端直到第一样本已经到达层2接口的输入端之后的第一音频中断为止的时间长度的时间。该时间例如可以从天线402或者ADC 418或者从数字信号路径的输入侧的任何其它点测量,但是将通常从与理想时间和接口时间相同的参考点测量。在典型的实施例中,音频输出处于44. IkHz的样本速率。例如,假设DAC输出是每2048个样本。在具有64个字的DAC FIFO缓存器的情况下,DAC中断将在2048/64 =32个FIFO缓存器中断之后出现。应该注意,DAC中断对应于解码的模拟或数字样本的全音频帧的初始样本。对准模块632可以以几种不同方式确定该偏移。例如,对准模块632可以记录当代表第一数字样本的数据到达到上层614的接口时的时间,检索DAC的状态(S卩,DAC FIFO 缓存器中样本的数目),然后基于恒定的样本速率(例如,44. IkHz)计算直到DAC FIFO缓存器将充满的时间量。或者,当代表第一数字样本的数据到达到上层614的接口时,对准模块632可以设置标志,然后确定当DAC FIFO缓存器充满时(即,下一个DAC中断时)的下一次的对准值。在DAC与数字信号路径不位于相同芯片上的某些实施例中,可以不包括该偏移,因为DAC可以容易地被重置为零。然而,在DAC与数字信号路径共处(例如,在相同芯片上)的某些实施例中,将包括该偏移,因为不能容易地独立于该数字信号路径来控制 DAC。为了确定对准值,对准模块632获得理想时间、接口时间,并且在某些实施例中, 获得用于计及DAC FIFO缓存器的状态的偏移。然后,该对准模块将理想时间与接口时间相加,并且减去偏移。在某些实施例中,可能希望添加用于计及固定点实现方式的舍入误差的值。一旦该对准模块确定了以时间(例如,毫秒或微秒)为单位的延时量,就可以通过将该值乘以转换率来将其转换为样本。例如,如果每个样本具有大约22. 67微秒的持续时间,则该比率将是1/22. 67微秒。一旦该对准模块632基于粗略的预解码延时、精细延时和对准值确定了该延时量,它就通过将缓存器中的读指针调整该延时量来将延时插入延时缓存器618中。该样本中的延时量可以是正或负的,直到整个音频帧的大小(例如,+/-10 或2048个样本)。然后,来自数字信号路径的延时音频样本被作为数字音频帧而输出到音频转换模块620。来自信号的模拟部分的样本离开分离模块606,并且进入执行对样本的初始处理 (例如,样本缓存和噪声滤波)的模拟预处理电路622。然后,这些样本进入模拟解调器624, 在该模拟解调器中将它们解调为模拟音频样本。接下来,这些模拟音频样本进入异步样本速率转换器(CRC),在其中基于接收机的参考时钟的模拟音频样本的样本速率被调整为与从数字解调器612获得的发射机的参考时钟相匹配。然后,模拟音频样本通过模拟样本缓存器,在其中模拟音频样本可以被构造为例如由10M个或2048个音频立体声样本组成的模拟音频帧,然后将其输入音频转换模块620。然后,该音频转换模块620数字化组合模拟音频帧与重新对准的数字音频帧(当存在时)。将转换控制信号输入该音频转换模块,以控制音频帧的组合。该转换控制信号控制用于形成输出信号的模拟和数字部分的相对量。典型地,该转换控制信号对该信号的数字部分的劣化的一些测量进行响应。生成用于混合的转换控制信号的技术不是本公开的一部分,然而,美国专利No. 6,178,317描述了这种用于产生混合控制信号的方法。然后,该音频转换模块620输出该数字化组合信号到DAC 630,在其中将数字化组合信号转换为用于表现的模拟音频。本文中描述的音频转换功能加入了在DAB IBOC系统中实现的分集延时。示范性的实施例包括与从接收机的前端时钟得到的44. IkHz时钟的音频样本速率对准。该对准可考虑与传输的数字无线电广播数字信号同步的虚拟44. IkHz发射机时钟。尽管该发射机和本地接收机时钟在标称上设计成用于44. IkHz音频样本速率,但是物理时钟容限导致了应该考虑的接收机处的误差。维持接收机和发射机时钟之间的同步不是本公开的一部分,但是在维持音频样本的对准时希望维持这种同步。此外,码元采集模块中的处理时间可能是可变的。而且,层1中的处理可能以不同于上层(例如,编解码器和数据层)的速率运行, 因为层1处理由层1中断指示,而上层处理由DAC中断来驱动。对准的方法涉及实时地延时数字音频信号,以便考虑这些时钟和处理时间误差。图11图示了用于在时间上对准无线电广播信号的数字部分的音频样本与无线电广播信号的模拟部分的音频样本的示范性处理。在某些实施例中,该无线电广播信号可以是带内同频数字无线电广播信号。首先,该接收机在步骤700中接收具有模拟部分和数字部分的无线电广播信号。该模拟部分例如可以是AM或FM,并且该数字部分例如可以是 OFDM。接下来,分离模块606在步骤702中将无线电广播信号的模拟部分与无线电广播信号的数字部分分离。然后,模拟信号路径602在步骤704中产生代表无线电广播信号的模拟部分的第一多个音频样本。然后,对准模块632确定用于数字部分的音频样本的延时量,使得它们可以在时间上与来自模拟部分的音频样本对准。对准模块632在步骤706中从诸如RAM、ROM或闪速ROM的存储器检索存储的第一时间间隔,该第一时间间隔对应于代表数字部分的第一样本的数据行进通过接收机中的数字信号路径的近似时间,其中该数字信号路径包括数字解调器。该对准模块632还在步骤708中测量用于代表数字部分的第一样本的数据从数字信号路径的输入端行进到数字解调器的输入端的第二时间间隔。在某些实施例中,该对准模块632确定第三时间,该第三时间对应于从代表第一样本的数据已经到达数字信号路径的输入端时起直到第一样本已经到达层2接口的输入之后下一个音频中断的时间长度,其中该音频中断对应于解码的模拟或数字样本的全音频帧的初始样本。然后,该对准模块632在步骤712中通过将第一时间加到第二时间来生成用于相对于第一多个音频样本而延时第二多个音频样本的延时量,使得第二多个音频样本在时间上与第一多个音频样本对准。在某些实施例中,该对准模块632还从第一和第二时间的和减去第三时间。在某些实施例中,延时时间可以用样本数目(例如,+/-IOM个或2048个样本)来表示。数字信号路径在步骤714中产生代表无线电广播信号的数字部分的第二多个音频样本,其在延时缓存器618中被延时上述延时量,使得第二多个音频样本在时间上与第一多个音频样本在预定量内对准。预订量例如可以是+/-3个音频样本。取决于实现方式, 其它预定量可以是合适的。例如,可以通过调整延时缓存器618中的读指针来实现延时。最后,音频转换模块620数字化组合第一多个音频样本与第二多个音频样本以产生组合的音频输出。本公开的前述实施例具有一些优点。一个优点在于在某些实施例中,可以在+/-3个样本的精度内执行混合无线电广播信号的数字部分与该无线电广播的模拟部分的精细时间对准。另一优点在于在某些实施例中,可以实时执行混合无线电广播信号的数字部分与该无线电广播的模拟部分的精细时间对准,而不要求诸如内插的大量处理器操作。描述的示范性方法可以使用软件、固件和硬件的任何适当的组合执行,并且不限于这样的任何特定组合。用于实现在本文中描述的示范性方法的计算机程序指令可以被包含在计算机可读介质上,诸如磁盘或其它磁存储器、光盘(例如,DVD)或其它光存储器、 RAM、ROM或任何其它合适的存储器(诸如闪速存储器、存储卡等)。此外,已经结合特定实施例描述了本公开。然而,对于本领域技术人员,显而易见的是,可能以不同于上述实施例的那些形式的特定形式来实施本公开。这些实施例仅仅是说明性的,并且不应被视为限制性的。本公开的范围由所附权利要求而不是之前的描述给出,并且所有变体和等同物将落入权利要求旨在包含的范围中。
权利要求
1.一种用于在时间上对准无线电广播信号的数字部分的音频样本与所述无线电广播信号的模拟部分的音频样本的方法,所述方法包括以下步骤接收具有模拟部分和数字部分的无线电广播信号;将所述无线电广播信号的数字部分与所述无线电广播信号的模拟部分分离; 产生代表所述无线电广播信号的模拟部分的第一多个音频样本; 从存储器检索存储的第一时间间隔,该第一时间间隔对应于代表所述数字部分的第一样本的数据行进通过接收机中的数字信号路径的近似时间,其中所述数字信号路径包括数字解调器;测量代表所述数字部分的第一样本的数据从所述数字信号路径的输入端行进到所述数字解调器的输入端的第二时间;通过将所述第一时间与所述第二时间相加,生成用于相对于所述第一多个音频样本而延时第二多个音频样本以使得所述第二多个音频样本在时间上与所述第一多个音频样本对准的延时量;产生代表所述无线电广播信号的数字部分的所述第二多个音频样本; 将所述第二多个音频样本延时所述延时量,使得所述第二多个音频样本在时间上在预定量内与所述第一多个音频样本对准;以及数字化组合所述第一多个音频样本与所述第二多个音频样本以产生组合音频输出。
2.如权利要求1所述的方法,还包括步骤确定第三时间,该第三时间对应于从代表第一样本的数据已经到达所述数字信号路径的输入端时起直到所述第一样本已经到达层2接口的输入端之后的下一个音频中断的时间长度,其中所述音频中断对应于解码的模拟或数字样本的全音频帧的初始样本;并且其中生成所述延时量包括减去所述第三时间。
3.如权利要求1所述的方法,其中所述无线电广播信号是带内同频数字无线电信号。
4.如权利要求1所述的方法,其中所述模拟信号是频率调制信号。
5.如权利要求1所述的方法,其中所述模拟信号是幅度调制信号。
6.如权利要求1所述的方法,其中延时所述第二多个音频样本包括调整延时缓存器中的读指针。
7.如权利要求1所述的方法,其中用样本的数目代表所述延时量。
8.一种用于在时间上对准无线电广播信号的数字部分的音频样本与所述无线电广播信号的模拟部分的音频样本的系统,所述系统包括处理系统;以及耦合到所述处理系统的存储器,其中所述处理系统被配置为执行以下步骤 接收具有模拟部分和数字部分的无线电广播信号;将所述无线电广播信号的数字部分与所述无线电广播信号的模拟部分分离; 产生代表所述无线电广播信号的模拟部分的第一多个音频样本; 从存储器检索存储的第一时间间隔,该第一时间间隔对应于代表所述数字部分的第一样本的数据行进通过接收机中的数字信号路径的近似时间,其中所述数字信号路径包括数字解调器;测量代表数字部分的第一样本的数据从所述数字信号路径的输入端行进到所述数字解调器的输入端的第二时间;通过将所述第一时间与所述第二时间相加,生成用于相对于所述第一多个音频样本而延时第二多个音频样本以使得所述第二多个音频样本在时间上与所述第一多个音频样本对准的延时量;产生代表所述无线电广播信号的数字部分的所述第二多个音频样本; 将所述第二多个音频样本延时所述延时量,使得所述第二多个音频样本在时间上在预定量内与所述第一多个音频样本对准;以及数字化组合所述第一多个音频样本与所述第二多个音频样本以产生组合音频输出。
9. 一种有形的计算机可读介质,包括适于使得处理系统执行以下步骤的计算机程序指令接收具有模拟部分和数字部分的无线电广播信号;将所述无线电广播信号的数字部分与所述无线电广播信号的模拟部分分离; 产生代表所述无线电广播信号的模拟部分的第一多个音频样本; 从存储器检索存储的第一时间间隔,该第一时间间隔对应于代表所述数字部分的第一样本的数据行进通过接收机中的数字信号路径的近似时间,其中所述数字信号路径包括数字解调器;测量代表所述数字部分的第一样本的数据从所述数字信号路径的输入端行进到所述数字解调器的输入端的第二时间;通过将所述第一时间与所述第二时间相加,生成用于相对于所述第一多个音频样本而延时第二多个音频样本以使得所述第二多个音频样本在时间上与所述第一多个音频样本对准的延时量;产生代表所述无线电广播信号的数字部分的所述第二多个音频样本; 将所述第二多个音频样本延时所述延时量,使得所述第二多个音频样本在时间上在预定量内与所述第一多个音频样本对准;以及数字化组合所述第一多个音频样本与所述第二多个音频样本以产生组合音频输出。
全文摘要
公开了用于在时间上对准无线电广播信号的数字和模拟部分的音频样本的方法和系统。所述方法和系统包括以下步骤接收具有模拟和数字部分的无线电广播信号;产生模拟和数字部分的音频样本;检索存储的第一时间间隔,该第一时间间隔对应于数字样本穿过接收机的数字信号路径的近似时间;测量代表数字部分的数据从数字信号路径的输入端行进到数字解调器的第二时间;通过将数字音频样本延时第一和第二时间的和,生成数字音频样本相对于模拟音频样本的时间对准;在时间上对准数字和模拟样本到预定量内;并且数字化组合第一和第二音频样本以产生组合的音频输出。
文档编号G06F17/00GK102171677SQ200980138715
公开日2011年8月31日 申请日期2009年7月30日 优先权日2008年7月31日
发明者A·帕胡加 申请人:艾比奎蒂数字公司

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