專利名稱：一種數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信領(lǐng)域，特別是在FM(調(diào)頻)接收機(jī)中的一種數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼方法。
背景技術(shù)：
目前，F(xiàn)M立體聲接收機(jī)被廣泛使用在手機(jī)、MP3和FM廣播等產(chǎn)品中。傳統(tǒng)的FM無線電廣播以一種標(biāo)準(zhǔn)的立體聲方案進(jìn)行傳送。標(biāo)準(zhǔn)的立體聲信號頻語圖如圖l所示，立體聲信號由左聲道和右聲道的和信號M:Z + i 、左聲道和右聲道的差信號5 = 1-及以及19KHz的導(dǎo)頻信號組成。另外，立體聲信號中也可能包含被調(diào)制在57KHz的RDS(無線電數(shù)據(jù)系統(tǒng))信號或者RBDS(無線電廣播數(shù)據(jù)系統(tǒng))信號。
傳統(tǒng)立體聲解碼方法首先需要恢復(fù)出19KHz的導(dǎo)頻信號，通過這個導(dǎo)頻信號以獲得38KHz的立體聲副載波。然后這個副載波信號^f皮用來將立體聲信號下變頻至基帶。最后分別得到左聲道和右聲道信號。
與上面立體聲解碼類似，在發(fā)送端，相應(yīng)地需要一個導(dǎo)頻信號用來產(chǎn)生38KHz的立體聲載波信號以將基帶信號調(diào)制到高頻。導(dǎo)頻信號的使用極大地方便了立體聲信號解碼操作的硬件實(shí)現(xiàn)，但是同時這也帶來了 一定的問題，比如說，由于發(fā)送機(jī)內(nèi)在固有的相位偏移或者由于傳輸信道的噪聲影響，在接收端所恢復(fù)出的導(dǎo)頻信號和接收的立體聲副載波信號之間就存在一個相位誤差。這個相位誤差會降低接收機(jī)的立體聲隔離度，增加互調(diào)失真，影響解碼性能。所謂立體聲隔離度就是指立體聲音響系統(tǒng)中左右兩個聲道之間的隔離度，它實(shí)際上反應(yīng)了左右兩個聲道相互串?dāng)_的程度。如果兩個聲道之間串?dāng)_較大，那么聲音的立體感將被減弱，這無疑會影響用戶的使用體驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼方法，該方法通過一個相位誤差補(bǔ)償電路，徹底消除副載波信號與立體聲信號相位差的影響，提高了立體聲解碼性能。
本發(fā)明方法是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼方法，立體聲解碼電路設(shè)有左、右聲道的和信號及差信號產(chǎn)生電路，立體聲復(fù)合信號經(jīng)過一個低通濾波器得到左、右聲道的和信號，立體聲復(fù)合信號經(jīng)過數(shù)字鎖相環(huán)、倍頻器和另外一個低通濾波器得到左、右聲道的差信號，立體聲混合器將和、差信號混合后經(jīng)去加重電路得到相分離的左、右立體聲信號，其特征是設(shè)置一個相位誤差補(bǔ)償電路并用該相位誤差補(bǔ)償電路替換前述的差信號產(chǎn)生電路，通過一對正交副載波信號對立體聲復(fù)合信號進(jìn)行解碼，消除副載波的相
位影響，立體聲復(fù)合信號經(jīng)相位誤差補(bǔ)償電路處理后送給立體聲混合器；該相位誤差補(bǔ)償電路是由一個內(nèi)部結(jié)構(gòu)對稱的電路組成的，包含第一和第二兩個乘法器、第一和第二兩個低通濾波器、第一和第二兩個平方器、 一個加法
器和一個開方器；立體聲復(fù)合信號通過第一乘法器與副載波信號相乘后經(jīng)過
第一低通濾波器輸出到第一平方器，同時立體聲復(fù)合信號還通過第二乘法器與正交的副載波信號相乘后經(jīng)過第二低通濾波器輸出到第二平方器，將這兩個平方器的輸出通過加法器相加后進(jìn)入開方器，開方器輸出作為立體聲混合器的輸入。
具體步驟如下
(1)立體聲復(fù)合信號經(jīng)立體聲解碼電路的低通濾波器得到左聲道和右聲
(2 )立體聲復(fù)合信號與 一對正交副載波信號cos(2;rx38xl0V)以及sin(2;r x 38 x 103,)分別相乘后通過相位補(bǔ)償，得到左聲道和右聲道的差信號
^ =丄_/ ;
(3)將和信號M和差信號S輸入到立體聲混合器后經(jīng)過去加重器即得到左聲道信號和右聲道信號。上述步驟(2)中立體聲復(fù)合信號
W) = (Z +及)+ cos(2;r x 19 x 103 x f +力+ (丄—i ) cos(2;r x 3 8 x 103 x, + ;7)
分別與信號cos(2;r x 38 x 1030以及4言號sin(2;r x 38 x 103/)相乘后4尋
少(O. cos(2;r x 38 x 103 x 0 =(丄+ i ) cos(2;r x 3 8 x 103 x 0 cos(2丌x 19 x 103 x f + ;k) cos(2;r x 3 8 x 103 x 0 +(丄_ i ) cos(2;r x 3 8 x 103 x f + ;7) cos(2;r x 3 8 x 103 x /)
. sin(2;r x 3 8 x 103 x f) = (Z +及)sin(2;r x 3 8 x 103 x 0 +
^cos(2;r x 19x 103 xf + "sin(2;rx38x 103 x0 +(Z — i ) cos(2;r x 38 x 103 x " ;7) sin(2;r x 38 x 103 x f)
兩者經(jīng)過第一、第二低通濾波器后得
iLPF咖=2 x LPF(y(O. cos(2;r x 38 x 103 x 0}=(丄一A) cos 7丄戶i^ = 2 x . sin(2;r x 38 x 103 x 0}=(丄一i ) sin;/
Z戶i^和丄尸i^經(jīng)過平方器1, 2后通過一個加法器相加得<formula>formula see original document page 6</formula>
e再經(jīng)過開方器得
這樣，即得左聲道和右聲道的差信號5 =丄-/ ;
左聲道和右聲道的差信號S與和信號M經(jīng)過立體聲混合器后再經(jīng)過去
加重器即得左聲道信號丄和右聲道信號。，該電路可以徹底消除副載波和立體聲信號相位誤差。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果(1)正交副載波由本地產(chǎn)生，完全消除導(dǎo)頻信號與副載波相位誤差的影響，即使在很差的傳輸條件下，也能提高立體聲
隔離度，降低互調(diào)失真，立體聲解碼性能隨之得到有效的提高；(2)由于不需要導(dǎo)頻恢復(fù)電路，電路結(jié)構(gòu)變得簡單，節(jié)約硬件資本；(3)本數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼電路可以全數(shù)字實(shí)現(xiàn)，因此眾多的軟件方法可以利用，而且系統(tǒng)的參數(shù)是可配置的。


圖l是FM解調(diào)后一個典型的立體聲信號的頻譜分布圖；圖2是傳統(tǒng)立體聲解碼電路的方框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼電路的方框圖。
具體實(shí)施例方式
首先闡述本發(fā)明方法的原理
解調(diào)后的FM信號包含三種不同的分量，其頻語圖如圖l所示。具體地說，解調(diào)后的FM信號包括代表立體聲左聲道與右聲道的和信號尨=丄+及，它占據(jù)從0到15KHz頻率范圍；如FCC (聯(lián)邦通信委員會)規(guī)則所要求的那樣，位于19KHz頻率處，有一個19KHz的導(dǎo)頻信號；以38KHz頻率即導(dǎo)頻信號頻率的兩倍為中心，左聲道減去右聲道的信息S = Z-i 被調(diào)制于抑制載波的DSB-SC (雙邊帶調(diào)制)信號中，其頻帶占據(jù)從23KHz到53KHz的30KHz范圍。
傳統(tǒng)的立體聲解碼器通過導(dǎo)頻信號來恢復(fù)出左聲道和右聲道的和以及差信號，最后將這兩個信號混合以得到左右聲道信號。圖2顯示了一個傳統(tǒng)的立體聲解碼器200的結(jié)構(gòu)框圖。在該圖中，輸入信號為FM解調(diào)之后的立體聲復(fù)合(MPX)信號201 。首先MPX信號經(jīng)過數(shù)字鎖相環(huán)(DPLL ) 206跟蹤導(dǎo)頻信號，恢復(fù)處的導(dǎo)頻信號207經(jīng)過倍頻器得到38KHz的立體聲調(diào)制載波。該載波被用來與輸入端的MPX信號相乘，再經(jīng)過一個低通濾波器204以產(chǎn)生差信號L-R信號。同時，MPX 201直接經(jīng)過另外一個低通濾波
6器202以產(chǎn)生和信號L + R。最后和信號和差信號同時進(jìn)入立體聲混合電路 218來分別產(chǎn)生左聲道和右聲道信號。
應(yīng)用本發(fā)明方法后的數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼電路的方框圖如圖3所示。 該數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼電路一共包括了 3個低通濾波器402、 406、和 414， 2個乘法器404、 412、 2個平方器408和416、 l個加法器430、 1個開 方器444、 1個立體聲混合器450、兩個去加重器470和480，其中2個乘法 器、兩個低通濾波器406、 414、 2個開方器、1個加法器、1個開方器組成 的電路為相位誤差補(bǔ)償電路，如圖3中的虛線部分所示。
該立體聲解碼器的工作原理是，首先立體聲MPX信號201經(jīng)過截止頻 率為15KHz的低通濾波器402, 15KHz頻帶外的信號被濾除，只通過L + R 信號。所以濾波器402的輸出是L與R的和信號。同時，立體聲信號201 也連接到兩個乘法器404和412。乘法器404的另外一個輸入是cos (4;r/j), 其中？代表時間，乂代表導(dǎo)頻信號(19KHz),乘法器412的另外一個輸入是 sin(4;r/J)。這兩個乘法器的輸出信號分別經(jīng)過低通濾波器406和414以濾 出不必要的帶外信號(15KHz頻帶之外的信號)。然后這兩個低通濾波器的 輸出分別進(jìn)入平方器408和416，這兩個平方器的輸出由一個加法器430相 加后經(jīng)開方器444得到差信號。最后，補(bǔ)償后的L-R和L + R信號經(jīng)立體 聲混合器得到左聲道和右聲道信號，然后經(jīng)去加重電路去加重后輸出。 下面從數(shù)學(xué)的角度來闡述根據(jù)本發(fā)明方法的工作原理。 立體聲MPX信號仍然表示為
y(O = (Z +及)+爿cos(2;r x 19 x 103 x z + ;^) + (￡ — i ) cos(2;r x 38 x 103 x / + ;7) 才艮據(jù)上面的分析，經(jīng)過濾波器402之后的信號為L + R。 同時，與乘法器402和412相乘之后的信號分別經(jīng)過截止頻率為15KHz 的低通濾波器LPF 406和414。這里的LPF擁有放大系數(shù)2。輸出為
=2 x LPF [0). cos(2;r x 38 x 103 x ^}<formula>formula see original document page 8</formula>
=2 x丄尸尸{(丄+ i )sin(2;r x 38 x 103 x 。 + Jcos(2;rxl9x103 x"y)sin(2;rx38x103 xf) + (￡ —i )cos(2;rx38x103 xf+ 77)sin(2;rx38xl03 xf》 =(丄一 i ) sin 77
經(jīng)過低通濾波之后的信號ZPFe。s和ZPFsm并行地經(jīng)過兩個平方器后通過一 個加法器相加得
g =(丄一 J )2 sin2 /7 +— i )2 cos2 /7 =(丄一 i )2 e再經(jīng)過一個開方器得
這樣，即得左聲道和右聲道的差信號S:Z-及。
左聲道和右聲道的差信號S與和信號M經(jīng)過立體聲混合器后再經(jīng)過去
加重器即得左聲道信號丄和右聲道信號i 。
因此，本發(fā)明提出的方法能有效地消除由于導(dǎo)頻相位與立體聲副載波之 間的相位差影響導(dǎo)致的立體聲隔離度下降，有效降低互調(diào)失真，提高解碼性 能，并且由于簡化了電路，使得硬件消耗大大降低。
8
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼方法，立體聲解碼電路設(shè)有左、右聲道的和信號及差信號產(chǎn)生電路，立體聲復(fù)合信號經(jīng)過一個低通濾波器得到左、右聲道的和信號，立體聲復(fù)合信號經(jīng)過數(shù)字鎖相環(huán)、倍頻器和另外一個低通濾波器得到左、右聲道的差信號，立體聲混合器將和、差信號混合后經(jīng)去加重電路得到相分離的左、右立體聲信號，其特征是設(shè)置一個相位誤差補(bǔ)償電路并用該相位誤差補(bǔ)償電路替換前述的差信號產(chǎn)生電路，通過一對正交副載波信號對立體聲復(fù)合信號進(jìn)行解碼，消除副載波的相位影響，立體聲復(fù)合信號經(jīng)相位誤差補(bǔ)償電路處理后送給立體聲混合器；該相位誤差補(bǔ)償電路是由一個內(nèi)部結(jié)構(gòu)對稱的電路組成的，包含第一和第二兩個乘法器、第一和第二兩個低通濾波器、第一和第二兩個平方器、一個加法器和一個開方器；立體聲復(fù)合信號通過第一乘法器與副載波信號相乘后經(jīng)過第一低通濾波器輸出到第一平方器，同時立體聲復(fù)合信號還通過第二乘法器與正交的副載波信號相乘后經(jīng)過第二低通濾波器輸出到第二平方器，將這兩個平方器的輸出通過加法器相加后進(jìn)入開方器，開方器輸出作為立體聲混合器的輸入。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼方法，其特征是具體 步驟如下(1 )立體聲復(fù)合信號經(jīng)立體聲解碼電路的低通濾波器得到左聲道和右聲 道的和信號M-" i ;(2 )立體聲復(fù)合信號與一對正交副載波信號cos(2;rx38x1030以及 sin(2;rx38xl030分別相乘后通過相位補(bǔ)償，得到左聲道和右聲道的差信號(3 )將和信號M和差信號S輸入到立體聲混合器后經(jīng)過去加重器即得到 左聲道信號和右聲道信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼方法，其特征是步驟 (2)中立體聲復(fù)合信號少0)=(丄+及)+ ^ cos(2" x 19 x 103 x z + 7) + - i ) cos(2 r x 3 8 x 103 x f + ;7)分別與4言號cos(2;r x 38 x 103 0以及4言號sin(2丌x 38 x 103,)相乘后4尋y(0 cos(2;rx38xl03xO = (Z + W)cos(2丌x38x 103 xf) +j cos(2;r x 19 x 103 x f + " cos(2;r x 3 8 x 103 x 0 + (丄一 i ) cos(2;r x 3 8 x 103 x f + /7) cos(2;r x 3 8 x 103 x 0. sin(2;r x 3 8 x 103 x =(丄+ i ) sin(2兀x 3 8 x 103 x f) +爿cos(27r x 19 x 103 x r + " sin(2;r x 3 8 x 103 x 0 + (U) cos(2;r x 38 x 103 x / +;/) sin(2;r x 38 x 103 x ,)兩者經(jīng)過第一、第二低通濾波器后得=2 x Z用X0. cos(2" x 38 x 103 x 0}=(丄-i )cos;7 i^Fsin = 2 x丄戶F(乂0. sin(2;r x 38 x 103 x 0} = (Z - i )sin77 ZPi^和ZPi^經(jīng)過平方器1, 2后通過一個加法器相加得 g =(丄一i )2 sin2 7 + (丄 一 及)2 cos2 7 = (Z —及)2 ^再經(jīng)過開方器得7^=7(丄_及)2 "-^這樣，即得左聲道和右聲道的差信號5 =丄-及；左聲道和右聲道的差信號s與和信號M經(jīng)過立體聲混合器后再經(jīng)過去加 重器即得左聲道信號z和右聲道信號。
全文摘要
本發(fā)明提出一種數(shù)字調(diào)頻立體聲解碼方法，該方法通過設(shè)置一個內(nèi)部對稱的相位誤差補(bǔ)償電路并用該相位誤差補(bǔ)償電路替換現(xiàn)有立體聲解碼的差信號產(chǎn)生電路，通過一對正交副載波信號對立體聲復(fù)合信號進(jìn)行解碼，立體聲復(fù)合信號經(jīng)相位誤差補(bǔ)償電路處理后送給立體聲混合器，消除了副載波的相位影響，提高了立體聲解碼性能，使解碼性能達(dá)到最優(yōu)。
文檔編號G10L19/00GK101661747SQ200910034950
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者丁小軍, 吉新村, 萌 張, 勐 徐, 曲子華, 朱賈峰, 紅 李, 湯佳健, 星 高, 黃福青 申請人:東南大學(xué)