PT100085B

PT100085B - Dispositivos para processar e receber um sinal de televisao de alta definicao e aparelho modulador/desmodulador

Info

Publication number: PT100085B
Application number: PT100085A
Authority: PT
Inventors: Hugh Edward White
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1991-02-04
Filing date: 1992-02-03
Publication date: 1999-04-30
Also published as: PL167627B1; FI933457A0; DK0570464T3; CZ234494A3; DE69127828D1; EP0771123B1; DE69131995T2; SK83193A3; CN1037803C; EP0570464A1; WO1992014343A1; AU662126B2; EP0771123A2; KR930703793A; AU1271192A; KR100255719B1; DE69127828T2; CN1063985A; MX9200475A; SG90697A1

Description

MEMÓRIA DESCRITIVA

Este invento refere-se a um dispositivo de televisão de alta definição compatível com a largura de banda de um canal de televisão de definição padrão pré-existente. Em particular, este invento refere-se a uma técnica de modulação para reduzir as interferências mútuas entre sinais de televisão de alta definição e sinais de televisão de definição padrão emitidos simultaneamente.

Um dispositivo de televisão de alta definição (HDTV) é, geralmente entendido como sendo um dispositivo para processar um sinal de televisão que tem, aproximadamente, o dobro da resolução da imagem horizontal e vertical de um sinal de televisão padrão, por exemplo, NTSC, ou resolução maior. Um sinal HDTV também pode apresentar um alargamento maior, por exemplo, 16x9, comparado com o alargamento de 4x3 de uma imagem de televisão NTSC padrão.

Num dispositivo de emissão simultânea de televisão, são emitidas simultaneamente duas versões do mesmo material de programa, através de canais padrão de 6 MHz separados. Uma das duas versões do programa contém informação NTSC de definição padrão, emitida num canal, enquanto o outro contém informação de alta definição, emitida no outro canal de 6 MHz. Na prática, um dispositivo de emissão simultânea pode utilizar dois canais NTSC de 6 MHz adjacentes, por exemplo, os canais VHF 3 e 4, para transmitir, informação padrão e HDTV, respectivamente. A versão de alta definição de um dispositivo de emissão simultânea pode ser implementada num só canal de 6 MHz, através da utilização de técnicas de codificação de sinal e de compressão em tempo. A informação NTSC padrão e a informação HDTV são recebidas independentemente pelos respectivos receptores NTSC padrão e HDTV. Quando os receptores NTSC padrão forem eventualmente substituídos por receptores HDTV ou receptores de duplo padrão, talvez daqui a 15-20 anos, os canais usados pelos sinais de televisão NTSC padrão ficarão disponíveis para outras utilizações. Então, o conceito de emissão simultânea evita que o

-373 469 RCA 86,153 ” fc» vasto número de receptores NTSC padrão pré-existentes se tornem obsoletos, quando for introduzida as emissões HDTV, e permite serviços de emissão expandidos, no futuro, quando os canais ocupados por sinais NTSC padrão ficarem disponíveis.

Um dispositivo de emissão simultânea difere, de um chamado dispositivo de aumento, porque um dispositivo de aumento exige o uso contínuo de dois canais. Um canal transmite a informação NTSC padrão, enquanto o outro canal contém informação de aumento predeterminada que, quando combinada num receptor HDTV, com a informação NTSC padrão do primeiro canal, produz um sinal de televisão de alta definição.

É importante reduzir ou eliminar, significativamente, interferência dos canais complementares, entre os sinais padrão e HDTV, transmitidos de diferentes lugares no mesmo canal. Um dispositivo de acordo com o presente invento resolve este assunto.

De acordo com um aspecto do presente invento, a informação de televisão de alta definição a ser transmitida é dividida em duas partes de informação, por exemplo, informação de alta prioridade, que se pretende que seja recebida com alta precisão, e informação de baixa prioridade. A primeira porção de informação (alta prioridade) e a segunda porção de informação (baixa prioridade) são transmitidas como sinais portadores modulados separados, dentro de porções diferentes de um espectro de frequências que apresenta atenuação de sinal nas frequências associadas com informação de alta energia de um sinal de definição padrão (por exemplo, NTSC).

Numa concretização preferida e descrita do invento, a informação de alta prioridade apresenta uma largura de banda estreita em relação à informação de baixa prioridade, e inclui, ilustrativamente, informação video de baixa frequência, áudio e de sincronismo. A informação de baixa prioridade inclui informação video de alta frequência. As informações de alta prioridade e de baixa prioridade são transmitidas por meio de

469

RCA 86,153

técnica de múltipla de modulação de amplitude de quadratura (QAM). A informação de banda estreita de alta prioridade apresenta uma, amplitude significativamente maior do que a informação de banda larga de baixa prioridade, e a amplitude de quadratura modula uma primeira portadora suprimida na porção de frequência mais baixo do espectro de frequências video. A primeira portadora modulada está sujeita a ser significativamente atenuada por um filtro de rampa Nyquist num receptor de televisão padrão. A de informação de banda larga de baixa prioridade modula em amplitude de quadratura uma segunda portadora suprimida no espectro de frequências video, produzindo um sinal QAM múltiplo. 0 espectro de frequências do sinal QAM múltiplo apresenta uma atenuação de sinal em frequências associadas com a informação de alta energia na vizinhança das portadoras NTSC de som e imagem.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1 representa um espectro de frequências video de banda de base de um sinal de televisão NTSC padrão.

A figura 2 representa o espectro de frequências video de um sinal de televisão de alta definição QAM múltiplo de acordo com o presente invento.

As figuras 3 e 4 representam, respectivamente, os aparelhos transmissores e receptores para processarem um sinal QAM múltiplo de alta definição de acordo com presente invento.

A figura 5 é um diagrama útil na compreensão de um aspecto do processamento de um sinal do dispositivo descrito.

A figura 1 representa o espectro de frequências video de banda base de um sinal de televisão NTSC padrão, que ocupa um canal de 6 MHz. De acordo com a prática convencional, as frequências indicadas estão referenciadas a 0,0 MHz, em torno das quais uma portadora de imagem RF é modulada em amplitude com a informação video na forma de banda lateral residual. 0 sinal

-573 469

RCA 86,153

modulado apresenta uma banda lateral residual (VSB) inferior com uma largura de banda 1,25 MHz, e uma banda lateral superior que contém informação de luminância e crominância representativa de imagem. A informação de crominância modula em quadratura uma subportadora de cor suprimida de 3,58 MHz. A maior parte da informação de alta energia aparece na vizinhança da frequência portadora de imagem e na vizinhança da frequência portadora de som de 4,5 MHz modulada em frequência.

A figura 2 representa o espectro de frequências video de um sinal de televisão de alta definição que é compatível com a largura de banda de 6 MHz de um canal de sinal de televisão NTSC padrão, e que pode ser usado como um sinal de emissão simultânea. Para facilitar a comparação com o espectro de frequências video NTSC padrão mostrado na figura 1, as frequências ao longo da escala de frequências da figura 2 (-1,25 MHz a 4,5 MHz) estão referenciadas à localização da frequência de 0,0 MHz da portadora de imagem RF num dispositivo NTSC.

sinal de televisão HDTV é um sinal comprimido em tempo, dividido em componentes de informação de alta e baixa prioridade. Neste exemplo, é dada uma alta prioridade às componentes de informação áudio, de sincronismo e de video de baixa frequência, que se deseja que sejam recebidos com alta precisão. A informação de sincronismo, por exemplo, pode surgir como um sinal de treino contendo uma assinatura exclusiva ou código para facilitar a recuperação e processamento de sinal num receptor, e pode incluir, por exemplo, informação de frequência de exploração de campo (por exemplo, início dos marcadores de campo). Outras componentes menos críticas, tais como a informação video de alta frequência, estão indicadas para uma menor prioridade. A informação de alta prioridade apresenta uma largura de banda estreita em relação à informação de baixa prioridade, e a amplitude de quadratura modula (QAM) uma primeira portadora suprimida de 0,96 MHz, referenciada a um sinal REF como será explicado abaixo. A informação de baixa prioridade modula em amplitude de quadratura uma segunda portadora suprimida de 3,84 MHz, que também é referenciada ao

469

RCA 86,153

sinal REF. Um sinal composto resultante é uma forma de um sinal QAM múltiplo, isto é, um sinal QAM gémeo, neste caso. O sinal

QAM gémeo composto é deslocado para a banda de televisão padrão de 6 MHz através do sinal de referência fora de banda REF. A frequência do sinal REF é escolhida, de modo que quando o sinal REF é modulado pelo sinal QAM composto, uma das componentes resultantes soma ou diferença cai dentro da banda de frequências associada com um canal de televisão de frequência de rádio desejada, tal como o canal VHF emissão simultânea 3. 0 sinal REF é modulado pelo sinal QAM gémeo composto para produzir um sinal modulado com dupla largura de banda, cuja banda lateral inferior é rejeitada, e cuja banda lateral superior é retida como representado na figura 2.

A amplitude da componente QAM de banda estreita é significativamente maior do que a da componente QAM de banda larga, sendo neste exemplo, o dobro. A largura de banda de -6 db da componente QAM de banda estreita é de 0,96 MHz, e a largura de banda de -6 db da componente QAM de banda larga é de 3,84 MHz, que é quatro vezes a largura de banda da componente QAM de banda estreita. As regiões de transição de bordo não lineares de banda, das componentes QAM da banda estreita e da banda larga, são delineadas por filtros de resposta de impulso finito (FIR) com uma raiz quadrada de uma característica de coseno aumentada, para produzir regiões de transição suave que evitam efeitos de alta frequência não desejados, produzidos por regiões de transição agudas. A resposta da amplitude em função da frequência da componente de banda larga, nas regiões de transição de bordo de banda (não desenhadas à escala) tem um quarto da rampa da componente de banda estreita mais íngreme.

As componentes QAM de banda estreita e de banda larga, contêm cada uma, uma componente em fase I e uma componente em quadratura de fase Q. Como será explicado, em ligação com a figura 3, a componente de fase I modula uma portadora de coseno suprimida, e a componente de fase Q modula uma portadora de seno suprimida. Um símbolo de dados é representado tanto pela componente I como pela componente Q. 0 sinal composto QAM é um

469

RCA 86,153

sinal 16 QAM¹’ neste exemplo. Cada componente I e Q de 16 QAM apresenta quatro níveis discretos de amplitude, que resultam num total de 4x4 ou 16 níveis de amplitude possíveis, ou valores, para cada um dos sinais QAM de banda estreita e de banda larga, portanto 16 QAM. São necessários dois bits para especificarem os quatro níveis de cada componente I e Q, pelo que cada símbolo de dados exige quatro bits para especificar os dezasseis níveis para uma combinação I, Q. Então, a frequência de bit do sinal QAM de banda larga de 3,84 MHz (-6 db) é de 15,36 Mbps (3,84 MHz x 4 bits), e a frequência de bit do sinal QAM de banda estreita de 0,96 MHz (-6 db) é de 3,84 Mbps (0,96 MHz x 4 bits). Num dispositivo de 64 QAM, as frequências de bit das componentes de banda estreita e de banda larga aumentarão de um factor de 1,5.

Os dispositivos QAM (gémeo) múltiplos descritos apresentam significativa imunidade de canal comum em relação a interferências associadas com um sinal de televisão NTSC padrão, isto é, um sinal NTSC transmitido de uma localização diferente, no mesmo canal, que o sinal QAM gémeo. Isto é devido a entalhes cortes de atenuação no espectro QAM, na vizinhança da portadora de imagem RF, NTSC, e da portadora de som NTSC, que estão associadas com informação de alta energia. Pelo contrário, a interferência de canal comum, do sinal QAM gémeo para um sinal NTSC é significativamente reduzida, porque o sinal QAM de banda estreita com grande amplitude será significativamente atenuado por um filtro de rampa Nyquist, num receptor de televisão NTSC padrão. Na figura 2, a resposta do filtro de rampa Nyquist, num receptor NTSC padrão, é indicada por uma linha a ponteado sobreposta na zona de banda baixa do espectro QAM de -0,75 MHz a 0,75 MHz. Verificou-se que a maior amplitude de 6 db, do sinal QAM de banda estreita, em relação ao sinal QAM de banda larga, isto é, apresentando quatro vezes a potência do sinal QAM de banda larga, produz, mais ou menos, a mesma quantidade de uma interferência toleravelmente pequena, do que o sinal QAM de banda larga de menor potência. A combinação da maior amplitude de 6 db da componente QAM de banda estreita e da sua largura de banda de um quarto relativa à componente QAM de banda larga, resulta numa densidade de energia 12 db maior do que a da

469

RCA 86,153

componente QAM de banda larga. 0 sinal QAM de banda estreita de alta prioridade representado, apresenta, portanto, um melhoramento de 12 db da relação entre o sinal e o ruído e uma frequência de erro inferior, em relação ao sinal QAM de banda larga de baixa prioridade. As larguras de banda e amplitudes relativas, dos sinais QAM de banda larga e banda estreita podem ser feitas por medida para se adequarem às exigências de um dispositivo particular que inclui dispositivos de televisão NTSC e PAL.

A componente de banda estreita com grande amplitude de pico, contém suficiente informação video para produzir a exibição de uma imagem com uma definição que se aproxima com a de uma imagem de televisão de definição padrão. Assim, um espectador não deveria ficar demasiado perturbado se, por exemplo, a transmissão de alta definição fosse momentaneamente interrompida por vibração aérea. Isto é, se a componente de banda larga de baixa energia que contém a informação de alta definição for momentaneamente interrompida, a componente de banda estreita de alta energia pode não ser afectada, pelo que é exibida uma imagem com menor definição mas aceitável momentaneamente.

As frequências de bit dos sinais QAM de banda larga e de banda estreita, respectivamente 15,36 Mbps e 3,84 Mbps, apresentadas através de um exemplo de alternativas possíveis, apresentam vantajosamente uma relação de inteiros de 4:1. Esta relação simplifica a recuperação de informação QAM de banda estreita e de banda larga num receptor, uma vez que o mesmo relógio de dados derivado, pode ser rapidamente utilizado para sincronizar a operação de recuperação de dados de ambas as componentes QAM. As frequências de relógio de dados exigidas para o dispositivo receptor podem ser facilmente derivadas do sinal QAM de banda estreita de alta energia, rapidamente recuperado, como será explicado.

A figura 3 mostra um aparelho de transmissão de televisão para desenvolver um sinal QAM gémeo, que tem um espectro de

469

RCA 86,153

amplitude em função da frequência representado na figura 2. Os dados HDTV de alta e baixa prioridade são fornecidos pelas fontes 10 e 30 numa forma digital comprimida em tempo, de modo a ser compatível com a largura de banda de 6 MHz de um canal NTSC padrão. Para atingir este fim, as fontes 10 e 30, contêm aparelhos compressão de tempo digitais e de codificação, que incluem, por exemplo, redes de codificação de Huffman, de codificação de curso-comprimento, de quantificação e de transformação de cosenos discretos.

sinal de saída da fonte 10 é aplicado a um codificador 12, que funciona como um mapeador de bit, para o sinal de corrente de bit contínua recebida da fonte 10. 0 codificador 12 divide o sinal da fonte 10 em segmentos sequenciais de 4 bits (símbolo). Um segmento de valor 16 de 4 bits, é mapeado numa constelação de sinal em forma de grelha de quatro quadrantes, usando uma tabela de consulta, com quatro valores de 4 bits que ocupam áreas reservadas em cada quadrante, como se sabe. A figura 5 representa uma tal reserva de bits para uma constelação de sinal QAM de 16 bits, em relação a uma grelha de quatro quadrantes com um eixo real (I) e um eixo imaginário (Q). Este segmento de bit mapeado aparece nas saídas I e Q do codificador 12 (por exemplo, os primeiros dois bits aparecem na saída I e os próximos dois bits aparecem na saída Q). O próximo segmento de valor 16 de 4 bits é mapeado de maneira semelhante. Para permitir que um receptor seja insensível a uma rotação de fase da constelação de sinal recebida, é usada uma forma de codificação diferencial no transmissor, pelo que os primeiros dois bits de cada segmento quatro bits define o quadrante da constelação, no qual o segmento de quatro bits está situado, e os últimos dois bits definem o ponto particular dentro do quadrante. O codificador 32 funciona do mesmo modo em relação aos sinais recebidos da fonte 30 de dados de baixa prioridade.

Os sinais de saída dos codificadores 12 e 32 são aplicados aos respectivos moduladores QAM 14 e 34 de desenho convencional. Um sinal de saída QAM de banda estreita do modulador 14 é convertido na forma analógica por um conversor analógico-digital 15

469

RCA 86,153

antes de ser aplicado a uma entrada de um combinador aditivo 18, através de um filtro passa baixo horizontal 16 de 1,5 MHz. O filtro 16 retira as componentes de alta frequência indesejadas, incluindo as harmónicas produzidas pelo processamento digital anterior e por circuitos de conversão digital-analógica no circuito de banda estreita. Um sinal de saída QAM de banda larga do modulador 34 é convertido para forma a analógica por um conversor digital-analógico 35 antes de ser aplicado a uma outra entrada do combinador 18, através de um filtro 36 passa baixo horizontal de 6,0 MHz e de um atenuador 38. 0 filtro 36 tem, essencialmente, o mesmo propósito do que o filtro 16. 0 atenuador 38 escala a amplitude da componente QAM de banda larga, de modo que seja menor -6 db do que a amplitude da componente QAM de banda estreita de alta prioridade, como representada na figura 2. Um sinal QAM gémeo composto é produzido na saída do combinador 18. Este sinal QAM gémeo é multiplicado por um sinal de referência REF num modulador (misturador) 20, para produzir a banda lateral dupla do sinal REF modulada com as bandas laterais QAM gémeas superior e inferior na saída do modulador 20. Um filtro 22 passa banda de um canal de TV de 6 MHz rejeita a banda lateral inferior, mas retém a banda lateral superior (figura 2) para transmissão através do aparelho que inclui uma antena 25.

O modulador QAM 14 contém filtros digitais idênticos 41 e 42 de raiz quadrada levantada a coseno de resposta de impulso finito (FIR) que recebem, respectivamente, os sinais de saída I e Q do codificador 12. 0 filtro 41 está situado num circuito em fase nominal e é indicado como um filtro de fase I, enquanto que o filtro 42 está situado num circuito de quadratura de fase nominal e é indicado como um filtro de fase Q. Os filtros 41 e 42 conformam as regiões de transição de bordo de banda não linear das componentes QAM de banda estreita e de banda larga, como explicado em relação com a figura 2.

Os sinais de saída dos filtros 41 e 42 são, respectivamente, modulados nos multiplicadores 44 e 45 com sinais de referência COSENO e SENO. Estes sinais são fornecidos por uma fonte 46,

469

RCA 86,153

-11por exemplo, que inclui uma tabela de consulta que produz valores de seno e de coseno em quatro intervalos de 90° por período, nomeadamente, 90°, 180°, 270° e 360°. os sinais de referência SENO e COSENO correspondem à portadora de quadratura suprimida QAM de banda estreita numa frequência de 0,96 MHz, isto é, 3,84 Mbps/4. Os sinais de saída modulados em quadratura de fase, dos multiplicadores 44 e 45 são combinados por um adicionador 48 para produzir o sinal QAM de banda estreita de alta prioridade. O modulador QAM de banda larga 34 é, estrutural e funcionalmente, semelhante ao modulador 14, a não ser no facto de que a frequência dos sinais de portadora de quadratura SENO e COSENO associados é de 3,84 MHz.

O dispositivo representado na figura 3 emprega processamento de sinal digital de 8 bits em complemento de 2. Os sinais de relógio de dados digitais são fornecidos por sintetizadores de frequência 52 e 54 em resposta a um sinal de relógio mestre desenvolvido por um gerador de relógio de dispositivo 55. Um sinal de relógio CLK de 15,36 MHz do sintetizador 52 age como relógio de dados para a fonte de dados 30, codificador 32 e modulador QAM de banda larga 34. 0 relógio CLK também serve como relógio de dados para a fonte de dados 10, codificador 12 e para o modulador QAM de banda estreita 14, depois de ter a sua frequência dividida para 3,84 MHz por um divisor de frequência de divisão por quatro 54, uma vez que a frequência de dados de banda estreita (3,84 Mbps) é um quarto da frequência dos dados de banda larga (15,36 Mbps). o sintetizador 54 fornece o sinal de referência REF para mover o sinal QAM gémeo composto para a banda de frequência de televisão através do misturador 20.

As portadoras QAM de banda estreita e de banda larga não precisam de ser suprimidas, embora o uso de portadoras suprimidas proporcione economias de energia e evite certo tipo de interferências numa imagem exibida. As portadoras não suprimidas de pequena amplitude podem ser usadas para fornecer recuperação melhorada de relógio de frequência de símbolo. São também possíveis portadoras QAM moduladas com bandas laterais

469

RCA 86,153

assimétricas.

No aparelho receptor da figura 4, um sinal QAM gémeo emitido, recebido por uma antena 110 é aplicado a um misturador 112, conjuntamente com um sinal de referência REF, nominalmente com a frequência do sinal REF usado no transmissor. Um sinal de saída do misturador 112 inclui componentes de soma e de diferença. A componente de soma de alta frequência é rejeitada por um filtro passa baixo 114, que passa a componente de diferença para um conversor analógico digital 116. A componente de diferença que passa apresenta um espectro de frequência de modulação composto mostrado na figura 2, com um espectro de modulação QAM de banda estreita centrado em torno de 0,96 MHz e um espectro de modulação QAM de banda larga centrado em torno de 3,84 MHz.

sinal de saída digital amostrado da unidade 116 é aplicado a um desmodulador 118 que, em conjunto com elementos sucessivos 120, 122, 124, 126, e 128 formam um processador de sinal QAM de banda estreita. O desmodulador 118 inclui uma pluralidade de filtros FIR de entrada para passarem, selectivamente, a componente QAM de banda estreita, enquanto rejeitam a componente QAM de banda larga. Especificamente, o desmodulador QAM de banda estreita 118 inclui um filtro que tem uma característica de resposta de amplitude em função da frequência que, substancialmente, se conforma para a forma da característica de amplitude em função da frequência da componente QAM de banda estreita modulada, como mostrada na figura 2. Um desmodulador 119 numa rede de processamento de sinal QAM de banda larga que inclui elementos 119, 121, 123, 125, 127 e 129 passa, selectivamente, a componente QAM de banda larga enquanto rejeita a componente QAM de banda estreita. 0 desmodulador QAM de banda larga 119 inclui um filtro que tem uma resposta que, substancialmente, se conforma à forma da característica de amplitude em função da frequência da componente QAM de banda larga modulada, como mostrado na figura

2. Assim, o dispositivo receptor apresenta entalhes de atenuação de sinal em frequências associadas com informação de alta energia num sinal de televisão de definição padrão. Os elementos

469

RCA 86,153

y/

...

do processador QAM de banda larga são semelhantes aos elementos correspondentemente marcados do processador de banda estreita que serão abaixo explicados, excepto que as características dos desmoduladores 118 e 119 diferem como acima mencionado. Os desmoduladores 118 e 119 fazem o inverso da operação feita pelos moduladores 14 e 34 no transmissor (figura 3).

Um igualizador adaptativo 120, de desenho convencional, recebe as componentes I e Q em fase e desmoduladas em quadratura, do desmodulador 118. 0 igualizador 120 emprega um filtro FIR digital adaptativo para compensar irregularidades de amplitude e de fase, por exemplo, incluindo fantasmas causados pelo canal de transmissão. Os sinais de saída I e Q igualados, da unidade 120 são aplicados a uma rede de avaliação 126 que produz as componentes I e Q de saída, que representam um valor estimado mais provável das componentes I e Q quando transmitidas. Por exemplo, os valores das componentes I e Q na saída do avaliador 126 foram ajustados como necessário, para compensar o efeito de distorção do ruído adquirido durante a transmissão. 0 avaliador 126 executa essencialmente, uma função interpretativà de valores indicados para amostras que, devido a efeitos, tais como o ruído, não se enquadram exactamente nos lugares reservados na constelação de sinal de quatro quadrantes de 16 pontos. Os sinais de saída do avaliador 126 são aplicados a um descodificador 122, que apresenta essencialmente, o inverso da operação de mapeamento realizada pelo codificador no transmissor. As tabelas de consulta são usadas para desfazerem o mapa da constelação de sinal de quatro quadrantes para os segmentos sequenciais de quatro bits (símbolo) em forma de dígito binário, que existia no transmissor antes de serem codificados no transmissor pela unidade 12 (figura 3).

Um detector de erro 124 monitoriza os sinais de entrada e de saída I, Q do avaliador 126 para produzir um sinal de saída com uma grandeza proporcional ao erro de fase entre os sinais de entrada e de saída I, Q do avaliador 126. 0 erro de fase pode dever-se a efeitos de ruído e neste caso o erro de fase será por natureza aleatório. 0 erro de fase também se pode dever ao facto

469

RCA 86,153

de que a frequência do sinal REF não seja substancialmente igual à frequência do sinal REF correspondente, usado no transmissor, e neste caso o erro de fase não será por natureza aleatório. Um sinal ERRO de saída do detector de erro 124, é usado ultimamente para compensar o desvio da frequência do sinal REF de um valor desejado, isto é, o valor da frequência do sinal REF correspondente no transmissor.

Especificamente, o sinal ERRO é aplicado a uma rede de oscilador controlado por tensão (VCO) 128, que também inclui um filtro passa baixo, para modificar os valores dos sinais de referência seno e coseno em quadratura de fase aplicados ao desmodulador de quadratura 118. Os sinais de referência modificados de seno e de coseno alteram o processo de desmodulação até que a grandeza do sinal de saída representativo de erro, do detector 124, indique que qualquer desvio da frequência do sinal REF de um valor desejado, foi compensada. O filtro passa baixo associado com a unidade 128 filtra o sinal ERRO, de modo que os valores dos sinais de referência do VCO 128 e, portanto, o funcionamento do desmodulador 118, sejam modificados em resposta aos erros de natureza não aleatória, tal como o desvio de frequência descrito, e não são afectados por efeitos aleatórios como o ruído. 0 anel de controlo que inclui as unidades 119, 121, 127, 123, e 129, do processador QAM de banda larga, funciona do mesmo modo do que as unidades 118, 120, 126, 124 e 128 do processador QAM de banda estreita acima explicado. A informação adicional que diz respeito ao funcionamento de um anel de controlo do tipo que inclui o avaliador 126, o detector 124, o VCO 128 e o desmodulador 118, pode ser encontrada no texto Digital Communication, Lee e Messerschmitt, (Kluwer Academic Publishers, Boston, MA, USA,

1988).

Um sintetizador de frequência digital directo 126 produz um sinal de relógio CLK em resposta a um sinal de relógio mestre dum gerador de relógio de dispositivo 130, que também fornece um sinal de relógio a um sintetizador de frequência 135 para desenvolver um sinal de referência de misturador REF. A

469

RCA 86,153

frequência do sinal REF, nominalmente corresponde à do sinal

REF usado no transmissor. Qualquer desvio da frequência do sinal

REF de uma frequência desejada é compensado como acima descrito.

sinal CLK da fonte 126 é o sinal de relógio para os elementos

119, 121, 125 e 127 do processador de banda larga. 0 processador de banda estreita processa um sinal com uma largura de banda que é um quarto da largura de banda do sinal de banda larga. Portanto, os elementos do processador de banda estreita respondem a um sinal de relógio CLK/4 com um quarto da frequência do sinal CLK, quando fornecida por um divisor de frequência 136.

A frequência do sinal de relógio CLK no receptor, corresponde à frequência do sinal de relógio CLK empregue no transmissor (figura 3). O estabelecimento de uma frequência de relógio de receptor adequada é facilitado pela derivação do sinal de relógio de receptor da informação contida da componente QAM de banda estreita de alta energia recebida de maior confiança. Especificamente, o sinal QAM composto da saída do LPF 114 é aplicado a um gerador de sinal não linear 133, por exemplo, uma energia de gerador N, onde N pode ser 2 ou 4. A unidade 133 produz uma só componente de frequência à frequência de símbolo da componente QAM de banda estreita. Neste caso, a frequência de símbolo é de 0,96 MHz, um quarto da frequência de bit. A unidade 133 produz também uma saída altamente atenuada à frequência de símbolo da componente QAM de banda larga de baixa energia, cuja saída é ignorada pelas unidades de processamento de sinal subsequentes.

Um detector de fase 137 responde à componente de saída de 0,96 MHz da unidade 133, e forma um anel de bloqueio de fase, conjuntamente com um filtro passa baixo 138, um sintetizador 126 e um divisor de frequência 139 de divisão por 16. o filtro 138 retira as frequências espúrias, incluindo ruído produzido pelo funcionamento do gerador de sinal não linear 133. 0 divisor de frequência 139 recebe um sinal de 15,36 MHz do sintetizador 126 e fornece um sinal de saída de 0,96 MHz a uma entrada de controlo do detector de fase 137. 0 sintetizador 126 inclui um regis

469

RCA 86,153

-16tador que acumula os incrementos de fase determinados pelo sinal aplicado a uma entrada de controlo da unidade 126 do filtro 138, a uma frequência determinada pela frequência do sinal do gerador de relógio 130. 0 valor de fase acumulado endereça uma ROM que contém valores sinusoidais, que sintetizam o sinal de saída da unidade 126. A função da unidade 126 pode ser implementada pelo circuito integrado do tipo Q2334 disponível comercialmente pela Qualcomm Corporation of San Diego, Califórnia.

Um processador de sinal 140 combina o sinal de dados de alta prioridade desmodulado do descodificador 122 e o sinal de dados de baixa prioridade desmodulado do descodificador 125. 0 processador 140 pode incluir redes de descompressão de dados, tais como redes de descodificadores de Huffman e de quantificadores inversos, de correcção de erro, e redes de desmultiplexagem e de combinação de sinal, para fornecerem as componentes separadas de sinal de televisão, áudio e video. A componente áudio é processada por um processador de sinal áudio 142 antes de ser aplicada a um dispositivo de reprodução de som 146. A componente video é processada por uma unidade 144 para produzir um sinal representativo de imagem que é aplicado a um dispositivo de visionamento de imagem 148.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - Dispositivo para processar um sinal de televisão de alta definição que fornece uma maior definição de imagem do que um sinal de televisão de definição padrão, caracterizado por compreender:

meios (12, 14) para modular uma primeira portadora com uma primeira informação de sinal de televisão, para produzir uma primeira portadora modulada;

meios (32, 34) para modular uma segunda portadora com uma segunda informação de sinal de televisão, para produzir uma segunda portadora modulada; e meios (18, 20, 22) para combinar as ditas primeira e segunda portadoras moduladas para produzir um sinal modulado composto que contém informação de televisão de alta definição, apresentando o dito sinal composto uma largura de banda compatível com a largura de banda de um canal com sinal de televisão de definição padrão, e que tem um espectro de frequências de modulação que apresenta atenuação de sinal em frequências associadas com informação de alta energia no dito sinal de televisão de definição padrão.
2 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dita primeira portadora ser modulada em amplitude de quadratura, por versões de quadratura em fase da dita primeira informação; e a dita segunda portadora ser modulada em amplitude de quadratura por versões de quadratura em fase da dita segunda informação.
3 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dita primeira informação apresentar uma largura de banda estreita em relação à dita segunda informação.

73 469

RCA 86,153
4 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dita primeira informação apresentar uma grande amplitude em relação à dita segunda informação.
5 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dita primeira portadora modulada estar situada numa zona inferior do espectro de frequências do dito sinal modulado composto, separado da dita segunda portadora modulada por uma banda de frequências atenuadas em amplitude, associadas com informação de alta energia no dito sinal de televisão com definição padrão.
6 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelas ditas frequências atenuadas estarem associadas com informação de alta energia, que modulam uma portadora de imagem do dito sinal de televisão com definição padrão.
7 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo dito sinal modulado composto apresentar adicionalmente atenuação em frequências associadas com informação de alta energia, que modulam uma portadora de som do dito sinal de televisão com definição padrão.
8 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela dita primeira informação ser informação de alta prioridade em relação à dita segunda informação.
9 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela dita primeira informação conter informação video, que inclui, fundamentalmente, informação video de baixa frequência, e a dita segunda informação incluir informação video de alta frequência.
10 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela dita primeira informação incluir adicionalmente informação áudio e de sincronismo.
11 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 1, caracte73 469

RCA 86,153 rizado pela dita primeira informação e a dita segunda informação serem informação digital comprimida.
12 - Aparelho modulador/desmodulador para um dispositivo para receber um sinal de televisão de alta definição, caracterizado por compreender um sinal modulado composto que inclui uma primeira portadora modulada com primeira informação e uma segunda portadora modulada com segunda informação, sendo as ditas primeira e segunda portadoras moduladas separadas por uma banda que apresenta atenuação de sinal em frequências associadas com informação de alta energia num sinal de televisão com definição padrão, tendo o dito sinal modulado composto uma largura de banda compatível com a largura de banda de um canal com sinal de televisão de definição padrão, temos um aparelho que apresenta atenuação de sinal nas ditas frequências associadas com informação de alta energia num sinal de televisão com definição padrão e caracterizado por compreender:

meios (114, 116) que agem em resposta ao dito sinal modulado composto para separar a dita primeira portadora modulada da segunda portadora modulada;

meios para processar o primeiro sinal (120 - 128; 121 129) que incluem meios (118; 119) para desmodular as ditas primeira e segunda portadoras moduladas de modo a recuperar as ditas primeira e segunda informações; e meios para processar o segundo sinal (140; 144) que agem em resposta às primeira e segunda informações recuperadas pelos ditos meios de desmodulação para desenvolver um sinal de saída representativo de imagem.
13 - Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelos ditos meios de desmodulação de amplitude de quadratura desmodularem a dita primeira portadora modulada e a dita segunda portadora modulada.
14 - Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracteri-20-

73 469

RCA 86,153 zado pela dita primeira informação recuperada apresentar uma largura de banda estreita em relação à dita segunda informação recuperada.
15 - Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela dita primeira informação recuperada ocupar uma zona inferior do espectro de frequências do dito sinal modulado composto; e a dita segunda informação recuperada ocupar uma zona superior do dito espectro de frequências do dito sinal modulado composto.
16 - Aparelho de acordo com reivindicação 12 e adicionais, caracterizado por compreender meios para descomprimir as ditas primeira e segunda informação.
17 - Aparelho de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pela dita primeira informação recuperada conter informação video que inclui, fundamentalmente, informação video de baixa frequência; e, a dita segunda informação video recuperada incluir informação video de alta frequência.
18 - Aparelho de acordo com a reivindicação 12 e caracterizado por incluir adicionalmente:

meios geradores de sinal de relógio que agem em resposta a um sinal derivado da dita primeira informação para produzir um primeiro sinal de relógio.
19 - Aparelho de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelos ditos meios geradores de sinal de relógio incluírem meios para derivarem um segundo sinal de relógio do dito primeiro sinal de relógio.
20 - Dispositivo para processar um sinal de televisão de

73 469

RCA 86,153 alta definição que fornece uma maior definição de imagem do que um sinal de televisão com definição padrão, caracterizado por compreender:

meios (12, 14) para modular uma primeira portadora com uma primeira informação de sinal de televisão, caracterizado por compreender, predominantemente, informação de baixa frequência, para produzir uma primeira portadora modulada;

meios (32, 34) para modular uma segunda portadora com uma segunda informação de sinal de televisão para produzir uma segunda portadora modulada; e meios (18, 20, 22) para combinar as ditas primeira e segunda portadoras moduladas para produzir um espectro de frequências de modulação, tendo uma zona inferior da banda que contém a dita primeira portadora modulada e uma zona superior da banda que contém a dita segunda portadora modulada.
21 - Aparelho modulador/desmodulador para um dispositivo para receber um sinal de televisão de alta definição, compreendendo um sinal modulado composto, que inclui uma primeira portadora modulada com uma primeira informação de sinal de televisão, compreendendo, predominantemente, informação de baixa frequência que ocupa uma zona inferior da banda do espectro de frequências do dito sinal modulado composto, e uma segunda portadora modulada com uma segunda informação de sinal de televisão que ocupa uma zona superior da banda do dito espectro de frequências do dito sinal composto, sendo o dito aparelho caracterizado por compreender:

meios de entrada (112) que agem em resposta ao dito sinal de televisão para produzir o dito sinal modulado composto em frequências de banda base;

meios de processamento do primeiro sinal (116; 120 - 128; 121 - 129) que agem em resposta ao dito sinal modulado composto de banda base e que inclui meios (118, 119) para desmodular as

73 469

RCA 86,153 ditas primeira e segunda portadoras moduladas para recuperar a dita primeira informação e a dita segunda informação; e meios de processamento do segundo sinal (140, 144) que agem em resposta às primeira e segunda informações recuperadas dos ditos meios de desmodulação para criar um sinal de saída representativo de imagem.
22 - Aparelho de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pela dita primeira informação recuperada apresentar uma largura de banda estreita em relação à dita segunda informação recuperada e contém informação video de baixa frequência, substancialmente exclusiva da informação video de alta frequência.
23 - Dispositivo para processar um sinal de televisão de alta definição que fornece maior definição de imagem do que um sinal de televisão padrão, caracterizado por compreender:

meios (12, 14) para modular uma primeira portadora com uma primeira informação de sinal de televisão para produzir uma primeira portadora modulada;

meios (32, 34) para modular uma segunda portadora com uma segunda informação de sinal de televisão para produzir uma segunda portadora modulada; e meios (18, 20, 22) para combinar as ditas primeira e segunda portadoras moduladas para produzir um espectro de frequências de modulação que tem uma zona inferior da banda que contém a dita primeira portadora modulada e uma zona superior da banda que contém a dita segunda portadora modulada, em que pela dita primeira portadora modulada estar sujeita a ser, significativamente, atenuada por um filtro de gradiente de Nyquist de um receptor de televisão com definição padrão.
24 - Aparelho modulador/desmodulador para um dispositivo para receber um sinal de televisão de alta definição

73 469

RCA 86,153 caracterizado por compreender um sinal modulado composto que inclui uma primeira portadora modulada com uma primeira informação e uma segunda portadora modulada com segunda informação, ocupando a dita segunda portadora modulada uma zona superior da banda do espectro de frequências do dito sinal modulado composto e sendo a dita primeira portadora modulada situada numa zona inferior da banda do dito espectro de frequências de modo a que a dita primeira portadora modulada esteja sujeita a ser significativamente atenuada por um filtro de gradiente de Nyquist de um receptor de televisão de definição normal, sendo o dito aparelho caracterizado por compreender:

meios de entrada (112) que agem em resposta ao dito sinal de televisão para produzir o dito sinal modulado composto em frequências de banda base;

meios de processamento do primeiro sinal (116; 120 - 128; 121 - 129) que agem em resposta ao dito sinal modulado composto de banda de base e que incluem meios (118; 119) para desmodular as ditas primeira e segunda portadoras moduladas para recuperar a dita primeira informação e a dita segunda informação; e meios de processamento do segundo sinal (140, 144) que agem em resposta às primeira e segunda informações recuperadas dos ditos meios de desmodulação para criar um sinal de saída representativo de imagem.
25 - Dispositivo para codificar um sinal HDTV, caracterizado por compreender:

uma fonte de primeiros dados digitais comprimidos (10) e segundos dados digitais comprimidos (30) representativos de dados de imagem HDTV tendo os ditos primeiros dados uma maior prioridade que os ditos segundos dados;

meios (12, 14; 32, 34) que agem em resposta aos ditos primeiros e segundos dados digitais para fornecer os primeiros e segundos sinais QAM de portadora suprimida que contêm respecti73 469

RCA 86,153 vamente os ditos primeiros e segundos dados digitais, tendo o primeiro sinal QAM uma amplitude de pico maior do que a do dito segundo sinal QAM e tendo uma largura de banda menor do que a do dito segundo sinal QAM; e meios (20, 22) que incluem meios (18) para combinar os ditos primeiro e segundo sinais QAM, para fornecer um sinal que ocupa um canal com sinal de televisão padrão, caracterizado pelos ditos primeiro e segundo sinais QAM ocuparem substancialmente bandas espectrais mutuamente exclusivas no dito canal, sendo as ditas bandas espectrais localizadas em bandas de frequências normalmente ocupadas, respectivamente pela banda lateral residual e pela banda lateral superior de um sinal de televisão padrão.
26 - Dispositivo receptor para processar um sinal HDTV, caracterizado por compreender os primeiro e segundo sinais QAM de portadora suprimida que ocupam bandas espectrais mutuamente exclusivas num canal com sinal de televisão padrão, sendo o primeiro sinal QAM (a) localizado numa banda de frequências normalmente ocupada pela banda lateral residual de um sinal de televisão padrão, (b) que contém dados diqitais comprimidos com maior prioridade em relação aos dados digitais comprimidos contidos pelo dito segundo sinal QAM (c) tendo uma amplitude de pico maior que a do dito segundo sinal QAM, e (d) tendo uma largura de banda menor que a do dito segundo sinal QAM, sendo o dito segundo sinal QAM localizado numa banda de frequências do dito canal de televisão padrão normalmente ocupada pela banda lateral superior do dito sinal de televisão padrão; caracterizado por o dito dispositivo compreender:

meios (118, 119) para desmodular os ditos primeiro e segundo sinais QAM para recuperar dados digitais comprimidos associados;

meios (140) para descomprimir os ditos dados digitais recuperados; e

73 469

RCA 86,153 meios (144) que agem em resposta aos ditos dados digitais recuperados descomprimidos para criar um sinal representativo de imagem.
27 - Dispositivo para codificar um sinal de televisão de alta definição (HDTV), compreendendo:

uma fonte de primeiros dados digitais comprimidos (10) e de segundos dados digitais comprimidos (30) representativos de dados de imagem HDTV;

meios (12, 14; 32, 34) para fornecer os primeiro e segundo sinais modulados pelos ditos primeiros e segundos dados digitais , respectivamente; e meios (18, 20, 22) para combinar os ditos primeiro e segundo sinais modulados para fornecer um sinal que ocupa um canal com sinal de televisão padrão, ocupando substancialmente os ditos primeiro e segundo sinais modulados respectivamente bandas espectrais mutuamente exclusivas, no dito canal; caracterizado por:

os ditos primeiro e segundo sinais modulados ocuparem, respectivamente, as bandas espectrais inferior e superior no dito canal;

pelo dito primeiro sinal modulado apresentar uma maior amplitude do que a do dito segundo sinal modulado; e pelo dito primeiro sinal modulado conter suficiente informação video para reproduzir uma imagem visível com baixa definição, independente da informação video associada com o dito segundo sinal modulado.
28 - Dispositivo para receber um sinal de televisão de alta definição que contém um primeiro sinal modulado com informação áudio e video e um segundo sinal modulado com informação video que ocupa substancialmente, as bandas espectrais, respectivamen-26-

73 469

RCA 86,153 te, inferior e superior, mutuamente exclusivas, num canal de televisão padrão, contendo o dito primeiro sinal modulado suficiente informação video e áudio para produzir uma imagem visível com imagem de baixa definição independente da informação associada com o dito segundo sinal modulado; sendo o dito dispositivo caracterizado por compreender:

meios (118, 119) para desmodular os ditos primeiro e segundo sinais modulados para recuperar informação áudio e video associada;

meios (140) para combinar informação video recuperada associada com o dito primeiro sinal modulado, com informação video recuperada associada com o dito segundo sinal modulado, para produzir um sinal video combinado;

meios de processamento do sinal video (144) que agem em resposta ao dito sinal video combinado para produzir um sinal representativo de imagem; e meios de processamento do sinal áudio (142) que agem em resposta à informação áudio recuperada, associada com o dito primeiro sinal modulado.
29 - Dispositivo de acordo com a reivindicação 28, e caracterizado por incluir, adicionalmente:

meios geradores de sinal de relógio (126) que agem em resposta a um sinal derivado do dito primeiro sinal modulado.