專利名稱：使用周期平穩(wěn)工具箱檢測嵌入到噪聲中的電視信號的存在的制作方法
使用周期平穩(wěn)工具箱 檢測嵌入到噪聲中的電視信號的存在
本發(fā)明涉及認(rèn)知無線電領(lǐng)域，尤其涉及檢測供認(rèn)知無線電擇機
(opportunistic )使用的電視信號的存在或者不存在。
頻諳靈活無線電(也稱為認(rèn)知無線電)代表了用于無線通信的新 出現(xiàn)的方法，其中根據(jù)需要來使用頻譜的若干部分。認(rèn)知無線電基于 外部環(huán)境來調(diào)節(jié)其傳輸特性。這意味著如果將所述頻傳的一部分分配 給授權(quán)用戶并且不在給定位置和時間中使用該部分，那么(FCC規(guī)則 允許的)靈活無線電就可以使用該頻譜。通常，這些靈活無線電設(shè)備 確定不存在授權(quán)設(shè)備，以便它們的傳輸不對授權(quán)設(shè)備產(chǎn)生有害的干 擾。
認(rèn)知無線電可以用于近距離無線情況(例如醫(yī)院內(nèi)的患者監(jiān)控) 中或者遠(yuǎn)距離無線情況(例如無線最后一英里接入)中。應(yīng)當(dāng)注意， 參與電視服務(wù)的電視接收器并不進(jìn)行發(fā)射。因此，它們的存在難于檢 測。然而，電視接收器需要來自電視廣播站的最低信號電平以進(jìn)行操 作。因此，能夠檢測深深嵌入到噪聲中的電視信號的存在的技術(shù)是靈 活/認(rèn)知無線電的關(guān)鍵部分。
因而，在工業(yè)中存在開發(fā)用于識別深深嵌入到噪聲中的電視信號的方法的需要。
公開了用于檢測嵌入到所接收信號中的電視信號的存在的方法、 設(shè)備和計算機產(chǎn)品，其中所接收信號包括電視信號和噪聲。所述方法 包括步驟確定所接收電視信號的峰值能量；基于所確定的峰值能量 來確定電視信號的周期。在本發(fā)明的一個方面中，所述確定峰值能量 的步驟包括步驟以因子N上采樣所接收信號；對經(jīng)過上采樣的所接 收信號的M個分段的組進(jìn)行同步平均；對該信號執(zhí)行自相關(guān)；以及在 該自相關(guān)函數(shù)的輸出中檢測峰值的存在。在本發(fā)明的另一個方面中， 所述方法包括步驟以因子N上采樣所希望的信號；對該信號執(zhí)行延
遲乘法；執(zhí)行音調(diào)分析并且在該音調(diào)分析的輸出中檢測單個信號。

圖1A和IB分別說明了傳統(tǒng)模擬電視信號的時間表示和頻率表
示；
圖2A和2B說明了示例性數(shù)字電視(ATSC)信號的頻率表示和幀 結(jié)構(gòu)；
圖3A和3B說明了傳統(tǒng)NTSC(模擬)電視信號的循環(huán)相關(guān)和語 相關(guān)密度；
圖3C說明了用于確定輸出信噪比(SNR)以便獲取電視信號的方
法；
圖4說明了依照本發(fā)明的原理對傳統(tǒng)模擬NTSC信號進(jìn)行檢測的
結(jié)果；
圖5說明了依照本發(fā)明的原理對示例性ATSC (數(shù)字)電視信號 進(jìn)行檢測的結(jié)果；
圖6說明了用于執(zhí)行此處所示的處理的系統(tǒng)。
應(yīng)當(dāng)理解的是，這些附圖僅僅用于圖解說明本發(fā)明的概念的目 的，而并非意在限定本發(fā)明的范圍。此處圖中示出并且在伴隨的詳細(xì) 描述中說明的實施例旨在用作說明性實施例，并且不應(yīng)當(dāng)被視為實踐 本發(fā)明的唯一方式。再者，適當(dāng)時添加了參考字符的相同附圖標(biāo)記用 于標(biāo)識相似的元件。
傳統(tǒng)上，周期平穩(wěn)工具箱用于檢測嵌入到噪聲中的信號。如果信 號具有周期平均和周期方差值(也可以表現(xiàn)出更高階的周期平穩(wěn)性， 比如四階)，那么信號中就出現(xiàn)了周期平穩(wěn)屬性。圖1A和1B分別說 明了傳統(tǒng)模擬電視信號在時域和頻域中的周期性質(zhì)。參照圖1A,傳 統(tǒng)電視信號具有時間周期屬性(H),其中在每個數(shù)據(jù)幀(458行) 之后產(chǎn)生"水平同步，，信號。該水平同步信號每秒重復(fù)30次。圖1B 說明了頻域中的周期信號，其中信號能量以由"H"給出的行周期所 隔開的頻率聚集。參照圖1A和1B，可以看出傳統(tǒng)電視信號的頻鐠具 有高的自相關(guān)度，因而具備周期平穩(wěn)屬性。
圖2A和2B說明了數(shù)字信號的類似周期平穩(wěn)屬性。參照圖2A， 示出的數(shù)字電視信號(IEEE ATSC 53)的頻鐠在該頻譜的預(yù)定部分中
包括抑制栽波，而且總頻帶類似地是固定的。圖2B說明了該IEEE ATSC 53數(shù)字信號的重復(fù)幀結(jié)構(gòu)，其中在24. 2毫秒幀中發(fā)送313個分段。
對于模擬信號，圖3A和3B分別示出了循環(huán)自相關(guān)函數(shù)( 和循環(huán)鐠密度函數(shù)((等式1和2)。這些函數(shù)可以確定為
其中K(r)為所接收的信號0c)的自相關(guān)函數(shù)；《(/)為所述周期自 相關(guān)函數(shù)的傅立葉變換；T為兩個信號之間的延遲。
大多數(shù)現(xiàn)有方法提出使用延遲乘法來檢測周期平穩(wěn)(周期方差) 信號的存在。對于數(shù)字信號，延遲乘法電路的輸出SNR(0^)由下式給 出
"z趁J (3) 其中0酣為輸出SNR; Ns為FFT點的積分時間或者數(shù)目；以及Y
隨不同的檢測方案而變化。
然而，Y較小并且典型地等于0.0012。圖3C說明了用于確定Y
值的方法。
依照本發(fā)明的原理，繼之以基于音調(diào)檢測(利用二階周期平穩(wěn)屬 性)的信號檢測的同步平均(利用一階周期平穩(wěn)屬性)或者延遲乘法 用于確定包含電視信號和噪聲的接收信號的隱含周期性，并且進(jìn)一步 檢測所接收的模擬和/或數(shù)字電視信號的存在。更特別地，利用一階 周期平穩(wěn)屬性的本發(fā)明方法可以概括為包括步驟
a. 以因子N上采樣所希望的信號；
b. 對具有M個分段的組執(zhí)行同步平均；
c. 對該信號執(zhí)行自相關(guān)；以及
d. 在該自相關(guān)的輸出中檢測峰值的存在。
基于在接收器處對于周期"H"(如圖1A中所示)的估計，(由 于沒有完全確定時鐘恢復(fù)，因而在B個鄰接的頻率段(frequency bin) 上進(jìn)行搜索)，可以對所接收的輸入信號(電視信號和噪聲)進(jìn)行分 段，并且對M個這樣的分段一起進(jìn)行平均。B是基于接收器處的時鐘 精度來選擇的，換言之，如果時鐘非常精確，那么B較小，而如果時
加=f ^一' 鐘不那么精確，那么B為較大的數(shù)。由于"H"較大，因而在估計時 鐘值中的誤差對檢測沒有顯著的影響(此外，在B個鄰接的頻率段上 進(jìn)行搜索也部分地減輕了這個問題)。因此，使用匹配的濾波器類型 檢測在模擬電視信號中檢測同步模式的存在。
在第二方面，利用二階周期平穩(wěn)屬性的本發(fā)明方法可以概括為包 括步驟(在B個鄰接的頻率段上執(zhí)行)
a. 以因子N上采樣所希望的信號；
b. 對該信號執(zhí)行延遲乘法；
c. 執(zhí)行音調(diào)分析；
d. 在音調(diào)分析的輸出中檢測單個信號。
圖4說明了對于大小為M=5、 10、 15和20的分段、依照本發(fā)明 的原理對傳統(tǒng)NTSC模擬電視信號進(jìn)行基于同步平均的周期平穩(wěn)檢測 的結(jié)果。上采樣因子N典型地取成比13. 5Mhz的模擬電視采樣率和 10. 75兆碼元/秒的數(shù)字電視采樣率大幾個數(shù)量級。
如所示，對于已知的輸入SNR，隨著選定的分段數(shù)(M)的增加， 輸出SNR增大。換言之，隨著所用的分段數(shù)的增加，所接收的信號在 更大數(shù)量的分段上進(jìn)行平均，這允許得到更大的信噪比以及在所接收 的信號中檢測到隱含周期的更大可能性。相應(yīng)地，M作為所期望信號 的周期(H)估計的已知倍數(shù)。
圖5說明了依照本發(fā)明的原理對示例性數(shù)字電視信號進(jìn)行基于 延遲乘法和同步平均的檢測的結(jié)果。在這個所說明的呈示中，相關(guān)l 表示繼之以閾值檢測以便檢測場同步信號(即圖2A中的水平軸)的 信號的自相關(guān)，相關(guān)2表示如上所述應(yīng)用到ATSC (數(shù)字)信號以便 檢測分段同步(即圖2A中的垂直軸)的同步平均。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，這里示出的處理可以由在計算機或處理系統(tǒng)上操作 的軟件和/或硬件代碼來執(zhí)行。該系統(tǒng)可以包括存儲向所述處理系統(tǒng) 提供必要指令的代碼的可編程存儲器，即PROM、 RAM、 FLASH等等。 所述代碼可以預(yù)先存儲在所述存儲器中，或者可以經(jīng)由一個或多個計 算機可讀介質(zhì)或者通過網(wǎng)絡(luò)來下載。在另一方面，所述代碼可以是裝 載到向所述處理系統(tǒng)提供必要指令的FPGA或者ASIC中的硬件代碼。 該處理系統(tǒng)還可以從提供便攜式設(shè)備的運動指示的一個或多個傳感 器中接收輸入。
圖6說明了用于執(zhí)行此處示出的處理的常規(guī)處理器系統(tǒng)600。處 理器系統(tǒng)600包括通過通信總線625與存儲器615和輸入/輸出設(shè)備 620進(jìn)行通信的處理器610。存儲器615可以包括當(dāng)由處理器610執(zhí) 行時、進(jìn)行本文所述的處理的指令或計算機代碼。輸入/輸出設(shè)備620 提供了供處理器610和/或存儲器615往返于第二處理系統(tǒng)或信息顯 示系統(tǒng)接收或者發(fā)送信息的手段。雖然未示出，但是應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可 以通過顯示器和1/O設(shè)備620或者第二處理器系統(tǒng)和1/0設(shè)備620之 間的一個或多個網(wǎng)絡(luò)來傳輸信息。例如，可以在通過1/0設(shè)備620的 網(wǎng)絡(luò)上向所述存儲器傳送計算機代碼。
盡管已經(jīng)顯示、描述和指出了應(yīng)用于本發(fā)明優(yōu)選實施例的、本發(fā) 明的基本新穎特征，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神的情 況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在所描述的設(shè)備方面、在所公開的設(shè)備的 形式和細(xì)節(jié)方面、以及其操作方面做出各種省略、替換和變化。要明 確指出的是，以基本相同的方式執(zhí)行基本相同的功能以達(dá)到相同結(jié)果 的這些元件的所有組合都落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。從一個所描述的實施 例到另 一個實施例的元件的替換也是可完全主張和考慮到的。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測表現(xiàn)出周期平穩(wěn)屬性的、嵌入到接收信號中的電視信號的存在的方法，其中所接收信號包括該電視信號和噪聲，該方法包括步驟確定所接收的電視信號的峰值能量；以及基于所確定的峰值能量來確定所述電視信號的周期。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定峰值能量的步驟包 括步驟以因子N上采樣所接收信號；對經(jīng)過上采樣的所接收信號的M個分段的組進(jìn)行同步平均；對該信號執(zhí)行自相關(guān)；以及在該自相關(guān)函數(shù)的輸出中檢測峰值的存在。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中N的值比所述電視信號的采 樣率大至少一個數(shù)量級，并且在B個鄰接的頻率段上進(jìn)行搜索。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述確定峰值能量的步驟包 括步驟a. 以因子N上采樣所希望的信號；b. 對該信號執(zhí)行延遲乘法；c. 執(zhí)行音調(diào)分析；d. 在音調(diào)分析的輸出中檢測單個信號。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中N的值比所述電視信號的采 樣率大至少一個數(shù)量級，并且在B個鄰接的頻率段上進(jìn)行搜索。
6. —種用于檢測表現(xiàn)出周期平穩(wěn)屬性的、嵌入到接收信號中的 電視信號的存在的設(shè)備，其中所接收信號包括該電視信號和噪聲，該 設(shè)備包括與存儲器進(jìn)行通信的處理器，該處理器執(zhí)行步驟 確定所接收的電視信號的峰值能量；以及 基于所確定的峰值能量來確定該電視信號的周期。
7. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述確定峰值能量的步驟包 括步驟以因子N上采樣所接收的信號；對經(jīng)過上采樣的所接收信號的M個分段的組進(jìn)行同步平均； 對該信號執(zhí)行自相關(guān)；以及在該自相關(guān)函數(shù)的輸出中檢測峰值的存在。
8. 如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中N的值比所述電視信號的采 樣率大至少一個數(shù)量級，并且在B個鄰接的頻率段上進(jìn)行搜索。
9. 如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述確定峰值能量的步驟包 括步驟a. 以因子N上采樣所希望的信號；b. 對該信號執(zhí)行延遲乘法；c. 執(zhí)行音調(diào)分析；d. 在音調(diào)分析的輸出中檢測單個信號。
10. 如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中N的值比所述電視信號的采 樣率大至少一個數(shù)量級，并且在B個鄰接的頻率段上進(jìn)行搜索。
11. 一種計算機可讀介質(zhì)，其向處理系統(tǒng)提供指令以便檢測表現(xiàn) 出周期平穩(wěn)屬性的、嵌入到接收信號中的電視信號的存在，其中所接 收信號包括該電視信號和噪聲，所述指令使得該處理系統(tǒng)執(zhí)行步驟確定所接收電視信號的峰值能量；以及 基于所確定的峰值能量來確定該電視信號的周期。
12. 如權(quán)利要求11所述的計算機可讀介質(zhì)，其中所述確定峰值 能量的步驟包括步驟以因子N上采樣所接收信號；對經(jīng)過上采樣的所接收信號的M個分段的組進(jìn)行同步平均；對該信號執(zhí)行自相關(guān)；以及在該自相關(guān)函數(shù)的輸出中檢測峰值的存在。
13. 如權(quán)利要求12所述的計算機可讀介質(zhì)，其中N的值比所述 電視信號的采樣率大至少一個數(shù)量級，并且在B個鄰接的頻率段上進(jìn) 行搜索。
14. 如權(quán)利要求11所述的計算機可讀介質(zhì)，其中所述確定峰值 能量的步驟包括步驟a. 以因子N上采樣所希望的信號；b. 對該信號執(zhí)行延遲乘法；c. 執(zhí)行音調(diào)分析；d. 在音調(diào)分析的輸出中檢測單個信號。
15.如權(quán)利要求14所述的計算機可讀介質(zhì)，其中N的值比所述 電視信號的采樣率大至少一個數(shù)量級，并且在B個鄰接的頻率段上進(jìn) 行搜索。
全文摘要
公開了一種用于檢測嵌入到接收信號中的電視信號的存在的方法，其中所接收信號包括該電視信號和噪聲?？梢詫⑦@些信號的一階或二階周期平穩(wěn)屬性用于它們的檢測。當(dāng)使用了一階周期平穩(wěn)屬性時，使用以下方法，該方法包括步驟以因子N上采樣所接收信號；對經(jīng)過上采樣的所接收信號的M個分段的組進(jìn)行同步平均；對該信號執(zhí)行自相關(guān)；以及在該自相關(guān)函數(shù)的輸出中檢測峰值的存在。當(dāng)使用了信號的二階周期平穩(wěn)屬性時，該方法包括步驟以固定延遲量(碼元時間)延遲所接收的信號；將所接收的信號與延遲的版本相乘；在輸出中尋找音調(diào)(單一頻率)。
文檔編號H04L12/56GK101371569SQ200780002503
公開日2009年2月18日 申請日期2007年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月17日
發(fā)明者B·董, D·比魯, K·查拉帕利 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司