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技術 SECAM方式信号復調装置

出願人 パナソニック株式会社
発明者 和泉芳規吉澤昭浩
出願日 2006年4月11日 (14年8ヶ月経過) 出願番号 2006-108428
公開日 2007年10月25日 (13年2ヶ月経過) 公開番号 2007-282081
状態 未査定
技術分野 カラーテレビジョン方式 カラーテレビジョンの色信号処理
主要キーワード 角度関数 初等関数 Y座標 定数テーブル 低レベル状態 弁別部 X座標 関数ベクトル
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2007年10月25日)のものです。
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図面 (6)

課題

振幅レベルFM復調処理が適正に行われない低レベル状態にあるときの角速度導出部の出力ノイズを低減させることができ、帯域の広い色差信号映像を鮮明に映し出すことができるSECAM方式信号復調装置を提供することを目的とする。

解決手段

SECAM方式搬送色信号位相座標ベクトルに対しCORDIC演算を行い逆正接関数を算出するCORDIC演算部と、搬送色信号の振幅レベルが基準値より小さい場合にのみエラーフラグを生成しエラーフラグに基いて色差信号出力停止制御信号を生成する色差信号出力停止制御信号生成部と、CORDIC演算部の出力より角速度を導出し、色差信号出力停止制御信号生成部の出力が、色差信号出力停止制御信号である場合には角速度を出力せず、色差信号出力停止制御信号でない場合には角速度を出力する角速度導出部とを有する。

概要

背景

SECAM方式搬送色信号変調FM方式が採用されているため、復調処理には搬送色信号位相座標ベクトルからそのベクトルの座標角を求める計算が必要であり、その計算が加減算ビットシフト演算のみで実現できることから、ASICなどの組み込み回路としてCORDIC演算が用いられている(非特許文献1参照)。

CORDIC演算とは、関数を2次元平面上のベクトルととらえて、ベクトルの回転の反復計算により関数値を求めるものであり、初期値収束条件を適正に定めることで、各種の初等関数が実現できる。三角関数である「Sin」や「Cos」の場合、その定義から複素平面上の原点から出た長さ1のベクトルについて以下のようになる。

関数ベクトル「f = cosθ+ j sin θ」が定義された時、このベクトルを回転させて目的の関数値に収束させる。一般のベクトル回転マトリクスの計算は、以下のようになる。

これに対して、CORDIC演算では下記の特殊な回転マトリクスを採用している。

この式で、「δn」が 1,1/2、1/4,1/8,・・・となることから、ビットシフト演算のみで各種計算処理が実現できることが判る。式における「p」は収束条件によりベクトルの回転方向を示す係数である。このような回転マトリクスのパラメータを変化させながら回転計算を反復し関数ベクトルの求める関数値に収束させる。この時、関数ベクトルの長さは変化し、その変化量は計算巡回を繰り返すことにより、

となる。この式から回転方向に関係なく一定の値(約1.6467602・・・)に収束し、回転角度

と与えられる。これを計算すると、

となり、回数ごとの回転角度は一意的に決まる。これより回転計算と回転角度にある相関があることが判る。CORDIC演算ではこの回転計算と角度計算を同時に進めていく。

Sin,Cosの計算では、初期値と収束値として、

を取り、収束条件は「Z」を「t」から初め、ゼロに限りなく近づけるよう「p」の符号を決める。収束後のベクトルの大きさは、初期値の「1.647602・・」倍であることから、定数「k」にはその逆数である「0.60725・・」を設定することで、初期値の大きさと同じにさせることが出来る。このようにすることで、収束後の結果としてSinやCosが得られる。

このようにCORDIC演算は「(X,Y)は2次元の回転計算を行い、「Z」は回転した分の角度を計算している」ということになる。そして「Z」が目的の角度に達した時、(X,Y)は同じ分だけ回転しているのであるから、SinやCosの関数値が得られることになる。これを逆に考えると、「Z」が求める未知角度関数値のとき(X,Y)のいずれかを基準にして収束計算を行うことにより、「Z」に目的の関数値(角度)を得ることができる。これが「tan−1」(逆正接関数arctan)計算である。

SECAM方式に使われているFM変調信号復調するのに必要な「tan−1」の計算は、引数として与えた傾きを持つ状態から開始し、X軸まで倒すことで実現される。与える引数を「t」とすると初期値は、

とし、回転演算を行い「X」軸まで倒す。「X」軸まで倒すということは、計算上は「Y」はゼロになるよう回転方向を決めるということになる。倒れこんだ結果は、

となる。つまり、倒れこむまでに回転した回転角が、「tan−1」 の角度で、そのときの「X’」の値は、ベクトルの絶対値に対応するが、回転によってベクトルの長さが変化しているため、長さ変化分で補正する必要がある。

図5はCORDIC演算部の構成を示すブロック図である。但し図5は1回分回路構成である。図5の各構成要素を簡単に説明する。4000は回転方向弁別部、4010は角度変化定数テーブル、4020、4120、4220は符号選択部、4030、4130、4230は加減算器、4110、4210はビットシフト部である。ビットシフト部は、「Xn」,「Yn」を「n+1」回下方にビットシフトし「Xn」,「Yn」とたすきがけ加算する。シフトビット数繰り返し回数ごとに増やされる。符号選択部は、与えられた回転方向弁別に従い、計算が加算になるか減算になるかを決める。回転方向弁別部は、Sin,Cos計算の場合、「Z」の初期値を入力変数初期化し、これがゼロとなるように、加減算の極性を毎回決定していく。つまり、「Z」の残量>0なら負方向、「Z」の残量<0なら正方向に進める。他の関数計算では、それぞれの収束条件により異なった方向の決め方となる。角度変化定数テーブルは、繰り返すごとに回転する回転角度を、あらかじめ計算してテーブルとして持っていて参照する。回転角は、

となり、毎回変化する。

これ全体を必要な結果が得られるまで繰り返す。繰り返す場合には、出力の Xn+1,Yn+1,Zn+1を入力に戻す。最終的な演算精度は、各段のビット幅と繰り返し回数で決まることになる。以上のようなCORDIC演算によりベクトルの座標角が得られる。

しかし、与えられる(X,Y)をビットシフトした値が「共に0」の時、計算が破綻し、正しい結果が導出されない。SECAM信号の搬送色信号振幅が小さい場合及びSECAM信号の無変調部位において、ビットシフト後の(X,Y)値が「共に0」になることがあり、これによりこの部分に本来の色差信号とは異なる信号成分が重畳され、復調映像での色ノイズ発生や色復調回路副搬送波周波数不安定化を招く。
Andraka,R.,“A survey of CORDICalgorithms forFPGA based computers,” FPGA 98 Monterey CA USA (1998年)

概要

振幅レベルがFM復調処理が適正に行われない低レベル状態にあるときの角速度導出部の出力ノイズを低減させることができ、帯域の広い色差信号の映像を鮮明に映し出すことができるSECAM方式信号復調装置を提供することを目的とする。SECAM方式搬送色信号の位相座標ベクトルに対しCORDIC演算を行い逆正接関数を算出するCORDIC演算部と、搬送色信号の振幅レベルが基準値より小さい場合にのみエラーフラグを生成しエラーフラグに基いて色差信号出力停止制御信号を生成する色差信号出力停止制御信号生成部と、CORDIC演算部の出力より角速度を導出し、色差信号出力停止制御信号生成部の出力が、色差信号出力停止制御信号である場合には角速度を出力せず、色差信号出力停止制御信号でない場合には角速度を出力する角速度導出部とを有する。

目的

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、振幅レベルがFM復調処理が適正に行われない低レベル状態にあるときの角速度導出部の出力ノイズを低減させることができ、従来はCORDIC演算の後段に必要だった低域通過フィルタが不要になり、帯域の広い色差信号の映像を鮮明に映し出すことができ、副搬送波信号の安定性を向上させることができるSECAM方式信号復調装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

SECAM方式搬送色信号位相座標ベクトル(x,y)に対しCORDIC演算を行い逆正接関数arctan(y/x)を算出するCORDIC演算部と、SECAM方式搬送色信号の振幅レベル基準値より小さい場合にのみエラーフラグを生成し前記エラーフラグに基いて色差信号出力停止制御信号を生成する色差信号出力停止制御信号生成部と、前記CORDIC演算部の出力を時間軸で比較することにより角速度を導出し、前記色差信号出力停止制御信号生成部の出力が、色差信号出力停止制御信号である場合には前記角速度を出力せず、色差信号出力停止制御信号でない場合には前記角速度を出力する角速度導出部と、を有するSECAM方式信号復調装置

請求項2

SECAM方式搬送色信号の位相座標ベクトル(x,y)に対しCORDIC演算を行い逆正接関数arctan(y/x)を算出するCORDIC演算部と、SECAM方式搬送色信号の振幅レベルが基準値より小さい場合にのみエラーフラグを生成し前記エラーフラグに基いて色差信号出力停止制御信号を生成する色差信号出力停止制御信号生成部と、前記CORDIC演算部の出力を時間軸で比較することにより角速度を導出する角速度導出部と、前記色差信号出力停止制御信号生成部の出力が、色差信号出力停止制御信号である場合には前記角速度導出部の出力を遮断し、色差信号出力停止制御信号でない場合には前記角速度導出部の出力を通過させる切換部と、を有するSECAM方式信号復調装置。

技術分野

0001

本発明は、SECAMデジタル復調方式および装置に関するものである。

背景技術

0002

SECAM方式搬送色信号変調FM方式が採用されているため、復調処理には搬送色信号位相座標ベクトルからそのベクトルの座標角を求める計算が必要であり、その計算が加減算ビットシフト演算のみで実現できることから、ASICなどの組み込み回路としてCORDIC演算が用いられている(非特許文献1参照)。

0003

CORDIC演算とは、関数を2次元平面上のベクトルととらえて、ベクトルの回転の反復計算により関数値を求めるものであり、初期値収束条件を適正に定めることで、各種の初等関数が実現できる。三角関数である「Sin」や「Cos」の場合、その定義から複素平面上の原点から出た長さ1のベクトルについて以下のようになる。

0004

0005

関数ベクトル「f = cosθ+ j sin θ」が定義された時、このベクトルを回転させて目的の関数値に収束させる。一般のベクトル回転マトリクスの計算は、以下のようになる。

0006

0007

これに対して、CORDIC演算では下記の特殊な回転マトリクスを採用している。

0008

0009

この式で、「δn」が 1,1/2、1/4,1/8,・・・となることから、ビットシフト演算のみで各種計算処理が実現できることが判る。式における「p」は収束条件によりベクトルの回転方向を示す係数である。このような回転マトリクスのパラメータを変化させながら回転計算を反復し関数ベクトルの求める関数値に収束させる。この時、関数ベクトルの長さは変化し、その変化量は計算巡回を繰り返すことにより、

0010

0011

となる。この式から回転方向に関係なく一定の値(約1.6467602・・・)に収束し、回転角度

0012

0013

と与えられる。これを計算すると、

0014

0015

となり、回数ごとの回転角度は一意的に決まる。これより回転計算と回転角度にある相関があることが判る。CORDIC演算ではこの回転計算と角度計算を同時に進めていく。

0016

0017

Sin,Cosの計算では、初期値と収束値として、

0018

0019

を取り、収束条件は「Z」を「t」から初め、ゼロに限りなく近づけるよう「p」の符号を決める。収束後のベクトルの大きさは、初期値の「1.647602・・」倍であることから、定数「k」にはその逆数である「0.60725・・」を設定することで、初期値の大きさと同じにさせることが出来る。このようにすることで、収束後の結果としてSinやCosが得られる。

0020

このようにCORDIC演算は「(X,Y)は2次元の回転計算を行い、「Z」は回転した分の角度を計算している」ということになる。そして「Z」が目的の角度に達した時、(X,Y)は同じ分だけ回転しているのであるから、SinやCosの関数値が得られることになる。これを逆に考えると、「Z」が求める未知角度関数値のとき(X,Y)のいずれかを基準にして収束計算を行うことにより、「Z」に目的の関数値(角度)を得ることができる。これが「tan−1」(逆正接関数arctan)計算である。

0021

SECAM方式に使われているFM変調信号復調するのに必要な「tan−1」の計算は、引数として与えた傾きを持つ状態から開始し、X軸まで倒すことで実現される。与える引数を「t」とすると初期値は、

0022

0023

とし、回転演算を行い「X」軸まで倒す。「X」軸まで倒すということは、計算上は「Y」はゼロになるよう回転方向を決めるということになる。倒れこんだ結果は、

0024

0025

となる。つまり、倒れこむまでに回転した回転角が、「tan−1」 の角度で、そのときの「X’」の値は、ベクトルの絶対値に対応するが、回転によってベクトルの長さが変化しているため、長さ変化分で補正する必要がある。

0026

図5はCORDIC演算部の構成を示すブロック図である。但し図51回分回路構成である。図5の各構成要素を簡単に説明する。4000は回転方向弁別部、4010は角度変化定数テーブル、4020、4120、4220は符号選択部、4030、4130、4230は加減算器、4110、4210はビットシフト部である。ビットシフト部は、「Xn」,「Yn」を「n+1」回下方にビットシフトし「Xn」,「Yn」とたすきがけ加算する。シフトビット数繰り返し回数ごとに増やされる。符号選択部は、与えられた回転方向弁別に従い、計算が加算になるか減算になるかを決める。回転方向弁別部は、Sin,Cos計算の場合、「Z」の初期値を入力変数初期化し、これがゼロとなるように、加減算の極性を毎回決定していく。つまり、「Z」の残量>0なら負方向、「Z」の残量<0なら正方向に進める。他の関数計算では、それぞれの収束条件により異なった方向の決め方となる。角度変化定数テーブルは、繰り返すごとに回転する回転角度を、あらかじめ計算してテーブルとして持っていて参照する。回転角は、

0027

0028

となり、毎回変化する。

0029

これ全体を必要な結果が得られるまで繰り返す。繰り返す場合には、出力の Xn+1,Yn+1,Zn+1を入力に戻す。最終的な演算精度は、各段のビット幅と繰り返し回数で決まることになる。以上のようなCORDIC演算によりベクトルの座標角が得られる。

0030

しかし、与えられる(X,Y)をビットシフトした値が「共に0」の時、計算が破綻し、正しい結果が導出されない。SECAM信号の搬送色信号振幅が小さい場合及びSECAM信号の無変調部位において、ビットシフト後の(X,Y)値が「共に0」になることがあり、これによりこの部分に本来の色差信号とは異なる信号成分が重畳され、復調映像での色ノイズ発生や色復調回路副搬送波周波数不安定化を招く。
Andraka,R.,“A survey of CORDICalgorithms forFPGA based computers,” FPGA 98 Monterey CA USA (1998年)

発明が解決しようとする課題

0031

しかしながら上記の従来の構成では、この本来の色差信号とは異なる信号成分(ノイズ)を取り除くため、CORDIC演算処理後低域通過フィルタを用いている。

0032

しかし、低域通過フィルタを用いることによって色差信号の帯域が狭くなり、本来の信号状態が得られなくなり、それにより副搬送波信号の安定性が低下するという問題点を有していた。

0033

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、振幅レベルがFM復調処理が適正に行われない低レベル状態にあるときの角速度導出部の出力ノイズを低減させることができ、従来はCORDIC演算の後段に必要だった低域通過フィルタが不要になり、帯域の広い色差信号の映像を鮮明に映し出すことができ、副搬送波信号の安定性を向上させることができるSECAM方式信号復調装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0034

この目的を達成するために本発明のSECAM方式信号復調装置は、SECAM方式搬送色信号の位相座標ベクトル(x,y)に対しCORDIC演算を行い逆正接関数arctan(y/x)を算出するCORDIC演算部と、SECAM方式搬送色信号の振幅レベルが基準値より小さい場合にのみエラーフラグを生成し前記エラーフラグに基いて色差信号出力停止制御信号を生成する色差信号出力停止制御信号生成部と、前記CORDIC演算部の出力を時間軸で比較することにより角速度を導出し、前記色差信号出力停止制御信号生成部の出力が、色差信号出力停止制御信号である場合には前記角速度を出力せず、色差信号出力停止制御信号でない場合には前記角速度を出力する角速度導出部と、を備えた構成を有している。

0035

この構成により、振幅レベルがFM復調処理が適正に行われない低レベル状態にあるとき発生するノイズに対し生成されるエラーフラグに基く色差信号出力停止制御信号が出力される期間は角速度導出部の出力を遮断することにより、角速度導出部の出力ノイズを低減させることができ、従来はCORDIC演算の後段に必要だった低域通過フィルタが不要になり、帯域の広い色差信号の映像を鮮明に映し出すことができ、副搬送波信号の安定性を向上させることができる。

発明の効果

0036

以上のように本発明は、振幅レベルがFM復調処理が適正に行われない低レベル状態にあるときの角速度導出部の出力ノイズを低減させることができ、従来はCORDIC演算の後段に必要だった低域通過フィルタが不要になり、帯域の広い色差信号の映像を鮮明に映し出すことができ、副搬送波信号の安定性を向上させることができるという優れた効果が得られる。

発明を実施するための最良の形態

0037

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1におけるSECAM方式信号復調装置の構成を示すブロック図である。100は入力されるSECAM方式搬送色信号の位相座標ベクトル(x,y)に対しCORDIC演算を行い逆正接関数arctan(y/x)を算出するCORDIC演算部である。CORDIC演算部100はいかなる振幅のSECAM方式搬送色信号に対してもCORDIC演算を用いたベクトル座標角速度導出を行う。101はCORDIC演算部100で求められた座標角を時間軸で比較し角速度を導出し、後述する色差信号出力停止制御信号生成部104の出力が、色差信号出力停止制御信号である場合には前記角速度を出力せず、色差信号出力停止制御信号でない場合には前記角速度を出力する角速度導出部、102はディエンファシス処理を行うディエンファシス処理部、103は信号を1水平期間遅延させる1水平期間遅延処理部、104はSECAM方式搬送色信号の振幅レベルが基準値より小さい場合にのみエラーフラグを生成し前記エラーフラグに基いて色差信号出力停止制御信号を生成する色差信号出力停止制御信号生成部、105はR−YおよびB−Y色差信号を遅延信号および無遅延信号から選択する色差信号選択処理部である。

0038

図2は、本発明の実施の形態1における色差信号出力停止制御信号生成部104の構成を示すブロック図である。2001は搬送色信号ベクトルのX座標成分の振幅レベルを検出するレベル検出部、2002は搬送色信号ベクトルのY座標成分の振幅レベルを検出するレベル検出部、2010はレベル検出部2001、2002の出力に基いてエラーフラグを生成するかどうかを判定するエラー発生判断部、2020はエラー発生判断部2010の出力に基いてエラーフラグの時間幅を決定する幅決定部、2030は幅決定部2020の出力に基いてエラーフラグの時間位置を決定する位置決定部である。色差信号出力停止制御信号生成部104は常にSECAM方式の搬送色信号の振幅レベルを監視する。その振幅レベルが基準値よりも小さい場合にはエラーフラグを生成する。ここで基準値は振幅レベルがFM復調処理が適正に行われる最小レベルに設定しておく。幅決定部2020および位置決定部2030は散発的に発生するノイズを所定の時間幅のパルスに変換するためのものである。CORDIC演算部100の出力信号および色差信号出力停止制御信号生成部104の出力フラグを入力とする角速度導出部101は、エラーフラグが立っていない場合には入力座標角から求めた角速度を色差信号として出力し、フラグが立っている場合には色差信号出力を停止する。その他はエラーフラグの有無による動作の差異はない。

0039

次に、図1の動作について図3を用いて説明する。図3は、本発明の実施の形態1における主要部の波形図である。図3(a)はCORDIC演算部100および色差信号出力停止制御信号生成部104の入力である搬送色信号の波形、図3(b)は色差信号出力停止制御信号生成部104を用いない場合の角速度導出部101の出力波形図3(c)は色差信号出力停止制御信号生成部104の出力波形、図3(d)は色差信号出力停止制御信号生成部104を用いた場合の角速度導出部101の出力波形である。時刻t1から時刻t2までの間は搬送色信号の振幅レベルは小さい(図3(a)参照。)。このため色差信号出力停止制御信号生成部104を用いない場合は角速度導出部101の出力はノイズを発生する(図3(b)参照。)。しかし色差信号出力停止制御信号生成部104の出力をゲート信号として用いることにより、搬送色信号の振幅レベルが小さい部分はノイズを出力せず、振幅レベルが大きい部分のみ信頼性のある信号を出力させる。

0040

尚、上記説明では色差信号出力停止制御信号生成部104の出力を角速度導出部101に入力する構成について説明したが、図4は本発明の実施の形態1における他のSECAM方式信号復調装置の構成を示すブロック図である。図4は従来の角速度導出部を用いる場合の構成を示す。図1と異なる点は、CORDIC演算部100の出力を時間軸で比較することにより角速度を導出する角速度導出部111と、色差信号出力停止制御信号生成部104の出力が、色差信号出力停止制御信号である場合には角速度導出部111の出力を遮断し、色差信号出力停止制御信号でない場合には角速度導出部111の出力を通過させる切換部112を用いる点である。

0041

以上のように本実施の形態1によれば、振幅レベルがFM復調処理が適正に行われない低レベル状態にあるとき発生するノイズに対し生成されるエラーフラグに基く色差信号出力停止制御信号が出力される期間は角速度導出部の出力を遮断することにより、角速度導出部の出力ノイズを低減させることができ、従来はCORDIC演算の後段に必要だった低域通過フィルタが不要になり、帯域の広い色差信号の映像を鮮明に映し出すことができ、副搬送波信号の安定性を向上させることができる。

0042

本発明のSECAM方式信号復調装置は、振幅レベルがFM復調処理が適正に行われない低レベル状態にあるとき発生するノイズに対し生成されるエラーフラグに基く色差信号出力停止制御信号が出力される期間は角速度導出部の出力を遮断することにより、角速度導出部の出力ノイズを低減させることができ、従来はCORDIC演算の後段に必要だった低域通過フィルタが不要になり、帯域の広い色差信号の映像を鮮明に映し出すことができ、副搬送波信号の安定性を向上させることができるという優れた効果を有しているため、副搬送波信号の安定性が向上するSECAM方式信号復調装置として有用である。

図面の簡単な説明

0043

本発明の実施の形態1におけるSECAM方式信号復調装置の構成を示すブロック図
本発明の実施の形態1における色差信号出力停止制御信号生成部の構成を示すブロック図
本発明の実施の形態1における主要部の波形図
本発明の実施の形態1における他のSECAM方式信号復調装置の構成を示すブロック図
CORDIC演算部の構成を示すブロック図

符号の説明

0044

100 CORDIC演算部
101、111 角速度導出部
102ディエンファシス処理部
103 1水平期間遅延処理部
104色差信号出力停止制御信号生成部
105色差信号選択処理部
112 切換部
2001,2002レベル検出部
2010エラー発生判断部
2020 幅決定部
2030位置決定部

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