[其他]具有截断偏差补偿的数字定比电路

说明书

本发明涉及数字信号处理系统中，对量化效应及截断/舍入误差予以补偿的电路。

此处将以视频信号处理系统中的循环滤波器为背景描述本发明的应用，但其用途并不限于此。

在视频系统中，循环滤波器可用于衰减视频信号频带内的噪声。帧与帧之间，信号是高度相关的。因此，若将连续帧的视频信号相加，相关信号将做线性相加，而信号的伴随噪声却不然。相加的信号合，通常在希望的幅度范围内被归一化，经此处理，平均信号的信噪比得到提高。

典型的视频循环滤波器，包括一个延迟器件，该延迟器件在再循环环路中与用于组合部分延迟信号和部分输入信号的电路相耦合。该组合信号加到延迟器件后，将被延迟一段时间，以保证每一组合视频信号样本的构成部分，均取自连续视频帧的相应象素。输入信号与延迟信号的小数部分，是分别利用系数K和（1-K）对两信号定比得到的。如果输入信号与取自延迟器件的平均信号幅值相等，则规范化新的组合信号使之等于输入信号。在数字处理系统中，规范化处理将使延迟器件对样本位数的要求降至最低。因此，若输入信号由8位样本组成，延迟器件的样本可保持在9位或10位。为降低应用在消费产品中循环滤波器的制造成本，在设计中考虑上述因素是极为重要的。

用于例如电视接收机等的循环滤波器中的定比电路，必须结构简单，价格低廉，具有竞争性。移位器是最简单的定比电路中的一种，适用于数字电视接收机。这种位元移位器，或称桶形移位器，将样本中位元向低位右移实现除法运算，向高位左移实现乘法运算。除法模式用于对小于1的系数产生定比。在除法模式中，样本位元右移后，样本低位被截断，截断的位数等于高位位元被移动的数目。未做舍入处理，或舍入处理不当的截断，都会使被处理信号产生严重异常现象。请参阅B.Gold与C.M.Rader于1969年所著McGrawH∶11出版的《信号的数字处理》（Digitol    processing    of    Signal）一书，98～131页。在视频信号处理系统中，循环滤波器的截断/舍入效应，表现为“地玻璃”效应（Grounel    Glass）。这是由于加到循环滤波器的样本没有足够高的分辨率，无法使滤波器收敛于适当的值。

表1列出了通过截断与舍入处理产生的定比。

为便于说明，这里使用的输入信号是三位二进制数。表1左边第一列给出了所有可能的三位二进制输入值，标明“十进制等效值”的第二列给出了这些数的十进制等效值。为了指明位元的位置，三位的输入值写成带小数点及三位零尾数的形式。第三列称为“右移位元位置”，给出了第一列中相应数右移三位后的二进制值，即第一列数被8除的结果。典型的定比电路将截断或舍弃尾部位元，由此得到的二进制值在称为“二进制截断值”的列中给出，右边称为“十进制等效值”的一列给出了相应的十进制等效值。可以看出，所有经过右移和截断处理的数都是十进制零。最右边一列称为“希望值”，给出了截断值经过适当舍入处理后所得的结果。这一列中的数值是按下面规则确定的，如果舍弃的位元之和大于或等于被截断值最低有效位的1/2，则被截断值的最低有效位加1。

在美国第4，195，350号，题为《消除数字循环滤波器中截止频带的方法和仪器》（Method    And    Apparatus    For    Eliminaling    Deadband    In    Digital    Recursive    Filters）的专利中，J.K.Moore公开了消除循环滤波器中定比样本截断效应的方法和仪器。在这个系统中，样本通过移位产生定比，然后根据定比系数值，舍弃若干低有效位，对定比样本的绝对值做截断处理。如果被舍弃的位元中有任一位是逻辑“1”，则被截断样本值加1。增值了的被截断样本是否取补，取决于被截断样本是正数还是负数。

在美国颁给T.L.Change的第4，236，224号题为《低舍入噪声数字滤波器》（Low    Roundoff    Noise    Digitol    Filter）的专利中，描述了舍弃由组合方法得到的样本和的若干低有效位而做截断处理的循环滤波器。对舍弃或舍入的位元加以定比，延迟并以相减组合的方法定比舍入位元与输入信号及被延迟的组合信号样本，这些都降低了截断处理的影响。

上述系统都试图减小样本截断所产生的异常现象，但所加的校正都依赖于被处理样本的量化值。在本发明中，截断误差的减小是通过引入比被处理样本的量化值具有更高分辨率的校正系数实现的。