TWI395465B - 於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的方法及系統 - Google Patents

Description

於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的方法及系統

本發明係有關類比至數位轉換(ADC)，特別是關於一種適用於數位視訊系統之數位至類比轉換，用以自動校正取樣時脈之相位或頻率。

當數位視訊系統(例如數位顯示器或數位板(graphics digitizer))接收及處理類比視訊信號時，必須先將類比視訊信號轉換為數位形式，便於信號得以在數位領域中進行處理。第一圖之方塊圖顯示類比視訊源10(例如電腦的圖形卡)及數位視訊系統12(例如液晶顯示器)。類比視訊源10經由電纜14A傳送類比視訊信號(例如類比RGB(紅綠藍)或YPbPr色差信號)至數位視訊系統12。接收之類比視訊信號藉由類比至數位轉換器(ADC)120被轉換為數位視訊信號。在傳送類比視訊信號的同時，電纜14B也傳送同步信號(例如水平同步信號H_syn 及垂直同步信號V_syn )。接收之同步信號藉由時脈產生器122的處理，因而產生取樣時脈(或像素時脈)，用以觸發類比至數位轉換器(ADC)120進行轉換。

由於電纜14A和電纜14B之間阻抗及長度的差異性，類比視訊信號及同步向號可能會於稍微不同的時間到達數位視訊系統12。換句話說，控制類比至數位轉換器(ADC)120的取樣時脈之相位或甚至頻率可能無法和類比視訊源10中用以產生類比視訊信號的像素時脈之相位/頻率互相同步。因而造成數位視訊系統12之輸出(例如顯示影像)品質的降低。

為了改進傳統數位視訊系統的缺點，因而有人提出一些改良機制。例如，美國專利第5,767,916號(題為”Method and Apparatus for Automatic Pixel Clock Phase and Frequency Correction in Analog to Digital Video Signal Conversion”)提出一種技術，其藉由比較視訊影像的實際寬度與一預期影像寬度，用以調整像素時脈頻率。然而，當視訊影像具有相當的空白區域時，此技術無法準確及有效產生像素時脈頻率。

美國專利第6,268,848號(題為”Method and Apparatus Implemented in an Automatic Sampling Phase Control System for Digital Monitors”)提出一種技術，其藉由收集水平線之數位取樣值並尋找其峰值和谷值，用以控制取樣相位。

美國專利申請案第2006/0274207號(題為”Method and Apparatus for Analog Graphics Sample Clock Frequency Verification”)提出一種技術，其藉由量測連續影像圖框(frame)之差值，用以自動選擇取樣頻率。然而，此技術必須儲存整個圖框的影像資料才能據以量測其差值。

上述傳統技術無法有效或簡便地解決取樣時脈之相位/頻率問題，因此亟需提出一種新穎機制，以有效方式且使用最少的資源或時間，用以校正取樣時脈的相位/頻率。

鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種方法及系統，有效且簡便地校正取樣時脈的相位或/且頻率，用以執行類比至數位轉換(ADC)。

根據本發明實施例之一，產生具一期望頻率及具不同相位之複數取樣時脈，並依序傳送至類比至數位轉換器(ADC)。針對每一相位，決定類比至數位轉換器(ADC)所輸出相鄰資料之絕對差之和(SAD)。決定一最大差值，並產生對應於最大差值之相位的取樣時脈。

根據本發明另一實施例，產生具複數候選頻率及具不同相位之複數取樣時脈，並依序傳送至類比至數位轉換器(ADC)。針對每一相位及每一候選頻率，決定類比至數位轉換器(ADC)所輸出相鄰資料之絕對差之和(SAD)。決定一最大差值，並產生對應於最大差值之相位及頻率的取樣時脈。

第二圖顯示本發明實施例的系統2方塊圖，其適用於數位視訊系統以自動校正取樣時脈(或像素時脈)。第三圖顯示本發明第一實施例的方法流程圖，其適用於數位視訊系統以自動校正取樣時脈。雖然本實施例以數位顯示器(例如液晶顯示器)作為例子，然而本發明也可適用於其他數位視訊系統，例如數位板(graphics digitizer)。

參閱第二圖，類比至數位轉換器(ADC)20自類比視訊源(例如第一圖的10，如電腦圖形卡)接收類比視訊信號。接著，類比至數位轉換器(ADC)20將類比視訊信號(例如類比RGB(紅綠藍)或YPbPr色差信號)轉換為數位視訊信號。

另一方面，時脈產生器22也自類比視訊源接收同步信號，例如水平同步信號H_syn 及垂直同步信號V_syn 。時脈產生器22根據所接收的同步信號及系統2的系統時脈，據以產生取樣時脈(或像素時脈)，用以觸發類比至數位轉換器(ADC)20進行轉換。第四A圖顯示本發明實施例之時脈產生器22的詳細方塊圖。首先，以間隔量測單元220量測掃描線間隔(scan line interval)，其以每一線之系統時脈數來計數(步驟31，第三圖)。第四B圖例示一掃描線間隔H_total ，其始於水平同步信號H_syn 的升緣而終於下一個水平同步信號H_syn 的升緣。接著，於步驟32，量測得到之掃描線間隔藉由查表(LUT)222而映射至對應的預期取樣時脈，其具頻率f0。在本實施例中，查表(LUT)222的內容包含多筆資料，每一筆資料包含掃描線間隔及其對應之具個別頻率的取樣時脈。這些資料可以由實驗獲得。在另一實施例中，取樣時脈則是同時根據水平同步信號H_syn 及垂直同步信號V_syn 映射而得。值得注意的是，間隔量測單元220和查表(LUT)222不一定要實施於時脈產生器22內。

於下一步驟33，時脈產生器22產生多個具頻率f0但不同相位的取樣時脈，並依序傳送至類比至數位轉換器(ADC)20。時脈產生器22根據相位控制器24所提供的相位資訊，以產生不同相位(例如p1、p2...pm)的取樣時脈。該相位控制器24再由控制器26的相位控制信號PCS所控制。第五圖例示類比視訊信號及具不同相位p1-pm之取樣時脈的時序圖，其中，An代表輸入至類比至數位轉換器(ADC)20的類比視訊信號位準，而Dn代表從類比至數位轉換器(ADC)20輸出之取樣資料(或數位視訊信號)。此圖式顯示出，類此視訊信號無法由相位p1正確地取樣。

接著，針對每一相位，由差值單元28決定類比至數位轉換器(ADC)20所輸出的至少一組相鄰資料之差值(步驟34)。在一實施例中，針對每一相位pn(n=1至m)，計算(部分或完整)掃描線(或圖場或圖框)的相鄰資料之絕對差之和(sum of absolute differences,SAD)Sn(n=1至m)，如第六A圖所示。SAD值S可以由下式表示：

其中，D_i 代表掃描線(或圖場或圖框)的第i個資料。

第六B圖顯示差值單元28(或SAD單元)的詳細方塊圖，用以計算相鄰R、G、B(紅、綠、藍)資料的SAD值。其中，目前資料(例如R(紅))及儲存在暫存器280的前一資料傳送至絕對差值單元282，用以計算其絕對差值。絕對差值經由累積器284針對整條掃描線予以累積後，因而得到絕對差之和(SAD)。不同視訊組成(例如本例中的R、G、B)經由加法器286予以加總，因而產生相位pn所對應的最終SAD值。雖然本實施例以視訊資料R、G、B作為例示，然而本發明也可適用於其他色彩空間(例如YUV)。

計算得到的SAD值Sn依序傳送至控制器26。當所有相位(p1-pm)的資料都處理完畢後(步驟35)，控制器26即決定最大SAD值(步驟36)。控制器26接著發出相位控制信號PCS用以控制相位控制器24，其根據相位控制信號PCS以控制相位偏移量。相位控制器24再送出相位資訊給時脈產生器22，使得時脈產生器22所產生之取樣時脈的相位對應至最大SAD值(步驟37)。鑑於相位的正確性會正比於SAD值，因此步驟37所獲取之取樣時脈即可以正確地對類比視訊信號進行取樣。再者，由於SAD係一種極為快速且簡便的度量，因此取樣時脈可以有效且簡便地得到校正。

雖然本實施例以SAD作為例子，然而也可以使用其他的差值度量，例如平方差之和(sum of squared differences,SSD)。再者，並不需要計算所有相位的SAD值。例如，在另一實施例中，可針對某一相位(例如中間相位p3)以計算其SAD值。如果計算所得的SAD值大於一預設參考值，則將取樣時脈的相位校正對應至目前SAD值；否則，針對另一相位繼續計算其SAD值。此程序可依照二元搜尋(binary search)方式來進行，直到所得到之SAD值大於預設參考值為止。

第七圖顯示本發明第二實施例的方法流程圖，其適用於數位視訊系統以自動校正取樣時脈。本實施例(第七圖)類似於前一實施例(第三圖)，兩者不同之處將說明如下。在本(第二)實施例中，於量測掃描線間隔(步驟31)之後，映射產生多個候選頻率fr(r=0至s-1)(例如，六個候選頻率f0至f5)(步驟32B)。

時脈產生器22首先產生多個具頻率f0但不同相位的取樣時脈，並依序傳送至類比至數位轉換器(ADC)20。接著，時脈產生器22依序產生多個具頻率f1但不同相位的取樣時脈。繼續此程序，直到所有候選頻率皆依序產生為止(步驟38)，如第八圖所示。

於決定出最大SAD值(步驟36)之後，控制器26接著發出相位控制信號PCS用以控制相位控制器24，其再送出相位資訊給時脈產生器22。控制器26也發出頻率控制信號FCS用以控制時脈產生器22。藉此，使得時脈產生器22所產生之取樣時脈的相位及頻率對應至最大SAD值(步驟37B)。因此，步驟37B所獲取之取樣時脈即可以正確地對類比視訊信號進行取樣。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

10．．．類比視訊源

12．．．數位視訊系統

120．．．類比至數位轉換器(ADC)

122．．．時脈產生器

14A、14B．．．電纜

2．．．自動校正取樣時脈之系統

20．．．類比至數位轉換器(ADC)

22．．．時脈產生器

220．．．間隔量測單元

222．．．查表(LUT)

24．．．相位控制器

26．．．控制器

28．．．差值單元(SAD單元)

280．．．暫存器

282．．．絕對差值單元

284．．．累積器

286．．．加法器

31-37B．．．步驟

第一圖之方塊圖顯示類比視訊源及數位視訊系統。

第二圖顯示本發明實施例的系統方塊圖，其適用於數位視訊系統以自動校正取樣時脈。

第三圖顯示本發明第一實施例的方法流程圖，其適用於數位視訊系統以自動校正取樣時脈。

第四A圖顯示本發明實施例之時脈產生器的詳細方塊圖。

第四B圖例示一掃描線間隔。

第五圖例示類比視訊信號及具不同相位之取樣時脈的時序圖。

第六A圖顯示針對每一相位以計算其SAD值。

第六B圖顯示SAD單元的詳細方塊圖。

第七圖顯示本發明第二實施例的方法流程圖，其適用於數位視訊系統以自動校正取樣時脈。

第八圖顯示針對每一相位及頻率以計算其SAD值。

2．．．自動校正取樣時脈之系統

20．．．類比至數位轉換器(ADC)

22．．．時脈產生器

220．．．間隔量測單元

222．．．查表(LUT)

24．．．相位控制器

26．．．控制器

28．．．差值單元(SAD單元)

Claims (20)

1. 一種於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的方法，包含：產生該取樣時脈，用以觸發類比至數位轉換(ADC)；產生具不同相位之複數取樣時脈；針對每一該相位，決定該類比至數位轉換(ADC)所輸出的至少一組相鄰資料之差值；決定一最大差值；及產生對應於該最大差值之相位的該取樣時脈；其中上述產生取樣時脈之步驟包含：根據一同步信號及一系統時脈，以量測掃描線間隔；及根據該量測所得之掃描線間隔，獲取該取樣時脈的至少一頻率。
2. 如申請專利範圍第1項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的方法，其中上述之數位視訊系統為數位顯示器。
3. 如申請專利範圍第1項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的方法，其中上述之同步信號為一水平同步信號。
4. 如申請專利範圍第1項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的方法，獲取該取樣時脈之一預期頻率。
5. 如申請專利範圍第4項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的方法，針對每一該相位，計算至少部分掃描線的該相鄰資料之絕對差之和(SAD)。
6. 如申請專利範圍第1項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的方法，獲取該取樣時脈之複數候選頻率。
7. 如申請專利範圍第6項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的方法，更針對每一該候選頻率，決定該差值。
8. 如申請專利範圍第7項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的方法，更產生對應於該最大差值之頻率的該取樣時脈。
9. 如申請專利範圍第6項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的方法，針對每一該相位及該候選頻率，計算至少部分掃描線的該相鄰資料之絕對差之和(SAD)。
10. 一種於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的系統，包含： 一類比至數位轉換器(ADC)，用以轉換一類比視訊信號至一數位視訊信號；一時脈產生器，其根據一同步信號及一系統信號，用以產生該取樣時脈，其產生具不同相位之複數取樣時脈，並傳送至該類比至數位轉換器(ADC)；一差值單元，針對每一該相位，決定該類比至數位轉換器(ADC)所輸出的至少一組相鄰資料之差值；及一控制器，用以決定一最大差值，並控制該時脈產生器以產生對應於該最大差值之相位的該取樣時脈其中上述之時脈產生器包含：一間隔量測單元，其根據該同步信號及該系統時脈，以量測掃描線間隔；及一查表，用以映射該量測所得之掃描線間隔，以獲取該取樣時脈的至少一頻率。
11. 如申請專利範圍第10項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的系統，其中上述之數位視訊系統為數位顯示器。
12. 如申請專利範圍第10項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的系統，其中上述之同步信號為一水平同步信號。
13. 如申請專利範圍第10項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的系統，獲取該取樣時脈之一預期頻率。
14. 如申請專利範圍第13項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的系統，其中上述之差值單元為一絕對差之和(SAD)單元，其針對每一該相位，計算至少部分掃描線的該相鄰資料之絕對差之和(SAD)。
15. 如申請專利範圍第10項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的系統，獲取該取樣時脈之複數候選頻率。
16. 如申請專利範圍第15項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的系統，更針對每一該候選頻率，決定該差值。
17. 如申請專利範圍第16項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的系統，其中上述之控制器更發出一頻率控制信號，用以控制該時脈產生器。
18. 如申請專利範圍第17項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的系統，更產生對應於該最大差值之頻率的該取樣時脈。
19. 如申請專利範圍第15項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的系統，其中上述之差值單元為一絕對差之和(SAD)單元，其針對每一該相位及該候選頻率，計算至少部分掃描線的該相鄰資料之絕對差之和(SAD)。
20. 如申請專利範圍第10項所述於數位視訊系統中自動校正取樣時脈的系統，更包含一相位控制器，其根據該控制器所發出之相位控制信號以提供相位資訊給該時脈產生器，用以控制相位偏移量。