專利名稱：自動(dòng)跟蹤裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)檢測輸入信號(hào)的頻率與相移的裝置與方法。該裝置應(yīng)用時(shí)域方法來控制用于對輸入信號(hào)采樣的時(shí)鐘信號(hào)，并且檢測其頻率與相位。
實(shí)時(shí)視頻應(yīng)用的自動(dòng)跟蹤在于自動(dòng)跟蹤模擬輸入信號(hào)的頻率與相移角度。有些解決方法見于頻域方法，諸如快速付立葉變換法(fast Fouriertransform，以下簡稱FFT)，離散余弦變換法(discrete cosinetransform，以下簡稱DCT)或小波(wavelet)。然而這些頻域方法在硬件上實(shí)施很昂貴。再者，因?yàn)檫@些頻域方法的計(jì)算復(fù)雜，要為自動(dòng)跟蹤來分析整個(gè)數(shù)據(jù)屏幕通常并不實(shí)用。頻域方法卻經(jīng)常只分析整個(gè)屏幕或數(shù)據(jù)集的一小部分，而導(dǎo)致跟蹤品質(zhì)的降低。有些頻域方法利用一種選擇法(selection policy)使該屏幕部分可供分析，但是這種方法相當(dāng)費(fèi)時(shí)。因此，本發(fā)明采用時(shí)域方法(time-domain approach)。
本發(fā)明提供一種用于檢測一輸入信號(hào)的頻率與相移的新穎裝置與處理方法。有一個(gè)或更多的采樣器響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)對輸入信號(hào)逐次采樣。每一逐次樣本被賦予一數(shù)值而計(jì)算逐次樣本間的差值。這些差值被自乘并且求和。采樣是對各種各樣的時(shí)鐘信號(hào)的數(shù)據(jù)集而進(jìn)行。分給輸入信號(hào)的頻率與相移的時(shí)鐘信號(hào)是響應(yīng)差值平方的總和而選擇的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于所包含的計(jì)算遠(yuǎn)比諸如FFT，DCT或小波的頻域方法簡單。因?yàn)橛?jì)算方法直接了當(dāng)，執(zhí)行快速，所以該方法可以應(yīng)用于整個(gè)數(shù)據(jù)幀(frame of data)。候選頻率數(shù)可以預(yù)先決定，如同支持VESA定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)一般。該裝置與方法的功能在于被支持的頻率數(shù)，相位調(diào)整步長(adjustment step size)的細(xì)分性(granularity)以及屏幕更新率。例如，利用8個(gè)候選頻率，8個(gè)候選相位步驟，以及70赫茲的更新率，在一完全數(shù)據(jù)屏幕上自動(dòng)跟蹤可以在不到一秒鐘內(nèi)完成。
在此計(jì)算中利用差值自乘的總和而不用逐次樣本間的差值的絕對值的總和的另一優(yōu)點(diǎn)是該裝置與方法對正弦形或斜坡形的波形同樣適用良好。
本發(fā)明的跟蹤品質(zhì)是優(yōu)異的。它容易在硬件上實(shí)施。一個(gè)系統(tǒng)積分器通過選擇適合的候選頻率或頻率檢索法必能使本發(fā)明的目標(biāo)市場優(yōu)化。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算所需要的存儲(chǔ)器較小。預(yù)處理工作減少不需要行選擇或起落邊緣檢測(falling/rising edge detection)。
第1圖表示本發(fā)明的裝置與方法可以利用的環(huán)境。
第2a圖表示差值自乘的總和的優(yōu)選計(jì)算法。
第2b圖表示差值自乘的總和的計(jì)算的迭代應(yīng)用。
第3a圖表示在正確頻率采樣時(shí)，涉及一正弦形波的應(yīng)用。
第3b圖表示在不正確頻率采樣時(shí)，涉及一正弦形波的應(yīng)用。
第4a圖表示在正確相移角度或調(diào)整步驟采樣時(shí)，涉及一斜坡形波的應(yīng)用。
第4b圖表示在不正確相移角度或調(diào)整步驟采樣時(shí)，涉及一斜坡形波的應(yīng)用。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例可由其應(yīng)用的環(huán)境開始了解。第1圖表示本發(fā)明的實(shí)施例，其中計(jì)算差值平方總和的資源已納入平板顯示控制器中。該圖又表示一種環(huán)境，其中輸入頻率及相移角度的檢測很重要。檢測這些輸入信號(hào)的特性是重要的，因?yàn)橹T如紅-綠-藍(lán)(RGB)信號(hào)的類的信號(hào)與復(fù)合S-視頻信號(hào)皆不具有識(shí)別輸入頻率的信息。檢測輸入信號(hào)的相移角度的重要性盡人皆知。鎖相環(huán)(PLL)器件一直被用于匹配兩個(gè)信號(hào)。然而，PLL器件是使用較窄的頻率范圍內(nèi)。用于檢測輸入頻率與相位的裝置與方法有利于控制PLL器件。
在第1圖中，有兩種形態(tài)的輸入信號(hào)被顯示復(fù)合S視頻信號(hào)以及模擬RGB信號(hào)。復(fù)合S-視頻信號(hào)可以由視頻解碼器100處理而產(chǎn)生一YUV視頻信號(hào)。另外，一RGB信號(hào)可以經(jīng)由前置放大器(pre-amplifier)110處理并且饋入一對模數(shù)轉(zhuǎn)換器(analog-to-digitalconverters)120與125。模數(shù)轉(zhuǎn)換器可響應(yīng)于鎖相環(huán)器130。相對地鎖相環(huán)卻是響應(yīng)于微處理器140，其可在只讀存儲(chǔ)器145中存儲(chǔ)指令與參數(shù)。預(yù)處理過的復(fù)合測試視頻信號(hào)或模擬RGB信號(hào)被傳輸?shù)狡桨屣@示控制器150。用于計(jì)算差值平方155總和的資源在本發(fā)明的實(shí)施例中納入平板顯示控制器中。該平板顯示控制器可以耦連于存儲(chǔ)器，如SDRAM或SGRAM存儲(chǔ)器160。該平板顯示控制器也可以耦連于屏幕顯示產(chǎn)生器170。該平板顯示控制器可以將控制信號(hào)傳輸?shù)揭籐VDS或屏面連接傳輸器(panel link transmitter)180與平板顯示器190。該平板顯示控制器也可以將像素?cái)?shù)據(jù)(pixel data)傳送到平板顯示器，如18或24比特的RGB像素?cái)?shù)據(jù)。使用者可以閱覽平板顯示器。
第2a圖表示本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，用于并行處理具有三個(gè)分量的信號(hào)分量，諸如一模擬RGG輸入信號(hào)。圖上方出現(xiàn)三個(gè)分量，在本例中，為紅色分量，綠色分量與藍(lán)色分量。圖中每一分量有二個(gè)逐次樣本，即采自時(shí)間Xn與Xn+1的樣本。采樣器211，212與213為每一信號(hào)成份計(jì)算時(shí)間Xn與Xn+1所采用的逐次樣本間的差值。然后將這樣的差值平方，如區(qū)塊211，212與213所示。由各分量求得的差值平方可以立刻求和，如區(qū)塊220所示，或簡單地累積。所有從特殊數(shù)據(jù)集采集的樣本被累積如區(qū)塊230所示。為逐次數(shù)據(jù)集所累積的差值平方總和被處理以選出一適當(dāng)?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)，例如產(chǎn)生一相當(dāng)大的差值平方總和的信號(hào)。
第2b圖表示對依各種參數(shù)設(shè)定的時(shí)鐘信號(hào)迭代處理逐次的數(shù)據(jù)集。該迭代法(iteration)是從時(shí)鐘信號(hào)所響應(yīng)的數(shù)據(jù)集與參數(shù)開始。該時(shí)鐘信號(hào)是響應(yīng)參數(shù)而設(shè)定，而數(shù)據(jù)集的采樣從250開始。由數(shù)據(jù)集的樣本算出的差值平方總和在251計(jì)算，最好以第2a圖所示的本發(fā)明的實(shí)施例計(jì)算。差值平方的總和與相關(guān)參數(shù)集可以存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器252。另一個(gè)方式是，如果只有差值平方的最大總和有意義，則最新總和可以與任何較早數(shù)據(jù)集的最大總和相比進(jìn)行測試，而可以舍去或成為迄今測試過的任何數(shù)據(jù)集的最大總和。在這種具體體中，選擇與計(jì)算同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)集的差值平方的總和算出后，在步驟253必須決定是否所有相關(guān)的參數(shù)都應(yīng)用于輸入信號(hào)。如果不是的話，則在254選擇下一個(gè)參數(shù)集，而步驟250至253利用后續(xù)的數(shù)據(jù)集進(jìn)行重復(fù)。如果所有的相關(guān)參數(shù)已被應(yīng)用于輸入信號(hào)，即選取最佳時(shí)鐘信號(hào)與對應(yīng)參數(shù)，以響應(yīng)逐次數(shù)據(jù)集的差值平方的總和。在上述另一實(shí)施例中，最大總和已經(jīng)識(shí)別出來。
第3a及3b圖表示本發(fā)明如何檢測正弦波的固有頻率。在第3a圖中，圖示在正確的采樣頻率時(shí)所采集的樣本，在時(shí)間X1與X5所采的樣本在波形的底部。在時(shí)間X3所采集的樣本在波形的頂部。樣本(X2-X1)+(X3-X2)間的差值等于樣本(X3-X1)的差值。對于在X3與X5采樣的樣本間的差值的絕對值也同樣成立。這樣的差值的絕對值以D1與D2顯示。對照的下，第3b圖表示一不正確的采樣頻率，它從未在波形頂部采樣。在第3a圖中所示，根據(jù)正確頻率時(shí)的采樣的總和顯示比根據(jù)第3b圖所示的錯(cuò)誤采樣頻率為大。亦即，｜D1｜+｜D2｜＞｜d1｜+｜d2｜。因此，本發(fā)明可以檢測正確的頻率而剔除錯(cuò)誤的頻率。
該方法因?yàn)槭褂貌钪档钠椒蕉挥貌钪档慕^對值而提高了效用。亦即，(D1平方+D2平方)＞(d1平方+d2平方)。由第4a圖與4b圖可知，在斜坡形波中使用差值的平方而不用差值的絕對值。
第4a圖與第4b圖表示本發(fā)明檢測固有相移角度的方法。在第4a圖中，樣本采自固有相位調(diào)整步驟中，形成有3個(gè)樣本X3，X4與X5，采自波形的頂部。它同時(shí)表示沒有樣本于樣本間的斜坡形間隔采樣，例如在樣本X2-X3與X5-X6之間。于斜坡形間隔的正前與隨后所采的樣本間的差值平方總和比當(dāng)抽樣點(diǎn)(sample points)的一位于斜坡形區(qū)間的中點(diǎn)時(shí)所計(jì)算出來的差值平方的兩個(gè)總和大。亦即(X3-X2)的平方＞(((X2-X1)的平方)+(C×3-X2)的平方))。
因此，本發(fā)明提供一種高效率而最新式的計(jì)算方法，它可以檢測輸入信號(hào)的正確頻率與相位。由于本發(fā)明使用一非常新穎的計(jì)算方法，它可以應(yīng)用于整個(gè)數(shù)據(jù)集。由于本發(fā)明使用差值平方的總和而不使用差值的絕對值的總和，本發(fā)明可用于輸入信號(hào)中所發(fā)現(xiàn)的正弦形波與斜坡形波。
本發(fā)明的上述有關(guān)優(yōu)選實(shí)施例的說明是以圖解與敘述而提出的。它并不意圖無遺漏或限制本發(fā)明于所公開的形式。顯然地，對于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人士改進(jìn)與變化是顯而易見的。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書及其等同物所界定。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)跟蹤裝置，用于控制用于采集含有數(shù)據(jù)集的輸入信號(hào)樣本的時(shí)鐘信號(hào)，包括一個(gè)或一個(gè)以上的取樣器，用于響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)，對輸入信號(hào)采集逐次樣本，并為每一逐次樣本確定一數(shù)值；用于計(jì)算每一取樣器由逐次數(shù)據(jù)集中取得的逐次樣本間的數(shù)值的差的平方總和的邏輯電路；以及用于響應(yīng)數(shù)據(jù)集中的數(shù)值的差的平方的總和，選擇時(shí)鐘信號(hào)的邏輯電路。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該輸入信號(hào)是一模擬視頻信號(hào)，其含有3個(gè)信號(hào)分量；三個(gè)取樣器從該模擬視頻信號(hào)的三個(gè)分量的每一個(gè)采取樣本。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中該輸入信號(hào)是一復(fù)合S-視頻信號(hào)，其含有3個(gè)信號(hào)分量；3個(gè)采樣器從復(fù)合S-視頻信號(hào)的3個(gè)分量的每一分量采樣。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中還包含一個(gè)響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)的參數(shù)而產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生器；以及一套時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)，其由時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生器處理以為逐次數(shù)據(jù)集設(shè)定時(shí)鐘信號(hào)。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中還包含一個(gè)響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)的參數(shù)而產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生器；以及一套時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)，其由時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生器處理以為逐次數(shù)據(jù)集設(shè)定時(shí)鐘信號(hào)。
6.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中該時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)顯示清晰度(resolution)和刷新率(refresh rate)相符。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中該時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)顯示清晰度和刷新率相符。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中該輸入信號(hào)是非交織式(interleaved)的，而每一數(shù)據(jù)集在一非交織式輸入信號(hào)的垂直回程間隔(vertical retrace intervals)之間含有一數(shù)據(jù)幀(a frame of data)。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中該輸入信號(hào)是非交織式的，而每一數(shù)據(jù)集在一非交織式輸入信號(hào)的垂直回程間隔之間含有一數(shù)據(jù)幀。
10.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中每一數(shù)據(jù)集包含一個(gè)數(shù)據(jù)幀的選出的部分。
11.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中每一數(shù)據(jù)集包含一個(gè)數(shù)據(jù)幀的選出的部分。
12.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中輸入信號(hào)是交織式的，而每一數(shù)據(jù)集包含由一個(gè)交織式輸入信號(hào)構(gòu)成的兩個(gè)數(shù)據(jù)幀。
13.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中輸入信號(hào)是交織式的，而每一數(shù)據(jù)集包含由一個(gè)交織式輸入信號(hào)構(gòu)成的兩個(gè)數(shù)據(jù)幀。
14.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中還包含一平板顯示控制器，其中計(jì)算的邏輯電路與選擇的邏輯電路嵌入到平板顯示控制器中。
15.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中還包含一平板顯示控制器，其中計(jì)算的邏輯電路與選擇的邏輯電路嵌入到平板顯示控制器中。
16.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中平板顯示控制器還包含存儲(chǔ)器以供存儲(chǔ)時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)。
17.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中平板顯示控制器還包含存儲(chǔ)器以供存儲(chǔ)時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)。
18.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中還包含一微處理器，其中該微處理器與于平板顯示控制器與時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生器相耦連；該微處理器對時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生器提供時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)；而且該微處理器響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)的選擇，其產(chǎn)生差值平方的最大總和。
19.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中還包含一微處理器，其中該微處理器與平板顯示控制器與時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生器相耦連；該微處理器對時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生器提供時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)；而且，該微處理器響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)的選擇，其產(chǎn)生參數(shù)平方的最大總和。
20.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中還包含一響應(yīng)平板顯示控制器的平板顯示器。
21.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中還包含一響應(yīng)平板顯示控制器的平板顯示器。
22.一種自動(dòng)跟蹤的方法，用于控制用于采集含有數(shù)據(jù)集的輸入信號(hào)的樣本的時(shí)鐘信號(hào)，包含響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)以采集輸入信號(hào)的樣本并為每一逐次樣本確定一數(shù)值；計(jì)算逐次數(shù)據(jù)集的逐次樣本間的數(shù)值的差值平方的總和；響應(yīng)數(shù)據(jù)集中的數(shù)值差值平方的總和選擇時(shí)間信號(hào)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該輸入信號(hào)為一包含3個(gè)信號(hào)分量的模擬信號(hào)，而采樣步驟根據(jù)輸入信號(hào)的3個(gè)信號(hào)分量的每一分量來進(jìn)行的。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該輸入信號(hào)為一復(fù)合S-視頻信號(hào)，其包含3個(gè)信號(hào)分量，而采樣及計(jì)算步驟根據(jù)該輸入信號(hào)的3個(gè)信號(hào)分量的每一分量同時(shí)進(jìn)行。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中還包含響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)而產(chǎn)生一時(shí)鐘信號(hào)；以及為逐次的數(shù)據(jù)集更改時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其中還包含響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)而產(chǎn)生一時(shí)鐘信號(hào)，以及為逐次的數(shù)據(jù)集更改時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)。
27.如權(quán)利要求25所述的方法，其中該時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)清晰度和刷新率相符。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其中該時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)清晰度和刷新率相符。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該輸入信號(hào)為非交織式而計(jì)算步驟根據(jù)數(shù)據(jù)集進(jìn)行操作，每一數(shù)據(jù)集包含非交織式輸入信號(hào)的垂直回程間隔之間的一數(shù)據(jù)幀。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該輸入信號(hào)為非交織式而計(jì)算步驟根據(jù)數(shù)據(jù)集進(jìn)行操作，每一數(shù)據(jù)集包含非交織式輸入信號(hào)的垂直回程間隔之間的一數(shù)據(jù)幀。
31.如權(quán)利要求27所述的方法，其中計(jì)算步驟系根據(jù)數(shù)據(jù)集進(jìn)行操作，其各包含一數(shù)據(jù)幀的相容選擇部分。
32.如權(quán)利要求28所述的方法，其中計(jì)算步驟系根據(jù)數(shù)據(jù)集操作，其各包含一數(shù)據(jù)幀的一致選擇部分。
33.如申請專利第27所述的方法，其中該輸入信號(hào)為交織式而計(jì)算步驟系根據(jù)數(shù)據(jù)集進(jìn)行操作，每一數(shù)據(jù)集包含來自交織輸入信號(hào)的兩個(gè)數(shù)據(jù)集。
34.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該輸入信號(hào)為交織式而計(jì)算步驟系根據(jù)數(shù)據(jù)集進(jìn)行操作，每一數(shù)據(jù)集包含來自交織輸入信號(hào)的兩個(gè)數(shù)據(jù)集。
35.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該計(jì)算與選擇步驟由一平板顯示控制器進(jìn)行。
36.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該計(jì)算與選擇步驟由一平板顯示控制器進(jìn)行。
37.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)存儲(chǔ)于包含在平板顯示控制器中的存儲(chǔ)器中。
38.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)存儲(chǔ)于包含在平板顯示控制器中的存儲(chǔ)器中。
39.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)由耦連于平板顯示控制器的微處理器提供。
40.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該時(shí)鐘信號(hào)參數(shù)由耦連于平板顯示控制器的微處理器提供。
41.如權(quán)利要求35所述的方法，其中另包含處理該輸入信號(hào)以產(chǎn)生一供給一平板顯示器的輸出信號(hào)。
42.如權(quán)利要求36所述的方法，其中還包含處理該輸入信號(hào)以產(chǎn)生一供給一平板顯示器的輸出信號(hào)。
全文摘要
一種用于檢測輸入信號(hào)的頻率與相移(phase－shift)的裝置設(shè)計(jì)與處理方法,其包含可響應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)的輸入信號(hào)采集逐次樣本的一個(gè)或多個(gè)采樣器(samplers)。對每一逐次樣本確定一個(gè)數(shù)值,且在逐次樣本間計(jì)算其差值。該差值自乘后累加起來。采樣是對各種各樣的時(shí)鐘信號(hào)的數(shù)據(jù)集而進(jìn)行。撥給輸入信號(hào)的頻率與相移的時(shí)仲信號(hào)響應(yīng)差值平方的總和而被選擇。
文檔編號(hào)H04N17/02GK1268005SQ9912037
公開日2000年9月27日 申請日期1999年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月19日
發(fā)明者李明志, 王福吉, 張華麟, 單培明 申請人:旺宏電子股份有限公司