专利名称：自动跟踪装置及方法
技术领域：
本发明是有关检测输入信号的频率与相移的装置与方法。该装置应用时域方法来控制用于对输入信号采样的时钟信号，并且检测其频率与相位。
实时视频应用的自动跟踪在于自动跟踪模拟输入信号的频率与相移角度。有些解决方法见于频域方法，诸如快速付立叶变换法(fast Fouriertransform，以下简称FFT)，离散余弦变换法(discrete cosinetransform，以下简称DCT)或小波(wavelet)。然而这些频域方法在硬件上实施很昂贵。再者，因为这些频域方法的计算复杂，要为自动跟踪来分析整个数据屏幕通常并不实用。频域方法却经常只分析整个屏幕或数据集的一小部分，而导致跟踪品质的降低。有些频域方法利用一种选择法(selection policy)使该屏幕部分可供分析，但是这种方法相当费时。因此，本发明采用时域方法(time-domain approach)。
本发明提供一种用于检测一输入信号的频率与相移的新颖装置与处理方法。有一个或更多的采样器响应时钟信号对输入信号逐次采样。每一逐次样本被赋予一数值而计算逐次样本间的差值。这些差值被自乘并且求和。采样是对各种各样的时钟信号的数据集而进行。分给输入信号的频率与相移的时钟信号是响应差值平方的总和而选择的。
本发明的优点在于所包含的计算远比诸如FFT，DCT或小波的频域方法简单。因为计算方法直接了当，执行快速，所以该方法可以应用于整个数据帧(frame of data)。候选频率数可以预先决定，如同支持VESA定时标准一般。该装置与方法的功能在于被支持的频率数，相位调整步长(adjustment step size)的细分性(granularity)以及屏幕更新率。例如，利用8个候选频率，8个候选相位步骤，以及70赫兹的更新率，在一完全数据屏幕上自动跟踪可以在不到一秒钟内完成。
在此计算中利用差值自乘的总和而不用逐次样本间的差值的绝对值的总和的另一优点是该装置与方法对正弦形或斜坡形的波形同样适用良好。
本发明的跟踪品质是优异的。它容易在硬件上实施。一个系统积分器通过选择适合的候选频率或频率检索法必能使本发明的目标市场优化。数据存储与计算所需要的存储器较小。预处理工作减少不需要行选择或起落边缘检测(falling/rising edge detection)。
第1图表示本发明的装置与方法可以利用的环境。
第2a图表示差值自乘的总和的优选计算法。
第2b图表示差值自乘的总和的计算的迭代应用。
第3a图表示在正确频率采样时，涉及一正弦形波的应用。
第3b图表示在不正确频率采样时，涉及一正弦形波的应用。
第4a图表示在正确相移角度或调整步骤采样时，涉及一斜坡形波的应用。
第4b图表示在不正确相移角度或调整步骤采样时，涉及一斜坡形波的应用。
本发明的优选实施例可由其应用的环境开始了解。第1图表示本发明的实施例，其中计算差值平方总和的资源已纳入平板显示控制器中。该图又表示一种环境，其中输入频率及相移角度的检测很重要。检测这些输入信号的特性是重要的，因为诸如红-绿-蓝(RGB)信号的类的信号与复合S-视频信号皆不具有识别输入频率的信息。检测输入信号的相移角度的重要性尽人皆知。锁相环(PLL)器件一直被用于匹配两个信号。然而，PLL器件是使用较窄的频率范围内。用于检测输入频率与相位的装置与方法有利于控制PLL器件。
在第1图中，有两种形态的输入信号被显示复合S视频信号以及模拟RGB信号。复合S-视频信号可以由视频解码器100处理而产生一YUV视频信号。另外，一RGB信号可以经由前置放大器(pre-amplifier)110处理并且馈入一对模数转换器(analog-to-digitalconverters)120与125。模数转换器可响应于锁相环器130。相对地锁相环却是响应于微处理器140，其可在只读存储器145中存储指令与参数。预处理过的复合测试视频信号或模拟RGB信号被传输到平板显示控制器150。用于计算差值平方155总和的资源在本发明的实施例中纳入平板显示控制器中。该平板显示控制器可以耦连于存储器，如SDRAM或SGRAM存储器160。该平板显示控制器也可以耦连于屏幕显示产生器170。该平板显示控制器可以将控制信号传输到一LVDS或屏面连接传输器(panel link transmitter)180与平板显示器190。该平板显示控制器也可以将像素数据(pixel data)传送到平板显示器，如18或24比特的RGB像素数据。使用者可以阅览平板显示器。
第2a图表示本发明的一优选实施例，用于并行处理具有三个分量的信号分量，诸如一模拟RGG输入信号。图上方出现三个分量，在本例中，为红色分量，绿色分量与蓝色分量。图中每一分量有二个逐次样本，即采自时间Xn与Xn+1的样本。采样器211，212与213为每一信号成份计算时间Xn与Xn+1所采用的逐次样本间的差值。然后将这样的差值平方，如区块211，212与213所示。由各分量求得的差值平方可以立刻求和，如区块220所示，或简单地累积。所有从特殊数据集采集的样本被累积如区块230所示。为逐次数据集所累积的差值平方总和被处理以选出一适当的时钟信号，例如产生一相当大的差值平方总和的信号。
第2b图表示对依各种参数设定的时钟信号迭代处理逐次的数据集。该迭代法(iteration)是从时钟信号所响应的数据集与参数开始。该时钟信号是响应参数而设定，而数据集的采样从250开始。由数据集的样本算出的差值平方总和在251计算，最好以第2a图所示的本发明的实施例计算。差值平方的总和与相关参数集可以存储于存储器252。另一个方式是，如果只有差值平方的最大总和有意义，则最新总和可以与任何较早数据集的最大总和相比进行测试，而可以舍去或成为迄今测试过的任何数据集的最大总和。在这种具体体中，选择与计算同时进行。当一个数据集的差值平方的总和算出后，在步骤253必须决定是否所有相关的参数都应用于输入信号。如果不是的话，则在254选择下一个参数集，而步骤250至253利用后续的数据集进行重复。如果所有的相关参数已被应用于输入信号，即选取最佳时钟信号与对应参数，以响应逐次数据集的差值平方的总和。在上述另一实施例中，最大总和已经识别出来。
第3a及3b图表示本发明如何检测正弦波的固有频率。在第3a图中，图示在正确的采样频率时所采集的样本，在时间X1与X5所采的样本在波形的底部。在时间X3所采集的样本在波形的顶部。样本(X2-X1)+(X3-X2)间的差值等于样本(X3-X1)的差值。对于在X3与X5采样的样本间的差值的绝对值也同样成立。这样的差值的绝对值以D1与D2显示。对照的下，第3b图表示一不正确的采样频率，它从未在波形顶部采样。在第3a图中所示，根据正确频率时的采样的总和显示比根据第3b图所示的错误采样频率为大。亦即，｜D1｜+｜D2｜＞｜d1｜+｜d2｜。因此，本发明可以检测正确的频率而剔除错误的频率。
该方法因为使用差值的平方而不用差值的绝对值而提高了效用。亦即，(D1平方+D2平方)＞(d1平方+d2平方)。由第4a图与4b图可知，在斜坡形波中使用差值的平方而不用差值的绝对值。
第4a图与第4b图表示本发明检测固有相移角度的方法。在第4a图中，样本采自固有相位调整步骤中，形成有3个样本X3，X4与X5，采自波形的顶部。它同时表示没有样本于样本间的斜坡形间隔采样，例如在样本X2-X3与X5-X6之间。于斜坡形间隔的正前与随后所采的样本间的差值平方总和比当抽样点(sample points)的一位于斜坡形区间的中点时所计算出来的差值平方的两个总和大。亦即(X3-X2)的平方＞(((X2-X1)的平方)+(C×3-X2)的平方))。
因此，本发明提供一种高效率而最新式的计算方法，它可以检测输入信号的正确频率与相位。由于本发明使用一非常新颖的计算方法，它可以应用于整个数据集。由于本发明使用差值平方的总和而不使用差值的绝对值的总和，本发明可用于输入信号中所发现的正弦形波与斜坡形波。
本发明的上述有关优选实施例的说明是以图解与叙述而提出的。它并不意图无遗漏或限制本发明于所公开的形式。显然地，对于本领域专业人士改进与变化是显而易见的。本发明的范围由权利要求书及其等同物所界定。
权利要求
1.一种自动跟踪装置，用于控制用于采集含有数据集的输入信号样本的时钟信号，包括一个或一个以上的取样器，用于响应时钟信号，对输入信号采集逐次样本，并为每一逐次样本确定一数值；用于计算每一取样器由逐次数据集中取得的逐次样本间的数值的差的平方总和的逻辑电路；以及用于响应数据集中的数值的差的平方的总和，选择时钟信号的逻辑电路。
2.如权利要求1所述的装置，其中该输入信号是一模拟视频信号，其含有3个信号分量；三个取样器从该模拟视频信号的三个分量的每一个采取样本。
3.如权利要求1所述的装置，其中该输入信号是一复合S-视频信号，其含有3个信号分量；3个采样器从复合S-视频信号的3个分量的每一分量采样。
4.如权利要求2所述的装置，其中还包含一个响应时钟信号参数的参数而产生时钟信号的时钟信号产生器；以及一套时钟信号参数，其由时钟信号产生器处理以为逐次数据集设定时钟信号。
5.如权利要求3所述的装置，其中还包含一个响应时钟信号参数的参数而产生时钟信号的时钟信号产生器；以及一套时钟信号参数，其由时钟信号产生器处理以为逐次数据集设定时钟信号。
6.如权利要求4所述的装置，其中该时钟信号参数与标准显示清晰度(resolution)和刷新率(refresh rate)相符。
7.如权利要求5所述的装置，其中该时钟信号参数与标准显示清晰度和刷新率相符。
8.如权利要求6所述的装置，其中该输入信号是非交织式(interleaved)的，而每一数据集在一非交织式输入信号的垂直回程间隔(vertical retrace intervals)之间含有一数据帧(a frame of data)。
9.如权利要求7所述的装置，其中该输入信号是非交织式的，而每一数据集在一非交织式输入信号的垂直回程间隔之间含有一数据帧。
10.如权利要求6所述的装置，其中每一数据集包含一个数据帧的选出的部分。
11.如权利要求7所述的装置，其中每一数据集包含一个数据帧的选出的部分。
12.如权利要求6所述的装置，其中输入信号是交织式的，而每一数据集包含由一个交织式输入信号构成的两个数据帧。
13.如权利要求7所述的装置，其中输入信号是交织式的，而每一数据集包含由一个交织式输入信号构成的两个数据帧。
14.如权利要求6所述的装置，其中还包含一平板显示控制器，其中计算的逻辑电路与选择的逻辑电路嵌入到平板显示控制器中。
15.如权利要求7所述的装置，其中还包含一平板显示控制器，其中计算的逻辑电路与选择的逻辑电路嵌入到平板显示控制器中。
16.如权利要求6所述的装置，其中平板显示控制器还包含存储器以供存储时钟信号参数。
17.如权利要求7所述的装置，其中平板显示控制器还包含存储器以供存储时钟信号参数。
18.如权利要求6所述的装置，其中还包含一微处理器，其中该微处理器与于平板显示控制器与时钟信号产生器相耦连；该微处理器对时钟信号产生器提供时钟信号参数；而且该微处理器响应时钟信号的选择，其产生差值平方的最大总和。
19.如权利要求7所述的装置，其中还包含一微处理器，其中该微处理器与平板显示控制器与时钟信号产生器相耦连；该微处理器对时钟信号产生器提供时钟信号参数；而且，该微处理器响应时钟信号的选择，其产生参数平方的最大总和。
20.如权利要求14所述的装置，其中还包含一响应平板显示控制器的平板显示器。
21.如权利要求15所述的装置，其中还包含一响应平板显示控制器的平板显示器。
22.一种自动跟踪的方法，用于控制用于采集含有数据集的输入信号的样本的时钟信号，包含响应时钟信号以采集输入信号的样本并为每一逐次样本确定一数值；计算逐次数据集的逐次样本间的数值的差值平方的总和；响应数据集中的数值差值平方的总和选择时间信号。
23.如权利要求22所述的方法，其中该输入信号为一包含3个信号分量的模拟信号，而采样步骤根据输入信号的3个信号分量的每一分量来进行的。
24.如权利要求22所述的方法，其中该输入信号为一复合S-视频信号，其包含3个信号分量，而采样及计算步骤根据该输入信号的3个信号分量的每一分量同时进行。
25.如权利要求23所述的方法，其中还包含响应时钟信号参数而产生一时钟信号；以及为逐次的数据集更改时钟信号参数。
26.如权利要求24所述的方法，其中还包含响应时钟信号参数而产生一时钟信号，以及为逐次的数据集更改时钟信号参数。
27.如权利要求25所述的方法，其中该时钟信号参数与标准清晰度和刷新率相符。
28.如权利要求26所述的方法，其中该时钟信号参数与标准清晰度和刷新率相符。
29.如权利要求27所述的方法，其中该输入信号为非交织式而计算步骤根据数据集进行操作，每一数据集包含非交织式输入信号的垂直回程间隔之间的一数据帧。
30.如权利要求28所述的方法，其中该输入信号为非交织式而计算步骤根据数据集进行操作，每一数据集包含非交织式输入信号的垂直回程间隔之间的一数据帧。
31.如权利要求27所述的方法，其中计算步骤系根据数据集进行操作，其各包含一数据帧的相容选择部分。
32.如权利要求28所述的方法，其中计算步骤系根据数据集操作，其各包含一数据帧的一致选择部分。
33.如申请专利第27所述的方法，其中该输入信号为交织式而计算步骤系根据数据集进行操作，每一数据集包含来自交织输入信号的两个数据集。
34.如权利要求28所述的方法，其中该输入信号为交织式而计算步骤系根据数据集进行操作，每一数据集包含来自交织输入信号的两个数据集。
35.如权利要求27所述的方法，其中该计算与选择步骤由一平板显示控制器进行。
36.如权利要求28所述的方法，其中该计算与选择步骤由一平板显示控制器进行。
37.如权利要求27所述的方法，其中该时钟信号参数存储于包含在平板显示控制器中的存储器中。
38.如权利要求28所述的方法，其中该时钟信号参数存储于包含在平板显示控制器中的存储器中。
39.如权利要求27所述的方法，其中该时钟信号参数由耦连于平板显示控制器的微处理器提供。
40.如权利要求28所述的方法，其中该时钟信号参数由耦连于平板显示控制器的微处理器提供。
41.如权利要求35所述的方法，其中另包含处理该输入信号以产生一供给一平板显示器的输出信号。
42.如权利要求36所述的方法，其中还包含处理该输入信号以产生一供给一平板显示器的输出信号。
全文摘要
一种用于检测输入信号的频率与相移(phase－shift)的装置设计与处理方法,其包含可响应时钟信号的输入信号采集逐次样本的一个或多个采样器(samplers)。对每一逐次样本确定一个数值,且在逐次样本间计算其差值。该差值自乘后累加起来。采样是对各种各样的时钟信号的数据集而进行。拨给输入信号的频率与相移的时仲信号响应差值平方的总和而被选择。
文档编号H04N17/02GK1268005SQ9912037
公开日2000年9月27日 申请日期1999年9月23日 优先权日1999年3月19日
发明者李明志, 王福吉, 张华麟, 单培明 申请人:旺宏电子股份有限公司