CN100396086C

CN100396086C - 调整视频图像大小时的帧同步方法及其视频图像缩放装置

Info

Publication number: CN100396086C
Application number: CNB2005100714500A
Authority: CN
Inventors: 史德立; 陈俊光; 范姜徐霖
Original assignee: MStar Semiconductor Inc Taiwan
Current assignee: MStar Semiconductor Inc Taiwan
Priority date: 2004-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2025-05-17
Also published as: CN1700735A; US20050254509A1; US7239355B2; TWI288392B; TW200539105A

Abstract

视频图像缩放装置包含有接收模块，用来接收输入视频信号，输入视频信号包含多个输入帧，每一个输入帧都包含有多个第一同步信号，以指出输入帧的扫描线；具有扫描线延长器的缩放模块，用来产生输出视频信号，输出视频信号包含有多个输出帧，其中每一输出帧包含有多个第二同步信号，以标示输出帧的扫描线，以及用来产生对应每一输入帧的输出帧，扫描线延长器确保输出视频信号中所有扫描线的输出时间实质相同。

Description

调整视频图像大小时的帧同步方法及其视频图像缩放装置

技术领域

本发明涉及视频图像大小的调整，特别是涉及调整视频图像大小时，输入视频信号以及输出视频信号的帧同步方法以及其相关装置。

背景技术

显示单元经常用来接收并且显示由传输信道所接收的视频信号中的图像帧，一般来说，显示单元包括模拟的显示单元(应用阴极射线管)或是数字的显示单元(应用平面显示面板)。如业界所知，图像帧都是藉由各个像素数据组成，而各个像素数据是编码于视频信号的显示数据中。

视频信号一般都包含有同步信号(synchronization signal)，以于显示数据中指示扫描线的边界以及帧的边界。举例来说，前述的同步信号包含有水平同步信号(HSYNC信号)及垂直同步信号(VSYNC信号)；其中水平同步信号用来指出每条扫描线的起始，而垂直同步信号用来指出每个帧的起始。

在调整图像帧的大小时，意味着改变图像帧的分辨率(resolution)，譬如将图像帧的分辨率由第一分辨率转换成为第二分辨率。根据具有第一分辨率的输入图像帧来产生具有第二分辨率的输出图像帧，并且输出图像帧与输入图像帧必须具有一样的播放速率；换句话说，在图像帧的大小调整装置中，每个输入帧与每个输出帧具有精确(precise)的时序对应关系。而用来锁定输入帧与输出帧的播放速率的方法，一般便称之为帧同步。当达到帧播放速率的锁定时，输出视频信号中的各垂直同步信号间与输入视频信号中的各垂直同步信号间具有相同的时间期(time duration)。

图1为已知视频图像缩放装置100的功能方块图。视频图像缩放装置100包含有接收模块102，缩放模块104，传输模块106，振荡器114以及时钟产生器110。接收模块102用来接收输入视频信号Video_in，并且从输入视频信号Video_in中取出输入像素数据Pixel_in、垂直同步信号VS_in以及水平同步信号HS_in；时钟产生器110用来根据振荡器114的输出以产生输出时钟Clk_out，使得在依据一个输入帧的时间所决定的一个输出帧的时间里面，输出视频信号能够具有正确数目的扫描线以及像素数据；缩放模块104用来根据前述的输入信息(包含输入像素数据Pixel_in、垂直同步信号VS_in以及水平同步信号HS_in)、输出时钟Clk_out以及欲输出分辨率，来产生包含有输出像素数据Pixel_out、输出垂直同步信号VS_out以及输出水平同步信号HS_out的输出视频信号；传输模块106用来将缩放模块104所产生的输出视频信号(包含有输出像素数据Pixel_out、输出垂直同步信号VS_out以及输出水平同步信号HS_out)转换为输出视频信号Video_out以将其传输至显示单元(未显示于图中)。

图2为对应输出视频信号(包含有缩放模块104所产生的信号Pixel_out、VS_out及HS_out)的帧与扫描线的同步信号VS_out与HS_out的时序示意图。在每一个帧之中，水平同步信号HS_out的正缘(rising edge)用来决定图像帧中各扫描线的相对应像素数据元素的起始位置；在像素数据Pixel_out之中，包含有许多像素数据元素，其中只有一部份像素数据元素对应至欲显示的帧区域(或称主动区，active region)，而其它的像素数据元素则对应不显示的区域(或称非主动区)。在许多已知的显示单元中，基于同步信号产生信号以指示目前正接收的信号是否属于主动区。扫描线中主动像素(active pixel)代表欲显示的图像，而非主动像素资料可用来携带其它的数据(譬如控制信息)。图2所示的变量Line_out用来指出输出帧中每一条水平扫描线的编号，举例来说，对于一个1024*768的XGA信号来说，一个帧包含768条主动扫描线，各扫描线包含1024个主动像素，此外，一个帧约有38条非主动扫描线。因此，实际上一个帧真正对应的扫描线总数应该是n＝806条。

然而，当试着锁定输入的帧速率(frame rate)以对应输出的帧速率时会产生一个问题，除非产生十分精确的输出时钟信号CLK_out，在各缩放输出帧的终止位置总是有残余的空间，使得输出帧额外具有一条部分扫描线(partial line)，如图2所示的(n+1)^th扫描线202。部分扫描线202的发生原因是由于输出时钟CLK_out没有办法完全对应正确的频率，因此在目前输出帧完全结束之后，下一个输入帧便会立刻开始；此外，电磁干扰(electromagnetic interference，EMI)也是视频显示的一个问题。

发明内容

因此本发明的主要目的之一是提供一种帧同步方法与视频图像缩放装置，以解决已知技术中的问题。

根据本发明披露的一种调整视频图像大小时的帧同步方法，包含有：接收包含有多个输入帧的输入视频信号，其中每一输入帧包含有多个第一同步信号，用来标示输入帧的扫描线；产生包含有多个输出帧的输出视频信号，其中每一输出帧包含有多个第二同步信号，用来标示输出帧的扫描线；对应每一输入帧，产生一输出帧；以及确保输出帧中所有的扫描线的输出时间皆相同。

根据本发明披露的另一种视频图像缩放装置，包含有：用来接收输入视频信号的接收模块，输入视频信号包含有多个输入帧，其中每一输入帧包含有多个第一同步信号，用来标示输入帧的扫描线；具有扫描线延长器的缩放模块，用来产生包含有多个输出帧的输出视频信号，其中每一输出帧包含有多个第二同步信号，用来标示输出帧的扫描线，缩放模块还用来产生对应每一输入帧的输出帧，而扫描线延长器确保输出视频信号中所有扫描线的输出时间实质相同。

根据本发明的又一方面，提供了一种调整视频图像大小时的帧同步方法，该方法包含有：接收一输入视频信号，该输入视频信号包含有多个输入帧，其中每一输入帧包含有多个第一同步信号，用来指示输入帧的扫描线；对应于每一个输入帧产生一个输出帧，其中每一输出帧包含有多个第二同步信号，用来指示输出帧的扫描线；以及当在输出帧中出现部分扫描线时，延伸所述部分扫描线成为一完整的扫描线，以确保该输出帧中所有的扫描线的扫描时间皆实质相同。

根据本发明的又一方面，提供了一种视频图像缩放装置，其包含有：一接收模块，用来接收一输入视频信号，该输入视频信号包含有多个输入帧，其中每一输入帧包含有多个第一同步信号，用来指示输入帧的扫描线；以及一具有一扫描线延长器的缩放模块，用来对应于每一个输入帧产生一个输出帧，其中每一输出帧包含有多个第二同步信号，用来指示输出帧的扫描线，其中，该扫描线延长器在输出帧中出现部分扫描线时，延伸所述部分扫描线成为一完整的扫描线，从而确保输出帧中所有扫描线的扫描时间实质相同。

附图说明

图1为已知视频图像缩放装置的功能方块图。

图2为对应输出视频信号的帧与扫描线的垂直、水平同步信号的时序示意图。

图3为本发明第一实施例的视频图像缩放装置的功能方块图。

图4为本发明第一实施例所产生的同步信号的时序示意图。

图5为本发明第二实施例调整视频大小时的帧同步操作流程图。

附图符号说明

100、300	视频图像缩放装置	102、302	接收模块
100、300	视频图像缩放装置	102、302	接收模块	104、306	缩放模块	106、312	传输模块
110、304	时钟产生器	114、314	振荡器	104、306	缩放模块	106、312	传输模块
110、304	时钟产生器	114、314	振荡器	310	垂直计数器	311	水平计数器
308	扫描线延长器	309	控制信号	310	垂直计数器	311	水平计数器

308

扫描线延长器

309

控制信号

具体实施方式

图3为本发明第一实施例的视频图像缩放装置300的功能方块图。视频图像缩放装置300用来调整输入视频信号Video_in的帧大小以成为输出视频信号Video_out的帧，换句话说，假设输入视频信号Video_in具有第一分辨率的帧，经过本发明视频图像缩放装置300的分辨率转换之后，输出视频信号Video_out会具有另一分辨率的帧。举例来说，输入视频信号以及输出视频信号可为数字视频接口(digital visual interface，DVI)信号或是数字平面面板(digital flat panel，DFP)信号。于本实施例中，输入视频信号Video_in可以为一低分辨率的信号(譬如640*480或是800*600)，而输出视频信号Video_out可为高分辨率的信号(譬如1024*768或是1280*1024)，因此，由于分辨率的不同，输入视频信号的输入帧中，输入扫描线的数目与输出帧的输出扫描线的数目不同。由以下的描述可知，本发明并未限制输出帧与输出帧的分辨率，换句话说，本发明可以应用在任何分辨率的帧转换之用；此外，本发明可用于任意输入分辨率与输出分辨率的视频信号间的帧同步。

在本实施例中，视频图像缩放装置300包含有接收模块302，时钟产生器304，缩放模块306，振荡器314，以及传输模块312。缩放装置306包含有垂直计数器(vertical counter，VCNT)310，水平计数器(horizontalcounter，HCNT)311以及扫描线延长器(line extender)308。接收模块302用来接收输入视频信号Video_in，并且从输入视频信号Video_in中取得输入像素数据Pixel_in、输入垂直同步信号VS_in以及输入水平同步信号HS_in。视频数据包含有多个输入帧，其中输入垂直同步信号VS_in会标示出每个帧，并且对于每个帧而言，水平同步信号HS_in中包含有多个正缘以标示出输入帧中的各个扫描线。时钟产生器304用来自振荡器314接收时钟信号，并且产生输出时钟信号Clk_out，使得在依据输出帧的时间所决定的输出帧的时间中，至少可以输出正确数目的扫描线以及扫描线中的所有像素。此外，对于每一输出帧而言，水平同步信号HS_out中具有多个正缘以指示输出帧的各个扫描线。

缩放模块306用来接收水平同步信号HS_in、垂直同步信号VS_in以及输入的像素数据Pixel_in，以适当地产生相对应的输出水平同步信号HS_out、输出垂直同步信号VS_out以及输出的像素数据Pixel_out。于本实施例中，缩放模块306中的扫描线延长器308会确保水平同步信号HS_out所指示的所有扫描线均具有实质相同长度，亦即各扫描线的扫描时间相等。因此，如果水平同步信号HS_in的最后一条扫描线是一条部分扫描线(如同图2所示)，扫描线延长器308会选择性地以适当量延长输出水平同步信号HS_out最后一条扫描线的时间，使得输出帧中每一条扫描线都实质对应相同的扫描时间，换句话说，扫描线延长器308会将帧的最后一条扫描线由原本的部分扫描线转换成完整长度的扫描线。举例来说，扫描线延长器308可接收垂直同步信号VS_in，藉由控制信号309强迫水平计数器311计数完整条扫描线应有的计数值，以响应于垂直同步信号VS_in的正缘，因此垂直计数器310对应的计数值可能为n或是n+1，其中n的数值会对应于输出分辨率的水平扫描线个数。应注意利用水平同步信号VS_in的方法仅仅只为本发明的较佳实施例，而非本发明的限制，本发明扫描线延长器308可以根据任何「基于帧的信号(frame-based signal)」来操作，此外，垂直计数器310以及水平计数器311的适当计数值相关于分辨率，所以，下一个由垂直同步信号VS_out指示的帧实际会在最后一条完整的扫描线结束之后才开始输出。传输模块312用来将缩放模块306所产生的视频输出信号Pixel_out，VS_out及HS_out转换为具有适当电气特性的输出视频信号Video_out，因此得以传输至显示单元(未显示于图中)以显示正确的图像。

根据本发明的实施例，输出视频信号Pixel_out、VS_out及HS_out中各帧中的扫描线具有实质相同长度。藉由确保输出帧的各扫描线都具有实质相同长度，本发明可避免显示装置因为帧最后的扫描线对应到错误长度而产生显示上的问题。此外，本发明时钟产生器304并非一定要产生完全符合正确频率的输出时钟信号CLK_out，这将于之后的描述中详细解释；在实际应用上，展频时钟(spread spectrum clock)亦可实施为本发明时钟产生器304，以减少前述的电磁干扰(EMI)，因此，时钟产生器304的整体硬件复杂度便可减少，并且也因而提高了整体芯片的使用寿命。

图4为本发明第一实施例所产生的同步信号的时序示意图，输入垂直同步信号VS_in指示帧中的主动扫描线(active line)的起始处以及结束处，水平同步信号HS_in指示每一条扫描线的位置；而输入扫描线计数信号Line_in用来表示每一条扫描线所对应的编号。扫描线延长器308会监控水平同步信号HS_in中相邻正缘的间隔时间；由于输出时钟Clk_out没有办法完全对应正确的频率，如前所述，这会使得目前帧的最后部分产生额外的部份扫描线402，其中部分扫描线402比一般正常的扫描线来的短；如果输出视频信号的输出帧在下一个输入帧开始之前就先结束了，本发明扫描线延长器308会于输出帧中增加额外的完整扫描线406，譬如说在本实施例中，下一个帧直到正缘401才开始，扫描线延长器308会确保额外扫描线406与输出帧中其它的扫描线具有相同的长度。

在一般的情况下，当部分扫描线(譬如图4所示的扫描线402)出现时，扫描线延长器308会将下一个正缘延迟适当的剩余时间量，以使部分扫描线的长度进而对应至正确长度，换句话说，缩放单元扫描线延长器306会产生下一个输出同步信号，因此输出帧中额外的扫描线406会与其它的扫描线有实质相同的扫描时间长度。

然而，延伸目前帧的扫描线可能会造成输出视频信号的帧的最后一条扫描线延迟到下一个垂直同步信号VS_in发生以后。举例来说，如图4所示，延伸第一帧的最后一条扫描线402会导致第二个帧的第一条扫描线404在输出帧的额外扫描线406结束之后才开始。此外，为了对应接下来欲显示的像素数据Pixel_out以及输出视频信号的输出垂直同步信号VS_out，需要适当的延迟。为了提供适当延迟，扫描线延长器308会于目前帧中的额外扫描线406被延伸的时候，延迟像素数据Pixel_in。接着，当额外扫描线406结束时，下一个帧的第一条扫描线会立即开始。如此一来，若下一个输入帧于最后一条扫描线406的扫描期间中起始，则缩放模块306于目前帧的最后一条扫描线406结束后便起始下一个输出帧。扫描线延长器308会于产生输出同步信号，例如水平同步信号HS_out的正缘，致使输出帧的最后一条扫描线与其它扫描线具有实质相同的扫描时间之后，决定目前输出帧的最后一条扫描线406已经完成。

如前所述，输出时钟信号Clk_out并没有办法完全对应正确的频率或者若要需要极大成本，本发明的优点之一在于输出时钟产生器304可以产生输出时钟信号Clk_out，以致于在输出帧的输出时间中至少可以输出帧中正确数目的扫描线以及各扫描在线的像素，本发明的时钟产生器304产生时钟信号Clk_out，允许在输出帧的时间长度中，具有对应预定分辨率的正确数目的扫描线，以及额外扫描线的可变时间。在选择性地延伸最后一条扫描线(譬如图4所示的扫描线406)以使其具有一定的长度之后，目前输出帧并不会于下一个输入帧开始之前结束。根据输出时钟信号Clk_out的频率快慢，下一个输出帧可能会或可能不会在下一个输入帧开始之前结束。然而，当输出时钟信号Clk_out具有较快的频率，目前输出帧最后会于下一个帧开始前便结束，并且扫描线延长器308可以于输出帧中增加完整的额外扫描线(或是延伸部分扫描线以使部分扫描线对应相同的长度)。对于各式阴极射线管屏幕来说，其易受同步频率的影响，由于没有短扫描线的存在，本发明还可提升图像缩放装置的兼容性与稳定性。

以下描述以数值表示的实施例，用以决定是否要增加一额外扫描线(n+1)，在本实施例中，假设输出时钟信号Clk_out致使输出帧会具有n条扫描线以及0.3个(短)扫描线。换句话说，一个帧时间(in frame time，IFT)等于n条完整扫描线时间与0.3条短扫描线的总和。

帧编号帧开始的差距扫描线总数

0 0.0

1^st 1-0.3＝0.7 n+1

2^nd 1-0.3-0.3＝0.4 n

3^rd 1-0.3-0.3-0.3＝0.1 n

4^th 1-0.3-0.3-0.3-0.3＝-0.2＝0.8 n+1

5^th 0.8-0.3＝0.5 n

一般来说，第一输出帧会具有一垂直线计数值vcnt＝n+1，因此在下一个帧开始之前，必须要有额外的时间(delta)。之后，对于第m个帧，如果1-(delta*m)＞0，则计数值vcnt＝n；否则，如果1-(delta*m)＜0，则计数值vcnt＝n+1。前述的实施例也可以由图4所示的时序示意图中得知。

图5为本发明第二实施例调整视频大小时的帧同步操作流程图。假设本实施例必须与前述实施例达成相同的结果，图5的流程图中的步骤并未限制其执行顺序，并且并非一定要是连续地执行，换句话说，其它的步骤可以插入至图5所示的流程中。图5的流程包含下列步骤：

步骤500：接收输入视频信号，其包含有多个输入帧，其中每一个输入帧皆包含有多个第一同步信号，用来指出输入帧的扫描线；

步骤502：产生输出视频信号，其包含有多个输出帧，其中每一个输出帧皆包含有多个第二同步信号，用来指出输出帧的扫描线；

步骤504：对于每一个输入帧，产生一个输出帧；以及

步骤506；确保输出视频信号的每一条扫描线对应相同的长度。

如此一来，输出视频信号Pixel_out、VS_out、HS_out中每一个输出帧皆包含有相同长度的扫描线。藉由确保输出帧中所有扫描线对应相同的长度，本发明可以避免由于帧最后的扫描线对应错误的长度，致使接收视频信号Video_out的显示装置执行错误显示操作。如此，显示装置的操作可靠度便可以大大提高，此外，对于输出时钟信号Clk_out频率限制也可以随之放宽。这意味着信号产生器仅仅需要确保输出时钟信号Clk_out具有一频率，其频率可以使得输出帧能够具有足够的时间来输出由输出分辨率指示的正确数目的扫描线以及正确数目的像素数据即可；视频图像缩放装置300的设计复杂度以及成本也因此大大降低。此外，削减电磁干扰EMI的技术(譬如展频时钟信号)也可以应用于本发明，并且其它原本会干扰输出时钟信号Clk_out偏离正确频率的因素(譬如操作温度或是制造工艺误差)也不再造成输出视频信号中部分扫描线的现象。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种调整视频图像大小时的帧同步方法，该方法包含有：

接收一输入视频信号，该输入视频信号包含有多个输入帧，其中每一输入帧包含有多个第一同步信号，用来指示输入帧的扫描线；

对应于每一个输入帧产生一个输出帧，其中每一输出帧包含有多个第二同步信号，用来指示输出帧的扫描线；以及

当在输出帧中出现部分扫描线时，延伸所述部分扫描线成为一完整的扫描线，以确保该输出帧中所有的扫描线的扫描时间皆实质相同。

2.如权利要求1所述的方法，其中输入帧的扫描线总数与输出帧的扫描线总数不相同。

3.如权利要求1所述的方法，其中输入帧的分辨率与输出帧的分辨率不相同。

4.如权利要求3所述的方法，其还包含有：

产生一输出时钟信号，该输出时钟信号具有一频率，因此于输入帧的帧输入时间，输出符合该输出帧的输出分辨率的扫描线数目，以及每一扫描线包含有符合该输出帧的分辨率的像素数目。

5.如权利要求1所述的方法，其还包含有：

若该输入视频信号中下一个输入帧尚未开始之前，该输出视频信号中的一目前输出帧已经结束，则增加一额外扫描线至该目前输出帧。

6.如权利要求5所述的方法，其还包含有：

产生对应该额外扫描线的一输出同步信号，以使该目前输出帧中该额外扫描线的扫描时间实质地与该目前输出帧中其它扫描线的扫描时间相同。

7.如权利要求1所述的方法，其还包含有：

若一下一个输入帧于一目前输出帧的一最后一条扫描线正在输出时输入，则当该目前输出帧的该最后一条扫描线结束之后，开始该下一个输出帧；

其中在产生对应该最后一条扫描线的一输出同步信号之后，并致使该最后一条扫描线的扫描时间实质地等于该目前输出帧其它扫描线的扫描时间，该目前输出帧的该最后一条扫描线被决定为已经结束。

8.如权利要求7所述的方法，其还包含有：

延迟该下一个输入帧的像素数据直至完成该目前输出帧的最后一条扫描线。

9.如权利要求1所述的方法，其中该输入视频信号为一数字视频接口信号。

10.一种视频图像缩放装置，其包含有：

一接收模块，用来接收一输入视频信号，该输入视频信号包含有多个输入帧，其中每一输入帧包含有多个第一同步信号，用来指示输入帧的扫描线；以及

一具有一扫描线延长器的缩放模块，用来对应于每一个输入帧产生一个输出帧，其中每一输出帧包含有多个第二同步信号，用来指示输出帧的扫描线；

其中，该扫描线延长器在输出帧中出现部分扫描线时，延伸所述部分扫描线成为一完整的扫描线，从而确保输出帧中所有扫描线的扫描时间实质相同。

11.如权利要求10所述的视频图像缩放装置，其中输入帧的扫描线数目与输出帧的扫描线数目不相同。

12.如权利要求10所述的视频图像缩放装置，其还包含有：

一时钟产生器，用来提供一输出时钟信号，该输出时钟信号具有一频率，因此于该输入帧的帧输入时间，输出帧至少具有输出符合该输出帧的分辨率的扫描线数目的时间，并且每一扫描线包含有符合该输出帧的分辨率的像素数目。

13.如权利要求10所述的视频图像缩放装置，其中若该输入视频信号中下一个输入帧尚未开始之前，该输出视频信号中的一目前输出帧已经结束，则该扫描线延长器增加一额外扫描线至该目前输出帧。

14.如权利要求13所述的视频图像缩放装置，其中该扫描线延长器产生对应该额外扫描线的一输出同步信号，以使该目前输出帧中该额外扫描线的扫描时间实质地与该目前输出帧中其它扫描线的扫描时间相同。

15.如权利要求10所述的视频图像缩放装置，其中若一下一个输入帧于一目前输出帧的一最后一条扫描线正在输出时输入，该扫描线延长器于该目前输出帧的该最后一条扫描线结束之后开始该下一个输出帧；其中于产生对应该最后一条扫描线的一输出同步信号之后，致使该最后一条扫描线的扫描时间实质等于该目前输出帧其它扫描线的扫描时间，该目前输出帧的该最后一条扫描线才被决定为结束。

16.如权利要求15所述的视频图像缩放装置，其中该扫描线延长器延迟该下一个输入帧的像素数据直至该目前输出帧的最后一条扫描线结束。

17.如权利要求10所述的视频图像缩放装置，其中该缩放模块包含有一水平计数器与一垂直计数器，该扫描线延长器系耦接于该水平计数器，该水平计数器经由一控制信号耦接于该垂直计数器，因此该扫描线延长器确保该水平计数器针对每一扫描线计数至一第一预定值以及确保该垂直计数器针对每一输出帧计数至一第二预定值或者是该第二预定值加1。

18.如权利要求10所述的视频图像缩放装置，其中该输入视频信号为一数字视频接口信号。