CN100576926C - 影像输出与输入系统 - Google Patents

Abstract

一种影像输出与输入系统，包含一相位比较器、一影像同步信号发生器、一传感器时钟脉冲发生器、一传感器、一影像色彩处理单元、以及一视频编码器。该影像输出与输入系统接收电源或光源，经一电压比较器转换后所产生的与电源或光源频率同步的数字信号，并以该数字信号作为参考，对系统产生的垂直影像同步信号进行时钟脉冲周期补偿。结果，垂直影像同步信号与交流电源或光源频率同步，且可控制在很小的误差范围内。使得影像输出与输入系统中传感器的曝光时间点与交流电源或光源的频率及相位同步，而解决撷取影像时发生闪烁与色偏的问题。同时减少了数字模拟转换器的使用量，降低制造成本。

Description

影像输出与输入系统

技术领域

本发明是关于一种影像处理系统，特别是关于一种影像输出与输入系统。

背景技术

图1显示一般的影像输出与输入系统。该影像输出与输入系统10包含一电压比较器(Voltage comparator)12、一锁相回路(PLL，Phase lockloop)13、一影像同步信号发生器(Image synchronous signalgenerator)133、一传感器时钟脉冲发生器(Sensor timing generator)14、一传感器(Sensor)15、一影像色彩处理单元(Image/Color processionunit)16、一时钟脉冲发生器(Timing generator)17、一视频编码器(Videoencoder)18。须注意的是，该影像输出与输入系统10是利用锁相回路13输出一与电源同步的输出时钟脉冲信号PI至影像同步信号发生器133、传感器时钟脉冲发生器14、影像色彩处理单元16、以及视频编码器18来取代一般数字系统中的系统时钟脉冲，藉以使影像同步信号发生器133、传感器时钟脉冲发生器14、影像色彩处理单元16、以及视频编码器18四者能够与电源同步，以达到锁定电源频率与相位的功效，而该影像输出与输入系统10中其它的组件仍采用原系统时钟脉冲来运作。

该影像输出与输入系统10是将一模拟信号As(可包含一般电源、光源...等信号)通过电压比较器12转换后产生一数字信号VI。在本实施例中，是以一频率为50或60赫兹(Hz，Hertz)的交流电源(AC，Alternating current)11来代表该模拟信号As。当然，该交流电源11的频率也可为其它频率。锁相回路13是以模拟的方式将数字信号VI倍频至所需的操作频率，并产生一输出时钟脉冲信号PI后，该影像同步信号发生器133接收输出时钟脉冲信号PI，产生一垂直影像同步信号VSYNC(Vertical synchronous signal)。之后，锁相回路13会接收垂直影像同步信号VSYNC，并以垂直影像资料VSYNC来与数字信号VI做比较调整输出时钟脉冲信号PI的频率，因此垂直影像同步信号VSYNC的频率可达到与电源同步的效果。接着，传感器时钟脉冲发生器14接收垂直影像同步信号VSYNC与输出时钟脉冲信号PI，产生一传感器时钟脉冲信号S。其中，该传感器时钟脉冲信号S包含了时钟脉冲信号与许多用来控制传感器15的控制信号。传感器15接收传感器时钟脉冲信号S，并于撷取影像后产生一原始影像资料(Sensor raw data)Sr。影像色彩处理单元16接收原始影像资料Sr与输出时钟脉冲信号PI，并对该原始影像资料Sr进行影像与色彩的处理，产生一目标影像资料T。之后，视频编码器18接收由时钟脉冲发生器17产生的时钟脉冲信号CK、输出时钟脉冲信号PI、及目标影像资料T，并对所述信号CK、PI、T进行整合与编码后，产生一模拟视频编码影像资料O。

然而，已知的影像输出与输入系统10在实际应用上会产生下列问题。

一、当影像输出与输入系统10利用传感器15撷取影像时，由于拍摄环境光源大多为人造光源(例如日光灯、白炽灯...等)，而非自然光源(例如阳光...等)，且一般人造光源于发光时易随着电源频率变动而改变其发光的频率，导致传感器15在感测时会不断地发生闪烁与色偏的现象，降低了影像资料的输出品质。一般解决该项问题的方法，是延长传感器15的曝光时间、或是将传感器15的曝光时间点与光源的变动频率及相位取得同步。延长传感器15的曝光时间，易受限于传感器15本身曝光时间长度饱和的限制，因此在某些情况下无法正常运作。而将传感器15的曝光时间点与光源变动频率取得同步的方法，会提高成本，且常因为影像输出与输入系统10中锁相回路13的抗噪声能力较差，在电源噪声较大时，输出时钟脉冲信号PI很容易锁不住电源频率，导致传感器时钟脉冲信号S也无法与电源同步。结果，传感器15的曝光时间点与光源变动频率无法取得同步，而无法解决影像闪烁与色偏的问题。

二、如图2所示，该视频编码器18包含一视频时钟脉冲发生器(Videotiming generator)181，一亮度与同步信号发生器(Luminance/Synchronoussignal generator)182，二个数字模拟转换器(Digital to analogconverter)183、185，以及一彩度色同步信号发生器(Chroma/burstgenerator)184。而一般彩度色同步信号发生器184在进行彩度与色同步信号处理时，需要非常精确(容许误差范围非常小)的时钟脉冲信号来配合。但由于锁相回路13的输出时钟脉冲信号PI须锁定交流电源11的频率，因此该输出时钟脉冲信号PI会随着交流电源11频率的变动而跟着变动。同时，一般的锁相回路13抗噪声的能力较差，所以常导致输出时钟脉冲信号PI无法达成固定且精确地输出。因此，影像输出与输入系统10必须另外增加一时钟脉冲发生器17，来提供给彩度色同步信号发生器184一个具高精确度(误差范围极小)的时钟脉冲信号CK(例如，全国电视系统委员会制式(NTSC，National Television System Committee)中，彩度、色同步处理所需的时钟脉冲信号CK为3.579545MHz，其容许误差范围仅可为±5Hz)。所以，亮度与同步信号发生器182、及彩度色同步信号发生器184接收不同规格的时钟脉冲信号，并产生不同规格的输出信号，因此必须分别使用两个数字模拟转换器183、185来分别进行数字模拟转换。结果，造成整个影像输出与输入系统10的制造成本增加。

因此，如何提供一种影像输出与输入系统，而达成影像输出与输入系统中传感器的曝光时间点与电源或光源...等模拟信号的频率同步，解决传感器于撷取影像时发生闪烁与色偏的问题，并减少数字模拟转换器的使用量而降低成本，实为一急需解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在提供一种影像输出与输入系统，而达成影像输出与输入系统中传感器的曝光时间点与电源或光源...等模拟信号的频率同步，解决传感器于撷取影像时发生闪烁与色偏的问题，并减少数字模拟转换器的使用量，达成降低成本的功效。

本发明提供了一种影像输出与输入系统。该影像输出与输入系统是接收经由一电压比较器将一模拟信号转换后所产生的数字信号。该影像输出与输入系统包含一相位比较器、一影像同步信号发生器、一传感器时钟脉冲发生器、一传感器、一影像色彩处理单元、以及一视频编码器。相位比较器接收上述数字信号与一垂直影像同步信号，比较该数字信号与该垂直影像同步信号的时钟脉冲周期，并产生一时钟脉冲修正信号。影像同步信号发生器接收时钟脉冲修正信号，且该垂直影像同步信号发生器是用来产生垂直影像同步信号。同时影像同步信号发生器根据该时钟脉冲修正信号修正影像同步信号发生器所产生的下一垂直影像同步信号的时钟脉冲周期。传感器时钟脉冲发生器接收垂直影像同步信号，并根据该垂直影像同步信号产生一传感器时钟脉冲信号。传感器接收传感器时钟脉冲信号，并于撷取影像后，产生一原始影像资料。影像色彩处理单元接收原始影像资料，并对该原始影像资料进行影像与色彩的处理，产生影像品质较佳的一目标影像资料。视频编码器接收垂直影像同步信号与目标影像资料，并对该垂直影像同步信号与该目标影像资料进行整合与编码，产生一模拟视频编码影像资料。该视频编码器包含：一视频时钟脉冲发生器，接收前述垂直影像同步信号，并根据该垂直影像同步信号产生一视频时钟脉冲资料；一亮度彩度色同步同步信号发生器，用以接收前述视频时钟脉冲资料与前述目标影像资料，对该视频时钟脉冲资料与该目标影像资料进行亮度、彩度、色同步以及影像同步的整合与编码处理，以产生一数字视频编码影像资料；以及一数字模拟转换器，接收并转换前述数字视频编码影像资料，产生前述模拟视频编码影像资料。

由于本发明的影像输出与输入系统，是接收经由一电压比较器接收一电源或光源的模拟信号后经转换而产生的数字信号，并以该数字信号作为参考，对该影像输出与输入系统本身产生的垂直影像同步信号进行时钟脉冲周期补偿。结果，垂直影像同步信号与模拟信号频率、相位同步，并且该垂直影像同步信号可控制在很小的误差范围内。使得影像输出与输入系统中传感器时钟脉冲发生器能够产生一与模拟信号同步的传感器时钟脉冲信号给传感器。结果，传感器的曝光时间点与交流电源的频率、相位同步，而解决了传感器于撷取影像时发生闪烁与色偏的问题。

又因为整个影像输出与输入系统是采用同一系统时钟脉冲来运作，并不需如同已知技术般还要另外使用锁相回路与时钟脉冲发生器来提供视频编码器二种不同的时钟脉冲，因此视频编码器可直接利用同一系统时钟脉冲来进行影像的亮度、彩度、色同步、及同步信号的编码处理。所以，本发明的影像输出与输入系统只需使用一个数字模拟转换器，减少了整个系统的制造成本。

附图说明

图1显示一种已知影像输出与输入系统的示意图；

图2显示一种已知视频编码器的示意图；

图3图显示本发明的一种影像输出与输入系统的示意图；

图4A显示本发明的传感器视频周期补偿单元的示意图；

图4B显示本发明的传感器视频周期补偿单元的另一示意图；

图5显示本发明的一种视频编码器的示意图；

图6A显示本发明的影像输入系统的示意图；

图6B显示本发明的影像输入系统的另一示意图。

具体实施方式

以下参考图式详细说明本发明影像输出与输入系统，并且相同的组件将以相同的符号标示。

图3显示本发明的一种影像输出与输入系统。该影像输出与输入系统30包含一电压比较器32、一传感器视频周期补偿单元(Sensor/Video periodcompensation unit)33、一传感器时钟脉冲发生器34、一传感器35、一影像色彩处理单元36、一视频编码器38。须注意的是，该影像输出与输入系统30中所有的组件均可采用原系统时钟脉冲来运作，与已知影像输出与输入系统10不同。因此，于图3中并不特别将每个组件所接收的系统时钟脉冲画出。

该电压比较器32接收一模拟信号As，对该模拟信号As进行模拟数字转换，产生一与该模拟信号As频率同步的数字信号Vs。电压比较器32为已知技术，只要能达成上述功能的，例如模拟数字转换器(A/D，Analog to digitalconverter)...等，均可用来实施该电压比较器32，因此不再重复说明其详细的实施方式。当然，于电压比较器32中还可另外加入具有消除噪声功能的电路，例如数字滤波器...等，藉以提升数字信号Vs的品质。而其中，模拟信号As可为电源、光源...等信号源其中之一所产生。特别是光源的部分，可利用一光传感器(Photo sensor)直接感测光源，将该光源转换为电信号来处理。

传感器视频周期补偿单元33接收数字信号Vs，产生一垂直影像同步信号VSYNC，并对该垂直影像同步信号VSYNC作时钟脉冲周期(Clock cycle)补偿，使垂直影像同步信号VSYNC与数字信号Vs的时钟脉冲周期长度相等(即频率同步)。如图4A所示，该传感器视频周期补偿单元33包含一相位比较器(Phase comparator)332与一影像同步信号发生器333。相位比较器332接收数字信号Vs与影像同步信号发生器333产生的垂直影像同步信号VSYNC，并比较数字信号Vs与垂直影像同步信号VSYNC两者时钟脉冲周期相位的超前与落后，并产生一时钟脉冲修正信号Cc。影像同步信号发生器333接收时钟脉冲修正信号Cc，且该影像同步信号发生器333是用以产生垂直影像同步信号VSYNC。同时影像同步信号发生器333根据时钟脉冲修正信号Cc修正下一垂直影像同步信号VSYNC′的时钟脉冲周期长短。如此，不断地参考数字信号Vs并重复修正垂直影像同步信号VSYNC的时钟脉冲周期，便可使垂直影像同步信号VSYNC达成锁定模拟信号As频率与其相位同步的功效。例如，假设某一时间点上垂直影像同步信号VSYNC的时钟脉冲周期落后于模拟信号As频率同步的数字信号Vs的时钟脉冲周期50个时钟脉冲(Clock)，经过相位比较器332比较后，该相位比较器332产生一时钟脉冲修正信号Cc，并通知影像同步信号发生器333于下一时钟脉冲周期时，将垂直影像同步信号VSYNC的时钟脉冲周期长度减少50个时钟脉冲，而使垂直影像同步信号VSYNC达成与模拟信号As频率、相位同步的功效。其中，该传感器视频周期补偿单元33还可包含一个用来调整数字信号Vs相位的相位调整单元(Phaseadjustment(Time delay)unit)331，如图4B所示。该相位调整单元331接收数字信号Vs，以该数字信号Vs的时钟脉冲周期作为参考，并延迟该数字信号Vs至预设的时间点(即调整该数字信号Vs的相位)。当然，该相位调整单元331可以利用韧体(Firmware)、软件(Software)、或硬件(Hardware)其中之一或其组合的方式来设定该数字信号Vs的相位延迟。

接着，讨论影像的输入部分。传感器时钟脉冲发生器34接收垂直影像同步信号VSYNC，并根据该垂直影像同步信号VSYNC产生一传感器35所需的传感器时钟脉冲信号S。传感器35接收传感器时钟脉冲信号S，并于撷取影像后，产生一原始影像资料Sr。影像色彩处理单元36接收原始影像资料Sr，并对该原始影像资料Sr进行影像与色彩的处理，产生影像品质较佳的一目标影像资料T。须注意的是，由于该垂直影像同步信号VSYNC与模拟信号As的频率、相位同步，因此传感器时钟脉冲发生器34可以产生一个与模拟信号As频率同步的传感器时钟脉冲信号S给传感器35作为曝光时间点的参考。结果，传感器35的曝光时间点可与模拟信号As达成同步，进而可与利用该模拟信号As作为能源的人造光源的发光频率与相位取得同步，解决影像闪烁与色偏的问题。

之后，为影像的输出部分。视频编码器38接收垂直影像同步信号VSYNC与目标影像资料T，并对垂直影像同步信号VSYNC与目标影像资料T进行编码，产生一模拟视频编码影像资料O。如图5所示，该视频编码器38包含一视频时钟脉冲发生器381、一亮度彩度色同步同步信号发生器(Luminance/Chroma/burst/Synchronous signal generator)382、一数字模拟转换器383。该视频时钟脉冲发生器381接收垂直影像同步信号VSYNC，并根据该垂直影像同步信号VSYNC产生一视频时钟脉冲资料Cv。亮度彩度色同步同步信号发生器382接收视频时钟脉冲资料Cv与目标影像资料T，并将该视频时钟脉冲资料Cv与该目标影像资料T进行亮度(Luminance)、彩度(Chroma)、色同步(Burst)、以及影像同步(Image synchronous)的整合与编码处理，产生一数字视频编码影像资料Od。数字模拟转换器383接收并转换数字视频编码影像资料Od，产生一模拟视频编码影像资料O。其中，因为整个影像输出与输入系统30是采用同一系统时钟脉冲来运作，并不需如同已知技术般还要另外使用锁相回路13与时钟脉冲发生器17来提供视频编码器38二种不同的时钟脉冲，因此视频编码器38对于频率误差范围限制要求极高的彩度、色同步信号处理(图2的彩度色同步信号发生器184)，便可以采用与亮度同步信号处理(图2的亮度与同步信号发生器182)同样的系统时钟脉冲。而不须另外增加一个不同频率的时钟脉冲发生器17(图1)来提供精确的时钟脉冲信号CK，故不须再另外增加一个数字模拟转换器185(图2)。所以视频编码器38才可将图2的亮度与同步信号发生器182及彩度色同步信号发生器184合并，以一个亮度彩度色同步同步信号发生器382来实施，因此该视频编码器38只需使用一个数字模拟转换器383来进行数字模拟转换，达到降低整个影像输出与输入系统30成本的功效。

本发明的影像输出与输入系统30与已知影像输出与输入系统10最大的差异在于，该影像输出与输入系统30是利用传感器视频周期补偿单元33以一个与模拟信号As频率同步的数字信号Vs作为参考，来对影像同步信号发生器333所产生的垂直影像同步信号VSYNC进行时钟脉冲周期补偿。结果，该垂直影像同步信号VSYNC可控制在很小的误差范围内，且与模拟信号As的频率达成同步，使得影像输出与输入系统30中传感器35的曝光时间点与模拟信号As的频率同步，而解决传感器35于撷取影像时发生闪烁与色偏的问题。

又因为本发明的影像输出与输入系统30是直接采用同一系统时钟脉冲当作时钟脉冲信号，所以视频编码器38可以同时进行影像的亮度、彩度、色同步、及影像同步的整合与编码处理。因此，本发明的影像输出与输入系统30只需使用一个数字模拟转换器，减少了制造的成本。

本实施例是合并影像的输入系统与输出系统来进行讨论，并说明该影像输出与输入系统30如何使垂直影像同步信号VSYNC达成和模拟信号As频率同步的实施架构。而在另一实施例中也可仅使用一个影像输入系统30′，如图6A所示，来达成垂直影像同步信号VSYNC与模拟信号As频率同步的功效，而解决影像输入系统30′中传感器35撷取影像时发生闪烁与色偏的问题。其中，图6A的影像输入系统30′包含一电压比较器32、一传感器视频周期补偿单元33、一传感器时钟脉冲发生器34、以及一传感器35。当然，该影像输入系统30′还可包含一影像色彩处理单元36，如图6B所示。而该影像输入系统30′输出的原始影像资料Sr或目标影像资料T，可输出至各种储存媒体或传输接口中。

以上虽以实施例说明本发明，但并不因此限定本发明的范围，若该行业者进行各种变形或变更，只要不脱离本发明的要旨，也不脱离本发明的申请专利范围。

Claims (10)

1、一种影像输出与输入系统，其特征在于包含：

一相位比较器，接收一数字信号与一垂直影像同步信号，比较该数字信号与该垂直影像同步信号的时钟脉冲周期，并产生一时钟脉冲修正信号；

一影像同步信号发生器，接收前述时钟脉冲修正信号，并用以产生前述垂直影像同步信号，根据该时钟脉冲修正信号修正该影像同步信号发生器所产生的下一垂直影像同步信号的时钟脉冲周期，以使该垂直影像同步信号与该数字信号同步；

一传感器时钟脉冲发生器，接收前述垂直影像同步信号，并根据该垂直影像同步信号产生一传感器时钟脉冲信号；

一传感器，接收前述传感器时钟脉冲信号，并于撷取影像后，产生一原始影像资料；

一影像色彩处理单元，接收前述原始影像资料，并对该原始影像资料进行影像处理，产生一目标影像资料；以及

一视频编码器，接收前述垂直影像同步信号与前述目标影像资料，并对该垂直影像同步信号与该目标影像资料进行编码，产生一模拟视频编码影像资料；该视频编码器包含：一视频时钟脉冲发生器，接收前述垂直影像同步信号，并根据该垂直影像同步信号产生一视频时钟脉冲资料；一亮度彩度色同步同步信号发生器，用以接收前述视频时钟脉冲资料与前述目标影像资料，对该视频时钟脉冲资料与该目标影像资料进行亮度、彩度、色同步以及影像同步的整合与编码处理，以产生一数字视频编码影像资料；以及一数字模拟转换器，接收并转换前述数字视频编码影像资料，产生前述模拟视频编码影像资料；

其中，前述数字信号由一模拟信号经转换后产生。

2、如权利要求1所述的影像输出与输入系统，其特征在于更包含一相位调整单元，耦接前述相位比较器，该相位调整单元用以调整并延后输入数字信号的相位，并输出调整并延后的该数字信号至前述相位比较器。

3、如权利要求1所述的影像输出与输入系统，其特征在于，其中前述影像色彩处理单元还对该原始影像资料进行色彩处理。

4、如权利要求1所述的影像输出与输入系统，其特征在于，其中前述模拟信号为电源与光源其中之一所产生。

5、如权利要求1所述的影像输出与输入系统，其特征在于更包含一电压比较器，该电压比较器接收并转换前述模拟信号，产生一与该模拟信号频率同步的前述数字信号。

6、一种影像输入系统，其特征在于包含：

一相位比较器，接收一数字信号与一垂直影像同步信号，比较该数字信号与该垂直影像同步信号的时钟脉冲周期，并产生一时钟脉冲修正信号；

一影像同步信号发生器，接收前述时钟脉冲修正信号，并用以产生前述垂直影像同步信号，根据该时钟脉冲修正信号修正该垂直影像同步信号发生器所产生的下一垂直影像同步信号的时钟脉冲周期；

一传感器时钟脉冲发生器，接收前述垂直影像同步信号，并根据该垂直影像同步信号产生一传感器时钟脉冲信号；以及

一传感器，接收前述传感器时钟脉冲信号，并于撷取影像后，产生一原始影像资料；

其中，前述数字信号由一模拟信号经转换后产生。

7、如权利要求6所述的影像输入系统，其特征在于更包含一相位调整单元，耦接前述相位比较器，该相位调整单元用以调整并延后输入数字信号的相位，并输出调整并延后的该数字信号至前述相位比较器。

8、如权利要求6所述的影像输入系统，其特征在于更包含一影像色彩处理单元，该影像色彩处理单元接收前述原始影像资料，并对该原始影像资料进行影像与色彩的处理，产生一目标影像资料。

9、如权利要求6所述的影像输入系统，其特征在于，其中前述模拟信号为电源与光源其中之一所产生。

10、如权利要求6所述的影像输入系统，其特征在于更包含一电压比较器，该电压比较器接收并转换前述模拟信号，产生一与该模拟信号频率同步的前述数字信号。

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