CN100592805C - 类比YPbPr信号增益值调整装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种类比YPbPr信号增益值调整装置与方法。上述装置包括第一箝位器、类比数位转换器、以及增益计算器。第一箝位器将类比YPbPr信号的Y信号的水平同步信号的最低电位箝位至0V。类比数位转换器将箝位后的Y信号由类比信号转换为数位信号后输出。增益计算器自类比数位转换器接收水平同步信号的实际峰对峰电压值，据以计算并设定类比数位转换器的增益值。

Description

类比YPbPr信号增益值调整装置与方法

技术领域

本发明涉及一种一种类比YPbPr信号增益值(gain)调整装置与方法，特别是涉及一种高画质电视(high definition television，简称为HDTV)类比YPbPr信号增益值调整装置与方法。

背景技术

高画质电视的前端系统通常使用类比数位转换器(analog-to-digitalconverter，简称为ADC)转换类比YPbPr输入信号，环境的因素常造成类比YPbPr输入信号衰减或放大，因而使得数位化之后的信号无法伸展到ADC的最大输出范围，或是超过太多而饱和，进而影响画面的对比程度。例如在ADC的最大输出范围是00h-7Fh的情况下，类比YPbPr输入信号可能因为衰减而只能转换到00h-5Fh的范围，使画面偏于黯淡，或因为放大而转换到00h 9Fh的范围，造成输出饱和。

为解决上述问题，传统方法是在ADC输出之后进行数位信号处理，调整数位化之后的YPbPr信号，使其对应到ADC的完整输出范围。然而，传统的数位信号处理方法有不少缺点。

传统方法必须收集资料，统计分布图(histogram)以确定数位信号落点，因为过程冗长而复杂，不但费时，也会加重系统负荷。为了品质与成本的均衡，难免牺牲频宽和解析度。而且传统方法对信号范围的缩放是非线性的，对画质也有不良影响。

发明内容

本发明的目的是在提供一种类比YPbPr信号增益值调整装置，可应用于高画质电视及其他领域，藉由ADC内建的增益值调整机制，改善类比YPbPr信号的对比值，以避免传统技术的诸多缺点。

本发明的另一目的是提供一种类比YPbPr信号增益值调整方法，可应用于高画质电视及其他领域，相对于传统方法，可减轻系统处理数位信号的负担，并加速影像处理的时间。

为达成上述及其他目的，本发明提出一种类比YPbPr信号增益值调整装置，包括第一箝位器(clamping circuit)、类比数位转换器(ADC)、以及增益计算器。第一箝位器将类比YPbPr信号的Y信号的水平同步信号的最低电位箝位至0V。类比数位转换器将箝位后的Y信号由类比信号转换为数位信号后输出。增益计算器自类比数位转换器接收水平同步信号的实际峰对峰电压值(peak-to-peak voltage)，并根据实际水平同步峰对峰电压值和类比数位转换器的增益值的关系公式，计算并设定增益值。上述实际水平同步峰对峰电压值和增益值的关系公式，是根据Y信号的资料信号的标准资料峰对峰电压值和水平同步信号的标准水平同步峰对峰电压值的比例关系，并根据增益值和类比数位转换器的最大输出值所对应的输入电压的关系公式，在限定输入电压等于标准资料峰对峰电压值的条件下而产生。

上述的类比YPbPr信号增益值调整装置，在一实施例中，第一箝位器是在水平同步信号的第一下降缘时箝位水平同步信号。

上述的类比YPbPr信号增益值调整装置，在一实施例中，类比数位转换器是以内含的暂存器接收设定的增益值。

上述的类比YPbPr信号增益值调整装置，在一实施例中，增益值和输入电压的关系公式为M＝A+B*(G/2R)。M为类比数位转换器的最大输出值所对应的输入电压，A、B为预设电压值，G为增益值，R为类比数位转换器的位元数。

上述的类比YPbPr信号增益值调整装置，在一实施例中，实际水平同步峰对峰电压值和增益值的关系公式为G＝((VD/VS)*X-A)/B*2R。VD为Y信号的资料信号的标准峰对峰电压值，VS为水平同步信号的标准峰对峰电压值，X为水平同步信号的实际峰对峰电压值。

上述的类比YPbPr信号增益值调整装置，在一实施例中更包括一同步切分器(sync slicer)。此同步切分器根据Y信号产生复合同步信号。若Y信号大于一参考电压，则复合同步信号为第一状态，若Y信号小于此参考电压，则复合同步信号为第二状态。而且增益计算器是在复合同步信号的第二边缘时开始计算并设定类比数位转换器的增益值。

上述的类比YPbPr信号增益值调整装置，在一实施例中更包括一锁相回路(phase locked loop，简称为PLL)。此锁相回路根据复合同步信号的第一边缘产生画素时脉信号，用作类比数位转换器与增益计算器的操作频率。

上述的类比YPbPr信号增益值调整装置，在一实施例中更包括一第二箝位器。此第二箝位器在Y信号的水平空白区间(horizontal blanking)将Y信号箝位至0V，并且使类比数位转换器接收箝位后的Y信号。

从另一观点来看，本发明另提出一种类比YPbPr信号增益值调整方法，用于计算并设定类比数位转换器的增益值。此类比数位转换器接收并转换类比YPbPr信号。上述方法的特征在于根据类比YPbPr信号的Y信号的水平同步信号的实际峰对峰电压值，以及实际水平同步峰对峰电压值和增益值的关系公式，计算并设定上述增益值。其中上述实际水平同步峰对峰电压值和增益值的关系公式，是根据Y信号的资料信号的标准资料峰对峰电压值和水平同步信号的标准水平同步峰对峰电压值的比例关系，并根据增益值和类比数位转换器的最大输出值所对应的输入电压的关系公式，在限定上述输入电压等于标准资料峰对峰电压值的条件下而产生。

依照本发明的较佳实施例所述，上述的类比YPbPr信号增益值调整装置与方法，是利用箝位器以及ADC内建的增益调整功能，经由简易的数学运算，达成前端ADC的增益自动化调整，使类比YPbPr输入信号能转换至ADC的完整输出范围。相对于使用数位信号处理的传统方法，本发明的计算过程简单迅速，可减轻系统负荷，加速影像处理的时间，不必牺牲频宽和解析度。而且本发明对于信号范围是线性缩放，不会影响画质。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1A及图1B为类比YPbPr信号其中的Y信号示意图。

图2为根据于本发明一实施例的类比YPbPr信号增益值调整装置架构图。

图3为图2的增益值调整装置的信号时序图。

200：类比YPbPr信号增益值调整装置      201、202：箝位器

203：类比数位转换器                   204：同步切分器

205：锁相回路                         206：增益计算器

C1、C2：电容器                        N：电路接点

具体实施方式

在标准的YPbPr信号中，表示亮度(white level)的Y信号就如图1A所示，包括水平同步信号101以及资料信号102。在标准的Y信号中，水平同步信号101的标准峰对峰电压值为0.6V，而资料信号102的最大峰对峰电压值为0.7V，如图1A所示。在现实应用中Y信号难免受环境影响而衰减或放大，如图1B所示，此时水平同步信号111的实际峰对峰电压值为X，而资料信号112的最大峰对峰电压值为Z。X与Z的比例关系是不变的，也就是说，X/Z＝0.6/0.7，整理后可得到Z＝X*0.7/0.6。因此，本发明提出一种可依据水平同步信号来调整资料信号电压值的装置及方法，其只要测得X的大小，就能算出资料信号的最大峰对峰电压值为Z，据以调整ADC的增益值，使数位化之后的资料信号对应ADC的完整输出范围。

以下说明请参照图1B、图2与图3，图2为根据于本发明一实施例的类比YPbPr信号增益值调整装置200的架构图，图3为增益值调整装置200的信号时序图。类比YPbPr信号增益值调整装置200包括电容器C1、C2、箝位器201、202、同步切分器204、锁相回路205、类比数位转换器203、以及增益计算器206。

电容器C1以第一端接收输入的Y信号，以第二端耦接于箝位器201、202与类比数位转换器203。电容器C2以第一端接收输入的Y信号，以第二端耦接于箝位器201与同步切分器204。电容器C1及C2是用来滤掉Y信号的直流成分，若Y信号不含直流成分，可以省略电容器C1及C2。

箝位器201会在水平同步信号111的第一下降缘113时，在图2的接点N将水平同步信号111的最低电位箝位至0V，如图3所示。这个箝位动作是为了让类比数位转换器203能输出数位化之后的峰对峰电压值X。

同步切分器204根据Y信号产生复合同步信号CSYNC。产生方法是将Y信号与一参考电压比较，若Y信号大于参考电压，则复合同步信号CSYNC为逻辑1，若Y信号小于参考电压，则复合同步信号CSYNC为逻辑0。基本上CSYNC是在跟从水平同步信号111的极性，只是经过同步切分器204之后会有些延迟，如图3所示。

产生复合同步信号CSYNC之后，锁相回路205根据复合同步信号CSYNC的下降缘产生画素时脉信号PIXELCLOCK，用作类比数位转换器203与增益计算器206的操作频率。有了画素时脉信号PIXELCLOCK，类比数位转换器203会开始将箝位后的Y信号由类比信号转换为数位信号，然后输出至增益计算器206。如图3所示，增益计算器206在复合同步信号CSYNC的上升缘开始自类比数位转换器203接收水平同步信号111的实际峰对峰电压值X，然后根据实际峰对峰电压值X计算并设定类比数位转换器203的增益值G。在本实施例中，类比数位转换器203是以内含的一暂存器接收增益值G的设定。

在本发明其他实施例中，复合同步信号CSYNC的逻辑1、0状态可以反转，此时CSYNC的下降缘与上升缘的角色也会互换。在此技术领域具有通常知识者应能轻易修改本发明，以适应反转的复合同步信号CSYNC。

调整增益值G也就是调整类比数位转换器203的输出范围。本实施例的类比数位转换器203满足M＝A+B*(G/2^R)。其中，M为类比数位转换器203的最大输出值所对应的输入电压，A、B为预设电压值，G为上述的增益值，R为类比数位转换器203的位元数。若要将数位化之后的Y信号伸展到类比数位转换器203的最大输出范围，M必须等于Z，再代入图1A及1B的比例关系Z＝X*0.7/0.6，可得到G＝((0.7/0.6)*X-A)/B*2^R。类比数位转换器203的相关参数A、B、R都是已知的，如此只要测得水平同步信号111的实际峰对峰电压值X，增益计算器206就能根据X算出应设定的增益值G。

若Y信号的标准有所变更，只需要将增益值G的计算公式改为G＝((VD/VS)*X-A)/B*2^R，其中VD为Y信号的资料信号的标准峰对峰电压值，VS为水平同步信号111的标准峰对峰电压值。在本实施例中，VD＝0.7V，VS＝0.6V，A＝B＝0.5V，R＝8。

设定增益值G之后，增益值调整装置200从增益调整阶段进入正常操作阶段，如图3所示，箝位器202会根据箝位脉冲信号在Y信号的水平空白区间将接点N的Y信号箝位至0V。在这个归零动作之后，类比数位转换器203开始接收并转换箝位后的Y信号。为了让箝位脉冲信号落在正确的水平空白区间，可根据水平同步信号111、复合同步信号CSYNC以及画素时脉信号PIXELCLOCK其中的一个或多个，来决定箝位脉冲信号的位置与长度。

以上调整增益值的过程在每一条扫描线(scan line)都会进行一次，也就是根据每一条扫描线的水平同步信号决定该条扫描线的增益值。调整之后，无论输入信号怎么衰减或放大，数位化的结果都能覆盖ADC的完整输出范围。如果输入信号较为稳定，也可以在一个画面(frame)的前几条扫描线做过调整后就让增益值固定不动。

除了前面实施例的增益值调整装置200之外，本发明另提出一种类比YPbPr信号增益值调整方法。同样的，本方法的特征在于根据类比YPbPr信号中Y信号的水平同步信号的实际峰对峰电压值，计算并设定类比数位转换器ADC的增益值。本调整方法中，类比数位转换器是以内含的一暂存器接收该增益值，而且类比数位转换器满足M＝A+B*(G/2R)。其中，M为类比数位转换器的最大输出值所对应的输入电压，A、B为预设电压值，G为上述的增益值，R为类比数位转换器的位元数。若Y信号的标准有所变更，则可将增益值G的计算公式改为G＝((VD/VS)*X-A)/B*2R，其中VD为Y信号的资料信号的标准峰对峰电压值，VS为水平同步信号的标准峰对峰电压值，X为水平同步信号的实际峰对峰电压值。

此外，本调整方法亦可滤除Y信号的直流成分。再者，本发明的方法尚可包括根据Y信号产生一复合同步信号，若Y信号大于一参考电压，则复合同步信号为逻辑1，若Y信号小于参考电压，则复合同步信号为逻辑0，而且本发明的方法是于复合同步信号的上升缘开始计算并设定增益值。本发明的实施方法中，复合同步信号的逻辑状态以及开始计算的起点，亦可与上述实施例中的叙述逻辑反相，任何熟习此技艺者当可轻易推知。

再者，本发明的调整方法尚包括将水平同步信号的最低电位箝位至0V，再将箝位后的Y信号由类比信号转换为数位信号，接着再根据数位化之后的实际峰对峰电压值，计算并设定增益值。其中将水平同步信号的最低电位箝位至0V的步骤是在水平同步信号的第一下降缘时进行。由于本方法的其余技术细节已见于前面的装置实施例，在此就不予赘述。

综上所述，本发明的类比YPbPr信号增益值调整装置与方法，是利用箝位器以及ADC内建的增益调整功能，经由简易的数学运算，达成前端ADC的增益自动化调整，使类比YPbPr输入信号能转换至ADC的完整输出范围。相对于使用数位信号处理的传统方法，本发明的计算过程简单迅速，可减轻系统负荷，加速影像处理的时间，不必牺牲频宽和解析度。而且本发明对于信号范围是线性缩放，不会影响画质。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (18)

1.一种类比YPbPr信号增益值调整装置，其特征在于其包括：

一第一箝位器，将一类比YPbPr信号的一Y信号的一水平同步信号的最低电位箝位至0V；

一类比数位转换器，将箝位后的该Y信号由类比信号转换为数位信号；以及

一增益计算器，自该类比数位转换器接收已转换为数位信号的该水平同步信号，根据该水平同步信号的一实际水平同步峰对峰电压值计算并设定该类比数位转换器的一增益值，

其中所述增益值和所述类比数位转换器的输入电压的关系公式为M＝A+B*(G/2^R)，M为该类比数位转换器的最大输出值所对应的输入电压，A为一第一预设电压值，B为一第二预设电压值，G为该增益值，R为所述类比数位转换器的位元数，

而所述实际水平同步峰对峰电压值和所述增益值的关系公式为G＝((VD/VS)*X-A)/B*2^R，VD为一标准资料峰对峰电压值，VS为一标准水平同步峰对峰电压值，X为所述实际水平同步峰对峰电压值。

2.根据权利要求1所述的类比YPbPr信号增益值调整装置，其特征在于其中所述的第一箝位器是在该水平同步信号的一第一下降缘时箝位该水平同步信号。

3.根据权利要求1所述的类比YPbPr信号增益值调整装置，其特征在于其中所述的类比数位转换器是以内含的一暂存器接收该增益值。

4.根据权利要求1所述的类比YPbPr信号增益值调整装置，其特征在于其更包括：

一第一电容器，以第一端接收该Y信号，以第二端耦接于该第一箝位器与该类比数位转换器；以及

一第二电容器，以第一端接收该Y信号，以第二端耦接于该第一箝位器。

5.根据权利要求1所述的类比YPbPr信号增益值调整装置，其特征在于其更包括：

一同步切分器，根据该Y信号产生一复合同步信号，若该Y信号大于一参考电压，则该复合同步信号为一第一状态，若该Y信号小于该参考电压，则该复合同步信号为一第二状态，而且该增益计算器是在该复合同步信号的一第二边缘时开始计算并设定该类比数位转换器的增益值。

6.根据权利要求5所述的类比YPbPr信号增益值调整装置，其特征在于其更包括：

一锁相回路，根据该复合同步信号的一第一边缘产生一画素时脉信号，用作该类比数位转换器与该增益计算器的操作频率。

7.根据权利要求6所述的类比YPbPr信号增益值调整装置，其特征在于其中所述的第一状态为逻辑1，该第二状态为逻辑0，该第一边缘为下降缘，该第二边缘为上升缘。

8.根据权利要求6所述的类比YPbPr信号增益值调整装置，其特征在于其中所述的第一状态为逻辑0，该第二状态为逻辑1，该第一边缘为上升缘，该第二边缘为下降缘。

9.根据权利要求1所述的类比YPbPr信号增益值调整装置，其特征在于其更包括：

一第二箝位器，在该Y信号的一水平空白区间将该Y信号箝位至0V，使该类比数位转换器接收箝位后的该Y信号。

10.一种类比YPbPr信号增益值调整方法，用于计算并设定一类比数位转换器的增益值，该类比数位转换器接收并转换一类比YPbPr信号，其特征在于其包括下列步骤：

根据该类比YPbPr信号的一Y信号的一水平同步信号的一实际水平同步峰对峰电压值，计算并设定该增益值，

其中所述增益值和所述类比数位转换器的输入电压的关系公式为M＝A+B*(G/2^R)，M为该类比数位转换器的最大输出值所对应的输入电压，A为一第一预设电压值，B为一第二预设电压值，G为该增益值，R为所述类比数位转换器的位元数，

而所述实际水平同步峰对峰电压值和所述增益值的关系公式为G＝((VD/VS)*X-A)/B*2^R，VD为一标准资料峰对峰电压值，VS为一标准水平同步峰对峰电压值，X为所述实际水平同步峰对峰电压值。

11.根据权利要求10所述的类比YPbPr信号增益值调整方法，其特征在于其中所述的类比数位转换器是以内含的一暂存器接收该增益值。

12.根据权利要求10所述的类比YPbPr信号增益值调整方法，其特征在于其更包括下列步骤：

滤除该Y信号的直流成分。

13.根据权利要求10所述的类比YPbPr信号增益值调整方法，其特征在于其更包括下列步骤：

根据该Y信号产生一复合同步信号，若该Y信号大于一参考电压，则该复合同步信号为一第一状态，若该Y信号小于该参考电压，则该复合同步信号为一第二状态，而且该方法是在该复合同步信号的一指定边缘时开始计算并设定该增益值。

14.根据权利要求13所述的类比YPbPr信号增益值调整方法，其特征在于其中所述的第一状态为逻辑1，该第二状态为逻辑0，该复合同步信号的该指定边缘为上升缘。

15.根据权利要求13所述的类比YPbPr信号增益值调整方法，其特征在于其中所述的第一状态为逻辑0，该第二状态为逻辑1，该复合同步信号的该指定边缘为下降缘。

16.根据权利要求10所述的类比YPbPr信号增益值调整方法，其特征在于其更包括下列步骤：

在该Y信号的水平空白区间将该Y信号箝位至0V，使该类比数位转换器接收箝位后的该Y信号。

17.根据权利要求10所述的类比YPbPr信号增益值调整方法，其特征在于其更包括下列步骤：

将该水平同步信号的最低电位箝位至0V；

将箝位后的该Y信号由类比信号转换为数位信号；以及

根据数位化之后的该实际水平同步峰对峰电压值，计算并设定该增益值。

18.根据权利要求17所述的类比YPbPr信号增益值调整方法，其特征在于其中将该水平同步信号的最低电位箝位至0V的步骤是在该水平同步信号的一第一下降缘时进行。

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