CN101742213A - 电缆长度检测与信号补偿系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露用以在视频信号传输系统中测量电缆长度并补偿电缆损失的装置及方法。不同频率的多个引示信号是在垂直同步周期期间，以分时多工方式被压缩成为三个色彩信号的其一。垂直与水平同步信号被压缩成为其它另两个色彩信号。视频信号是传输于具有至少三对电线的电缆上，每个色彩信号是由一对电线传输。一引示信号转换电路获得由电缆所传输的引示信号的电平。一补偿控制电路将在数个垂直同步周期中的不同频率的数个引示信号的电平予以平均，并基于引示信号的平均值电平产生补偿控制信号。补偿控制信号是用以完成视频信号补偿。

Description

电缆长度检测与信号补偿系统及方法

技术领域

本发明是有关于检测电缆长度以及对可传送模拟信号电缆提供信号补偿的装置及方法。

背景技术

于计算机系统中，常利用电缆将视频信号从视频配接器经由电缆而传输至显示器，但视频信号亦常因电缆的阻抗匹配而衰减。若视频信号补偿不足，则显示器上所观察到的影像可能呈现模糊不清；若视频信号被过度补偿，则可能形成过度受激的信号，导致显示器寿命的缩短。此外，当电缆的长度超过十公尺时视频信号会变微弱，而使影像的质量受到衰减，并可能因为不清楚的显示而导致操作错误。各种电缆如屏蔽双绞线(STP)、非屏蔽双绞线(UTP)及箔双绞线(FTP)皆具有不同的频率响应，因此当视频信号分别传输于各种电缆上时可能会有不同的衰减现象，因此难以利用固定方式的信号补偿装置来补偿发生于不同形式或不同长度的电缆的信号衰减。

为了克服上述探讨的问题，已经发展出多种方法来测量电缆的长度。某些系统使用在高速串流的传输与传回之间的时间差来计算电缆的长度。另一系统，说明于与申请人共同拥有的美国专利公开号2005/0227517，公开于2005年10月13日，名称为「供键盘视频鼠标切换设备用的电缆长度检测设备及方法」，此系统提供一电缆长度检测设备以检测电缆的长度，此电缆具有至少三对电线，用以传送彩色视频信号。于此系统中，显示于图1(与上述提及的共同拥有的申请案的图1相同)，一信号压缩电路102将一电气信号压缩成为由电缆104所传输的视频信号的三个色彩信号的其中一个。于电缆的接收端的一信号转换电路106将此对电线所传输的电气信号转换成一数值。一长度计算电路108依据此数值计算电缆的长度，以供后续利用信号补偿装置补偿由电缆104所导致的信号衰减。电缆104具有至少三对电线，其个别地传输包括于视频信号中的三个色彩信号，例如红色色彩信号(R)、绿色色彩信号(G)及蓝色色彩信号(B)，或一照度信号(Y)与两个色讯信号(U)与(V)。除了三个色彩信号以外，视频信号亦包括一水平同步信号(H)及一垂直同步信号(V)。当垂直同步信号致能时，水平与垂直同步信号被压缩成为三个色彩信号的两个，而电气信号被信号压缩电路102压缩成为第三色彩信号。当垂直同步信号致能时，显示器通常不显示任何视频信号。换言之，当垂直同步信号致能时，被压缩成为第三色彩信号的电气信号并不会形成任何影像于显示器上，因此并不会影响使用者。

图2为图1中的系统的更详细的示意图。图标有例如供计算机用的一视频卡的视频输出装置212，是经由一电缆204输出视频信号至一显示器242。视频信号包括三个RGB色彩信号、一水平同步信号及一垂直同步信号。视频信号的频率可被提升至165MHz。视频信号的信号衰减取决于电缆204的频率响应以及视频信号的频率。8MHz的方波信号是由8MHz信号产生器214产生，用以完成电缆长度测量。当垂直同步信号致能时，信号压缩电路210压缩8MHz方波信号成第三色彩信号，其并未被水平与垂直同步信号使用。视频信号在被电缆204传输之后是由一信号接收电路216接收，并再度被一色彩恢复电路222转换成不具有同步信号及方波信号的三个色彩信号。一水平与垂直同步信号解码电路232将来自信号接收电路216的视频信号进行解码，以获得不具有三个色彩信号与方波信号的水平同步信号与垂直同步信号。一个8MHz信号解码电路234将来自信号接收电路216的视频信号进行解码，以获得不具有三个色彩信号与同步信号的8MHz方波信号。由电缆204所传输的8MHz方波信号被一模拟至数字(AD)转换电路206转换成例如电压的一数值。然后，一中央处理单元(CPU)208依据数值的大小来计算电缆204的长度，而一色彩补偿电路224用以基于所计算的电缆长度的数值来补偿被衰减的色彩信号。水平同步信号、垂直同步信号及三个补偿色彩信号，则经由一视频输出端口240被输出至显示器242。

发明内容

本发明是有关于一种用以测量电缆的长度的改良的系统，此电缆是用来传送一模拟信号，并用以补偿由于电缆长度所导致的信号损失。

本发明的一个目的是提供一种系统，其可更正确地测量在供传输具有不同频率的信号的一电缆中的信号损失。

本发明的另一个目的是提供一种系统，其中可以连续方式达成信号补偿的数量。

根据本发明的第一方面，提出一种电缆长度检测与信号补偿系统，用以处理传输于一电缆上的一视频信号，电缆具有至少三对电线，视频信号具有第一、第二与第三色彩信号，每个信号由一对电线传输。此系统包括一信号压缩电路、一信号转换电路与一补偿控制电路。信号压缩电路配置于电缆的上游，用以在视频信号的一垂直同步信号致能时，压缩至少两个电气信号成视频信号的第三色彩信号，其中此至少两个电气信号具有不同频率，且在不同的时间周期期间被压缩成为第三色彩信号。信号转换电路配置于电缆的下游，用以转换第三色彩信号中的至少两个电气信号成为直流信号，直流信号表示在被电缆传输之后的电气信号的电平。补偿控制电路用以基于表示电气信号的电平的直流信号，来产生至少一个补偿控制信号。

根据本发明的第二方面，提出一种用于一视频信号传输系统的电缆长度检测与信号补偿方法，用以于一电缆上传送具有第一、第二与第三色彩信号的一视频信号。此方法包括以下步骤：(a)当视频信号的一垂直同步信号致能时，压缩至少两个电气信号成为视频信号的第三色彩信号，其中此至少两个电气信号具有不同频率，且是在不同的时间周期期间被压缩成为第三色彩信号；(b)传送视频信号于电缆上，电缆具有至少三对电线，每个色彩信号是于一对电线上传输；(c)转换第三色彩信号中的至少两个电气信号成为直流信号，其表示在被电缆传输之后的电气信号的电平；及(d)基于表示电气信号的电平的直流信号，来产生一个或多个补偿控制信号。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1显示一种已知的用以测量电缆的长度的系统。

图2是显示图1的系统的更详细的概要方块图。

图3概要地显示电缆损失与信号的频率的依存性。

图4概要地显示依据本发明的一实施例的分时多工技术，用以传送在一视频信号中的具有不同频率的引示信号(pilot signal)。

图5是显示依据本发明的一实施例的系统的概要方块图，此系统用以测量一电缆的长度并补偿信号损失。

图6A至6C为显示于图5的系统的部分的更详细的电路图。

图7A为显示于图5与6A的系统的信号压缩电路的一电路图。

图7B为显示于图5、6B与6C的系统的补偿控制电路的一电路图。

[主要元件标号说明]

V_control：第一补偿控制信号

V_gain：第二补偿控制信号

42a、42b、42c：引示信号

44：第三色彩信号             46：垂直同步周期

100：系统                    102、210：信号压缩电路

104、204、504：电缆          106：信号转换电路

108：长度计算电路

206：模拟至数字(AD)转换电路

208：中央处理单元(CPU)

212：视频输出装置            214：信号产生器

216、516：信号接收电路

222、522：色彩恢复电路

224、524：色彩补偿电路

232：水平与垂直同步信号解码电路

234：信号解码电路            240：视频输出端口

242、542：显示器             506：补偿控制电路

510：信号压缩电路            512：视频信号输出装置

514：引示信号产生器

532：垂直同步信号解码电路

534/534’：引示信号转换电路

602：同步编码器              604：控制电路

606、612：通讯装置           608：引示信号解码器

610：比较器                  702：控制段

704：模拟至数字转换电路(ADC)

706：微控制器单元            708：电路

712：第一脉冲宽度调制的信号

714：第二脉冲宽度调制的信号

716、718：低通滤波器

具体实施方式

本发明的实施例提供改良的电缆长度测量与信号补偿系统，用以测量一电缆的长度并用以补偿由于电缆所导致的信号损失。一般改良系统100包括信号压缩电路102、信号转换电路106及长度计算电路108，这些电路的详细构造是不同于上述提及的共同拥有的美国专利申请公开2005/0227517的详细构造，将说明于下。

于一电缆中，信号的衰减取决于电缆的频率响应及信号的频率。如图3中，较高频率的信号在电缆中经历到较多的损失，且当各种频率信号是传输于具有相同长度的电缆时，损失并非为频率的线性函数。图3中的三条电缆损失曲线可代表各种电缆的情况，例如CAT5、CAT3与150-ohm(欧姆)STP电缆的情况。在这种状况下，较下面的曲线代表CAT5电缆的情况，而较上面的曲线代表150-ohm STP电缆的情况。或者，三条电缆损失曲线可代表各种长度的相同种类的电缆的情况，例如100呎、200呎及300呎的CAT5电缆。在这种状况下，下曲线将代表100呎的CAT5电缆的情况，而上曲线将代表150-ohm STP电缆的情况。因此，当单一频率的电气信号用以测量电缆长度时，如上述共同拥有的专利申请案的状况，所做的测量无法将信号衰减的频率依存性考虑进去。

依据本发明的实施例的改良的电缆长度测量与信号补偿系统使用具有不同频率的多个电气信号(引示信号)，以测量于各种不同频率下的信号退化情形，并据以进行信号补偿。为此，使用分时多工技术将具有不同频率的多个引示信号压缩成为视频信号的一色彩信号。更明确而言，在视频信号的垂直同步信号致能时，多个引示信号被压缩成为三个色彩信号的其一(以下为提升便利性而以「第三色彩信号」表示)，且它们是在不同的时间周期期间被压缩成为第三色彩信号。图4为概要地显示具有不同频率的三个引示信号42a、42b与42c被以分时多工方式压缩成为第三色彩信号44的示范的时序图。于此实施例中，每一个引示信号42a、42b与42c被压缩成为一个垂直同步周期46的视频信号，而三个引示信号被压缩成为连续的垂直同步周期且重复。另外，三个引示信号可被以分时多工方式压缩至相同的垂直同步周期中(未显示)。或者，具有单一频率的一引示信号可能被压缩至连续的垂直同步周期中，然后具有另一频率的一引示信号被压缩成为连续的垂直同步周期等。分时多工的正确的机构并非是重要的，只要在每个合理短的一段时间之内，具有不同频率的所有引示信号被压缩成为色彩信号即可。于一较佳实施例中，三个引示信号42a、42b与42c分别为1MHz、4MHz与8MHz信号，但是亦可使用其它频率。又，可能使用具有不同频率的多于或少于三个引示信号，例如是两个、四个等。虽然在图4的例子中，引示信号具有方波、正弦波、余弦波，然而引示信号亦可具有其它波形，例如三角、正弦等。

图5为依据本发明的一实施例的电缆长度测量与信号补偿系统的示意图。图5与2中的类似的元件是以类似的标号标示。如图5所示，一视频输出装置512，例如供计算机用的一视频卡，输出视频信号并经由一电缆504输出至一显示器542。电缆504例如是CAT 5电缆、CAT 5e电缆、CAT 6电缆或CAT 7电缆。视频信号包括一红色色彩信号(R)、一绿色色彩信号(G)、一蓝色色彩信号(B)、一水平同步信号(H)及一垂直同步信号(V)。其它实施例中，视频信号包括一照度信号(Y)及两个色讯信号(U)与(V)、一水平同步信号(H)及一垂直同步信号(V)。电缆504具有三对电线，其各别地传输R、G、B信号。H信号与V信号是各自地被压缩至三个色彩信号的任何两个(为方便说明，以下以「第一」与「第二」色彩信号表示)。一引示信号产生器514产生多个引示信号。当V信号致能时，一信号压缩电路510以如上所述的分时多工方式，将多个引示信号压缩至未被H与V信号使用的色彩信号以成为第三色彩信号。信号压缩电路510亦压缩H与V信号成为第一与第二色彩信号。然后，通过电缆504将三个色彩信号从信号压缩电路510传输至信号接收电路516。

图6A为图5的电缆长度测量与信号补偿系统的一部分的更详细的电路图，显示在图5中的电缆504之前的部分。如图6A所示，视频信号输出装置512输出R、G与B信号至具有差动信号驱动器的信号压缩电路510，并输出H与V信号至一同步编码器602(例如一编解码器)。同步编码器602输出一复合同步信号至信号压缩电路510，并输出H与V信号至引示信号产生器514。引示信号产生器514输出引示信号至信号压缩电路510。信号压缩电路510编码同步与引示信号成为R、G与B信号，将它们转换成为差动信号，并将它们输出至电缆504。亦即，信号压缩电路510分别将同步与引示信号压缩成为R、G与B信号，并输出差动信号至电缆504。图7A更进一步地显示信号压缩电路510的详细构造。在信号压缩电路510中的一第一电路，是用以处理R信号与V信号，然后输出一第一差动信号至电缆504中的第一对电线。在信号压缩电路510中的一第二电路，用以处理G信号与引示信号，然后输出一第一差动信号至电缆504中的第二对电线。在信号压缩电路510中的一第三电路，用以处理B信号与水平+垂直(H+V)同步信号，然后输出一第三差动信号至电缆504中的第三对电线。

于此例中，图6A亦显示一控制电路604如微控制器单元MCU，其产生键盘、鼠标、音频、虚拟媒体或任何数据串流，一通讯装置606会经由一数据链将这些数据输出至电缆504的第四对线。引示信号产生电路514与控制电路604可以是FPGA(现场可编程门阵列)、CPLD(复合可编程逻辑元件)或ASIC(特殊用途IC)。

于较佳实施例中，H信号、V信号及多个引示信号分别载于三个彩色视频信号的其一，不过亦可使用其它方式来匹配三个色彩信号、H信号、V信号及多个引示信号。又，如果视频信号的H与V同步信号系由视频输出装置结合在一起(例如使用于一SUN系统的视频信号)，则H与V信号会先彼此分离，然后各别地被压缩成为色彩信号。

再次参见图5，压缩有H与V信号及多个引示信号的色彩信号，在被电缆504传输之后是被一信号接收电路516接收。色彩信号会被一色彩恢复电路522转换成为不具有H与V信号及引示信号的RGB信号。一H与V信号解码电路532解码色彩信号，以分别获得H信号与V信号。一引示信号转换电路534处理第三色彩信号以获得一直流(DC)信号，其表示引示信号的电平。引示电平信号的电平在不同的垂直同步周期期间，是因为引示信号的不同的频率而呈现不同的。于一较佳实施例中，H与V信号解码电路532与引示信号转换电路534为三个信号解码电路，各别与三对电线连接，用以分别解码H信号、V信号及多个引示信号。基于被引示信号转换电路534输出的引示电平信号(一DC信号)，一补偿控制电路506产生补偿控制信号以提供至一色彩补偿电路524。色彩补偿电路524依据补偿控制电路506所提供的补偿控制信号来实施色彩信号的信号补偿，例如放大、调整与频率补偿。

图6B为图5的电缆长度测量与信号补偿系统的一部分的更详细的电路图，其显示在图5的电缆504之后的部分。图6C为同一部分的替代构造的电路图。于图5与6B的构造中，引示信号转换电路534是位于信号接收电路516的下游，而于图6C的构造中，引示信号转换电路534’直接接收来自电缆504的差动信号。引示信号转换电路534’包括一信号接收器元件，用以转换差动信号成为非差动信号或单端信号。图6B与6C的构造在其它方面是相同的。

如图6B与6C所示，引示信号转换电路534/534’包括一引示信号解码器608及一比较器610。引示信号解码器608用以产生一DC信号，其表示在这些信号被电缆504传输之后，在这些信号中的引示信号的强度(DC电平)。比较器610比较DC信号与一参考信号。比较器610的输出被输入至补偿控制电路506。

补偿控制电路506的构造是更进一步地显示于图7B中。如图6B、6C与7B所示，由引示信号转换电路534/534’所产生的引示电平信号是由一控制段702接收。于控制段702中的一模拟至数字转换电路(ADC)704将来自比较器610的DC信号转换成为一数字数值，其被输入至一微控制器单元706。请注意到，或者ADC 704可能被实施为与控制段702分离的一元件。由垂直同步信号解码电路532获得的垂直同步信号亦被输入至控制段702(参见亦图5)。微控制器单元706计算在多个垂直同步周期中的引示信号的平均值数值。此种平均值数值表示具有不同频率的多个引示信号的电平的平均值(其可能包括一直流偏压成份，如0.7V)。在平均值计算中的垂直同步周期的数目的选择，可能是基于具有不同频率的引示信号的数目以及它们是如何分时多工运算成为色彩信号。举例而言，于显示于图4的本实施例中，具有不同频率的三个引示信号系于三个连续的垂直同步周期中被压缩成为视频信号并重复。于这一实施例中，微控制器单元706可在九个连续的垂直同步周期中平均引示信号数值，其中九个连续的垂直同步周期包括三个垂直同步周期供每个引示信号使用。一般而言，对于平均值计算而言，可能选择任何适当数目的垂直同步周期，只要其为每一个引示信号覆盖足够数目的时间周期即可。

由微控制器单元706所计算的平均引示信号电平，被输入至一PWM(脉冲宽度调制器)电路708，其产生两个脉冲宽度调制的信号712与714，其责任周期(duties)是由平均引示信号电平所决定。脉冲宽度调制的信号712与714的频率可能是任何适当的数值：于一较佳实施例中，其大约是10MHz。第一脉冲宽度调制的信号712被一低通滤波器716处理，以产生一第一补偿控制信号V_control。第二脉冲宽度调制的信号714被一低通滤波器718处理，以产生一第二补偿控制信号V_gain。第一与第二补偿控制信号被提供至色彩补偿电路524，并用以分别执行彩色视频信号的高频部分与低频部分的补偿。

再次参见图6B与6C，被电缆504所传送的键盘、鼠标、音频、虚拟媒体及任何数据串流被一通讯装置612处理，并被输入至控制段702，并于该处受到处理。

在图2所示的系统中，因为CPU 208以数字型式输出补偿控制信号至色彩补偿电路224，所以补偿控制信号的数值具有相当粗糙的色阶度。于显示于图5的本实施例中，补偿控制信号(V_control与V_gain)为具有连续数值的模拟信号。因此，相对于图2所示的系统而言，可更敏锐地控制由色彩补偿电路524补偿的信号的数量。

上述的电缆长度测量与信号补偿系统可应用于多数型式的设备中。举例而言，其可被实施于一键盘视频鼠标(KVM)切换设备以测量连接至KVM切换设备且具有不同形式及长度的电缆的长度，用以执行视频信号补偿。其亦可使用于视频信号延伸器及控制传输器。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种电缆长度检测与信号补偿系统，用以处理于一电缆上传输的一视频信号，该电缆包括至少三对电线，该视频信号包括一第一、第二与第三色彩信号，其各由一对电线传输，包括：

一信号压缩电路，配置于该电缆的上游，用以在该视频信号的一垂直同步信号致能时，压缩至少两个电气信号成为该视频信号的该第三色彩信号，其中该至少两个电气信号具有不同频率，且在不同的时间周期期间被压缩成为该第三色彩信号；

一信号转换电路，配置于该电缆的下游，用以转换该第三色彩信号中的该至少两个电气信号成为多个直流信号，该些直流信号表示在被该电缆传输之后的该些电气信号的电平；及

一补偿控制电路，用以基于表示该些电气信号的电平的该些直流信号，来产生至少一个补偿控制信号。

2.根据权利要求1所述的电缆长度检测与信号补偿系统，其中该信号压缩电路分别地压缩该垂直同步信号与一水平同步信号成为该视频信号的该第一色彩信号与该第二色彩信号；且该系统还包括一垂直同步信号解码电路，其配置于该电缆的下游，用以从该第一色彩信号解码该垂直同步信号，并提供该垂直同步信号至该补偿控制电路。

3.根据权利要求1所述的电缆长度检测与信号补偿系统，其中该信号压缩电路还转换该第一色彩信号、该第二色彩信号与该第三色彩信号成为由该电缆传输的多个差动信号。

4.根据权利要求1所述的电缆长度检测与信号补偿系统，其中该补偿控制电路包括：

一模拟至数字转换电路，用以转换表示该些电气信号的电平的该些直流信号成为表示该些电气信号的电平的多个第一数字数值；

一处理器，用以在该垂直同步信号致能时，计算一第二数字数值，其表示该些第一数字数值在至少一个时间周期的一平均值；

一脉冲宽度调制电路，用以产生至少一个脉冲宽度调制的信号，各该至少一个脉冲宽度调制的信号具有由该第二数字数值所决定的一责任周期；及

一电路，用以从该至少一个脉冲宽度调制的信号产生至少一个补偿控制信号，该至少一个补偿控制信号为模拟信号，该些模拟信号的电平由相对应的脉冲宽度调制的信号的责任周期所决定。

5.根据权利要求1所述的电缆长度检测与信号补偿系统，其中该第一、第二与第三色彩信号包括一红色色彩信号、一绿色色彩信号及一蓝色色彩信号，或者包括一照度信号及两个色讯信号。

6.根据权利要求1所述的电缆长度检测与信号补偿系统，其中该信号转换电路包括一电气信号解码器与一比较器。

7.一种电缆长度检测与信号补偿方法，使用于一视频信号传输系统中，用以于一电缆上传送一视频信号，该视频信号具有第一、第二与第三色彩信号，包括以下步骤：

(a)当该视频信号的一垂直同步信号致能时，压缩至少两个电气信号成为该视频信号的该第三色彩信号，其中该至少两个电气信号具有不同频率，且是在不同的时间周期期间被压缩成为该第三色彩信号；

(b)于该电缆上传送该视频信号，该电缆具有至少三对电线，每个色彩信号是于一对电线上传输；

(c)转换该第三色彩信号中的该至少两个电气信号成为多个直流信号，该些直流信号表示该些电气信号在被该电缆传输之后的电平；及

(d)基于表示该些电气信号的电平的该些直流信号，来产生至少一个补偿控制信号。

8.根据权利要求7所述的电缆长度检测与信号补偿方法，在步骤(b)之前还包括以下步骤：

分别压缩该垂直同步信号与一水平同步信号成为该视频信号该第一色彩信号与该第二色彩信号；及

将该第一、第二与第三色彩信号转换为多个差动信号。

9.根据权利要求7所述的电缆长度检测与信号补偿方法，其中步骤(d)还包括：

(d1)转换表示该些电气信号的电平的该些直流信号成为多个第一数字数值以表示该些电气信号的电平；

(d2)当该垂直同步信号致能时，在至少一个时间周期计算该些第一数字数值的一平均值的一第二数位数值；

(d3)产生至少一个脉冲宽度调制的信号，各至少一个脉冲宽度调制的信号具有由该第二数字数值所决定的一责任周期；及

(d4)从该至少一个脉冲宽度调制的信号产生至少一个补偿控制信号，该至少一个补偿控制信号为模拟信号，该些模拟信号的电平由相对应的脉冲宽度调制的信号的责任周期所决定；

其中在步骤(b)之前，压缩该垂直同步信号成为该视频信号的该第一色彩信号；以及

在步骤(b)之后，从该第一色彩信号解码该垂直同步信号，

其中该步骤(d2)包括：当该垂直同步信号致能时，在多个时间周期利用该解码的垂直同步信号来计算该第二数字数值。

10.根据权利要求7所述的电缆长度检测与信号补偿方法，其中该第一、第二与第三色彩信号包括一红色色彩信号、一绿色色彩信号与一蓝色色彩信号，或者包括一照度信号与两个色讯信号。

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