CN1704994A - 动态模数转换器的调校回路的视讯讯号处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种视讯讯号处理系统，用以动态调校模拟至数字转换器，其包含有：调校开关，用以根据控制讯号传输调校讯号；参考讯号开关模块，用以根据多个控制讯号传输参考电压；参考电压产生器，电连接于参考讯号开关模块，用以提供参考电压；粗调器，电连接于该调校开关及参考讯号开关模块，用以粗调所接收到的讯号；模拟至数字转换器，电连接于粗调器，用以将模拟讯号转换为数字讯号；微调器，电连接于模拟至数字转换器，用以微调所接收到的讯号；以及调校逻辑模块，用以计算补偿模拟至数字转换器的误差。

Description

动态模数转换器的调校回路的视讯 讯号处理系统及方法

技术领域

本发明涉及一种具有动态模拟至数字转换器的调校回路的视讯讯号处理系统及其相关方法，特别是涉及藉设于模拟至数字转换器的前的粗调器及设于模拟至数字转换器之后的微调器补偿模拟至数字转换器的增益及偏移量误差的视讯讯号处理系统。

背景技术

在讯号处理系统里，模拟至数字转换器(Analog To Digital Converter)被广泛地使用来将模拟讯号转换为数字讯号。已知模拟至数字转换器的调校工厂交货前就已完成，然而，一旦模拟至数字转换器开始使用后，模拟至数字转换器的性能表现就会随之开始衰退。

图1示出了已知模拟至数字转换器的输入/输出讯号关系图，水平轴为模拟输入讯号的电压电平，而垂直轴为输出讯号的大小，曲线S1为模拟至数字转换器理想的输入/输出讯号关系，而曲线S2为模拟至数字转换器在使用一段时间后实际的输入/输出讯号关系。比较曲线S1与S2可发现曲线S1与曲线S2的斜率不同；再者，已知模拟至数字转换器输入讯号的理想临限电压V0向垂直方向漂移D1量。这些失真的问题严重地降低了模拟至数字转换器的正确性与性能表现。

在视讯讯号处理系统中，如电视、数字电视等，模拟至数字转换器的性能表现及正确性对画面显示非常重要，而已知视讯讯号处理系统无法避免模拟至数字转换器性能表现下降的问题。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种具有动态模拟至数字转换器的调校回路的视讯讯号处理系统及其相关方法。

本发明披露了一种视讯讯号处理系统，用以动态调校模拟至数字转换器，其包含有：调校开关，用以根据控制讯号传输调校讯号；参考讯号开关模块，用以根据多个控制讯号传输参考电压；参考电压产生器，电连接于参考讯号开关模块，用以提供参考电压；粗调器，电连接于调校开关及参考讯号开关模块，用以粗调所接收到的讯号；模拟至数字转换器，电连接于粗调器，用以将模拟讯号转换为数字讯号；微调器，电连接于模拟至数字转换器，用以微调所接收到的讯号；以及调校逻辑模块，用以根据微调器输出的讯号，控制调校开关、参考讯号开关模块、粗调器、模拟至数字转换器及微调器，以补偿模拟至数字转换器的误差。

本发明还披露了一种动态调校模拟至数字转换器的方法，包含以下步骤：于调校间隔中累加数字输出讯号的多个取样的偏移量误差及增益误差；根据已累加的偏移量误差及增益误差，产生多个控制讯号；以及根据控制讯号，动态调整该模拟至数字转换器。

附图说明

图1为已知模拟至数字转换器的输入/输出讯号关系图。

图2为本发明视讯讯号处理系统的功能方块图。

图3为图2中调校逻辑模块的调校状态判断单元的功能方块图。

图4为图2中调校逻辑模块的误差判断单元的功能方块图。

图5为图2中调校逻辑模块中调整讯号输出单元的示意图。

图6显示根据本发明用以调校视讯讯号处理系统的偏移量的流程图。

图7显示根据本发明用以调校视讯讯号处理系统的增益的流程图。

附图符号说明

200视讯讯号处理系统

202电容

204、206、208、210、212开关

214参考电压产生器

216模拟增益及偏移量调整器

218模拟至数字转换器

220数位乘法器

222数位加法器

224调校逻辑模块

SW_CAL、SW_C1、SW_C2、SW_g0、SW_g1开关控制讯号

V_clamp、V_g0、V_g1参考电压

GAIN、OFFS、DGAIN、DOFFS控制讯号

Vin输入讯号

Dout输出讯号

300调校状态判断单元

302状态判断模块

304控制讯号产生器

CAL_state调校状态讯号

400误差判断单元

402、414多工器

404、408查询表

406累加器

410加法器

412调节讯号产生器

CAL_GAIN、CAL_OFFS、CAL_DGAIN、CAL_DOFFS调校调节讯号

DOUTR、DOUTG、DOUTB视讯成分讯号

500调整讯号输出单元

502、504、506、508多工器

510、512、514、516加法器

REG_OFFS、REG_DOFFS、REG_GAIN、REG_DGAIN使用者定义调节讯号

具体实施方式

在大多数的视讯讯号处理系统中，特别是电视、数字电视及高分辨率电视(HDTV)中，为了维持水平同步，在视讯讯号中会有周期性的中断，如水平空白时段，包含前阶段时间、水平同步脉冲、及后阶段时间。在水平空白时段中，视讯讯号不具有任何内容，视讯讯号处理系统较佳地显示最低灰度画面。因此，在视讯讯号中，水平空白时段的特性提供视讯讯号处理系统的模拟至数字转换器暂时停止处理视讯输入讯号的时间。如此一来，可利用水平空白时段藉由参考调校电压量测增益及偏移量的错误及执行其它调校。

图2显示本发明视讯讯号处理系统200的功能方块图，包含电容202、讯号切换开关204、206、208、210、212、参考电压产生器214、模拟增益及偏移量调整器216、模拟至数字转换器218、数字乘法器220、数字加法器222及调校逻辑模块224。于调校间隔，例如水平空白时段、水平后阶段时间，执行动态调校，电容202为直流电平储存器，用以根据讯号SW_C1将输入讯号Vin的直流电平平移至内部箝位电压V_clamp；调校逻辑模块224藉讯号SW_CAL、SW_C1、SW_C2、SW_g0及SW_gl控制开关204、206、208、210及212进行调校。于调校间隔中，开关204会被关闭(off)，模拟至数字转换器218停止接收输入讯号Vin；在进行偏移量调校时，开关206及208做为箝位开关将会导通，用以将参考电压产生器214产生的箝位电压V_clamp输出至模拟增益及偏移量调整器216；而在进行模拟增益调校时，而开关210及212则将参考电压V_g0及V_g1提供至模拟增益及偏移量调整器216；模拟增益及偏移量调整器216可根据调校逻辑模块224产生的控制讯号GAIN、OFFS，粗调所接收的讯号的增益及偏移量电平。模拟至数字转换器218可将模拟增益及偏移量调整器216输出的模拟讯号转换为数字讯号，而数字乘法器220则根据调校逻辑模块224输出的控制讯号DGAIN，微调模拟至数字转换器218输出的数字讯号的增益电平；此外，数字加法器222亦根据调校逻辑模块224输出的控制讯号DOFFS，微调数字乘法器220输出的讯号的直流偏移量。调校逻辑模块224可根据输出讯号DOUT，来判断模拟至数字转换器218的增益及偏移量误差，再对应地产生控制讯号GAIN、OFFS、DGAIN及DOFFS以补偿该误差；在较佳实施例中，模拟至数字转换器218为十位分辨率，模拟增益及偏移量调整器216为八位分辨率，而数字乘法器220及数字加法器222为十二位分辨率。

关于调校逻辑模块224的结构，请参考图3、4、5。首先，图3所示为调校逻辑模块224的调校状态判断单元300的功能方块图，包含状态判断模块302及控制讯号产生器304。状态判断模块302是根据水平及垂直同步讯号HSYNC及VSYNC，于水平空白时段或垂直空白时段，启动调校逻辑模块224并根据调校状态讯号CAL_state决定进行增益或偏移量调校；而控制讯号产生器304则根据调校状态讯号CAL_state产生讯号SW_CAL、SW_C1、SW_C2、SW_g0及SW_g1以控制开关204、206、208、210及212切换至调校所需的参考电压。图4显示调校逻辑模块224的误差判断单元400的功能方块图，包含多工器402、414、查询表404、408、累加器406、加法器410及调节讯号产生器412，为了减少面积，较佳地可轮流调校各信道(Channel)的讯号，从而共享同一电路于不同时间调校不同信道的讯号。多工器402可选择一信道的输出讯号DOUT的红、绿、蓝成分讯号DOUTR、DOUTG及DOUTB。藉由累加器406及加法器410，增益或偏移量误差可于多个取样时间中被累计、平均。查询表404可藉由查询以转换每一像素取样的误差，并将转换结果传送至累加器406以累计误差，而查询表408则转换已累计的误差，经由加法器410累加调整至调节讯号产生器412，从而产生调校调节讯号CAL_GAIN、CAL_OFFS、CAL_DGAIN及CAL_DOFFS；应注意到查询表404及408于此供说明之用，以将误差对应至适当控制数值，而不欲限制本发明，本领域的技术人员可做出各种可能变化，而不跳脱本发明的范畴。

图5显示调校逻辑模块224中调整讯号输出单元500的示意图，包含多工器502、504、506、508及加法器510、512、514、516，加法器510加总使用者定义调节讯号REG_OFFS及调校调节讯号CAL_OFFS，而多工器502可根据调校状态讯号CAL_state选择使用者定义调节讯号REG_DOFFS、调校调节讯号CAL_DOFFS或两者的总和，以产生控制讯号OFFS输出至模拟增益及偏移量调整器216。同理，根据调校状态讯号CAL_state，多工器504可选择使用者定义调节讯号REG_OFFS、调校调节讯号CAL_OFFS或藉由加法器51 2产生的两者的总和，以输出控制讯号DOFFS至数字加法器222；多工器506可选择使用者定义调节讯号REG_GAIN、调校调节讯号CAL_GAIN或藉由加法器514产生的两者的总和，以输出控制讯号GAIN至模拟增益及偏移量调整器216；多工器508可选择使用者定义调节讯号REG_DGAIN、调校调节讯号CAL_DGAIN或藉由加法器516产生的两者的总和，以输出控制讯号DGAIN至数字乘法器220。

因此，通过调校状态判断单元300、误差判断单元400及调整讯号输出单元500，调校逻辑模块224可产生控制讯号SW_CAL、SW_C1、SW_C2、SW_g0及SW_gl，并累加输出讯号DOUT的增益及偏移量误差，最后根据增益及偏移量误差将控制讯号OFFS、DOFFS、GAIN、DGAIN回授至模拟增益及偏移量调整器216、数字乘法器220及数字加法器222，以补偿模拟至数字转换器216的增益及偏移量误差。

本发明可分别执行增益调校或偏移量调校。图6显示用以调校视讯讯号处理系统200的偏移量的流程图600，包含以下步骤：

步骤602：开始。

步骤604：判断是否在调校间隔中。若在调校间隔中，则进行步骤606，若否，则等待调校间隔。

步骤606：产生用来调校偏移量的控制讯号，以将箝位电压V-clamp输入至模拟至数字转换器218，并将先前调校值输入至模拟增益及偏移量调整器216。

步骤608：累加模拟至数字转换器的输出讯号的偏移量误差。

步骤610：判断已调校的取样数是否大于一默认值N。若取样数大于N，则进行步骤612，若否，则进行步骤604。

步骤612：计算偏移量误差以更新偏移量调整值，通过调整模拟增益及偏移量调整器216以达到粗调，及通过调整数字加法器222以达到微调。

步骤614：判断偏移量误差是否收敛以决定是否有其它通道要调校。若有，则进行步骤604，若无，则进行步骤616。

步骤616：结束。

因此，当调校偏移量时，关闭开关204而导通开关208，使得模拟增益及偏移量调整器216的输入端与输入讯号Vin断线，但电连至箝位电压V_clamp。同时，使用者定义调节讯号REG_OFFS及REG_DOFFS皆被失效(Disable)而目前的调校调节讯号CAL_OFFS、CAL_DOFFS则分别输入至模拟增益及偏移量调整器216及数字加法器222。接下来，调校逻辑模块224计算模拟至数字转换器218的输出讯号的多个取样的平均以估计模拟至数字转换器218的偏移量误差。根据所得的偏移量误差，调校逻辑模块224可重新调整调校调节讯号CAL_OFFS、CAL_DOFFS以补偿模拟至数字转换器218的偏移量误差。

图7显示本发明用以调校视讯讯号处理系统200的增益的流程图700，包含以下步骤：

步骤702：开始。

步骤704：判断是否在调校间隔中。若在调校间隔中，则进行步骤706，若否，则等待调校间隔。

步骤706：产生用来调校增益的控制讯号，以将参考电压V_g0或V_g1输入至模拟至数字转换器218，并将先前调校值输入至模拟增益及偏移量调整器216。

步骤708：累加模拟至数字转换器的输出讯号的增益误差。

步骤710：判断已调校的取样数是否大于一默认值N。若取样数大于N，则进行步骤712，若否，则进行步骤704。

步骤712：以另一参考电压进行调校。若对应于参考电压V_g0及V_g1的调校皆完成，则进行步骤714，若否，则进行步骤704。

步骤714：根据对应于参考电压V_g0与参考电压V_g1的误差累计结果的差，计算增益误差，并更新增益调校值，以通过调整模拟增益及偏移量调整器216达到粗调，及通过数字乘法器220达到微调。

步骤716：判断误差是否收敛以决定是否有其它通道要调校。若有，则进行步骤704，若无，则进行步骤718。

步骤718：结束。

因此，在调校增益时，开关204会被关闭，而开关210、212会依序被导通，则模拟增益及偏移量调整器216的输入端与输入讯号Vin断线，但依序电连至参考电压V_g0、V_g1。同时，使用者定义调节讯号REG_GAIN、REG_DGAIN皆被失效，而目前的调校调节讯号CAL_GAIN、CAL_DGAIN则分别输入至模拟增益及偏移量调整器216及数字乘法器220；接下来，调校逻辑模块224计算模拟至数字转换器218对应于参考电压V_g0及V_g1的输出讯号的多个取样的平均，并将所计算的平均相减，以防止偏移量影响增益调校的准确度，而平均相减后所得的值再与理想值比较，从而调整调校调节讯号CAL_GAIN、CAL_DGAIN以补偿模拟至数字转换器218的增益误差。

因此，本发明可藉调校回路补偿模拟至数字转换器的增益及偏移量误差，调校回路较佳地包含粗调器(即模拟增益及偏移量调整器216)及微调器(即数字乘法器220、数字加法器222)。为了节省空间及电路的复杂度，粗调器可提供对应于模拟至数字转换器的最低有效位(Least SignificantBit)精确度。此外，本发明微调器可补偿模拟电路的硬件退化所造成的失真，以正确修正模拟至数字转换器的增益及偏移量误差。藉由控制数字增益在略大于1至等于1的范围中，可防止模拟至数字转换器的输出讯号饱和及箝位至最小或最大值，从而维持最大动态输入范围。

本发明还披露了一种可动态调校模拟至数字转换器的方法。在调校间隔中，累加数字视讯输出讯号的多个取样的偏移量误差及增益误差。在较佳实施例中，调校间隔可利用水平空白时段或垂直空白时段；数字视讯输出讯号可为红、绿、或蓝成分讯号，较佳地由三个模拟至数字转换器分别转换；利用在多个调校间隔进行循序调校，因此可共享调校模块硬件电路以节省面积及系统资源。在调校间隔中，通过累计N个取样误差及平均，可避免噪声干扰影响调校结果。在增益调校的过程中，利用对应于第一参考电压及第二参考电压的增益误差被累加后相减，可消去模拟至数字转换器的偏移量误差，以防止偏移量误差影响增益调校的准确度。根据加总的误差，本发明可产生多个控制讯号，根据N个像素取样加总的误差，动态地修正并调校模拟至数字转换器。举例来说，模拟增益控制讯号及模拟偏移量控制讯号粗调模拟至数字转换器，而数字增益控制讯号及数字偏移量控制讯号则微调模拟至数字转换器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (22)

1.一种视讯讯号处理系统，用以动态调校一模拟至数字转换器，其包含有：

一调校开关，用以根据一控制讯号而选择性地导通；

一参考电压产生器，用以产生多个参考电压；

一参考讯号开关模块，电连接于该参考电压产生器，用以根据多个控制讯号而选择性地导通传输所述参考电压；

一粗调器，电连接于该调校开关及该参考讯号开关模块，用以粗调所接收到的讯号；

一模拟至数字转换器，电连接于该粗调器，用以将模拟讯号转换为数字讯号；

一微调器，电连接于该模拟至数字转换器，用以微调所接收到的讯号；以及

一调校逻辑模块，用以根据该微调器输出的讯号，控制该调校开关、该参考讯号开关模块、该粗调器、该模拟至数字转换器及该微调器，以补偿该模拟至数字转换器的误差。

2.如权利要求1所述的视讯讯号处理系统，其中该调校逻辑模块是于一调校间隔中，关闭该调校开关。

3.如权利要求1所述的视讯讯号处理系统，其中该参考讯号开关模块包含有：

一第一开关，用以选择性地导通以传输该参考电压产生器产生的一第一参考电压；

一第二开关，用以选择性地导通以传输该参考电压产生器产生的一第二参考电压；以及

一第三开关，用以选择性地导通以传输该参考电压产生器产生的一第三参考电压。

4.如权利要求3所述的视讯讯号处理系统，其中当该调校逻辑模块执行一偏移量调校时，该第一开关是导通开启。

5.如权利要求3所述的视讯讯号处理系统，其中当该调校逻辑模块执行一增益调校时，该第二开关或该第三开关是导通开启。

6.如权利要求1所述的视讯讯号处理系统，其中该粗调器包含有：

一模拟增益调整器，用以根据该调校逻辑模块输出的一控制讯号，粗调所接收讯号的增益电平；以及

一模拟偏移量调整器，用以根据该调校逻辑模块输出的一控制讯号，粗调所接收讯号的直流电平。

7.如权利要求1所述的视讯讯号处理系统，其中该微调器包含有：

一数字乘法器，用来将所接收的讯号乘上该调校逻辑模块输出的一数值，以补偿该模拟至数字转换器的增益误差；以及

一数字加法器，用来将所接收的讯号加上该调校逻辑模块输出的一数值，以补偿该模拟至数字转换器的偏移量误差。

8.如权利要求1所述的视讯讯号处理系统，其中该调校逻辑模块包含有：

一调校状态判断单元，用以根据一视讯同步脉冲判断一调校间隔，及控制该调校开关及该参考讯号开关模块；

一误差判断单元，用以判断该微调器的输出讯号的误差；以及

一调整讯号输出单元，用以根据该误差判断单元所判断的误差，控制该粗调器及该微调器。

9.如权利要求7所述的视讯讯号处理系统，其中该调校状态判断单元包含有：

一状态判断模块，用以根据一视讯同步脉冲，判断一调校间隔；以及

一控制讯号产生器，用以根据该调校间隔，输出控制讯号至该调校开关及该参考讯号开关模块。

10.如权利要求7所述的视讯讯号处理系统，其中该误差判断单元计算该模拟至数字转换器的多个取样的平均，以根据该平均判断该模拟至数字转换器的误差。

11.如权利要求7所述的视讯讯号处理系统，其中该调整讯号输出单元包含多个调节讯号模块，每一调节讯号模块用以由一使用者定义调节讯号、一调校调节讯号及一由该使用者定义调节讯号与该调校调节讯号的组合的调节讯号中，选择一调节讯号。

12.如权利要求1所述的视讯讯号处理系统，其还包含一电容，耦接于该调校开关与输入讯号间，用以偏移输入讯号的直流电平。

13.如权利要求1所述的视讯讯号处理系统，其还包含一箝位开关，耦接于该调校开关与输入讯号间，用以提供该参考电压产生器产生的一箝位电压。

14.一种用以动态调校一模拟至数字转换器的方法，其包含以下步骤：

于一调校间隔中，计算相关于一数字输出讯号的多个取样的一偏移量误差及一增益误差；

根据该偏移量误差及该增益误差，产生多个控制讯号；以及

根据该控制讯号，动态调整该模拟至数字转换器。

15.如权利要求14所述的方法，其中该调校间隔是一水平空白时段。

16.如权利要求14所述的方法，其中该调校间隔是一垂直空白时段。

17.如权利要求14所述的方法，其还包含对该数字输出讯号的所述取样的偏移量误差进行平均数运算，以于该调校间隔中，估计一偏移量漂移程度。

18.如权利要求14所述的方法，其中于计算相关于数字输出讯号的所述取样的偏移量误差及增益误差时，是于该调校间隔中累加及平均该偏移量误差。

19.如权利要求14所述的方法，其中于计算相关于数字输出讯号的所述取样的偏移量误差及增益误差时，是于该调校间隔中，将对应于一第一参考电压的累加结果减去对应于一第二参考电压的累加结果，而获得该增益误差。

20.如权利要求14所述的方法，其中该数字输出讯号是一数字视讯输出讯号的三原色组合中选出的一红成分讯号、一绿成分讯号及一蓝成分讯号。

21.如权利要求14所述的方法，其中该多个控制讯号包含一模拟增益控制讯号、一模拟偏移量控制讯号、一数字增益控制讯号及一数字偏移量控制讯号。

22.如权利要求21所述的方法，其中于动态调整该模拟至数字转换器时还包含根据该模拟增益控制讯号及该模拟偏移量控制讯号，粗调该模拟至数字转换器，以及根据该数字增益控制讯号及该数字偏移量控制讯号，微调该模拟至数字转换器。

Images