CN1851810A - 频率检测方法 - Google Patents

Abstract

一种频率检测方法，包含下列步骤：决定一上限波位准及一下限波位准；根据上限波位准将信号切转为一上限波信号；根据下限波位准将信号切转为一下限波信号；于一预定周期内检测及得到在上限波信号或下限波信号上出现一第一最大脉冲宽度；以及将时钟脉冲信号计算的第一最大脉冲宽度与一预定脉冲宽度相比较。本发明的有益效果在于，根据检测到的光盘的射频信号频率与目标频率的差异以产生一控制信号，从而加速频率锁定的过程。

Description

频率检测方法

技术领域

本发明涉及频率检测方法，特别涉及检测自光盘上得到的再生(reproduction)信号的频率的方法。

背景技术

一般，光盘(例如CD或DVD光盘)读取装置需要和光盘上读出的再生信号同步。锁相环路(Phase Locked Loop；PLL)是一种广泛用于检测输入信号频率的电路，包括：一频率检测检测区块、一电荷泵(charge pump)区块、一相位检测区块、一分频器(frequency divider)和一电压控制振荡器(Voltage Control Oscillator；VCO)。频率检测区块在锁相环路负责量测及计算时钟脉冲信号与输入信号的频率差值，并且执行频率追踪以达到频率差值最小化，例如从光盘上读取的射频(Radio Frequency；RF)信号就可作为被锁相的输入信号。

对高密度容量的光盘而言，记录标记(mark)或记录空间(space)的长度可以小于一微米，因此会导致严重的符码间干扰(Inter-Symbol-Interference；ISI)问题。图1为利用频率检测方法切割一射频信号而到一限波信号的波形示意图。当射频信号的振幅小于一预定的限波位准(slicing level)，对应的取样值是设为0，反之则设为1。如图1所示，通过连续检测射频信号获得限波信号。若射频信号为记录在CD光盘的8转14调变(Eight-to-Fourteen Modulation；EFM)信号，限波信号上升沿间隔的平均宽度(边至边的平均宽度)约为5.4T，其中T代表时钟脉冲信号的单一周期。因此，从CD光盘检测到的8转14调变信号的边至边(edge-to-edge)平均宽度被应当为5.4T，若测量的平均宽度不是5.4T，则相应地调整时钟脉冲信号的频率。此外，现有的频率检测方法还可以通过测量及比较一预定时间周期内射频信号的记录标记或记录空间的最大长度而调整时钟脉冲信号的频率，例如：CD格式光盘上记录标记的最大长度为11T，DVD光盘上记录标记的最大长度为14T。通常光盘上记录同步标记的长度就是纪录标记的最大长度。当检测CD光盘频率时，若测量到的最大标记长度仅有8T，则光盘装置调高其时钟脉冲信号的频率，使时钟脉冲信号测量的最大标记长度的长度值趋近于11T。

由于高密度容量光盘存在严重的符码间干扰，使得射频信号的波形失真(distorted)，而不适用于上述的频率检测及同步化方法。图2为射频信号被符码间干扰影响而严重失真时，由频率检测方法得到一限波信号(sliced signal)的波形示意图。圆圈A′及B′中的较短记录标记造成对应的射频信号快速升起及降下，也就是射频信号中以圆圈A及B标出的部分波形。如果仍使用传统频率检测方法来切割该射频信号，这些信号强度快速改变将无法反映在对应的限波信号上。限波信号因此无法显示一些真实信道位的快速改变(例如圆圈A′及B′)的部分，可能造成光盘读取装置错判最大标记的长度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种检测从光盘读取的射频信号频率的方法，根据检测到的光盘的射频信号频率与目标频率的差异以产生一控制信号，从而加速频率锁定的过程。

为实现上述目的，本发明提供了：一种频率检测方法，用来检测自光盘读取一信号的频率，其中，包含下列步骤：决定一上限波位准及一下限波位准；根据上限波位准将信号切转为一上限波信号；根据下限波位准将信号切转为一下限波信号；于一预定周期内检测及得到在上限波信号或下限波信号上出现一第一最大脉冲宽度；以及将时钟脉冲信号计算的第一最大脉冲宽度与一预定脉冲宽度相比较。

本发明还提供了：一种频率检测方法，用来检测自光盘读取一信号的频率，其中，包含下列步骤：决定一限波位准；通过限波位准切割信号而形成多个封闭区域；在一预定周期内检测封闭区域中的最大面积的封闭区域；将时钟脉冲信号计算的最大面积的持续时间和预定时间间隔相比较；根据比较的结果调整时钟脉冲信号的频率。

本发明还提供了：一种频率检测方法，用来检测自光盘片读取一信号的频率，其中，包含下列步骤：在超过至少两窗口的时间，检测出各窗口中具有最长脉冲宽度的脉冲的出现时间点；检查被检测到的脉冲是否周期性出现；若脉冲是周期性出现，则判断脉冲间的时间间隔为一拟帧周期。

本发明的有益效果在于，，根据检测到的光盘的射频信号频率与目标频率的差异以产生一控制信号，从而加速频率锁定的过程。

附图说明

图1为现有的单一位准(single-level)限波方法的波形图；

图2为现有的单一位准(single-level)限波方法的波形图；

图3a为本发明一实施例显示通过两限波位准方法来频率检测的波形图；

图3b为本发明一实施例显示通过两限波位准方法来频率检测而得上限波信号及下限波信号的波形图；

图4a本发明一实施例显示以限波信号的积分结果为根据的频率检测方法的波形图；

图4b为本发明频率检测方法的实施例的面积积分电路的方块图；

图5本发明频率检测方法的实施例的脉冲宽度相对时间轴的图标；

图6本发明频率检测方法的实施例的脉冲宽度相对时间轴的图标；

图7本发明频率检测方法的实施例的脉冲宽度相对时间轴的图标；

图8本发明频率检测方法的一实施例中被检测脉冲的时序图；以及

图9本发明频率检测方法的实施例的流程图。

具体实施方式

根据一上限波位准及一下限波位准将一射频信号分别切转为一上限波信号及下限波信号。在预定周期内，从上限波信号或下限波信号中检测一最大脉冲宽度，将此最大脉冲宽度与一预定脉冲宽度相比较，根据比较结果调整时钟脉冲信号的频率。

一预定周期内具有最大脉冲宽的脉冲的位置被检测出来，若脉冲周期性规律出现，则将两个测出的脉冲间时距设定为拟帧周期，根据拟帧周期调整时钟脉冲信号的频率。

为避免因射频信号快速改变造成的最大信号长度误判，检测频率时，必须获得并利用射频信号的振幅信息。本发明提供多种不同的方式，可根据射频信号的振幅信息决定最大标记长度并检测射频信号的频率。以下通过两种方式进行说明，其中一种是双限波位准方法，另一种是积分方法。与现有使用单一限波位准的频率检测方法相比，双限波位准方法利用一上限波位准及一下限波位准将一射频信号转换为两个限波信号。图3a所示为使用双限波位准方法检测射频信号的频率的实施例。以二值化(binary)波形表示的上限波信号是利用一上限波位准切割射频信号得到的，同样的，以二值化波形表示的下限波信号是利用一下限波位准切割射频信号得到的。与图2所示的单一限波位准方法相比，从图3a中上限波信号及下限波信号得到的脉冲31及32的长度较接近实际信道位元的最大脉冲长度。图中圆圈标出信号强度快速改变的部分因此能够从相邻脉冲间被辨识及分别出来。

图3b所示为，从CD光盘读取的射频信号得到的上限波信号及下限波信号。经过一预定周期，自上限波信号检测出第一最大脉冲宽度为a的脉冲31，在某些实施例中，预定周期是期望帧周期的两倍至四倍。由时钟脉冲信号计算出第一最大脉冲宽度a，将第一最大脉冲宽度a与一预定脉冲宽度持续时间相比较。在某些频率检测方法的实施例中，预定脉冲宽度等于最大变动长度的持续时间，即同步标记(synchronization mark)的持续时间，对CD光盘及DVD光盘片而言，同步标记的持续时间分别为11T及14T(T代表一时钟脉冲周期)。以时钟脉冲周期(T)得到的第一最大脉冲宽度被期望等于同步标记的持续时间，假如第一最大脉冲宽度小于同步标记的持续时间，则调高时钟脉冲信号的频率；反之，降低时钟脉冲信号的频率。事实上，两个同步标记会连续出现在从CD光盘读取的射频信号中，因此会在上限波信号中检测出一最大脉波宽度，而在下限波信号中会检测到。

为了确认检测到的最大脉冲宽度，经过一预定周期，在下限波信号检测第二最大脉冲宽度b的脉冲32。若两个最大脉冲是从CD光盘中读取的连续同步标记，则第一最大脉冲与第二最大脉冲的间距c，以及两个最大脉冲宽度的差值|a-b|均应相当小。若第一最大脉冲与第二最大脉冲的间距c及差值|a-b|都小于预设的阀值，脉冲31的升缘与脉冲32的降缘间的间距(a+b+c)可视为最大变动长度的持续时间的两倍。通过比较时钟脉冲周期计算出的间距(a+b+c)与两个连续同步标记的期望长度(例如：CD格光盘片为22T)间差异，调整时钟脉冲信号的频率。在本实施例中，两同步标记量测结果是时钟脉冲周期的调整依据，与前一个实施例相比，本实施例可达到较高的分辨率。

本发明还提供多种上限波位准及下限波位准的可能的算法；而本发明重点在于利用超过一个位准切割射频信号，因此修饰或改变上限波位准及下限波位准的算法仍包括在本发明的范围内。

从数字合计值(digital sum value；DSV)控制得到射频信号的中心位准，可用来获得上下限波位准及下限波位准。举例而言，上限位位准可以由中心位准加上一偏移量而决定，同样下限波位准可以由中心位准减去一偏移量而得到，其中上限波位准及下限波位准的偏移量可以是同一值或不同值。

通过射频信号的峰值(绝对最大值)及谷值(绝对最小值)获得上限波位准及下限波位准，例如以峰值握持法及谷值握持法分别取得峰值及谷值。举例而言，上限波位准可以由峰值减去一偏移量而决定，而下限波位准可以由谷值加上一偏移量而得到。同样地，计算上限波位准(USL)及下限波位准(LSL)的该偏移量可以是同一值或不同值。另外一实施例则是将峰值(PV)及谷值(BV)分别根据不同的权值(weighting)而各自平均得到上限波位准及下限波位准，例如：USL＝PV×0.75+BV×0.25及LSL＝PV×0.25+BV×0.75。

通过射频信号的中心位准，并连同峰值及谷值来获得上限波位准及下限波位准。举例而言，取峰值及中心位准的平均值定为上限波位准，又取谷值及中心位准的平均值定为下限波位准。

本领域技术人员应清楚明了上述列举的演算方法仅为可能方法中几种，还可通过修改而衍生出多种方法以决定上及下限波位准。

图4a所示为，以面积积分法检测读取的光盘射频信号频率。射频信号与限波位准之间形成多个封闭区间，例如：区间A1、A2及A3。在区间A1、A2及A3中，区间A2面积最大，以积分计算得到的最大面积区间2，可当作最大变动长度的持续时间的参考值。与前一实施例相似，若由时钟脉冲周期T计数区间A2的对应时间小于以T表示的同步标记持续时间，则时钟脉冲信号的频率应被升高；反之，时钟脉冲信号的频率应被降低。除此之外，若区间A1的面积趋近于区间A2的面积，将两区间面积的平均值作为最大变动长度的持续时间的参考值。图4b所示为用于面积积分方法的面积积分电路40的方块图。从光盘片读取的射频信号被模/数转换器(analog-to-digital converter；ADC)41由模拟信号转换为数字信号，将数字信号输入一绝对电路(absolute circuit)42和一积分器43，计算各封闭区间的面积。当射频信号交越过(intersect)限波位准，转换检测器46感测到交越发生的转换，触发积分器43重新开始下一次积分运算。同时，转换检测器46使多任务器(multiplexer；MUX)44将当前积分结果储存于一面积缓存器45。

为了增进频率检测方法的分辨率，系统可以记录具有最大脉冲宽度的每一一脉冲的位置(例如升缘的发生时间)，并检验被记录的脉冲是否周期性的规律出现，因此通过计算该规律出现的周期决定输入信号的频率。图5为本发明频率检测方法的实施例的脉冲宽度相对时间轴的图标。每帧的最大脉冲宽度(CD格式的光盘为11T)应发生在同步标记，因此最大脉冲宽度应周期性规律出现，其出现周期要近似于一帧的长度。举例而言，第一最大脉冲511、第二最大脉冲512、第三最大脉冲513和第四最大脉冲514应该要周期性出现(分别在T0、T1、T2及T4时间点)，两个相邻的最大脉冲的时间间隔约为一帧的长度，例如：脉冲511及脉冲512间的时间间隔52。下文提供数种能够决定最大脉冲的出现周期的方法。

如图6所示，在一预定时间周期内比较期间所有脉冲宽度，而得到具有最大脉冲宽度的脉冲512。预设阀值62可由最大脉冲宽度61得到，例如：由脉冲512的宽度。假如第一最大脉冲511及第二最大脉冲512间的时间间隔D1约略等于第三最大脉冲513和第四最大脉冲514间的时间间隔D2，一拟帧周期(pseudo-frame period)可由时间间隔D1及/或时间间隔D2被时钟脉冲信号计数结果而得到。此外，藉由比较时间间隔D3和时间间隔D1及D2能够确认该拟帧周期。假如拟帧周期不等同于该预期帧周期，则要调整时钟脉冲信号的频率以最小化该两个周期间的差距。举例而言，CD格式的光盘的预期帧周期为588个时钟脉冲周期，及DVD格式的光盘的预期帧周期为1488个时钟脉冲周期。

除了以预设阀值作判断的频率检测方法，另一实施例通过每一窗口先找出两个脉冲，其中一脉冲具有最长脉冲宽度及另一脉冲具有第二最长脉冲宽度，如图7所示。本实施例的窗口尺寸是设定为预期帧周期的一到两倍，例如：CD光盘的帧尺寸为588T，因此在本实施例中可设定窗口尺寸为589T～1175T。如此窗口尺寸要确保每一窗口中至少有一个同步标记，但不超过两个的同步标记被检测到。举例而言，将窗口尺寸设定为预期帧周期的1.5倍。如图7所示，脉冲612及611在第一窗口中a1及a2时间点被检测到分别具有最长及第二最长的脉冲宽度。同样在第二窗口中，b1及b2时间点被检测到脉冲613及614分别具有最长及第二最长的脉冲宽度。b1和a1间的第一时间间隔由D0表示、b2和b1间的第二时间间隔由D1、a1和a2间的第三时间间隔由D2表示，及b2和a2间的第四时间间隔由D3表示。拟帧周期可根据时间间隔D0、D1、D2、D3和窗口尺寸之间的关系来确定。

如果时间间隔D0大小介于窗口尺寸的1倍至0.5倍间，即窗口尺寸/2＜D0＜窗口尺寸，D0可能是拟帧周期。为了进一步确认D0是否为拟帧周期，D1与D0|D1-D0|的差值的绝对值、D2与D0|D2-D0|的差值的绝对值也都要检查。

若时间间隔D0大于窗口尺寸，则下列例子显示决定拟帧周期的方法。

例一：若D1近似于D0的一半，则D0的一半或D1有可能会是拟帧周期。

例二：若D2近似于D0的一半，则D0的一半或D2有可能会是拟帧周期。

例二：若D2近似于D0的一半，则D0的一半或D2有可能会是拟帧周期。

例三：若D1及D2均分别近似于D3，则D1、D2及D3其中任一者有可能会是拟帧周期。

例四：成立前提为D0大于窗口周期，若D1近似于D0的一半(或D0的一半减去D1的差值的绝对值小于一趋近于0的预定值)，则D0的一半或D1有可能会是拟帧周期。

例五：成立前提为D0大于窗口周期，若D2近似于D0的一半(或D0的一半减去D2的差值的绝对值小于一趋近于0的预定值)，则D0的一半或D2有可能会是拟帧周期。

例六：成立前提为D0大于窗口周期，若D2近似于D3(或D2减去D3的差值的绝对值小于一趋近于0的预定值)，则D2或D3有可能会是拟帧周期。

例七：成立前提为D0大于窗口周期，若D1近似于D3(或D1减去D3的差值的绝对值小于一趋近于0的预定值)，则D1或D3有可能会是拟帧周期。

图8为本发明频率检测方法的一实施例中被检测脉冲的时序图。如图8所示，六个脉冲A1、A2、A3、A4、A5及A6分别在相对应的窗口中P1、P2、P3、P4、P5及P6被检测到具有最大脉冲宽度，本实施例的窗口尺寸是介于预期帧周期的1倍至0.5倍间，例如：预期帧周期的0.75倍。头五个脉冲依序分别出现在时间点A1、A2、A3、A4及A5，并将这些出现时间点储存于一存储器内。A3和A1间有一第一时间间隔D1、A3和A2间有一第二时间间隔D2、A3和A4间有一第三时间间隔D3及A5和A3间有一第四时间间隔D4。若下列四个算式结果的绝对值(即两个间隔之间的差值)小于一阀值，则A3为被检测到的同步标记出现时间，算式如后：|D1-D3|、|D1-D4|、|D2-D3|及|D2-D4|。该四个算式结果的绝对值中最小者可用来取得拟帧周期。

同样地，下一个具有最大脉冲宽度的脉冲是在窗口P6中被检测到，而A4和A2间有第一时间间隔D1′、A4和A3间有一第二时间间隔D2′、A5和A4间有第三时间间隔D3′及A6和A4间有一第四时间间隔D4′。若下列四个算式结果的绝对值(即两个间隔之间的差值)小于一阀值，则A4即为被检测到的同步标记出现时间，算式如后：|D1′-D3′|、|D1′-D4′|、|D2′-D3′|及|D2′-D4′|。且介于A3出现时间点及A4出现时间点间的时间间隔应为拟帧周期。

若得到的拟帧周期并未介于预期帧周期的0.75倍至1.5倍间，则该拟帧周期可通过低通滤波器(low pass filter；LPF)或移动平均(move average)方法除去。

最后，图9为简单总结上述各个方法结合的流程图。步骤91中，射频信号被两限波位准形成为两限波信号；步骤92，检测在各预定周期内具最大脉冲宽度的脉冲。步骤94，若检测到最大脉冲宽度等于最大变动长度的持续时间，则可以选择结束频率检测步骤或是跳至步骤93提高时钟脉冲周期的精确性。当检测到最大脉冲宽度小于最大变动长度，调高时钟脉冲信号的频率；当检测到最大脉冲宽度大于最大变动长度，则降低时钟脉冲信号的频率，分别如步骤941及942中内容所示。在步骤93中，将检测的具有最大脉冲宽度的脉冲周期指定为拟帧周期，传统方法(如单一位准限波)仍可应于步骤93用于决定拟帧周期。若拟帧周期等于一预期帧周期，则跳至步骤96结束频率检测步骤。若拟帧周期小于一预期帧周期，则调高时钟脉冲信号的频率；若拟帧周期大于一预期帧周期，则降低时钟脉冲信号的频率，分别如步骤951及952中内容所示。

本发明的有益效果在于，根据检测到的光盘的射频信号频率与目标频率的差异以产生一控制信号，从而加速频率锁定的过程。

以上实施例仅用于说明本发明的实施过程，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种频率检测方法，用来检测自光盘读取一信号的频率，其特征在于，包含下列步骤：

决定一上限波位准及一下限波位准；

根据上限波位准将信号切转为一上限波信号；

根据下限波位准将信号切转为一下限波信号；于一预定周期内检测及得到在上限波信号或下限波信号上出现一第一最大脉冲宽度；以及

将时钟脉冲信号计算的第一最大脉冲宽度与一预定脉冲宽度相比较。

2.根据权利要求1所述的频率检测方法，其特征在于，还包含下列步骤：

若第一最大脉冲宽度小于预定脉冲宽度，则调高时钟脉冲信号的频率；以及

若第一最大脉冲宽度大于预定脉冲宽度，则降低时钟脉冲信号的频率。

3.根据权利要求1所述的频率检测方法，其特征在于，还包含下列步骤：

在上限波信号或下限波信号中检测一第二最大脉冲宽度；

当第一最大脉冲宽度与第二最大脉冲宽度的间距小于一第一阀值，及当第一最大脉冲宽度与第二最大脉冲宽度的差值小于一第二阀值时，将第一最大脉冲宽度的起始点和第一最大脉冲宽度的结束点间的时间间隔和两倍预定脉冲宽度相比较；以及

根据比较的结果调整时钟脉冲信号的频率。

4.根据权利要求1所述的频率检测方法，其特征在于，预定脉冲宽度由一同步标记的持续时间所决定。

5.根据权利要求1所述的频率检测方法，其特征在于，预定脉冲宽度为一帧周期的两倍至四倍。

6.根据权利要求1所述的频率检测方法，其特征在于，上限波位准及下限波位准通过数字合计值控制计算导出。

7.根据权利要求1所述的频率检测方法，其特征在于，上限波位准及下限波位准从信号的峰值及谷值计算导出。

8.根据权利要求1所述的频率检测方法，其特征在于，包含下列步骤：

在至少两窗口的时间内，检测出各窗口中具有最长脉冲宽度的脉冲的出现时间点；

检查被检测到的脉冲是否周期性出现；以及

若被检测到的脉冲周期性出现，则判断脉冲间的时间间隔为一拟帧周期。

9.根据权利要求8所述的频率检测方法，其特征在于，还包含下列步骤：

根据拟帧周期调整时钟脉冲信号的频率。

10.根据权利要求8所述的频率检测方法，其特征在于，还包含下列步骤：

在超过至少两窗口的时间，检测出各窗口中具有第二最长脉冲宽度的脉冲的出现时间点，其中第二最长脉冲宽度小于或等于最长脉冲宽度，窗口的大小大于一帧周期且小于两帧周期；

通过计算和比较最长脉冲宽度及第二最长脉冲宽度的出现时间点的差值，选择出具有等宽间隔的多个脉冲；以及

根据被选择的多个脉冲计算导出拟帧周期。

11.根据权利要求8所述的频率检测方法，其特征在于，窗口介于一帧周期及半帧周期内。

12.根据权利要求8所述的频率检测方法，其特征在于，还包含下列步骤：

通过低通滤波器或移动平均方法确认拟帧周期。

13.一种频率检测方法，用来检测自光盘读取一信号的频率，其特征在于，包含下列步骤：

决定一限波位准；

通过限波位准切割信号而形成多个封闭区域；

在一预定周期内检测封闭区域中的最大面积的封闭区域；

将时钟脉冲信号计算的最大面积的持续时间和预定时间间隔相比较；以及

根据比较的结果调整时钟脉冲信号的频率。

14.根据权利要求13所述的频率检测方法，其特征在于，预定时间间隔由一同步标记的持续时间所决定。

15.根据权利要求13所述的频率检测方法，其特征在于，还包含下列步骤：

在超过至少两预定周期的时间，检测出封闭区域中具有最大面积者的出现时间点；

检查被检测到的出现时间点是否周期性出现；以及

若检测到的出现时间点是期性出现，则指定两出现时间点间的时间间隔为一拟帧周期。

16.一种频率检测方法，用来检测自光盘片读取一信号的频率，其特征在于，包含下列步骤：

在超过至少两窗口的时间，检测出各窗口中具有最长脉冲宽度的脉冲的出现时间点；

检查被检测到的脉冲是否周期性出现；以及

若脉冲是周期性出现，则判断脉冲间的时间间隔为一拟帧周期。

17.根据权利要求16所述的频率检测方法，其特征在于，还包含下列步骤：

根据拟帧周期调整时钟脉冲信号的频率。

18.根据权利要求16所述的频率检测方法，其特征在于，还包含下列步骤：

在超过至少两窗口的时间，检测出各窗口中具有第二最长脉冲宽度的脉冲的出现时间点，其中第二最长脉冲宽度小于或等于最长脉冲宽度；窗口的大小大于一帧周期且小于两帧周期；

通过计算和比较最长脉冲宽度及第二最长脉冲宽度的出现时间点的差值，选择具有等宽间隔的多个脉冲；以及

根据被选择的多个脉冲计算导出拟帧周期。

19.根据权利要求16所述的频率检测方法，其特征在于，窗口介于一帧周期及半帧周期内。

20.根据权利要求16所述的频率检测方法，其特征在于，还包含下列步骤：

通过低通滤波器或移动平均方法确认拟帧周期。

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