KR20030033829A - 입출력 영상 신호의 락킹 장치 - Google Patents

Abstract

영상 신호의 락킹 장치에 관한 것으로서, 특히 입력되는 수직 동기 신호 구간 동안 디스플레이 클럭을 카운트하여 입력 영상의 크기를 구하는 카운터와, 상기 카운터의 출력으로부터 입출력 영상간의 수직 동기 신호 에러를 검출한 후 VCXO의 가변 범위와 PWM의 정밀도에 맞추어 정규화하고, 정규화 에러를 누산하여 최종 에러를 구하는 에러 검출부와, 상기 검출된 에러에 따라 펄스폭을 가변하는 PWM 발생부와, 상기 PWM 발생부의 출력을 평균화하는 루프 필터와, 상기 루프 필터의 출력에 비례하는 디스플레이 클럭을 발생하여 상기 카운터로 출력하는 VCXO와, 상기 디스플레이 클럭에 락킹되는 출력 영상의 수직 동기 신호를 생성하여 출력하는 동기 발생부로 구성되어, 출력 모드에 상관없이 입출력 주기의 에러를 효율적으로 보상할 수 있다.

Description

입출력 영상 신호의 락킹 장치{Apparatus for locking of inpur/output image}

본 발명은 입출력 영상 신호의 락킹(locking)에 관한 것으로서, 특히 외부 입력 영상의 수직 동기 신호와 출력 영상의 수직 동기 신호를 맞추는 영상 신호의락킹 장치에 관한 것이다.

외부에서 입력되는 영상을 원하는 형태의 포맷으로 변환시켜 출력하는 시스템에서 중요하게 고려해야 되는 문제 중의 하나가 타임 베이스 에러(time base error)이다. 여기서, 타임 베이스 에러란 입력 영상의 수직 동기의 주기가 불안정하거나, 또는 입력 영상의 수직 동기와 출력 영상의 수직 동기가 맞지 않아 도 1a와 같이 출력 영상에 티어링(tearing)이 발생하는 것을 의미한다.

상기 문제를 해결하는 방법 중의 하나는 도 1b와 같이 타임 베이스 정정(time base corrector ; TBC)을 사용하는 것이다. TBC란 듀얼 포트 메모리 또는, 프레임 버퍼를 이용하여 입출력 영상의 주기차를 출력 영상의 반복 또는, 생략을 통하여 보상해주는 방식을 말한다. 이러한 방식은 티어링이 없는 안정적인 화면 출력이 가능하지만 입력 영상의 크기가 커질수록 필요한 메모리의 사이즈도 같이 증가하게 된다.

예를 들어, 입력 영상 주기가 59.94Hz이고, 출력 영상의 주기도 59.94Hz일 경우 각 신호가 안정되어 있다면 입출력 영상의 주기는 정확히 일치할 것이다. 그러나, 실제 경우에서는 외부 여러 요건에 의하여 주기가 조금씩 가변하기 때문에 입출력 신호의 주기의 차이가 누적되면서 두 신호의 주기가 일치하지 않고 틀어지게 되는 것이 일반적이다. 상기 문제를 해결하기 위해서 사용하는 TBC는 메모리를 사용하여 입력되는 영상을 순차적으로 메모리에 저장하면서 출력되는 영상의 순서를 조절하는 방식을 취한다. 이러한 TBC의 성능은 메모리의 크기에 의해 좌우되므로 메모리의 크기가 커질수록 좋은 효과를 얻을 수 있고, 또한 입력 영상의 크기가커지면 메모리의 크기도 같이 커져야 한다.

이때, 입출력 영상의 주기가 완전히 다른 경우 예를 들어, 입력 영상의 주기가 60Hz이고, 출력 주기가 59.94Hz이거나, 입력 영상 주기가 안정적이지 않을 경우에는 반드시 TBC에 의한 영상 제어가 필수적이지만, 입출력이 같은 주기인 신호에서 입력 영상의 주기가 미세하게 변화하는 경우에는 입력 주기에 따라 출력 영상의 주기를 연동시키는 방식을 통하여 최소한의 메모리를 사용하고도 좋은 성능의 타임 베이스 에러 수정이 가능하다.

본 발명의 목적은 입출력이 같은 주기인 신호에서 입력 영상의 주기가 미세하게 변화하는 경우에는 전압 제어형 수정 발진기(Voltage Controlled Crystal Oscillator ; VCXO)를 이용하여 입력 주기에 따라 출력 영상의 주기를 연동시켜 입출력 영상의 수직 동기 신호를 락킹시키는 영상 신호의 락킹 장치를 제공함에 있다.

도 1a는 TBC가 없는 시스템에서 출력 영상에 티어링이 발생하는 예를 보인 일반적인 도면

도 1b는 TBC가 있는 시스템에서의 출력 영상의 예를 보인 일반적인 도면

도 2는 본 발명에 따른 영상 신호 락킹 장치의 구성 블록도

도 3는 입력 수직 동기 신호의 일 예를 보인 타이밍도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

201 : 카운터202 : 에러 검출부

202a : 정규화 에러 발생부202b : 최종 에러 발생부

203 : PWM 발생부204 : 루프 필터

205 : VCXO206 : 동기 발생부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영상 신호 락킹 장치는, 입력되는 수직 동기 신호 구간 동안 디스플레이 클럭을 카운트하여 입력 영상의 크기를 구하는 카운터와, 상기 카운터의 출력으로부터 입출력 영상간의 수직 동기 신호 에러를 검출하는 에러 검출부와, 상기 검출된 에러에 따라 펄스폭을 가변하는 펄스폭 변조(PWM) 발생부와, 상기 PWM 발생부의 출력을 누산 및 적산하여 평균화하는 루프 필터와, 상기 루프 필터의 출력에 비례하는 디스플레이 클럭을 발생하여상기 카운터로 출력하는 전압 제어형 수정 발진기와, 상기 디스플레이 클럭에 락킹되는 출력 영상의 수직 동기 신호를 생성하여 출력하는 동기 발생부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 에러 검출부는 상기 입력 영상의 크기와 출력 영상의 크기와의 차를 구한 후 상기 발진기의 가변 범위와 상기 발진기를 제어하기 위한 PWM의 정밀도에 맞추어 정규화하는 정규화 에러 발생부와, 상기 정규화 에러 발생부에서 출력되는 정규화 에러를 누산하여 최종 에러를 구하는 최종 에러 발생부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 영상 신호 락킹 장치의 구성 블록도로서, 입력되는 수직 동기 신호 구간 동안 디스플레이 클럭을 카운트하여 입력 영상의 크기를 구하는 카운터(201), 상기 카운터(201)의 출력으로부터 입출력 영상의 수직 동기 신호 에러를 검출하는 에러 검출부(2O2), 상기 검출된 에러에 따라 펄스폭을 가변하는 펄스폭 변조(Pulse Width Modulation ; PWM) 발생부(203), 상기 PWM 발생부(203)의 출력을 누산 및 적산하여 평균화하는 루프 필터(204), 상기 루프 필터(204)의 출력에 비례하는 디스플레이 클럭을 발생하여 상기 카운터(201)로 출력하는 VCXO(205), 및 상기 디스플레이 클럭에 락킹되는 출력 영상의 수직 동기 신호를 생성하여 출력하는 동기 발생부(206)로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에서 카운터(201)는 출력 수직 동기 신호 대비 입력 수직 동기 신호의 크기를 계산한다. 즉, 상기 카운터(201)는 입력 수직 동기 신호의 한 주기 동안 상기 VCXO(205)로부터 출력되는 디스플레이 클럭(display_clk, 동작 클럭)을 카운트하여 도 3과 같이 입력 영상의 크기(input_size)를 계산한다. 상기 입력 영상의 크기(input_size)는 에러 검출부(202)로 출력된다.

상기 에러 검출부(202)는 상기 입력 영상의 크기와 출력 영상의 크기와의 차를 구한 후 PWM의 정밀도에 맞추어 정규화하는 정규화 에러 발생부(202a)와, 상기 정규화 에러 발생부(202a)에서 출력되는 정규화 에러(norm_error)를 이용하여 최종 에러(final_error)를 구하는 최종 에러 발생부(202b)로 구성된다.

여기서, 상기 정규화 에러(norm_error)란 출력 주기와 입력 주기와의 에러를 VCXO의 가변 범위와 VCXO를 제어하기 위한 PWM의 정밀도에 맞추어 정규화시킨 것을의미한다.

상기 정규화 에러 발생부(202a)에서 발생된 정규화 에러(norm_error)는 최종 에러 발생부(202b)로 출력되고, 상기 최종 에러 발생부(202b)는 상기 정규화 에러(norm_error)를 기준으로 최종 에러(final_error)를 생성한다.

상기 최종 에러(final_error)는 PWM 발생부(203)로 입력되어 펄스폭, 즉, 펄스의 주기를 가변시킨다. 상기 PWM 발생부(203)에서 펄스폭이 가변된 신호는 루프필터(204)로 입력되어 누산 및 적산되어 평균화되고, 평균화된 신호는 VCXO(205)로 출력된다. 상기 VCXO(205)는 루프 필터(204)의 출력에 비례하여 출력 주기를 제어하는데, 상기 VCXO(205)의 출력이 디스플레이 클럭(display_clk)이 된다. 상기 디스플레이 클럭(display_clk)은 상기 카운터(201)와 동기 발생부(206)로 입력되고, 상기 동기 발생부(206)는 상기 디스플레이 클럭(display_clk)에 락킹된 출력 영상의 수직 동기 신호를 생성하여 출력한다.

한편, 하기의 수학식 1 내지 3은 정규화 에러(norm_error)와 최종 에러(final_error)를 계산하는 제 1 실시예를 수식으로 표현한 것이다.

먼저, 수학식 1은 입력 영상의 크기와 출력 영상의 크기의 차(error) 즉, 입출력 주기의 에러를 구한 후 상기 차 값을 일정 범위 이내로 제한한다.

여기서, input_size는 디스플레이 클럭에 의한 외부 입력 수직 동기의 프레임 카운팅 값(frame counting value of external input vertical sync by output clock)으로서, 입력 수직 동기 신호 한 주기의 크기를 나타낸다. output_size는 출력 프레임 크기(frame size of output)로서, 출력 모드에 따른 출력 수직 동기 신호 한 주기의 크기이다. 일 예로, 출력 프레임 크기 720p=1650*750이다. 그리고,deviation_range는 VCXO의 가변 범위(deviation range)이다.

즉, 상기된 수학식 1은 VCXO의 가변 범위와 출력 모드에 따라 실제 보상 가능한 에러의 범위를 벗어난 입출력 주기의 에러(error)는 최대값을 적용한다.

예를 들어, 1280*720 순차주사 출력 모드이고, VCXO의 가변 범위가 100ppm인 경우 보상 가능한 오차의 최대값은 1650*750/10000=123.75가 된다.

하기의 수학식 2는 상기된 수학식 1에 의해 얻어진 에러(error)를 PWM의 정밀도에 따라 정규화하는 예를 식으로 나타낸 것이다.

예를 들어, 에러(error)가 100이고, 최대 오차값은 123.75, 그리고 PWM이 11비트일 때 정규화 에러(norm_error)는 100*1024/123.75=827.5가 된다.

이렇게 해서 얻어진 정규화 에러(norm_error)는 최종 에러 발생부(202b)로 출력되어 하기의 수학식 3과 같이 최종 에러(final_error)가 생성되게 된다.

즉, 최종 에러(final_error)는 이전 최종 에러(final_error)에서 상기 정규화 에러(norm_error)를 뺀 값이 된다.

이렇게 빼는 이유는 에러(error)의 +가 의미하는 것이 출력 주기가 입력 주기에 비해 빠르다는 것을 나타내기 때문에 출력 주기를 줄여주기 위함이다.

이와 같이, 상기된 수학식 1 내지 수학식 3에 의한 제 1 실시예는 최종 에러(final_error) 계산이 가능하다. 하지만 연산량이 많고 효과적인 VCXO 제어를 위해서는 1초에 5번 정도는 계산을 해서 최종 에러(final_error)값을 갱신해야 하는데, CPU(도시되지 않음)에 의해 계산을 하는 경우 부담(load)이 크고 또한, 연산 시간이 길어져 갱신 횟수가 줄어들 우려가 있다.

따라서, 이러한 경우를 방지하기 위한 것이 하기의 수학식 4 내지 수학식 6의 제 2 실시예이다.

즉, 제 2 실시예는 효과적이고 안정적인 동작을 위해서 하드웨어로 구현해도 적당한 간단한 형태의 계산 방식으로서, 상기 수학식 1, 2 중 연산량이 많은 부분을 근사화하였다.

하기의 수학식 4는 VCXO의 가변 범위와 출력 모드에 따라 실제 보상 가능한 에러의 범위를 벗어난 입출력 주기의 에러(error)는 최대값을 적용하는데, 이때 VCXO의 가변 범위를 근사화하여 적용한다.

여기서, approxi. deviation_range는 VCXO의 가변 범위의 근사값(approximation of deviation value)이며, 예를 들면이다.

즉, 일반적으로 VCXO의 가변 범위는 100,200,400...(ppm)으로 설정되는데, 이 값들은(x는 100ppm=0, 200ppm=1, 400ppm=2...)로 표현할 수 있다.

하기의 수학식 5는 상기된 수학식 4에 의해 얻어진 에러(error)를 PWM의 정밀도에 따라 정규화하는 예를 식으로 나타낸 것으로서, 정규화 계수인값을 근사화시켰다. 이때, 근사화는 max_error와 output_size 즉, 출력 모드별 프레임 크기로서 임의의 프레임 크기를 2의 배수로 환산하여 근사화시키는 방식을 취하였다.

예를 들어, 1080 비월주사 출력모드(1080i)이고, PWM의 해상도가 11비트이며, VCXO가 100ppm이라면, α는 -2, β는 1이 된다.

상기된 수학식 5에 의해 얻어진 정규화 에러(norm_error)는 최종 에러 발생부(202b)로 출력되어 하기의 수학식 6과 같이 최종 에러(final_error)가 생성되게 된다.

상기된 제 2 실시예는 정규화 에러가 발생하여 PWM의 정밀도를 감소시키거나, VCXO의 가변 범위를 감소시키는 문제가 발생하지만, 기본 동작은 충실히 수행하면서 연산량이 감소되어 갱신 횟수를 증가시킬 수 있다. 또한, 설계의 용이성이증가하므로 하드웨어 설계시 효과적이라 할 수 있다. 즉, 2의 배수로 근사화시키므로 곱셈기나 제산기를 쉬프트 레지스터로 구현할 수 있으므로 하드웨어가 간단해진다. 그리고, β를 1로 고정시키고, output_size에 따라 α를 테이블화시키면 모든 영상 출력 모드에 대응할 수 있기 때문에 입출력 주기가 수 KHz 내에서만 에러가 발생하면 유연하게 동작할 수 있다.

본 발명은 타임 베이스 에러가 발생하는 모든 시스템과 VCXO를 이용하여 출력 주기를 제어하는 구조를 사용하는 모든 장치에 적용될 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 영상 신호 락킹 장치에 의하면, 입출력 수직 동기 신호의 주기 에러를 구하여 정규화한 후 최종 에러를 구하고, 상기 최종 에러에 의해 VCXO의 출력 주기를 가변시켜 출력 수직 동기 신호를 생성함으로써, 출력 모드에 상관없이 입출력 주기의 에러를 효율적으로 보상할 수 있다.

본 발명은 입출력이 다른 클럭 소스를 갖는 모든 장치에 적용할 수 있으며, 특히 디지털 TV등 다양한 출력 모드를 사용하는 장치에서 효과적으로 응용될 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.

Claims (8)

1. 입력되는 수직 동기 신호 구간 동안 디스플레이 클럭을 카운트하여 입력 영상의 크기를 구하는 카운터;

   상기 카운터의 출력으로부터 입출력 영상간의 수직 동기 신호 에러를 검출하는 에러 검출부;

   상기 검출된 에러에 따라 펄스폭을 가변하는 펄스폭 변조(PWM) 발생부;

   상기 PWM 발생부의 출력을 누산 및 적산하여 평균화하는 루프 필터;

   상기 루프 필터의 출력에 비례하는 디스플레이 클럭을 발생하여 상기 카운터로 출력하는 발진기; 그리고

   상기 디스플레이 클럭에 락킹되는 출력 영상의 수직 동기 신호를 생성하여 출력하는 동기 발생부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 신호의 락킹 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 발진기는

   전압 제어형 수정 발진기인 것을 특징으로 하는 영상 신호의 락킹 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 에러 검출부는

   상기 입력 영상의 크기와 출력 영상의 크기와의 차(error)를 구한 후 상기 발진기의 가변 범위와 상기 발진기를 제어하기 위한 PWM의 정밀도에 맞추어 정규화하는 정규화 에러 발생부와,

   상기 정규화 에러 발생부에서 출력되는 정규화 에러(norm_error)를 누산하여 최종 에러(final_error)를 구하는 최종 에러 발생부로 구성되는 것을 특징으로 하는 영상 신호의 락킹 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 정규화 에러 발생부는

   하기의 식을 적용하여 입출력 영상간의 수직 동기 신호의 에러(error)를 구한 후 상기 발진기의 가변 범위로 제한하는 것을 특징으로 하는 영상 신호의 락킹 장치.

   여기서, input_size는 상기 카운터에 의해 구해진 입력 수직 동기 신호 한 주기의 크기, output_size는 출력 모드에 따른 출력 수직 동기 신호 한 주기의 크기, deviation_range는 발진기의 가변 범위임.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 정규화 에러 발생부는

   하기의 식을 적용하여 상기 입출력 영상간의 수직 동기 신호의 에러(error)를 정규화하는 것을 특징으로 하는 영상 신호의 락킹 장치.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 정규화 에러 발생부는

   하기의 식을 적용하여 입출력 영상간의 수직 동기 신호의 에러(error)를 구한 후 상기 발진기의 가변 범위의 근사값으로 제한하는 것을 특징으로 하는 영상 신호의 락킹 장치.

   여기서, approxi. deviation_range는 상기 발진기의 가변 범위의 근사값임.
7. 제 3 항에 있어서, 상기 정규화 에러 발생부는

   하기의 식을 적용하여 상기 입출력 영상간의 수직 동기 신호의 에러(error)를 정규화하는 것을 특징으로 하는 영상 신호의 락킹 장치.
8. 제 3 항에 있어서, 상기 최종 에러 발생부는

   누산된 이전 최종 에러에서 상기 정규화 에러를 뺀 값을 최종 에러 값으로 결정하여 출력하는 것을 특징으로 하는 영상 신호의 락킹 장치.