TW201322070A

TW201322070A - 雜訊過濾方法

Info

Publication number: TW201322070A
Application number: TW100142514A
Authority: TW
Inventors: shun-li Wang; Chun-Chieh Chang; Chih-Chang Lai
Original assignee: Novatek Microelectronics Corp
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2013-06-01
Also published as: US20130127756A1

Abstract

本發明揭露一種用於一觸控顯示裝置之雜訊過濾方法，包含有擷取複數個觸控訊號，其中該複數個觸控訊號係相對應於該觸控顯示裝置上之複數個觸控點；根據一觸控臨限值，自該複數觸控訊號中選取出複數個環境感測訊號；計算該複數個環境感測訊號之一峰對峰數值；比較該峰對峰數值與一雜訊臨限值，以產生一比較結果；以及根據該比較結果，判斷出一濾波係數，以進行雜訊過濾處理。

Description

雜訊過濾方法

本發明係指一種雜訊過濾方法，尤指一種能動態偵測環境雜訊大小之雜訊過濾方法。

由於觸控顯示裝置提供使用者更直覺及便利的操作方式，因而已經廣泛地運用於各種消費性電子產品中。一般來說，觸控顯示裝置係由一顯示器及一透明觸控板所組成，並且經由將透明觸控面板貼合於顯示器上而能同時實現觸控及顯示功能。在當前的應用中尤以電容式觸控技術最受歡迎。

電容式觸控技術主要透過偵測人體(或物體)與觸控面板上之觸控點接觸時，因靜電結合所產生之感應電容變化，來判斷觸控事件。請參考第1圖，第1圖為習知一電容式觸控面板10之示意圖。電容式觸控面板10主要由設置於一基板102上的感應電容串列X₁～X_m及Y₁～Y_n所組成，且每一感應電容串列係由複數個感應電容串接而成，如第1圖所示，其中每一感應電容係為菱形狀之一維結構，其大小約從4公釐(mm)到7公釐(mm)。在此情況下，習知技術會藉由結合內差法來求出觸控點之座標位置，以達到精確地定位功能。舉例來說，若感應電容之大小為6公釐(mm)，則能提供的空間解析度約為50毫米(μm)，關於內差法之詳細描述與計算方式為本領域具有通常知識者所熟知，在此不加贅述。然而，經由內差法所計算出之座標位置易受到雜訊所干擾而產生誤差，甚至因而造成座標位置會隨時間產生擾動飄移之現象。為了解決前述問題，習知技術通常會於各觸控點所在之感測區域中加入數位低通濾波器的設計，來濾除感測區域中的雜訊，以減少座標位置會隨時間產生擾動飄移之現象。

一般來說，數位低通濾波器係由一個一階無限脈衝響應(Infinite Impulse Response，IIR)濾波器來實現。數位低通濾波器之濾波係數通常係選用固定的數值，且為了提高反應速度及避免使用者產生停頓延遲的感覺，通常僅透過兩個週期來擷取輸入訊號以產生輸出訊號。一階IIR濾波器之數學式表示式為：

y[n]=(1-α)‧y[n-1]+α‧x[n].............................................(1)

其中x[n]為濾波器之輸入訊號，y[n]為濾波器之輸出訊號，α為IIR濾波器之一係數，且大小介於0到1之間。考量到實作上之便利性，係數α通常設定為2之冪次(即1/4、1/2、3/4...等)。詳細來說，透過目前的輸入訊號及前一筆輸出訊號即可決定出目前之輸出訊號，如此一來，在實現雜訊濾波處理時，將不會用到大量的記憶體空間。

另一方面，IIR濾波器的效能係由係數α所決定，當IIR濾波器之係數α越小，則輸出結果之輸出曲線將會呈現出更平滑且穩定的效果。然而，在此情況下，一旦目前的輸入訊號明顯不同於先前的輸入訊號時，則相對需要較長的反應時間，來使輸出結果回復至穩態；同理，當係數α越大，則輸出結果所需的反應時間越短。然而，在此情況下，若是輸入訊號中具有較多的雜訊成份，則輸出結果之輸出曲線將會受到雜訊的干擾而呈現較多震盪且不穩定。簡言之，當係數α較小時，IIR濾波器具有較強的濾波效果，因此雜訊抑制能力較強；當係數α較大時，IIR濾波器具有較差的濾波效果，因此雜訊抑制能力較弱。舉例來說，請參考第2圖，第2圖為IIR濾波器於同一輸入訊號下使用不同係數α時的輸出結果之示意圖，其中橫軸為時間，縱軸為訊號強度。如第2圖所示，於係數α等於1的情形下，輸出訊號會等於輸入訊號，即代表沒有濾波的效果。於係數α等於1/4的情形下，由於具有較強的濾波效果，其輸出結果之輸出曲線會呈現出平滑且穩定的趨勢，當然，所需之反應時間相對地較長且輸出結果亦呈現延遲的現象。於係數α等於1/2的情形下，濾波效果較差且所需之反應時間較短(相較於係數α等於1/4的情形來說)，也就是說，相較於係數α等於1/4的情形，當係數α等於1/2時，IIR濾波器雖能及時反應輸入訊號，但對於雜訊之抵抗能力相對較差。

由於在實作上數位低通濾波器之濾波係數通常係選用固定的數值，因此，若使用係數α較小之IIR濾波器雖會具有較佳的雜訊抑制能力，但隨之而來的是較長的反應時間，也就是說，即便是輸入訊號中的雜訊成份不多，仍需經過冗長的反應時間。若使用係數α較大之IIR濾波器雖反應時間較短，但雜訊抑制能力可能不足以處理輸入訊號中的雜訊成份。簡言之，隨著時間與環境的變異下，由各觸控點上所感測到的觸控訊號將可能有不同大小的雜訊成份，若僅使用一固定的濾波係數來進行濾波處理，將可能會因濾波能力不足而無法順利提高觸控點之座標位置的估算精確度，或是耗費過多的反應時間來進行雜訊過濾。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種用於一觸控顯示裝置之雜訊過濾方法。

本發明所揭露之雜訊過濾方法，可適用於任一類型的電容式觸控顯示裝置，非用以限制本發明。再者，本發明所揭露之雜訊過濾方法，可任意搭配電容式觸控顯示裝置，用以提供電容式觸控顯示裝置正常運作，則在此不詳加贅述。另外，本發明所揭露之雜訊過濾方法亦搭配一個無限脈衝響應(Infinite Impulse Response，IIR)濾波器，其運作及設計所套用之數學公式與習知技術相似，在此不加贅述，相對於習知技術而言，本發明提供經由偵測環境雜訊之雜訊過濾方法，動態調整IIR濾波器之濾波係數，藉以提高座標位置的精確度並減少座標位置隨時間產生擾動飄移之現象，更能節省濾波器操作時不必要的反應時間。

更進一步，本發明實施例之用於一觸控顯示裝置之雜訊過濾方法可歸納為一雜訊過濾流程30。其中，該觸控顯示裝置包含有複數個觸控點，如第3圖所示。雜訊過濾流程30包含以下步驟：

步驟300：開始。

步驟302：擷取複數個觸控訊號。

步驟304：根據一觸控臨限值，自複數個觸控訊號中選取出複數個環境感測訊號。

步驟306：計算複數個環境感測訊號之一峰對峰數值。

步驟308：比較峰對峰數值與一雜訊臨限值，以產生一比較結果。

步驟310：根據比較結果，判斷出一濾波係數，以進行雜訊過濾處理。

步驟312：結束。

根據雜訊過濾流程30。首先，在步驟302中，擷取相對應於觸控顯示裝置上之觸控點之複數個觸控訊號。假設觸控顯示裝置上具有複數個觸控點，每一觸控點會具有對應之感應電容，因此，在步驟302中，所擷取的觸控訊號係指透過偵測感應電容上之電容變化量而據以產生的相對應觸控訊號。至於觸控訊號之擷取方式不拘，可依據不同實施例來變化，非用以限制本發明。舉例來說，可透過一感測裝置來感測觸控點上之感應電容的電容變化量，以產生相對應之類比觸控訊號，再利用一類比數位轉換器將來類比觸控訊號轉會成一觸控訊號，但不以此為限。值得注意的是，在本步驟中可以擷取觸控顯示裝置上之全部觸控點上之相對應觸控訊號，或是僅擷取觸控顯示裝置上之一部份觸控點之相對應觸控訊號來做為後續運作的基礎。當然，若是僅擷取部份觸控點之相對應觸控訊號，則觸控點之數量和位置可預先決定。此外，較佳地，可同時擷取相對應於各觸控點之觸控訊號，如此一來，所擷取到的觸控訊號，可更真實的反應觸控顯示裝置上之觸控點的狀況。

接著，在步驟304中，根據觸控臨限值，自所擷取的觸控訊號中選取出複數個環境感測訊號。換言之，根據觸控臨限值，選取目前並無存在觸控事件之觸控點上所擷取的觸控訊號作為環境感測訊號。一般來說，在觸控顯示裝置之各觸控點上，一旦有觸控事件發生時，觸控點上之感應電容的電容變化量將會有急劇的變化，也就是說，當使用者接觸觸控點時，電容變化量通常很大；而當使用者沒有接觸觸控點時，會存在因觸控顯示裝置的材質或是各種環境因素所造成的電容變化量，但通常不會太大。因此，可透過設定一觸控臨限值來區別有觸控事件發生的觸控點，並將之排除。舉例來說，假設有實際觸控事件發生時，觸控點上之觸控訊號的大小通常會高於20，而沒有發生觸控事件時，相對應的觸控訊號的大小通常會低於10，如此一來，在步驟304中，即可將觸控臨限值設定為20，並據以區分出觸控點上是否有存在觸控事件。

進一步地，在步驟304中，可透過比較所擷取到的觸控訊號與觸控臨限值之大小，來判斷相對應之觸控點上是否有發生觸控事件。例如，針對每一觸控訊號而言，若觸控訊號小於觸控臨限值，則選取此觸控訊號作為環境感測訊號，也就是說，所選出的環境感測訊號已排除有實際發生觸控情況的觸控點，而單純為表示相對應觸控點上之材質或是各種環境因素所造成的電容變化之訊號。若觸控訊號大於觸控臨限值，則將此觸控訊號排除，不作為後續程序的運算基礎。

在步驟306中，計算所選取之環境感測訊號之一峰對峰數值。舉例來說，峰對峰數值可以是環境感測訊號中之最大值和最小值的差值，因此，可透過計算所有環境感測訊號中之最大值和最小值的差值，來產生峰對峰數值，以反應出有最大值的環境感測訊號和具有最小值的環境感測訊號之間的差異狀況。在此情況下，當峰對峰數值很小時，表示各觸控點的狀況大致相同。當峰對峰數值很大時，表示某些觸控點可能受到環境雜訊的影響而產生差異較大的觸控訊號。

接著，在步驟308中，將所計算出的峰對峰數值與一雜訊臨限值，以產生一比較結果。最後，在步驟310中，根據步驟308所產生之比較結果，判斷出一濾波係數，並以符合此濾波係數之IIR濾波器來進行觸控顯示裝置上之觸控點的雜訊過濾處理。

當步驟308所產生之比較結果顯示峰對峰數值大於雜訊臨限值時，即代表環境雜訊較大或是系統供應電源較不乾淨，因此選取一第一係數作為欲用來進行雜訊過濾處理之IIR濾波的濾波係數。其中第一係數會小於目前所使用之濾波係數，而相對應於第一係數之IIR濾波為一強低通濾波器。換言之，當峰對峰數值大於雜訊臨限值時，表示環境雜訊較大，所以選取濾波效果較佳的IIR濾波器來進行雜訊過濾處理。

同樣地，當步驟308所產生之比較結果顯示峰對峰數值小於雜訊臨限值時，即代表當前所在環境雜訊正常，因此選取一第二係數作為欲用來進行雜訊過濾處理之IIR濾波的濾波係數。其中第二係數會大於目前所使用之濾波係數，而相對應於第二係數之IIR濾波為一弱低通濾波器。換言之，當峰對峰數值小於雜訊臨限值時，即表示環境雜訊不大，所以選取濾波效果較差的IIR濾波器來進行雜訊過濾處理，在此情況下，將可縮短濾波器的反應時間，進而降低雜訊過濾處理的處理時間。簡言之，本發明可依據環境雜訊的狀況來動態的調整濾波係數，以選擇最適當的濾波器來進行雜訊過濾處理。

另一方面，為了確保能正確選擇出適當的濾波器，在步驟310中，可根據步驟308所產生之比較結果來計數一高雜訊計數值(或一低雜訊計數值)，並據以判斷濾波係數。也就是說，藉由計數一高雜訊計數值(或一低雜訊計數值)來進一步判斷前述步驟所計算出的數值是否正確。舉例來說，請參考第4圖，第4圖為本發明實施例之另一雜訊過濾流程之示意圖，其中雜訊過濾流程40的步驟400到步驟406，均和第3圖中雜訊過濾流程30的步驟300到步驟308相同，在此不贅述。在步驟408中，判斷峰對峰數值是否大於雜訊臨限值，以產生一比較結果。當比較結果顯示峰對峰數值大於雜訊臨限值時，則進入步驟410，將高雜訊計數值加1。接著，在步驟412中，判斷高雜訊計數值是否大於一預設計數值，若是的話，表示確實需要濾波效果較佳的濾波器，則進入步驟416，選取第一係數作為濾波係數，並據以選擇相應的IIR濾波器來進行雜訊過濾處理，同時將高雜訊計數值歸零並重新開始雜訊過濾流程40。同前所述，此時選用之第一係數小於目前IIR濾波器所使用之濾波係數，而且第一係數對應為一強低通濾波器。同樣地，在步驟408中，當比較結果顯示峰對峰數值小於雜訊臨限值時，則進入步驟416，將低雜訊計數值加1。接著，在步驟418中，判斷低雜訊計數值是否大於一預設計數值，若是的話，表示目前不需要濾波效果過高的濾波器而可使用濾波效果較差的濾波器，則進入步驟420，選取第二係數作為濾波係數，並據以選擇相應的IIR濾波器來進行雜訊過濾處理，同時將低雜訊計數值歸零並重新開始雜訊過濾流程40，值得注意地，此時第二係數大於目前IIR濾波器所使用之濾波係數，而且第二係數對應為一弱低通濾波器。另外，在步驟412及步驟418中，若高雜訊計數值或低雜訊計數值未超過預設計數值，則IIR濾波器之濾波係數不會改變，流程將回到步驟402重新開始，依前述方式遞回地進行高雜訊計數值或低雜訊計數值的累加動作，直到高雜訊計數值或低雜訊計數值其中一者先超過預設計數值，才進行濾波係數的調整，如此一來，將能進一步確保可正確地選擇出適當的濾波器。

因此，雜訊過濾流程30和40可排除實際觸碰的觸控點，而選取出相關於環境雜訊的環境感測訊號，並據以選擇調高或降低目前所使用IIR濾波器之濾波係數。當環境雜訊較大時，可選取濾波效果較佳的IIR濾波器來進行雜訊過濾處理。當環境雜訊較小時，可選取濾波效果較差的IIR濾波器來進行雜訊過濾處理，如此一來，將可縮短濾波器的反應時間，進而降低雜訊過濾處理的處理時間。簡言之，本發明可依據環境雜訊的狀況來動態的調整濾波係數，以選擇最適當的濾波器來進行雜訊過濾處理。

舉例來說，請參考第5圖，第5圖為本發明實施例之一低雜訊環境之觸控感應訊號值分佈之示意圖。如第5圖所示，觸控面板50為一6×9之觸控面板(即具有54個觸控點)。第5圖中之各區域所顯示之數值即表示由觸控面板50上之各觸控點所感測擷取之觸控訊號的大小(例如第5圖中所顯示之數值為由觸控點所感測到之電容變化量)，而圖中橢圓圈處Touch則代表使用者的手指實際觸碰到的區域範圍。首先，預先選定五個待測之觸控點500、502、504、506及508，以擷取相對應之觸控訊號，其大小分別為1、-2、40、2及3(步驟302)。此時，若預設之觸控臨限值為20，則將各觸控點所擷取出的觸控訊號之大小與預設之觸控臨限值進行比較，其中由觸控點504所擷取之觸控訊號大小為40，因此排除觸控點504所擷取之觸控訊號，並將選取相對應於觸控點500、502、506及508的觸控訊號選為環境感測訊號，而其訊號的大小分別為1、-2、2及3。接著計算前述四個環境感測訊號之峰對峰數值，也就是計算最大值與最小值的差值，因此，所計算出的峰對峰數值為5(即3-(-2)=5)。此時，若預設之雜訊臨限值為8，由於判斷峰對峰數值5小於雜訊臨限值8，則將低雜訊計數值加1。在此情況下，若低雜訊計數值一直累加，並超過預設計數值，即判斷環境係為低程度之雜訊環境，則會選取大於目前所使用之濾波係數的濾波器，來據以進行雜訊過濾處理，例如若目前所使用之濾波器的濾波係數為1/2，在此情況下會選擇濾波係數為3/4之IIR濾波器來進行雜訊過濾處理。若環境中的雜訊明顯改變，請參考第6圖，第6圖為本發明另一實施例之一高雜訊環境之觸控感應訊號值分佈之示意圖。由於第6圖所用之架構及概念與第5圖類似，因而共用相同的符號編號，在此不贅述。如第6圖所示，選定之觸控點500、502、504、506及508所擷取之觸控訊號大小係為5、-5、40、3及2，則排除觸控點504所擷取之觸控訊號，並將選取相對應於觸控點500、502、506及508的觸控訊號選為環境感測訊號，根據環境感測訊號，計算出峰對峰數值為10(即5-(-5)=10)，此時判斷峰對峰數值10大於雜訊臨限值8，則將高雜訊計數值加1。在此情況下，當高雜訊計數值一直累加，並超過預設計數值，即判斷環境係為高程度之雜訊環境，則會選取小於目前IIR濾波器所使用之濾波係數，例如若目前所使用之濾波器的濾波係數為1/2，在此情況下會改而選擇濾波係數為1/4之IIR濾波器。在此，濾波係數3/4、1/2和1/4之大小選擇僅供舉例，非用以限制本發明。

於本發明之雜訊過濾方法中，當高雜訊計數值或低雜訊計數值其中一者先超過預設計數值時，才會進行IIR濾波器之濾波係數的改變，用以動態調整IIR濾波器之濾波係數，藉以提高座標位置的精確度，並減少座標位置隨時間產生擾動飄移之現象。因此，本領域具通常知識者可依據實際需求進行修飾與變化，應用於不同之濾波器，用以進行濾波係數之調整，皆屬於本發明之範疇。

總而言之，本發明所提供之用於電容式觸控顯示器的雜訊過濾方法，藉由動態偵測環境中之雜訊多寡，用以適當地調整濾波器之濾波係數，除能提高座標位置的精確度與減少座標位置隨時間產生擾動飄移之現象之外，更能有效可縮短濾波器的反應時時間，進而降低雜訊過濾處理的處理時間。簡言之，本發明可依據環境雜訊的狀況來動態的調整濾波係數，以選擇最適當的濾波器來進行雜訊過濾處理。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．電容式觸控面板

102．．．基板

30、40．．．雜訊過濾流程

300、302、304、306、308、310、312、400、402、404、406、408、410、412、414、416、418、420．．．步驟

50．．．觸控面板

500、502、504、506、508．．．觸控點

Touch．．．區域範圍

X₁～X_m、Y₁～Y_n．．．感應電容串列

第1圖為習知一電容式觸控面板之示意圖。

第2圖為一階無限脈衝響應濾波器於同一輸入訊號下使用不同係數時的輸出結果之示意圖。

第3圖為本發明實施例之一雜訊過濾流程之示意圖。

第4圖為本發明實施例之另一雜訊過濾流程之示意圖。

第5圖為本發明實施例之一低雜訊環境之觸控感應訊號值分佈之示意圖。

第6圖為本發明實施例之一高雜訊環境之觸控感應訊號值分佈之示意圖。

30．．．雜訊過濾流程

300、302、304、306、308、310、312．．．步驟

Claims

一種用於一觸控顯示裝置之雜訊過濾方法，包含有：擷取複數個觸控訊號，其中該複數個觸控訊號係相對應於該觸控顯示裝置上之複數個觸控點；根據一觸控臨限值，自該複數個觸控訊號中選取出複數個環境感測訊號；計算該複數個環境感測訊號之一峰對峰數值；比較該峰對峰數值與一雜訊臨限值，以產生一比較結果；以及根據該比較結果，判斷出一濾波係數，以進行雜訊過濾處理。
請求項1所述之雜訊過濾方法，其中擷取複數觸控訊號之步驟包含有：同時擷取該觸控顯示裝置上之該複數個觸控點上所感測到的觸控訊號作為該複數個觸控訊號。
如請求項1所述之雜訊過濾方法，其中根據該觸控臨限值，自該複數個觸控訊號中選取出複數個環境感測訊號之步驟包含有：比較該複數個觸控訊號與該觸控臨限值；以及將該複數個觸控訊號中小於該觸控臨限值之該複數個觸控訊號選取作為該複數個環境感測訊號。
如請求項1所述之雜訊過濾方法，其中計算該複數個環境感測訊號之該峰對峰數值之步驟包含有：計算該複數個環境感測訊號中之最大值和最小值之差值，以產生該峰對峰數值。
如請求項1所述之雜訊過濾方法，其中根據該比較結果，判斷出該濾波係數，以進行雜訊過濾處理之步驟包含有：根據該比較結果，計數一高雜訊計數值或一低雜訊計數值；以及根據該高雜訊計數值或該低雜訊計數值，判斷出該濾波係數，以進行雜訊過濾處理。
如請求項5所述之雜訊過濾方法，其中根據該比較結果，計數該高雜訊計數值或該低雜訊計數值之步驟包含有：當該比較結果顯示該峰對峰數值大於該雜訊臨限值時，將該高雜訊計數值加1。
如請求項6所述之雜訊過濾方法，其中根據該高雜訊計數值或該低雜訊計數值，判斷該濾波係數，以進行雜訊過濾處理之步驟包含有：當該高雜訊計數值大於一預設計數值時，選取一第一係數，並據以雜訊過濾處理，其中該第一係數小於目前所使用之濾波係數。
如請求項7所述之雜訊過濾方法，其中該第一係數係相對應於一強低通濾波器。
如請求項5所述之雜訊過濾方法，其中根據該比較結果，計數該高雜訊計數值或該低雜訊計數值之步驟包含有：當該比較結果顯示該峰對峰數值小於該雜訊臨限值時，將該低雜訊計數值加1。
如請求項9所述之雜訊過濾方法，其中根據該高雜訊計數值或該低雜訊計數值，判斷出該濾波係數，以進行雜訊過濾處理之步驟包含有：當該低雜訊計數值大於該預設計數值時，選取一第二係數，並據以雜訊過濾處理，其中該第二係數大於目前所使用之濾波係數。
如請求項10所述之雜訊過濾方法，其中該第二係數係相對應於一弱低通濾波器。
如請求項1所述之雜訊過濾方法，其中根據該比較結果，判斷出一濾波係數，以進行雜訊過濾處理之步驟包含有：當該比較結果顯示該峰對峰數值大於該雜訊臨限值時，選取一第一係數，並據以進行雜訊過濾處理，其中該第一係數小於目前所使用之濾波係數，且該第一係數係相對應於一強低通濾波器。
如請求項1所述之雜訊過濾方法，其中根據該比較結果，判斷出一濾波係數，以進行雜訊過濾處理之步驟包含有：當該比較結果顯示該峰對峰數值小於該雜訊臨限值時，選取一第二係數，並據以進行雜訊過濾處理，其中該第二係數大於目前所使用之濾波係數，且該第二係數係相對應於一弱低通濾波器。
如請求項1所述之雜訊過濾方法，其中該濾波係數係為一無限脈衝響應(Infinite Impulse Response)濾波器之濾波係數。