TW202121893A

TW202121893A - 維持訊號相對關係的訊號處理方法及其電子裝置

Info

Publication number: TW202121893A
Application number: TW108143829A
Authority: TW
Inventors: 葉梓民; 吳柏賢
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2021-06-01
Also published as: US11210985B2; US20210166598A1; TWI736044B

Abstract

本案提供一種維持訊號相對關係的訊號處理方法及其電子裝置。訊號處理方法包含偵測到垂直同步訊號之當前輸入週期與先前輸入週期產生變化。判斷脈波寬度調變訊號與垂直同步訊號間之頻率差值是否在一接受區間內，當頻率差值不在接受區間內，進行一頻率調整階段，將脈波寬度調變訊號之週期調整至接近當前輸入週期。選擇性進行一相位調整階段，將脈波寬度調變訊號之相位調整至垂直同步訊號之相位。維持脈波寬度調變訊號與垂直同步訊號之相對相位關係。

Description

維持訊號相對關係的訊號處理方法及其電子裝置

本案係有關一種訊號同步技術，特別是關於一種維持訊號相對關係的訊號處理方法及其電子裝置。

脈波寬度調變（PWM）訊號是控制背光開關的訊號，當脈波寬度調變訊號屬於高準位時，對於電源之抽電流可能會造成面板的顯示上有微小的偏差，此偏差不易被人眼察覺。但是當這種偏差的界線隨著脈波寬度調變訊號的相位差距而產生位移時，這種往上或往下滾動的水波紋現象，就有可能被人眼所察覺到。

另一方面，在數位電視中，脈波寬度調變訊號由脈波寬度調變控制電路產生後會傳送至不同的面板，而不同的面板會有相對應的面板特性，這些限制會限制脈波寬度調變訊號的調整。再者，數位電視亮暗的程度就是利用脈波寬度調變訊號來調節亮帶與暗帶的比例，讓人眼因為視覺暫留而感受到畫面的亮暗變化，由於脈波寬度調變訊號的亮帶比例是隨著脈波寬度調變訊號的週期去改變，週期變大會使得亮帶時間對應增加，若出現較大的週期變化，於人眼就可能會感受到一瞬間的畫面變亮，就會認為是面板閃爍（flicker）。

承上，數位電視的輸出影像會有對應的背光調整，在調整過程中相位與頻率追蹤的速度相當重要，在脈波寬度調變控制電路無法預先得知垂直同步訊號週期的情況下，可能會產生短暫的頻率差及相位變化，導致面板上會出現水波紋現象或是閃爍。

有鑒於此，本案提出一種維持訊號相對關係的訊號處理方法，包含：偵測到一垂直同步訊號之當前輸入週期與先前輸入週期產生變化；判斷一脈波寬度調變訊號與垂直同步訊號間之頻率差值是否在一接受區間內，當頻率差值不在接受區間內，進行一頻率調整階段，將脈波寬度調變訊號之週期調整至接近當前輸入週期；判斷是否要調整脈波寬度調變訊號之相位，當要調整脈波寬度調變訊號之相位時，進行一相位調整階段，將脈波寬度調變訊號之相位調整至垂直同步訊號之相位；以及維持脈波寬度調變訊號與垂直同步訊號之相對相位關係。

本案另外提出一種維持訊號相對關係的電子裝置，包含一顯示控制電路、一脈波寬度調變控制電路及一處理器，且處理器電性連接並控制顯示控制電路及脈波寬度調變控制電路。顯示控制電路電性連接一顯示裝置，用以輸出一垂直同步訊號。脈波寬度調變控制電路係分別電性連接顯示控制電路及顯示裝置，脈波寬度調變控制電路接收垂直同步訊號，並在垂直同步訊號之當前輸入週期與先前輸入週期產生變化時，脈波寬度調變控制電路判斷一脈波寬度調變訊號與垂直同步訊號間之頻率差值是否在一接受區間內，當頻率差值不在接受區間內，脈波寬度調變控制電路進行一頻率調整階段，將脈波寬度調變訊號之週期調整至接近當前輸入週期；脈波寬度調變控制電路再判斷是否要調整脈波寬度調變訊號之相位，當要調整脈波寬度調變訊號之相位時，脈波寬度調變控制電路進行一相位調整階段，將脈波寬度調變訊號之相位調整至垂直同步訊號之相位；脈波寬度調變控制電路維持脈波寬度調變訊號與垂直同步訊號之相對相位關係。

依據一些實施例，變化係為當前輸入週期與先前輸入週期之差值超過一預設臨界值。

依據一些實施例，在頻率調整階段中，脈波寬度調變訊號之週期為階段性調整至接近當前輸入週期，且每一階段係調整一個步進值。

依據一些實施例，脈波寬度調變訊號之週期變化幅度係與脈波寬度調變訊號之相位調整至垂直同步訊號之相位所需的時間成反比。

依據一些實施例中，在維持脈波寬度調變訊號與垂直同步訊號之相對相位關係時，可以維持脈波寬度調變訊號之相位相等於垂直同步訊號之相位的相對相位關係，或是維持脈波寬度調變訊號之相位與垂直同步訊號之相位相差一目標相位差的相對相位關係。

綜上所述，在不產生水波紋現象以及面板閃爍的前提下，本案因應不同顯示裝置的特性，利用頻率調整及相位調整的方式，調整脈波寬度調變訊號之頻率與垂直同步訊號相同，並穩定維持一定的相位關係，故可有效維持脈波寬度調變訊號與垂直同步訊號之間的最佳相對關係。

本案所提供的維持訊號相對關係的訊號處理方法，適用於連接有顯示裝置的電子裝置上，且利用脈波寬度調變控制電路對脈波寬度調變訊號進行處理。本案可確保脈波寬度調變訊號與垂直同步訊號之相位不會一直緩慢變化，以降低水波紋發生的風險，並確保脈波寬度調變訊號的週期變化幅度不能太大，以避免發生面板閃爍。

圖1係根據本案一實施例之電子裝置的方塊示意圖，請參閱圖1所示，一種電子裝置10包含一處理器12、一顯示控制電路14以及一脈波寬度調變控制電路16。處理器12電性連接顯示控制電路14及脈波寬度調變控制電路16，以分別控制顯示控制電路14及脈波寬度調變控制電路16之作動，且顯示控制電路14及脈波寬度調變控制電路16分別電性連接至一顯示裝置20，顯示控制電路14會輸出垂直同步訊號Vsync至脈波寬度調變控制電路16。詳言之，處理器12會產生一控制亮度的占空比（Duty Cycle）訊號給脈波寬度調變控制電路16，以驅動脈波寬度調變控制電路16產生脈波寬度調變（pulse width modulation，PWM）訊號PWM給顯示裝置20，使顯示裝置20依據脈波寬度調變訊號PWM控制顯示裝置20之背光模組的開啟/關閉時序，脈波寬度調變控制電路16也會接收來自顯示控制電路14輸出的垂直同步訊號Vsync。為了處理所接收之垂直同步訊號Vsync的畫面頻率變化，脈波寬度調變控制電路16會根據顯示控制電路14輸出之垂直同步訊號Vsync的週期與相位來對應調整脈波寬度調變訊號PWM。

在一實施例中，電子裝置10係為一系統單晶片（SoC），使處理器12、顯示控制電路14及脈波寬度調變控制電路16皆內建於此系統單晶片中。

圖2係根據本案一實施例之訊號處理方法的流程示意圖，請同時參閱圖1及圖2所示，在此訊號處理方法中，脈波寬度調變控制電路16會持續確認來自顯示控制電路14的垂直同步訊號Vsync的週期是否有產生變化，如步驟S10所示，當脈波寬度調變控制電路16偵測到垂直同步訊號Vsync之當前輸入週期與先前輸入週期產生變化時，即可啟動調整機制，依序進行步驟S12～步驟S20。在一實施例中，脈波寬度調變控制電路16偵測到的變化係為垂直同步訊號Vsync之當前輸入週期與先前輸入週期之差值超過一預設臨界值。

如步驟S12所示，脈波寬度調變控制電路16判斷一脈波寬度調變訊號PWM與垂直同步訊號Vsync間之頻率差值是否在一接受區間內，此接受區間係為垂直同步訊號Vsync頻率前後的一段區間。當頻率差值在此接受區間內就表示脈波寬度調變訊號PWM之頻率接近或相同於垂直同步訊號Vsync之頻率，無須進行任何頻率調整，直接進行下一步驟（步驟S16）。當脈波寬度調變控制電路16判斷頻率差值不在此接受區間內時，如步驟S14所示，脈波寬度調變控制電路16對脈波寬度調變訊號PWM進行一頻率調整階段，將脈波寬度調變訊號PWM之週期調整至接近垂直同步訊號Vsync之當前輸入週期。在步驟S14之頻率調整階段中，脈波寬度調變控制電路16係以階段性調整的方式來調整脈波寬度調變訊號PWM之週期至接近當前輸入週期，且每一階段係調整一個步進值，例如，此步進值可以為1毫秒（ms），若要調高脈波寬度調變訊號PWM之週期，每次增加1毫秒，直至脈波寬度調變訊號PWM之週期接近當前輸入週期。

如步驟S16所示，脈波寬度調變控制電路16判斷是否要調整脈波寬度調變訊號PWM之相位，當不需要調整脈波寬度調變訊號PWM之相位，即可將目前的相位當作新的目標相位，並直接進行下一步驟（步驟S20）。當要調整脈波寬度調變訊號PWM之相位時，如步驟S18所示進行一相位調整階段，脈波寬度調變控制電路16將脈波寬度調變訊號PWM之相位調整至垂直同步訊號Vsync之相位。

最後如步驟S20所示，不管有無調整脈波寬度調變訊號PWM之相位，脈波寬度調變控制電路16會維持脈波寬度調變訊號PWM與垂直同步訊號Vsync之相對相位關係。換言之，不管是經過調整後的目標相位，還是未經過調整的目標相位，對於垂直同步訊號Vsync的微小飄動，脈波寬度調變控制電路16都會些微的改動脈波寬度調變訊號PWM之頻率，以維持脈波寬度調變訊號PWM與垂直同步訊號Vsync之相對相位關係。在一實施例中，維持脈波寬度調變訊號PWM與垂直同步訊號Vsync之相對相位關係有二種態樣，一種是脈波寬度調變控制電路16係維持脈波寬度調變訊號PWM之相位相等於垂直同步訊號Vsync之相位的相對相位關係，另一種則是脈波寬度調變控制電路16維持脈波寬度調變訊號PWM之相位與垂直同步訊號Vsync之相位相差一目標相位差的相對相位關係。

由於不同的顯示裝置20會有不同的面板特性與相容性，此因素將會影響脈波寬度調變控制電路16判斷是否要調整脈波寬度調變訊號PWM之相位。如圖1及圖3a所示，由於脈波寬度調變訊號PWM與垂直同步訊號Vsync必須對齊，所以在畫面頻率改變時，脈波寬度調變控制電路16就需要將脈波寬度調變訊號PWM之相位調整至垂直同步訊號Vsync之相位，使脈波寬度調變訊號PWM與垂直同步訊號Vsync對齊，起始位置要相同。若顯示裝置20根據面板特性與相容性而可以接受脈波寬度調變訊號PWM與垂直同步訊號Vsync不一定要對齊，如圖1及圖3b所示，在畫面頻率改變時，脈波寬度調變訊號PWM之前後二個相鄰脈波會存在一個相位差Δφ，此時，脈波寬度調變控制電路16直接將目前的脈波的相位當作新的目標相位即可，不需要再調整脈波寬度調變訊號PWM之相位。

在一實施例中，脈波寬度調變訊號PWM之週期變化幅度係與脈波寬度調變訊號PWM之相位調整至垂直同步訊號Vsync之相位所需的時間成反比。圖4係根據本案一實施例之脈波寬度調變訊號的週期變化幅度與調整相位的時間之間的關係曲線圖，請參閱圖4所示，圖中曲線表示調整完頻率後的相位差，根據脈波寬度調變訊號PWM可以接受的週期變化幅度會與調整脈波寬度調變訊號PWM之相位所需的時間成反比。在左側區域A的範圍內，脈波寬度調變訊號PWM的週期變化幅度選擇非常少，亦即脈波寬度調變訊號PWM之週期與垂直同步訊號Vsync之週期非常靠近，此時的相位變化極慢，時間拉長後的水波紋現象會不容易被觀察到。在右側區域B的範圍內，脈波寬度調變訊號PWM的週期變化幅度可以比較大，相對而言一次可以調整的相位幅度就會比較大，脈波寬度調變訊號PWM與垂直同步訊號Vsync之相位變化會非常快速，此時的水波紋現象亦不容易被觀察到。然而，若是在中間區域C的範圍內，相位變化緩慢但又不是極慢的速度，這就是水波紋現象會被觀察到的位置。因此，只要在不產生面板閃爍的情況下，以極快的速度或是極慢的速度將脈波寬度調變訊號PWM的相位補償回來，就可以讓水波紋現象發生的風險降到最低。

承上，由於不同的顯示裝置會有不同的面板特性，所以每個顯示裝置都會有自己對應的脈波寬度調變訊號的週期變化幅度對應調整相位時間的關係曲線圖，針對各顯示裝置的選擇最適合的調整方式與參數，就可以在不產生面板閃爍及水波紋現象的情況下，穩定脈波寬度調變訊號與垂直同步訊號之間的相對關係。

圖5係根據本案一實施例之垂直同步訊號與脈波寬度調變訊號的週期變化關係圖及對應之相位偏移圖，在此範例中，垂直同步訊號Vsync必須與脈波寬度調變訊號PWM的起始點對齊，如圖3a所示，且脈波寬度調變訊號PWM的週期變化幅度有所限制。請參閱圖1及圖5所示，當垂直同步訊號Vsync的畫面頻率變化由60Hz變為50Hz時，脈波寬度調變控制電路16會偵測到垂直同步訊號Vsync之當前輸入週期與先前輸入週期產生變化，在頻率還相差太遠時調整相位是沒有太大意義的，所以會先調整頻率。如範圍I1的所在位置，脈波寬度調變控制電路16開始調整脈波寬度調變訊號PWM的頻率，使脈波寬度調變訊號PWM之週期接近垂直同步訊號Vsync之當前輸入週期，從對應到的相位偏移圖可以看到此時脈波寬度調變訊號PWM的相位會有大幅度的相位變化。在調整完頻率之後，脈波寬度調變控制電路16會分析當前的脈波寬度調變訊號PWM與垂直同步訊號Vsync間的相位差，以根據相位差的大小來決定讓脈波寬度調變訊號PWM之相位往哪邊調整，如範圍I2的所在位置，在脈波寬度調變訊號PWM之頻率接近垂直同步訊號Vsync後，脈波寬度調變控制電路16開始調整脈波寬度調變訊號PWM之相位，從對應到的相位偏移圖可以看到此時脈波寬度調變訊號PWM的相位會有一段緩慢的相位增加。在調整完相位之後，脈波寬度調變訊號PWM會隨著垂直同步訊號Vsync微幅飄動而維持在一個固定的相對相位關係，如範圍I3的所在位置，若垂直同步訊號Vsync還是有微幅的震盪，為維持相對關係，脈波寬度調變控制電路16會對應微調脈波寬度調變訊號PWM之週期，對應到相位偏移圖可以看到此時脈波寬度調變訊號PWM的相位基本上都會維持在0。

圖6係根據本案另一實施例之垂直同步訊號與脈波寬度調變訊號的週期變化關係圖及對應之相位偏移圖，在此範例中，垂直同步訊號Vsync可以不用與脈波寬度調變訊號PWM的起始點對齊，如圖3b所示。請參閱圖1及圖6所示，當垂直同步訊號Vsync的畫面頻率變化由60Hz變為50Hz時，脈波寬度調變控制電路16會偵測到垂直同步訊號Vsync之當前輸入週期與先前輸入週期產生變化，在脈波寬度調變訊號PWM之週期還沒接近垂直同步訊號Vsync時，用最快的速度調整頻率的差異。如範圍I4的所在位置，脈波寬度調變控制電路16開始調整脈波寬度調變訊號PWM的頻率，使脈波寬度調變訊號PWM之週期接近垂直同步訊號Vsync之當前輸入週期，從對應到的相位偏移圖可以看到此時脈波寬度調變訊號PWM的相位會有大幅度的相位變化。在調整完頻率之後，脈波寬度調變控制電路16會固定脈波寬度調變訊號PWM當前的相位為最新的目標相位，之後的每次相位調整都是以此目標相位為最終的位置，如範圍I5的所在位置，在脈波寬度調變訊號PWM之頻率接近垂直同步訊號Vsync後，若垂直同步訊號Vsync還是有微幅的震盪，為維持相對關係，脈波寬度調變控制電路16會對應微調脈波寬度調變訊號PWM之週期，從對應到的相位偏移圖可以看到此時脈波寬度調變訊號PWM的相位基本上都會維持在某一個固定值（目標相位）。所以，在頻率調整完成之後，即可固定當前的相位差為目標相位差，之後僅需對小幅度的垂直同步訊號Vsync變化做補償，讓目標相位差可以維持一定的大小，以藉此維持脈波寬度調變訊號PWM與垂直同步訊號Vsync之間的相對相位關係。

因此，在不產生水波紋現象以及面板閃爍的前提下，本案因應不同顯示裝置的特性，利用頻率調整及相位調整的方式，調整脈波寬度調變訊號之頻率與垂直同步訊號相同，並穩定維持一定的相位關係，故可有效維持脈波寬度調變訊號與垂直同步訊號之間的最佳相對關係。

以上所述之實施例僅係為說明本案之技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技術者能夠瞭解本案之內容並據以實施，當不能以之限定本案之專利範圍，即大凡依本案所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本案之專利範圍內。

10:電子裝置 12:處理器 14:顯示控制電路 16:脈波寬度調變控制電路 20:顯示裝置 S10～S20:步驟 PWM:脈波寬度調變訊號 Vsync:垂直同步訊號 Δφ:相位差 A:左側區域 B:右側區域 C:中間區域 I1～I5:範圍

圖1係根據本案一實施例之電子裝置的方塊示意圖。圖2係根據本案一實施例之訊號處理方法的流程示意圖。圖3a係根據本案一實施例之垂直同步訊號與脈波寬度調變訊號在頻率變化前後的關係示意圖。圖3b係根據本案另一實施例之垂直同步訊號與脈波寬度調變訊號在頻率變化前後的關係示意圖。圖4係根據本案一實施例之脈波寬度調變訊號的週期變化幅度與調整相位的時間之間的關係曲線圖。圖5係根據本案一實施例之垂直同步訊號與脈波寬度調變訊號的週期變化關係圖及對應之相位偏移圖。圖6係根據本案另一實施例之垂直同步訊號與脈波寬度調變訊號的週期變化關係圖及對應之相位偏移圖。

S10~S20:步驟

Claims

一種維持訊號相對關係的訊號處理方法，包含：偵測到一垂直同步訊號之當前輸入週期與先前輸入週期產生變化；判斷一脈波寬度調變訊號與該垂直同步訊號間之頻率差值是否在一接受區間內，當該頻率差值不在該接受區間內，進行一頻率調整階段，將該脈波寬度調變訊號之週期調整至接近該當前輸入週期；判斷是否要調整該脈波寬度調變訊號之相位，當要調整該脈波寬度調變訊號之相位時，進行一相位調整階段，將該脈波寬度調變訊號之相位調整至該垂直同步訊號之相位；以及維持該脈波寬度調變訊號與該垂直同步訊號之相對相位關係。
如請求項1所述之訊號處理方法，其中該變化係為該當前輸入週期與該先前輸入週期之差值超過一預設臨界值。
如請求項1所述之訊號處理方法，其中在該頻率調整階段中，該脈波寬度調變訊號之週期為階段性調整至接近該當前輸入週期，且每一階段係調整一個步進值。
如請求項1所述之訊號處理方法，其中該脈波寬度調變訊號之週期變化幅度係與該脈波寬度調變訊號之相位調整至該垂直同步訊號之相位所需的時間成反比。
如請求項1所述之訊號處理方法，其中在維持該脈波寬度調變訊號與該垂直同步訊號之該相對相位關係之步驟中，係維持該脈波寬度調變訊號之相位相等於該垂直同步訊號之相位的該相對相位關係，或是維持該脈波寬度調變訊號與該垂直同步訊號相差一目標相位差的該相對相位關係。
一種維持訊號相對關係的電子裝置，包含：一顯示控制電路，電性連接一顯示裝置，該顯示控制電路輸出一垂直同步訊號；一脈波寬度調變控制電路，其係分別電性連接該顯示控制電路及該顯示裝置，該脈波寬度調變控制電路接收該垂直同步訊號，並在該垂直同步訊號之當前輸入週期與先前輸入週期產生變化時，該脈波寬度調變控制電路判斷一脈波寬度調變訊號與該垂直同步訊號間之頻率差值是否在一接受區間內，當該頻率差值不在該接受區間內，該脈波寬度調變控制電路進行一頻率調整階段，將該脈波寬度調變訊號之週期調整至接近該當前輸入週期；該脈波寬度調變控制電路再判斷是否要調整該脈波寬度調變訊號之相位，當要調整該脈波寬度調變訊號之相位時，該脈波寬度調變控制電路進行一相位調整階段，將該脈波寬度調變訊號之相位調整至該垂直同步訊號之相位；該脈波寬度調變控制電路維持該脈波寬度調變訊號與該垂直同步訊號之相對相位關係；以及一處理器，電性連接該顯示控制電路及該脈波寬度調變控制電路，以控制該顯示控制電路及該脈波寬度調變控制電路。
如請求項6所述之電子裝置，其中該變化係為該當前輸入週期與該先前輸入週期之差值超過一預設臨界值。
如請求項6所述之電子裝置，其中在該頻率調整階段中，該脈波寬度調變訊號之週期為階段性調整至接近該當前輸入週期，且每一階段係調整一個步進值。
如請求項6所述之電子裝置，其中該脈波寬度調變訊號之週期變化幅度係與該脈波寬度調變訊號之相位調整至該垂直同步訊號之相位所需的時間成反比。
如請求項6所述之電子裝置，其中該脈波寬度調變控制電路維持該脈波寬度調變訊號之相位相等於該垂直同步訊號之相位的該相對相位關係，或是該脈波寬度調變控制電路維持該脈波寬度調變訊號與該垂直同步訊號相差一目標相位差的該相對相位關係。