TWI393432B

TWI393432B - 影像水平同步器

Info

Publication number: TWI393432B
Application number: TW98140773A
Authority: TW
Inventors: Tien Ju Tsai
Original assignee: Himax Media Solutions Inc
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2013-04-11
Also published as: TW201119358A

Description

影像水平同步器

本發明係有關於影像水平同步器，特別係有關於具有較佳水平同步能力的水平同步器。

在電視系統(TV system)中，完整的畫面(frame)係由彼此交錯的複數掃描線組成。第1圖為電視系統(例如採用NTSC(National TV System Committee，美國國家電視委員會)標準的電視系統)中複合式影像廣播信號(Composed Baseband Video Signal，CVBS)的波形。以NTSC電視系統為例，一個畫面係由525條掃描線組成。這525條掃描線係分成偶數欄位(even field)與奇數欄位(odd field)。對偶數欄位而言，其最初的20條掃描線提供相關的時序控制資訊(timing control information)，而其餘的掃描線則提供畫面的亮度資訊和色彩資訊。

為了正確地呈現動態的影像畫面於顯示裝置之上，除了最基本的亮度和色彩資訊之外，影像信號還必須包括特定的同步信號，例如水平、垂直或色彩載波同步信號。在傳統的電視系統中，由於通道的數量限制和成本的考量，係將亮度資訊、色彩資訊和同步信號合併成一複合式影像信號，並於一特定通道中進行傳送。接著，上述複合式影像信號為接收端所接收，並且偵測複合式影像信號內的同步信號，以便能從中識別出掃描線和畫面信號。第2圖顯示採用NTSC標準或逐行倒相(Phase Alternating Line，PAL)/塞康(Sequential Color with memory，SECAM)標準之電視系統之掃描線的波形。對於水平同步來說，如第2圖所示，一相對於空白準位(blanking level:0 IRE)具有D1之下降準位且固定週期T2的脈衝信號用以顯示每一掃描線的開端，這個準位下降的脈衝亦即所謂的水平同步(horizontal synchronization，HSYNC)脈衝。由於有HSYNC脈衝，便能夠藉著識別或偵測該HSYNC脈衝而分辨掃描線的邊界，進而達成水平同步的效果。

傳統上，HSYNC脈衝的準位轉換點通常當作水平同步的參考點。HSYNC脈衝的準位轉換點包括一個下降點和一個上升點，而參考點可以是下降點、上升點或兩者皆是。在水平同步期間，係根據參考點來計算相位誤差，並且將計算後的相位誤差傳送至類比鎖相迴路(analog Phase Lock Loop)電路，用以即時地調整掃描線之頻率和相位偏移。然而，類比鎖相迴路電路經常因為元件的老化和潮溼而使效能產生退化，且在信號的傳輸期間，類比鎖相迴路電路對雜訊係非常敏感，特別是在無線傳輸的環境下。因此，所還原的畫面會受到雜訊的負向影響，連帶影響接收端的同步機制。此外，低價的電視系統可能會產生有缺陷的影像信號，例如具有嚴重抖動(jitter)或較高之頻率偏差的影像信號、寬度超出容限值(最大為25%)或深度不足的HSYNC脈衝。具有缺陷的影像信號使得影像水平同步器難以識別或偵測HSYNC脈衝，導致所重建的畫面呈現失真或抖動的現象，甚至無法重建畫面。

基於在先前技術所述的問題，因此需要一種水平同步器，用以偵測/識別具有非標準HSYNC脈衝之缺陷型影像信號。

本發明揭露一種影像水平同步器，用以輸出所接收之影像信號的掃瞄線時序信號和顯示旗標，掃瞄線時序信號和顯示旗標用於影像信號後處理單元，影像水平同步器包括：濾波電路、動態切割準位產生器、時序回復電路、相位誤差統計電路、水平同步信號場形檢查器，以及排程控制有限狀態機。濾波電路，用以輸出所接收之影像信號之寬頻帶濾波信號和窄頻帶濾波信號。動態切割準位產生器，用以根據計算視窗內的寬頻帶濾波信號來產生切割準位信號。時序回復電路，用以根據寬頻帶濾波信號和切割準位信號來產生相位誤差和掃描線時序信號。相位誤差統計電路，用以將相位誤差作平均來產生平均相位誤差。水平同步信號場形檢查器，用以根據掃描線時序信號來產生匹配旗標，匹配旗標顯示週期性的場形是否出現在窄頻帶濾波信號中。排程控制有限狀態機，用以根據上述影像水平同步器的複數狀態來控制動態切割準位產生器、時序回復電路、相位誤差統計電路和水平同步信號場形檢查器，並且產生顯示旗標，並且當上述平均相位誤差小於一範圍及上述匹配旗標為真時，產生一顯示旗標。

以下所述為實施本發明的較佳模式。所述的較佳模式係用以說明本發明但並非用以限制本發明。本發明的範圍係以所附之申請專利範圍為主。

參考第2圖，T1代表完整之掃描線(n)的週期。NTSC電視系統的週期T1通常是63.556μs，而PAL/SECAM電視系統的週期T1通常是64.000μs。週期T2代表HSYNC脈衝的週期，對NTSC或PAL/SECAM電視系統而言都是4.7μs。週期T3代表由HYSNC脈衝中點至後緣(back porch)終點的週期，NTSC電視系統的週期T3通常是6.85μs，而PAL/SECAM電視系統的週期T3通常是7.95μs。準位下降D1代表HSYNC脈衝相對於空白準位的準位下降，NTSC電視系統的準位下降D1通常是-40IRE，而PAL/SECAM電視系統的準位下降通常是-43IRE。本發明有能力識別/偵測出週期T1之誤差範圍多達+/-5%(+/-3μs)的掃描線，以及週期T2之誤差範圍多達+/-25%(+/-1.18μs)的掃描線。此外，雖然有些性能不佳之電視系統其掃描線之HSYNC脈衝場型較不標準，但只要掃描線的週期T3大於4.73μs或準位下降D1的值約略大於0IRE，本發明即有能力識別/偵測(即使掃描線的週期T3僅稍稍大於4.73μs)出來。因此，與傳統之同步系統相比較，本發明對於辨識掃描線的能力非常強，就算掃描線之HSYNC脈衝甚不標準也有能力辨識。

第3圖為本發明一實施例之影像水平同步裝置的簡圖。影像水平同步裝置10包括影像水平同步器100和影像信號後處理單元200，其中影像水平同步器100提供相關的掃描線時序參考信號(line timing reference signal)HSYNC_Timing和HSYNC_Fraction，而影像信號後處理單元200接收和處理影像信號和掃描線時序參考信號HSYNC_Timing和HSYNC_Fraction。在第3圖中，影像水平同步器100和影像信號後處理單元200均接收影像信號，而所接收之影像信號可參見第2圖。藉由偵測/識別HSYNC脈衝的方式，影像水平同步器100負責同步掃描線，並提供一個用以顯示水平同步之收斂情形的顯示旗標(indicating flag)HSYNC_Locked，以及上述二掃描線時序參考信號HSYNC_Timing和HSYNC_Fraction。顯示旗標HSYNC_Locked用以顯示水平同步是否完成。當水平同步完成時，掃描線時序參考信號HSYNC_Timing和HSYNC_Fraction便能夠提供用以精確顯示目前正在處理之掃描線之接收進度的參考時序(timing references)。上述兩個掃描線時序參考信號HSYNC_Timing和HSYNC_Fraction的詳細操作將於稍後說明。

第4圖為本發明一實施例之影像水平同步器的方塊圖。影像水平同步器100包括寬頻帶LPF(wide bandwidth low pass filter)110、窄頻帶LPF(narrow bandwidth LPF)116、相位誤差偵測器120、相位誤差過濾電路126、相位誤差統計電路128、迴路濾波器130、動態切割準位產生器(dynamic slicer threshold generator)140、掃描線率數值控制振盪器(line rate numerically controlled oscillator)150、水平同步信號場形檢查器(HSYNC pattern checker)160，以及排程控制有限狀態機(schedule control finite state machine)170。寬頻帶LPF 110和窄頻帶LPF 116兩者可視為一濾波電路101。相位誤差偵測器120、相位誤差過濾電路126、迴路濾波器130和掃描線率數值控制振盪器150等可視為一時序回復電路(timing recovery circuit)111。每個元件的詳細功能如下詳述。

第5A圖為本發明一實施例之寬頻帶LPF 110和窄頻帶LPF 116的輸出信號。對水平同步而言，影像信號的高頻部份是不需要的(僅需要HSYNC脈衝)。因此，寬頻帶LPF 110和窄頻帶LPF 116用以過濾影像信號的高頻部份，如第5A圖所示。參照窄頻帶LPF 116輸出的窄頻帶濾波信號HSYNC_MinMax_Din，其顯示輸出信號僅具有小量的高頻成分的信號。參考由寬頻帶LPF 110輸出的寬頻帶濾波信號HSYNC_Slicer_In，雖然輸出信號的高頻部份幾乎完全被過濾掉了，但其仍剩餘輸出信號的一些高頻部份，例如第5A圖之波形中『毛茸茸』的部份。第5B圖為本發明一實施例之寬頻帶LPF 110和窄頻帶LPF 116的電路圖。在第5B圖中，alpha為介於0至1的常數，且寬頻帶LPF 110的alpha大於窄頻帶LPF 116的alpha。

在第4圖中，起初，時序回復電路111是開迴路的。在開迴路的條件下，時序回復電路111接收寬頻帶濾波信號HSYNC_Slicer_In和由動態切割準位產生器140產生的切割準位信號(slicer threshold)HSYNC_Slicer_Threshold。根據接收的信號，時序回復電路111輸出信號Ph_Err_Gate和掃描線時序信號(line timing signal)NCO_Cnt。信號Ph_Err_Gate被傳送至相位誤差統計電路128，而掃描線時序信號NCO_Cnt被傳送至相位誤差偵測器120、相位誤差統計電路128、動態切割準位產生器140、水平同步信號場形檢查器160，以及排程控制有限狀態機170。要注意的是，在初始狀態時，由於時序回復電路111尚未被啟始(開迴路狀態)，因此係以一初始值當成掃描線時序信號NCO_Cnt提供至相關的電路方塊。在此階段，接收之影像信號的相位誤差是由變數MinMax_Idx_Now所決定，其中變數MinMax_Idx_Now是由水平同步信號場形檢查器160所產生。細節如下述。

在第4圖中，掃描線率數值控制振盪器150為K位元之計數器(k-bit counter)(圖未顯示)，用以產生第6圖的掃描線時序信號NCO_Cnt。第6圖也顯示掃描線n-1、n和n+1的波形。一旦水平同步完成後，會使得掃描線時序信號NCO_Cnt的週期與掃描線的週期相同，即對NTSC和PAL/SECAM電視系統而言係分別為63.556μs和64.000μs。第7圖為本發明一實施例之掃描線率數值控制振盪器150的電路圖。在第7圖中，NegBound和PosBound代表以k位元無符號二位元表示法(k-bit unsigned binary expression)之格式表示的兩個常數值，其中常數值NegBound和PosBound是由電視系統的取樣率所決定。以取樣率為24.576MHz的NTSC電視系統為例(要注意的是NTSC電視系統的取樣率不一定為24.576MHz)，掃描線的週期T1即等於63.556μs。因此，一個掃描線大約是由1,562個採樣(samples)組成。此外，掃描線週期的最大誤差容限為+/-5%，其大致上對應於另外+/-74個所需的採樣。綜上所述，採樣所需的最大計數值等於1,562加上74，因此需要11位元計數器以提供約等於2,048的最大計數值(2¹¹ ，由0至2047)。因此，總採樣數為1562之兩範圍的計數值(由0至780和由1267至2047)即為本發明所選擇。因此，第一種範圍中最大的計數值780即為常數值PosBound的數值，而第二種範圍中最小的計數值1,267即為常數值NegBound的數值。參考第6圖的掃描線時序信號NCO_Cnt，點6A為掃描線時序信號NCO_Cnt計數的起點(數值0)。當計數值由數值0計數到常數值PosBound時(數值780)，會跳至(NegBound-Loop_Err_Intgr)的值(點6B)，其中整數迴路誤差值Loop_Err_Intgr是由第4圖的迴路濾波器130所動態產生。由點6B開始，計數繼續算下去直到達到最大的數值2,047為止(點6C)。其中點6C為下一個計數週期的開始，因此計數值於點6C將自動地回復(wraparounded)至0，所以點6C又稱為往復點(wraparound point)。如第6圖所示，若精確地達成水平同步，則理想的往復點是位於HSYNC脈衝的中點。在這個情況下，相位誤差Ph_Err會非常地小。然而，若水平同步並未準確地完成，則會產生較大的相位誤差Ph_Err，參考稍後對狀態HTSNC_COARSELOCK的說明。另一方面，整數迴路誤差值Loop_Err_Intgr用以反映標準/預設掃描線率和實際接收掃描線率間的掃描線率偏移(line rate offset)，其中標準/預設掃描線率為1/63.556μs(以頻率為15,734Hz的NTSC電視系統為例)，而實際接收的掃描線率即為第4圖中實際接收之影像信號的頻率(15,625Hz)。因此，整數迴路誤差值Loop_Err_Intgr用以動態地調整計數器的計數值。要注意的是，第7圖的電路圖僅為掃描線率數值控制振盪器150的一實施例，但並非以此為限。

第8A和8B圖為本發明一實施例之排程控制有限狀態機的流程圖。排程控制有限狀態機170的四種狀態為：初始狀態HSYNC_LOADINIT、搜尋狀態HSYNC_SEARCHING、初始鎖定狀態HSYNC_COARSELOCK，以及最終鎖定狀態最終鎖定狀態HSYNC_FINELOCK。電視系統起始於初使狀態HSYNC_LOADINIT，亦即系統之重置狀態。在初使狀態HSYNC_LOADINIT中，指示相位是否被鎖定的顯示旗標HSYNC_Locked被設定為FALSE，以便通知影像信號後處理單元200水平同步尚未完成。接著，在步驟S80中，判斷影像水平同步器100所接收之掃瞄線的數目是否超過第一既定值TH1。這個步驟用以提供足夠的時間來清除系統於前次執行期間所殘留的系統狀態/設定值。若所接收之掃描線的數目超過該既定值TH1，則流程前進至第二狀態-搜尋狀態HSYNC_SEARCHING，並且將排程控制有限狀態機170輸出的旗標HSYNC_FSM_NState設定為搜尋狀態HSYNC_SEARCHING。在步驟S80中，若所接收之掃描線的數目未超過該既定值TH1，則流程回到初始狀態HSYNC_LOADINIT直到符合步驟S80的條件。在第二種狀態-搜尋狀態HSYNC_SEARCHING中，顯示旗標HSYNC_Locked仍被設定為FALSE，該狀態的內容如第9圖所描述。在第9圖的第二狀態中，往複點9A係遠離HSYNC脈衝的中心點(在理想的相位鎖定狀態，往複點9A係落在HSYNC脈衝的中心點)，並執行相關的流程以達成水平同步。在下一個步驟S81中，判斷匹配旗標(matching flag)MinMax_Idx_OK對於一既定數目TH2之連續條掃描線而言是否恆為真(TURE)。由於窄頻帶LPF 116可能接收到一些系統不想要的訊號(包括某些用來做垂直同步之具有特定HSYNC場形的掃描線)，所以水平同步信號場形檢查器160輸出的匹配旗標MinMax_Idx_OK是用來判斷由窄頻帶LPF 116輸出的窄頻帶濾波信號HSYNC_MinMax_Din是否為水平同步所需的掃描線。若所接收的掃描線確實為所需的，則將匹配旗標MinMax_Idx_OK設定為真(TRUE)。本發明強制該既定數目TH2之連續條掃描線的匹配旗標MinMax_Idx_OK皆需為真(TRUE)的主要目的，乃是為了確保所接收的信號對於水平同步而言是合適的，並且利用這些既定數目TH2之連續條掃描線來求得標準/預設掃描線與實際接收之掃描線間大略的掃描線率偏移量。在此處，流程迴圈會於步驟S81和搜尋狀態之間遞迴直到滿足步驟S81的條件為止。在此期間，參考第9圖，計數由0(點9B)開始一直數到PosBound(點9C)。在遞迴過程(looping)中，系統同時觀察該既定數目TH2的掃描線，藉此決定新的計數值NCO_Cnt_Sel_Val。一旦滿足步驟S81的條件，便能夠決定新的計數值NCO_Cnt_Sel_Val。一旦新的計數值NCO_Cnt_Sel_Val決定後，第9圖的計數器便於計數到達PosBound(點9C)時改以新的計數值NCO_Cnt_Sel_Val(點9D)重新開始計數。計數值NCO_Cnt_Sel_Val是一個特定的數值，用以確保下一個往復點將會落在下一週期之掃描線的HSYNC脈衝寬度中(如點9E之位置)，但不必然是位於HSYNC脈衝之中心點。此時系統獲得HSYNC脈衝的約略位置，並且進入初使鎖定狀態HSYNC_COARSELOCK。在第三種狀態後，步驟S82判斷由相位誤差統計電路128計算得到的平均相位誤差Ph_Er_Avg是否小於一門檻值TH3。平均相位誤差Ph_Er_Avg係用以表示往復點偏移HSYNC脈衝之中心點的程度。若往復點偏移HSYNC脈衝之中心點越嚴重，則平均相位誤差Ph_Er_Avg越大。在第三種狀態-初使鎖定狀態HSYNC_COARSELOCK之後，若平均相位誤差Ph_Er_Avg小於該門檻值TH3，則流程前進至最後的狀態-最終鎖定狀態HSYNC_FINELOCK，至此達成水平同步。若否，則流程前進至下個步驟S83，並且判斷匹配旗標MinMax_Idx_OK對於一既定數目TH4之連續條掃描線而言是否恆為偽(FALSE)。若否，則流程回到第三種狀態-初使鎖定狀態HSYNC_COARSELOCK。若是，則流程回到初始狀態HSYNC_LOADINIT，以便起始初始狀態HSYNC_LOADINIT。當流程回到初始狀態HSYNC_LOADINIT時，可能的情況是使用者切換電視頻道，使得水平同步必須重新獲得，或是影像信號暫時斷訊等等。在最後的狀態最終鎖定狀態HSYNC_FINELOCK後，如同在步驟S83所判斷的內容，步驟S84判斷匹配旗標MinMax_Idx_OK對於該既定數目TH4之連續條掃描線而言是否恆為偽(FALSE)。若是，如同步驟S83，流程回到初始狀態HSYNC_LOADINIT以重啟整個流程。若否，則流程回到最後的狀態。

如上所述，水平同步信號場形檢查器160判斷由窄頻LPF 116輸出的窄頻帶濾波信號HSYNC_MinMax_Din是否真的是所需的掃描線。由水平同步信號場形檢查器160計算出的變數MinMax_Var可以完成這個工作。若接收的信號HSYNC_MinMax_Din的確是所需的，則變數MinMax_Var的數值應該是收斂的。變數MinMax_Var的公式為：

Abs(MinMax_Dif_Now-MinMax_Dif_Pre)，(公式A)

其中Abs代表絕對值。

此外，在(公式A)中出現兩個變數：MinMax_Dif_Now和MinMax_Dif_Pre

以變數MinMax_Dif_Now為例，其係由以下公式求得：

(Total_Sample_of_Line+MinMax_Idx_Now_MinMax_Id x_Pre)模數(Total_Sample_of_Line)，(公式B)

其中，Total_Sample_of_Line為掃描線率數值控制振盪器150之完整計數周期的採樣數，其於本實施例的NTSC電視系統中係為1,562。此外，變數MinMax_Idx_Now代表當目前週期之窄頻帶濾波信號HSYNC_MinMax_Din的值為最小值時(對於負調變系統來說係最大值)，所對應之掃描線率數值控制振盪器150的計數值。舉例而言，參考第10圖，點10A的負峰值(negative peak value)係為窄頻帶濾波信號HSYNC_MinMax_Din目前週期(line(n))之最小值，因此，該最小值所對應的計數值即定義為變數MinMax_Idx_Now的值，如點10B之位置所示。同樣地，前一週期之窄頻帶濾波信號HSYNC_MinMax_Din之最小值(對於負調變系統來說係最大值)所對應的計數值亦定義為變數MinMax_Idx_Pre的值。將MinMax_Idx_Now和MinMax_Idx_Pre代入公式(B)可以得到窄頻帶濾波信號HSYNC_MinMax_Din目前週期的相位差MinMax_Dif_Now。同理可以求得窄頻帶濾波信號HSYNC_MinMax_Din前一週期的相位差MinMax_Dif_Pre(另一個變數)。因此，使用(公式A)可以求得變數MinMax_Var的數值。若隨著水平同步的進行，變數MinMax_Var並沒有產生收歛的情況，則意味接收的窄頻帶濾波信號HSYNC_MinMax_Din並不是所需的。要注意的是，當系統在初使鎖定狀態HSYNC_COARSELOCK和最終鎖定狀態HSYNC_FINELOCK時，MinMax_Idx_Pre係設定為H/2(HSYNC脈衝的一半寬度)的值。

要注意的是，當在初使狀態HSYNC_LOADINIT和搜尋狀態HSYNC_SEARCHING時，相位誤差偵測器120使用變數MinMax_Dif_Now來表示掃描線率的偏移量。當在初使鎖定狀態HSYNC_COARSELOCK和最終鎖定狀態HSYNC_FINELOCK時，相位誤差是由相位誤差偵測器120所計算。此外，匹配旗標MinMax_Idx_OK是由(表1)決定：

其中，對於NTSC電視系統而言，OK_TH1和OK_TH2的參考值分別為44和128。

參考第4圖，相位誤差偵測器120根據收到的信號HSYNC_Slicer_In和HSYNC_Slicer_Threshold來產生信號Ph_Err、HSYNC_Slicer_Out和HSYNC_Width_Chk。如第11A-B圖所示，寬頻帶濾波信號HSYNC_Slicer_In係由寬頻帶LPF 110所產生之不具有高頻成份的影像信號。切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold是由動態切割準位產生器140產生的動態切割準位，稍後將詳細說明如何決定切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold。參考第11A圖，以切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold為基準，本發明將大於切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold之寬頻帶濾波信號HSYNC_Slicer_In的值(amplitude)定義為邏輯0，而將小於切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold之寬頻帶濾波信號HSYNC_Slicer_In的值(amplitude)定義為邏輯1。以這樣的方式，將產生一特性化的正脈衝信號HSYNC_Slicer_Out。以計數值為0之處當成中心點，可進一步將正脈衝信號HSYNC_Slicer_Out分成兩個部份Sn和Sp(其中Sn為正脈衝信號HSYNC_Slicer_Out的前段部份，而Sp為正脈衝信號HSYNC_Slicer_Out的後段部份)。根據標準HSYNC脈衝之寬度H(亦即4.7μs，相當於118個計數值)，可定義一計算視窗(window)HSYNC_PhErr_Window來計算相位誤差Ph_Err。計算視窗HSYNC_PhErr_Window的範圍係由計數值0的中間點向左右兩側各自延伸寬度H的長度。因此，其具有總寬度2H。Sn的數值是將計算視窗HSYNC_PhErr_Window內信號HSYNC_Slicer_Out的左側部份作積分而來，而Sp的數值是將計算視窗HSYNC_PhErr_Window內信號HSYNC_Slicer_Out的右側部份作積分而來。當在初使鎖定狀態HSYNC_COARSELOCK或最終鎖定狀態HSYNC_FINELOCK時，相位誤差Ph_Err可藉由Sp和Sn的差值求得。若Sn=Sp，則相位誤差Ph_Err等於0，代表獲得精確的水平同步。若Sn>Sp，則相位誤差Ph_Err小於0。若Sn<Sp，則相位誤差Ph_Err大於0。要注意的是，上述計算相位誤差Ph_Err的方法僅適用於初使鎖定狀態HSYNC_COARSELOCK和最終鎖定狀態HSYNC_FINELOCK。換言之，在上述兩種狀態中，時序回復電路111係為閉迴路的狀態，並且相位誤差Ph_Err係由相位誤差偵測器120根據前述的參數Sn和Sp而求得。然而，當在最初的兩種狀態HSYNC_LOADINIT(初使狀態)和HSYNC_SEARCHING(搜尋狀態)時，時序回復電路111係為開迴路的狀態，並且相位誤差Ph_Err係由變數MinMax_Dif_Now所決定。縱上所述，相位誤差Ph_Err的計算方式可分類如下：

詳細地說，在時序回復電路111實際啟動之前，本發明即可獲得標準掃描線和實際接收之掃描線兩者間大略的掃描線率偏量(亦即在最初的前兩種狀態內獲得)。以NTSC電視系統為例，其標準之掃描線頻率為15,734Hz，而在本實施例中，假設實際收到之掃描線的頻率為15,625Hz，則在最初的兩種狀態內，即可決定出兩者之間大致的掃描線率偏移量(例如決定出多達90%之總掃描線率偏移量的值，亦即90%*109Hz)，因而可快速的將影像信號同步。此外，本發明實施例對掃描線率偏移量的最大容限誤差約為5%，即介於標準和實際收到之掃描線間，所能容忍之最大的掃描線率偏移量約為15734*5%=787Hz(以NTSC電視系統為標準的電視系統而言)，其對於電視系統的同步能力較傳統技術大為提升。

如前所述，在初使鎖定狀態HSYNC_COARSELOCK和最終鎖定狀態HSYNC_FINELOCK中，相位誤差Ph_Err的計算是藉由參數Sn和Sp而求得，其中Sn的數值是將計算視窗HSYNC_PhErr_Window內信號HSYNC_Slicer_Out的左側部份作積分而來，而Sp的數值是將計算視窗HSYNC_PhErr_Window內信號HSYNC_Slicer_Out的右側部份作積分而來。然而，在本發明另一實施例中，Sn的數值可以藉由對一新定義之計算視窗HSYNC_PhErr_Window內之信號HSYNC_Slicer_In的左側部份作積分而來，而Sp的數值可以藉由對上述新定義之計算視窗HSYNC_PhErr_Window內之信號HSYNC_Slicer_In的右側部份作積分而來。其中上述新定義的計算視窗HSYNC_PhErr_Window的中點落在計數值0的之處，且其視窗寬度可為1.5H(不同於前一實施例的2H)，如第11B圖所示。在本實施例中，不再需要前一實施例的切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold，因此可更進一步節省動態切割準位產生器140之成本。之後，如同前一實施例所述，相位誤差Ph_Err可由Sp和Sn之差值求得。這個方法又稱為無切割準位信號(threshold-free)之相位誤差計算方式。

此外，相位誤差偵測器120也產生用以傳送至相位誤差過濾電路126的邏輯信號HSYNC_Width_Chk。邏輯信號HSYNC_Width_Chk是用來顯示具有不規則波形之HSYNC脈衝的掃描線。所謂不規則波形之HSYNC脈衝係指具有非標準寬度(太窄或太寬)之HSYNC脈衝。這些具有非標準寬度場形的HSYNC脈衝會干擾水平同步的進行，所以這些掃瞄線必須能夠加以偵測(以便將其過濾出來)，如下所述。

欲執行相位誤差的偵測，首先需定義三個既定的臨界值，以便偵測HSYNC脈衝的寬度，其分別為：LThld_of_HSYNC、MThld_of_HSYNC和HThld_of_HSYNC。三個臨界值的預設值可分別為0.25H、0.75H和1.25H。此外，數值St定義為信號HSYNC_Slicer_Out的積分值，其為Sn和Sp之加總值。根據這些定義的參數，邏輯信號HSYNC_Width_Chk可由下列邏輯條件求得：

if(MThld_of_HSync<=St<=HThld_of_HSync)

HSync_Width_Chk　=PERIOD_VALID;

else if(LThld_of_HSync<St<=MThld_of_HSync)

HSync_Width_Chk　=PERIOD_2SHORT;

else if(HThld_of_HSync<St)

HSync_Width_Chk　=PERIOD_2LONG;

else HSync_Width_Chk　=PERIOD_UNKNOWN

藉由上述邏輯條件，可以偵測出不規則波形的掃描線。此後，這些不規則波形的掃描線為相位誤差過濾電路126所過濾掉。第12圖為本發明一實施例之相位誤差電路的電路圖。以第1圖NTSC電視系統的偶數欄位掃描線為例，第0至8條掃描線通常是具有不規則波形的掃描線。因此，第0至8條掃描線將被相位誤差偵測電路120偵測出來，並且為相位誤差過濾電路126所濾除。接著，相位誤差過濾電路126的輸出Ph_Err_Gate傳送至相位誤差統計電路128和迴路濾波器130。

第12圖為本發明一實施例之相位誤差統計電路的電路圖。相位誤差統計電路128包括絕對值計算器141、選擇器142和平均器143。絕對值計算器接收信號Ph_Err_Gate並求出其絕對值。選擇器142選擇信號Ph_Err_Gate的絕對值或最大平均值Avg_Max_Val作為其輸出。最大平均值Avg_Max_Val設定的越大越好，以便反應水平同步一開始時的最糟情況。選擇器142之輸出係由指標Avg_Sel所決定。平均器143根據選擇器142的輸出計算平均相位誤差Ph_Err_Avg。指標Avg_Sel和信號Avg_Ena係根據排程控制有限狀態機170的四個狀態所產生。

參照回第4圖，根據排程控制有限狀態機170之四個狀態而操作於閉迴路或開迴路模式的迴路濾波器130，係用以輸出迴路誤差信號，分別由兩個時序指標：整數迴路誤差值Loop_Err_Intgr和分數迴路誤差值Loop_Err_Fract所構成。更詳細地來說，兩個時序指標Loop_Err_Intgr和Loop_Err_Fract分別為二位元選擇器所擷取並輸出，每一位元選擇器分別選擇迴路誤差信號的整數部份和小數部份之信號。整數迴路誤差值Loop_Err_Intgr之時序指標被傳送至掃描線率數值控制振盪器150。若無時序延遲補償，則將掃描線率數值控制振盪器150的輸出(NCO_Cnt)和時序指標Loop_Err_Fract分別當成掃描線時序參考信號HSYNC_Timing和HSYNC_Fraction。若系統具有時序延遲補償電路，則將信號NCO_Cnt和時序指標Loop_Err_Fract傳送至上述時序延遲補償電路作時序補償，以便使掃描線時序信號NCO_Cnt和整數迴路誤差值Loop_Err_Intgr與輸入影像信號同步。第13圖為本發明一實施例所述之時序補償電路的電路圖。在第13圖中，一延遲信號Latency_Intgr_Val被加到掃描線時序信號NCO_Cnt以獲得掃描線時序參考信號HSYNC_Timing。掃描線時序參考信號HSYNC_Timing用以顯示所接收之掃描線目前的處理進度，例如計數值N(請參見下面解釋，方能了解)。此外，在第13圖中，上述延遲信號Latency_Intgr_Val同時也加到時序指標Loop_Err_Fract，用以獲得另一掃描線時序參考信號HSYNC_Fraction。當相位鎖定時，掃描線時序參考信號HSYNC_Fraction用以顯示相位鎖定之處的精確時序點。詳言之，當相位鎖定時，相位鎖定之處的時序點可能不會剛好發生在特定的整數計數值上，例如剛好發生在第N個計數值上。相位鎖定之處的時序點反而可能發生在第N和N+1個計數值之間，其無法僅藉由掃描線時序參考信號HSYNC_Timing就能夠精確表示。因此，需要藉由掃描線時序參考信號HSYNC_Fraction來表示介於N和N+1之間的小數點的計數值。

除了切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold之外，本發明至此已說明完畢。接著，將解釋切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold的產生方式。

如上所述，切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold是由動態切割準位產生器140所產生，並且傳送至相位誤差偵測器120，用以計算相位誤差Ph_Err。為了產生切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold，必須使用到寬頻帶LPF 110的寬頻帶濾波信號HSYNC_Slicer_In和掃描線率數值控制振盪器150產生的掃描線時序信號NCO_Cnt，如第14圖下方所示。根據上述兩個信號，動態切割準位產生器140定義下列參數：

a window BkPorch_Val_Window;

a value HSync_Peak_Val；以及

a value BackPorch_Val。

參考第14圖，計算視窗BkPorch_Val_Window係定義來估計後緣(backporch)的準位。數值HSync_Peak_Val係寬頻帶濾波信號HSYNC_Slicer_In於計算視窗BkPorch_Val_Window內的最小值。數值BackPorch_Val係寬頻帶濾波信號HSYNC_Slicer_In於計算視窗BkPorch_Val_Window內的統計平均值。當掃描掃描線時序信號NCO_Cnt的數值為PosBound時，切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold(n+1)便可以藉由以下式子求得：

(1)若HSync_Width_Chk非為PERIOD_2LONG，則切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold(n+1)為：(HSync_Peak_Val(n)+BackPorch_Val(n))/2，或是

(2)若HSync_Width_Chk為PERIOD_2LONG，則切割準位信號HSYNC_Slicer_Threshold(n+1)維持為HSync_Slicer_Threshold(n)，其中HSync_Slicer_Threshold(n)係於前一掃瞄線時決定。

雖然本發明已由較佳實施例揭露如上，但並非用以限定本發明。習知技藝者應能延伸應用本發明的概念以涵括本發明的數種變型或類似的設置。因此本發明的範圍係以所附之申請專利範圍為主。

10．．．影像水平同步裝置

100．．．影像水平同步器

101．．．濾波電路

110．．．寬頻帶低通濾波器

111．．．時序回復電路

116．．．窄頻帶低通濾波器

120．．．相位誤差偵測器

126．．．相位誤差過濾電路

128．．．相位誤差統計電路

130．．．迴路濾波器

140．．．動態切割準位產生器

141．．．絕對值計算器

142．．．選擇器

143．．．平均器

150．．．掃描線率數值控制振盪器

160．．．水平同步信號場形檢查器

170．．．排程控制有限狀態機

200．．．影像信號後處理單元

HSync_Fraction、HSync_Timing．．．掃描線時序參考信號

HSync_Locked．．．顯示旗標

HSYNC_LOADINIT．．．初始狀態

HSYNC_SEARCHING．．．搜尋狀態

HSYNC_COARSELOCK．．．初始鎖定狀態

HSYNC_FINELOCK．．．最終鎖定狀態最終鎖定狀態

HSync_Slicer_In．．．寬頻帶濾波信號

HSync_Slicer_Out．．．正脈衝信號

HSync_Slicer_Threshold．．．切割準位信號

Hsync_PhErr_Window、BkPorch_Val_Window．．．計算視窗

Ph_Err．．．相位誤差

HSync_Width_Chk．．．邏輯信號

Ph_Err_Gate、Avg_Ena．．．信號

Loop_Err_Intgr．．．整數迴路誤差值

Loop_Err_Fract．．．時序指標

NCO_Cnt．．．掃描線時序信號

NCO_Cnt_Sel_Val．．．計數值

Ph_Err_Avg．．．平均相位誤差

HSync_MinMax_Din．．．窄頻帶濾波信號

MinMax_Dif_Now、MinMax_Idx_Now、MinMax_Idx_Pre．．．變數

MinMax_Idx_OK．．．匹配旗標

NegBound-Loop_Err_Intgr、PostBound．．．常數值

HSync_FSM_CState、HSync_FSM_NState．．．旗標

Avg_Max_Val．．．最大平均值

Avg_Sel．．．指標

Latency_Intgr_Val．．．延遲信號

HSync_Peak_Val．．．數值

本發明能藉由閱讀上述實施方式並搭配圖示而被較佳地理解，其中：

第1圖為電視系統中(例如NTSC或PAL/SECAM電視系統)複合式影像廣播信號(CVBS)的波形；

第2圖為NTSC或PAL/SECAM電視系統中掃描線的詳細波形；

第3圖為本發明一實施例之影像水平同步裝置的簡圖；

第4圖為本發明一實施例之影像水平同步器的方塊圖；

第5A圖為本發明一實施例之寬頻帶LPF 110和窄頻帶LPF 116的輸出信號；

第5B圖為本發明一實施例之寬頻帶LPF 110和窄頻帶LPF 116的電路圖；

第6圖為本發明一實施例之掃描線時序信號和掃瞄線的波形；

第7圖為本發明一實施例之掃描線率數值控制振盪器150的電路圖；

第8A和8B圖為本發明一實施例之排程控制有限狀態機的流程圖；

第9圖為本發明一實施例之(搜尋)狀態HSYNC_SEARCHING；

第10圖為本發明一實施例之HSYNC場形檢查器的波形；

第11A圖為本發明一實施例之相位誤差偵測器的波形；

第11B圖為本發明一實施例之相位誤差偵測器的波形；

第12圖為本發明一實施例之相位誤差電路的電路圖；

第13圖為本發明一實施例之時序補償電路的電路圖；並且

第14圖為本發明一實施例之動態切割準位產生器的波形。