TWI396444B

TWI396444B - 調適產生時脈視窗的方法及解碼器

Info

Publication number: TWI396444B
Application number: TW98144779A
Authority: TW
Inventors: Tien Ju Tsai
Original assignee: Himax Media Solutions Inc
Priority date: 2009-12-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2013-05-11
Also published as: TW201123900A

Description

調適產生時脈視窗的方法及解碼器

本發明係有關通訊，特別是關於一種影像解碼器(video decoder)的動態時脈視窗的調適(adaptation)。

在傳統類比電視廣播系統中，例如在美國國家電視標準委員會(National Television System Committee,以下簡稱NTSC)、相位轉換線(Phase Alternating Line，以下簡稱PAL)或循序色彩記憶(Séquentiel couleur à mémoire或Sequential Color with Memory，以下簡稱SECAM)等系統中，所傳送的影像係由一序列的靜態圖片或訊框(frame)所組成。例如，NTSC系統規定每秒傳送約30訊框，而PAL及SECAM系統則規定每秒傳送25訊框。每一訊框由數百條水平掃描線所組成。例如，在NTSC系統，每一訊框含有525條掃描線，其中，奇數掃描線組成一奇圖場而偶數掃描線則組成一偶圖場。每一訊框的水平掃描線不僅含有影像訊息，還含有垂直同步(vertical synchronization，VSYNC)訊息。垂直同步訊息可於垂直遮沒區間(vertical blanking interval，以下簡稱VBI)傳送。例如，在NTSC系統中，編號第1-22條的掃描線為奇圖場的垂直同步線，而編號第263-285條的掃描線為偶圖場的垂直同步線。垂直同步線並不載送影像訊息，但是可用於同步及等化(equalization)。

傳統類比廣播電視系統利用VBI期間讓陰極射線管( cathode ray tube，CRT)內的電磁線圈得以垂直偏轉電子束。雖然VBI的需求不存在於現今的數位電視，但是卻仍見於現今的數位廣播電視系統中，用於載送輔助的訊息(一般稱為資料廣播(datacasting))提供給觀者。在VBI期間，可播送不同種類的訊息，例如，電傳視訊(teletext)、垂直區間時間碼(vertical interval time code，VITC)、隱藏字幕(closed captioning，CC)、複本管理系統(copy generation management system，CGMS)、寬螢幕信號(widescreen signaling，WSS)及影像編程系統(video programming system，VPS)等等。

於接收端(例如數位電視)，解調器(demodulator)解調所接收的調變信號(modulated signal)。接著，使用影像解碼器對解調過的調變信號執行同步及復原訊息。第一圖顯示影像編碼器之功能方塊圖，其包括水平同步器10、垂直同步器12及VBI解碼器14。當水平同步器10及垂直同步器12對所接收的影像信號完成水平同步及垂直同步，且分別產生水平同步信號(HSync_Timing)及垂直同步信號(VSync_Timing)之後，VBI解碼器14即擷取及復原VBI資料(VBI_Word_Data)。

根據VBI相關協定，於VBI訊息之傳送資料主體的前面，通常會藉由開放式系統連接(open system interconnection，以下簡稱OSI)模型之資料連結層將前置符元(preamble)和訊框碼(frame code)附加上去；其中前置符元或為前導時脈(clock run-in)，訊框碼或為訊框開始定義符號(start-of-frame delimiter，以下簡稱SFD)。第二圖顯示傳送封包之例示波形。前置符元可用以輔助接收器進行信號位準/通道評估及同步。此外，在接收器中可使用訊框碼以決定資料主體的起始位置。

在對前置符元做水平同步之後，接收器定義並產生一時脈視窗，或稱時序(timing)視窗。在時脈視窗的活動期間(active period)，可執行前導時脈的符號(symbol)時序復原。換句話說，時脈視窗涵蓋了前導時脈的符號時序復原。第三圖顯示接收封包及其時脈視窗(CLK_Win)。如第三圖所示，自水平同步信號(HSync_Timing)的下降邊緣(falling edge)經過第一標準時序限制(timing constraint)T1_typ之後，即開始進入前導時脈。例如，於電傳視訊系統-B中，T1_typ的長度為10.1982微秒(μs)。再者，前導時脈的持續時間通常等於第二標準時序限制T2_typ，且訊框碼的持續時間通常等於第三標準時序限制T3_typ，其中，於電傳視訊系統-B中，T2_typ及T3_typ分別相當於16符號及8符號，且符號的預設時間為0.1441441微秒。T2和T3相加得到第四時序限制T4的符號長度(亦即，24符號)，且T1和T4相加得到第五時序限制T5的符號長度。下表一顯示於一例示系統中，時序限制T1、T2、T3及T4的最小值、標準值及最大值：表一

於表一中，根據射頻(radio frequency,RF)通道間之符號時間可容許的偏差(deviation)，以決定最小的時序限制之符號時間為0.1441405μs，以及最大的時序限制之符號時間為0.1441477μs。更明確地說，於例示系統中，假設符號時間之最小/最大偏差的比例為百萬分之250(parts-per-million，以下簡稱ppm)。所以，最小/最大偏差為0.0000036，亦即0.1441441*250 ppm。如此，最小時序限制的符號時間為0.1441405μs，亦即(0.1441441-0.0000036)μs；且最大時序限制之符號時間為0.1441477μs，亦即(0.1441441+0.0000036)μs。

為考量不同種類之傳送器的不同變異，時脈視窗一般自水平同步信號(HSync_Timing)的下降邊緣經過第一最小時序限制T1_min之後被賦能，並於水平同步信號(HSync_Timing)的下降邊緣經過第一最大時序限制T1_max加上第二最大時序限制T2_max之後被禁能。雖然此種時脈視窗較為寬鬆且具固定長度，因而可以確保涵蓋任何一種前導時脈。然而，對於符號復原的執行效率卻不佳，尤其是當所接收資料的信號雜訊比(SNR)不夠高時更甚。

鑑於傳統時脈視窗無法有效地進行前導時脈的符號時序復原，因此，亟需提出一種新穎的機制，用以調適提供適當、動態且更能抗雜訊的時脈視窗，以利符號時序的復原。

鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提供一種調適產生時脈視窗的方法及解碼器，可適用於不同種類的傳送器，用以調適調整時脈視窗，以利符號時序的復原。

根據本發明實施例之一，檢測水平同步信號的下降負緣，且決定實際訊框碼和預設訊框碼之間的時間差。根據下降負緣及時間差，以決定時脈視窗的開始位置及結束位置。藉此，透過接收前導時脈信號，可於時脈視窗期間執行符號時序復原。

根據本發明另一實施例，解碼器主要包含訊框碼搜尋單元、時脈視窗產生器及符號時序復原單元。訊框碼搜尋單元搜尋預設訊框碼和接收資料位元之間的匹配，當匹配發生時，即產生訊框碼控制信號。時脈視窗產生器根據水平同步信號的下降負緣及訊框碼控制信號，以決定時脈視窗的開始位置及結束位置；且決定實際訊框碼和預設訊框碼之間的時間差。符號時序復原單元於時脈視窗期間，透過接收前導時脈信號，以進行符號時序復原。

第四圖之功能方塊圖顯示本發明實施例之垂直遮沒區間(vertical blanking interval，以下簡稱VBI)解碼器。本實施例可適用於數位接收器及通信系統的一般接收器，用以復原VBI資料。

在本實施例中，時脈視窗產生器40根據水平同步信號(HSync_Timing)以及得自訊框碼(SFD)搜尋單元41的訊框碼控制信號(SFD_Found)，調適產生時脈視窗(CLK_Win)。在本實施例中，當發現接收資料位元和預設SFD樣式之間相互匹配時，即產生訊框碼控制信號(SFD_Found)或將訊框碼控制信號賦能。有關時脈視窗產生器40的細節，將於本說明書後面詳述。SFD搜尋單元41執行預設SFD樣式和接收資料位元(Rx_Bit0)之間的完整匹配(full matching)或部分匹配(partial matching)。有關SFD搜尋單元41的實施，可參考本案同一申請人的另一件台灣申請案，申請號為98137729，題為「使用增強部分比對的資料接收方法及系統」。

在決定了時脈視窗(CLK_Win)之後，符號時序復原單元42，例如本地振盪器(local oscillator)，復原所接收影像信號(Video_Signal)的時脈或時序。標記為”Clock”之復原時脈可提供給位元流切片器(bit stream slicer)43，用以將接收的影像信號(Video_Signsl)轉換為資料位元(Rx_CLK0)及所對應的資料時脈(Rx_Clk0)。關於位元流切片器43的實施電路，可參考本案同一申請人的另一件台灣申請案，申請號為98137729，題為「使用增強部分比對的資料接收方法及系統」。

於訊框碼匹配之後，封包組合器(packet assembler)44自資料主體擷取資料位元(Rx_Bit1)，並將其組成封包(packet)。接著，設置於OSI模型之資料連結層的協定剖析器(protocol parser)45解譯封包，並執行其他功能，例如執行封包的錯誤偵測及/或更正。

根據本實施例特徵之一，可使用第五圖所示之流程調適產生時脈視窗(CLK_Win)。第六圖例示相關於第五圖流程的接收封包及時脈視窗。表一所列的時序限制也可適用於第六圖。於本說明書及圖式中，”max”代表最大、”typ”代表標準，且”min”代表最小。

於步驟51，將變數SFD_Lead及SFD_Lag分別初始化為常數TH1及TH2。在本實施例中，變數SFD_Lead用以代表一實際SFD領先於理想或預設SFD的超前時間(lead time)，而變數SFD_Lag則用以代表一實際SFD落後於理想或預設SFD的落後時間(lag time)。變數SFD_Lead及SFD_Lag可視為實際SFD和預設SFD之間的時間差或誤差信號。步驟51可以於系統重設時或者當資料源或射頻通道有改變時執行。

接著，於步驟52，決定時脈視窗的開始位置(CLK_Win_Bgn)及結束位置(CLK_Win_End)，分別表示如下：CLK_Win_Bgn=T5_typ-T6_typ-SFD_Lead；及CLK_Win_End=T5_typ-T7_typ+SFD_Lag；其中，第六時序限制T6係定義為T4_max+TH3，其自時脈視窗(CLK_Win)的開始位置直到領先SFD的結束位置。第七時序限制T7係定義為T3_min-TH4，其自時脈視窗的結束位置直到落後的SFD的結束位置。TH3及TH4為常數。時脈視窗的開始位置(CLK_Win_Bgn)及結束位置(CLK_Win_End)皆自水平同步信號的下降負緣起算。於步驟52，將SFD檢測旗標(SFD_Detected)予以禁能。SFD檢測旗標將被應用於後續的操作流程。

由於變數SFD_Lead及SFD_Lag為變動的，因此，透過接收周期(reception cycle)，可根據實際SFD的擺動(swing)並根據先前變數SFD_Lead及SFD_Lag的值，因而得以調適地且正確地調整得到時脈視窗的開始位置(CLK_Win_Bgn)及結束位置(CLK_Win_End)。再者，可利用一些統計方法，例如，但不限定於，最小均方(LMS)演算法，於經過多個接收周期之後，變數SFD_Lead及SFD_Lag即可達到收斂，進而產生最佳或接近最佳的時脈視窗(CLK_Win)，用以剛好涵蓋前導時脈周期，或者涵蓋具可接受容許範圍之前導時脈周期。藉由本實施例所產生之最佳或接近最佳的時脈視窗，其寬度小於傳統的時脈視窗(如第三圖所示)。熟悉此技藝之人士可知，寬度較窄的時脈視窗較不易受到雜訊的影響。此外，有限的訓練周期(training period)對資料復原是有幫助的。然而，於訓練的過程中，寬度較長的時脈視窗將使得剩餘的訓練周期變少。因此，相較於習知技術，本發明提供一種更能抗雜訊且具更多可用的訓練序列。

在本實施例中，使用變數SFD_Lead及SFD_Lag以分別調整時脈視窗的開始位置及結束位置。然而，熟悉此技藝之人士可知，於其他實施例中，亦可僅用單一變數來調適調整時脈視窗的開始位置或結束位置。例如，於一實施例中，使用單一變數SFD_Lead來調整時脈視窗的開始位置(CLK_Win_Bgn)，而整個時脈視窗的長度則保持固定。時脈視窗的開始位置(CLK_Win_Bgn)及結束位置(CLK_Win_End)可定義如下：CLK_Win_Bgn=T5_typ-T6_typ-SFD_Lead；及CLK_Win_End=CLK_Win_Bgn+T2_max；其中，T2_max為預設第二最大時序限制，其自時脈視窗的開始位置直到時脈視窗的結束位置。

於另一實施例中，使用單一變數SFD_Lag來調整時脈視窗的結束位置(CLK_Win_End)，而整個時脈視窗的長度則保持固定。時脈視窗的開始位置(CLK_Win_Bgn)及結束位置(CLK_Win_End)可定義如下：CLK_Win_End=T5_typ-T7_typ+SFD_Lag；及CLK_Win_Bgn=CLK_Win_End-T2_max。

接著，於步驟53，當檢測到水平同步信號(HSync_Timming)的下降負緣時，即重置計時器TMR1(步驟54)，並禁能時脈視窗(CLK_Win)(步驟55)。當計時器TMR1計時到達時脈視窗的開始位置(CLK_Win_Bgn)時(步驟56)，即將時脈視窗賦能(步驟57)。接下來，當計時器TMR1計時到達時脈視窗的結束位置(CLK_Win_End)時(步驟58)，則將時脈視窗禁能(步驟59)。

接著，當預設SFD已找到或匹配時(步驟60)，即賦能SFD檢測旗標(SFD_Detected)(步驟61)，並將變數SFD_Lead及SFD_Lag更新如下：SFD_Lead+=((T5_typ-SFD_Lead-TMR1)*Alpha；及SFD_Lag-=((T5_typ+SFD_Lag-TMR1)*Alpha；其中，Alpha為常數且代表LMS演算法中的加權(weighting)因子。複合運算子”+=”用以將式子右側加到變數SFD_Lead；複合演算子”-=”則用以將式子右側自變數SFD_Lag減除。

若未到達第五最大時序限制T5_max(步驟62)，則持續執行步驟60以繼續搜尋SFD。如果最後仍沒有發現SFD且SFD檢測旗標(SFD_Detected)維持於禁能(亦即步驟63的”否”分支路徑)，此可能表示資料來源有中斷。為了讓LMS演算法能夠收斂，將變數SFD_Lead及SFD_Lag增加一常數值(Beta)後(步驟64)，再一次的重新執行整個流程。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

10‧‧‧水平同步器

12‧‧‧垂直同步器

14‧‧‧VBI解碼器

40‧‧‧時脈視窗產生器

41‧‧‧SFD搜尋單元

42‧‧‧符號時序復原單元

43‧‧‧位元流切片器

44‧‧‧封包組合器

45‧‧‧協定剖析器

51-64‧‧‧步驟

TMR1‧‧‧計時器

HSync_Timing‧‧‧水平同步信號

VSync_Timing‧‧‧垂直同步信號

T1、T2、T3、T4、T5、T6及T7‧‧‧時序限制

CLK_Win‧‧‧時脈視窗

Clock‧‧‧復原時脈

CLK_Win_Bgn‧‧‧時脈視窗的開始位置

CLK_Win_End‧‧‧時脈視窗的結束位置

SFD_Lead、SFD_Lag‧‧‧變數

VBI_Word_Data‧‧‧復原VBI資料

SFD_Detected‧‧‧SFD檢測旗標

SFD_Found‧‧‧訊框碼控制信號

Rx_Bit0、Rx_Bit0‧‧‧資料位元

Rx_Clk0、Rx_Clk1‧‧‧資料時脈

TH1、TH2、TH3、TH4‧‧‧常數

Packet‧‧‧封包

Video_Signal‧‧‧影像信號

第一圖為影像編碼器之功能方塊圖。

第二圖為傳送封包之例示波形圖。

第三圖為接收封包及其時脈視窗(CLK_Win)之示意圖。

第四圖為本發明實施例之VBI解碼器之功能方塊圖。

第五圖為本發明調適產生時脈視窗的流程圖。

第六圖為相關於第五圖流程的接收封包及時脈視窗示意圖。