TWI462486B - 視訊訊號自動相位偵測裝置及其方法 - Google Patents

Description

視訊訊號自動相位偵測裝置及其方法

本發明係有關於相位偵測，特別地，有關於自動偵測動態類比視訊訊號之取樣相位之裝置與方法。

數位影像處理應用於顯示器系統相當普遍，然而，在數位訊號傳輸普及之前，類比訊號傳輸模式仍然是在兩個不同系統介面間傳遞資料的主要方式。利用類比訊號傳遞僅需要一條資料線。需要利用數位至類比轉換器(digital-to-analog converter，簡稱DAC)和類比至數位轉換器(analog-to-digital converter，簡稱ADC)，做為連接兩個數位系統的重要元件。例如：由個人電腦內之繪圖卡(graphics card)所產生之數位像素資料，經由DAC轉換為相對應之類比像素資料後，經由纜線傳送於數位顯示裝置內之ADC處。此ADC接收到類比像素資料後，轉換為相對應之數位像素資料，供影像顯示之用。

在視訊訊號處理系統中，如電視、數位電視等，ADC被廣泛地使用來將類比視訊訊號轉換為數位視訊訊號，其性能表現及正確性對畫面顯示非常重要。類比至數位轉換器對類比訊號進行取樣時之取樣頻率決定於取樣時脈訊號。習知應用於個人電腦螢幕顯示的視訊模式中，其偵測類比視訊訊號之取樣相位和取樣頻率之方法係建立在個人電腦顯示畫面為靜止之前提下，當視訊模式應用於影像播放時，偵測取樣相位則需考慮到畫面的變動，畫面變動會影響偵測取樣頻率和取樣相位之準確性，而每種視訊模式的類比視訊訊號之取樣頻率為視訊規格所制定，取樣相位須要被決定，因此需要一種可偵測動態類比視訊訊號之取樣相位的裝置及方法。

本發明揭露一種自動相位偵測裝置及其方法，用以自動偵測目標取樣相位，自動相位偵測裝置包括：相位決定裝置，用以產生複數個相位控制訊號；取樣時脈產生器，耦接於相位決定裝置，用以根據該些相位控制訊號產生複數個取樣時脈訊號；類比至數位轉換器，耦接於取樣時脈產生器，用以根據該些取樣時脈訊號，將類比視訊訊號轉換為數位視訊訊號；相位偵測器，耦接於類比至數位轉換器和相位決定裝置，用以根據數位視訊訊號，產生複數個相位偵測結果；以及運動偵測器，耦接於類比至數位轉換器與相位決定裝置，用以偵測數位視訊訊號之運動以產生運動偵測結果，其中，相位決定裝置根據該些相位偵測結果和運動偵測結果從該些相位控制訊號中決定目標取樣相位。

本發明亦揭露一種自動相位偵測方法，用以自動偵測目標取樣相位，自動相位偵測方法包括：根據一目前取樣相位，將該類比視訊訊號轉換為該數位視訊訊號；偵測數位視訊訊號之運動以產生運動偵測結果；以及根據運動偵測結果，選擇性地進行相位偵測以選擇目標取樣相位並將目前取樣相位更新為目標取樣相位。較佳地，當運動偵測結果小於第一臨界值時，進行相位偵測以選擇目標取樣相位；以及當運動偵測結果小於第二臨界值時，將目前取樣相位更新為目標取樣相位。

第一圖係根據本發明具體實施例之自動相位偵測裝置100方塊圖。自動相位偵測裝置100包含相位決定裝置110、取樣時脈產生器120、類比至數位轉換器130、運動偵測器140、儲存裝置150和相位偵測器160。類比至數位轉換器130接收一類比視訊訊號170，相位決定裝置110先產生一相位控制訊號至取樣時脈產生器120，使取樣時脈產生器120產生具有預定相位之取樣時脈訊號，取樣時脈訊號之頻率根據該視訊規格而決定。類比至數位轉換器130根據取樣時脈訊號對類比視訊訊號170進行取樣產生數位視訊訊號，其取樣頻率和取樣相位決定於取樣時脈訊號。運動偵測器140偵測數位視訊訊號是否具有運動以產生運動偵測結果至相位決定裝置110，以判斷顯示畫面有無運動。舉例而言，儲存裝置150儲存接收前一張或前兩張影像的資料，或者鄰近時間點之數張影像資料，舉例而言，運動偵測器140將接收到數位視訊訊號所代表之影像資料與先前的影像資料比較，以產生運動偵測結果，判斷畫面有無改變。舉例而言，當運動偵測結果小於一臨界值TH1時，則判斷顯示畫面為靜止，較佳地，當運動偵測結果小於一臨界值TH1且運動偵測結果之時間變化率小於另一臨界值TH2時，則可判斷顯示畫面為靜止，較佳地，當顯示畫面維持靜止時偵測出的目標取樣相位將係可靠的，相位決定裝置110即依序產生複數個相位控制訊號至取樣時脈產生器120，取樣時脈產生器120則依序產生複數個具有不同預定相位之取樣時脈訊號，類比至數位轉換器130則根據該些取樣時脈訊號依序將類比視訊訊號170分別轉換為數位視訊訊號，則每一數位視訊訊號相關於不同的預定相位，相位偵測器160根據各數位視訊訊號產生複數個相位偵測結果，相位決定裝置110可根據該些相位偵測結果決定一最佳取樣相位。找出最佳取樣相位後，相位決定裝置110先利用原來用以偵測運動偵測結果之預定相位，來判斷此時運動偵測結果是否仍小於臨界值TH1，用以判斷顯示畫面是否已經改變，若運動偵測結果小於臨界值TH1，則判斷目前顯示畫面尚未改變，相位決定裝置110則決定該最佳取樣相位為目標取樣相位，並輸出供取樣時脈產生器120運作。若運動偵測結果超過臨界值TH1，判斷畫面已改變，則需重新執行相位偵測，相位決定裝置110可再重新產生代表複數個預定相位之相位控制訊號來偵測目前顯示畫面的最佳取樣相位。

第二圖係根據本發明另一具體實施例之自動相位偵測裝置200方塊圖。自動相位偵測裝置200包含相位決定裝置210、第一取樣時脈產生器220、第二取樣時脈產生器221、第一類比至數位轉換器230、第二類比至數位轉換器231、運動偵測器240、儲存裝置250和相位偵測器260。相位決定裝置210可產生複數個相位控制訊號以指示複數個預定相位，第一取樣時脈產生器220根據該些相位控制訊號產生複數個第一取樣時脈訊號，其中該些第一取樣時脈訊號分別具有該些預定相位，第一類比至數位轉換器230根據該些第一取樣時脈訊號將類比視訊訊號270轉換為複數個第一數位視訊訊號來偵測最佳取樣相位，其第一數位視訊訊號所承載的影像資料並不會實際顯示出來，也就是說第一類比至數位轉換器230可以視為一離線(off line)類比至數位轉換器。第二取樣時脈產生器221首先根據複數個相位控制訊號之一者產生第二取樣時脈訊號281，其中第二取樣時脈訊號281之頻率係根據該視訊規格而決定，第二類比至數位轉換器231根據第二取樣時脈訊號281，將類比視訊訊號270轉換為第二數位視訊訊號291，以將其顯示於顯示器上，並將第二數位視訊訊號291輸出至運動偵測器240以偵測畫面中是否有運動。

運動偵測器240偵測該第二數位視訊訊號291是否有運動以產生運動偵測結果輸出至相位決定裝置210。儲存裝置250儲存接收影像訊號之前一張或前兩張影像場的資料，或者鄰近時間點之數張影像資料，舉例而言，運動偵測器240將接收到之第二數位視訊訊號291中目前影像場與先前的影像場比較，以產生運動偵測結果以判斷畫面有無改變。舉例而言，當運動偵測結果小於一臨界值TH1時，則判斷顯示畫面為靜止，較佳地，當運動偵測結果小於一臨界值TH1時且運動偵測結果之時間變化率小於另一臨界值TH2時，則相位決定裝置210判斷畫面為靜止，並執行相位偵測，舉例而言，相位決定裝置210即依序產生複數個相位控制訊號至第一取樣時脈產生器220，以供第一類比至數位轉換器230依序將類比視訊訊號270轉換為複數個第一數位視訊訊號，則每一第一數位視訊訊號相關於不同的預定相位之取樣。相位偵測器260根據該些第一數位視訊訊號依序產生複數個相位偵測結果，相位決定裝置210則根據該些相位偵測結果決定一最佳取樣相位。在執行相位偵測的過程中，運動偵測器240可偵測影像畫面之運動，當運動偵測結果顯示為運動，較佳地，運動偵測結果大於臨界值TH1時，或其時間變化率大於另一臨界值TH2時，相位決定裝置210則停止執行相位偵測，待運動偵測結果顯示畫面進入靜止狀態後，相位決定裝置210再重新執行相位偵測。

於另一具體實施例中，運動偵測器240可以利用偵測數位視訊訊號傳送之影像場Field(n)，與其前後時間點的影像場Field(n-2)或Field(n-1)的運動差異，來產生運動偵測結果。當影像場以奇偶影像場交錯出現，可將影像場Field(n)與Field(n-2)相減取絕對值，以表示對應掃描線於鄰近時間點之差異，其可表示奇掃描線或對應偶掃描線之差異；或者，將影像場Field(n)與Field(n-1)相減取絕對值，其可表示鄰近掃描線於鄰近時間點之影像差異。

第三圖係根據本發明具體實施例用於相位偵測器260之相位偵測示意圖。曲線300代表一類比視訊訊號，曲線301與曲線302代表使用不同預定相位之取樣時脈訊號，對類比視訊訊號曲線300取樣的適應曲線，其中每種適應曲線可以對應一種數位視訊訊號。由於類比視訊訊號曲線300之轉折點帶有顯示影像場所需之資訊，因此轉折點代表的資訊是希望被取樣而得的，並轉換至數位視訊訊號。曲線301代表取樣點正中轉折點所得之適應曲線，曲線302代表取樣點未能正中轉折點所得之適應曲線。第二圖中相位偵測器260可以利用一相位偵測演算法則，分別計算該些數位視訊訊號之相位偵測結果，舉例而言，可以一分數值(score)代表相位偵測結果，舉例而言，該演算法則可以是計算各取樣相位對應之適應曲線之斜率極性變動總和，若取樣點越靠近轉折點，適應曲線之斜率極性變動總和則越大，可以獲得越高之分數值，因此，曲線301之分數值較曲線302為大，相位決定裝置210可根據偵測分數值選出最佳取樣相位。

第四圖係根據本發明具體實施例之自動相位偵測方法流程圖。自動相位偵測方法流程始於步驟400，步驟410係利用一目前取樣相位產生取樣時脈訊號，取樣時脈訊號之頻率根據該視訊規格而決定。步驟420係利用取樣時脈訊號將類比視訊訊號轉換為數位視訊訊號。步驟430係根據數位視訊訊號與相鄰畫面產生運動偵測結果。舉例而言，可以根據該數位視訊訊號偵測影像場Field(n)與前後時間點的影像場Field(n-2)或Field(n-1)的運動差異，來產生運動偵測結果。當影像場係以奇偶影像場交錯出現，較佳地，將影像場Field(n)與Field(n-2)相減取絕對值，可以表示對應掃描線於鄰近時間點之差異(可能是對應奇掃描線或對應偶掃描線之差異)，或者，影像場Field(n)與Field(n-1)相減取絕對值，亦可以表示鄰近時間點之影像差異。步驟440係選擇性地執行相位偵測，也就是說，當運動偵測結果為靜止時，執行相位偵測，以決定最佳取樣相位，舉例而言，若運動偵測結果小於一臨界值TH1，較佳地，運動偵測結果小於一臨界值TH1且時間變化率亦小於另一臨界值TH2時，則判斷運動偵測結果為靜止。執行相位偵測之方法流程將於第五圖說明之。步驟450係決定最佳取樣相位後，判斷該運動偵測結果是否仍指示為靜止，若結果為是，則進行步驟460，將該目前取樣相位更新為該最佳取樣相位，若結果為否，則重覆步驟430。或者，在執行相位偵測過程中，當運動偵測結果指示為非靜止時，則停止執行相位偵測，並重覆步驟430。最後流程結束於步驟470。

第五圖係根據本發明具體實施例之相位偵測流程圖。流程始於步驟500，步驟510係根據複數個預定相位，產生複數個取樣時脈訊號。步驟520係利用該些取樣時脈訊號，將類比視訊訊號進行取樣以產生複數個數位視訊訊號。步驟530係根據該些數位視訊訊號，產生複數個相位偵測結果，舉例而言，可以利用一相位偵測演算法則，分別計算該些數位視訊訊號之相位偵測結果，可以一分數值代表相位偵測結果，舉例而言，演算法則可以是計算各取樣相位對應之適應曲線之斜率極性變動總和，若取樣點越靠近轉折點，適應曲線之斜率極性變動總和則越大，可以獲得越高之分數值。步驟540係根據該些相位偵測結果決定一最佳取樣相位，舉例而言，可以將偵測分數值最高之預定相位決定為最佳取樣相位。最後流程結束於步驟550。

綜上所述，本發明揭露一種自動相位偵測裝置及其方法，用以自動偵測目標取樣相位，自動相位偵測裝置包括：相位決定裝置，用以產生複數個相位控制訊號；取樣時脈產生器，耦接於相位決定裝置，用以根據該些相位控制訊號產生複數個取樣時脈訊號；類比至數位轉換器，耦接於取樣時脈產生器，用以根據該些取樣時脈訊號，將類比視訊訊號轉換為數位視訊訊號；相位偵測器，耦接於類比至數位轉換器和相位決定裝置，用以根據數位視訊訊號，產生複數個相位偵測結果；以及運動偵測器，耦接於類比至數位轉換器與相位決定裝置，用以偵測數位視訊訊號之運動以產生運動偵測結果，其中，相位決定裝置根據該些相位偵測結果和運動偵測結果從該些相位控制訊號中決定目標取樣相位。

本發明亦揭露一種自動相位偵測方法，用以自動偵測目標取樣相位，自動相位偵測方法包括：根據一目前取樣相位，將類比視訊訊號轉換為數位視訊訊號；偵測數位視訊訊號之運動以產生運動偵測結果；以及根據運動偵測結果，選擇性地進行相位偵測以選擇目標取樣相位並將目前取樣相位更新為目標取樣相位。較佳地，當運動偵測結果小於第一臨界值時，進行相位偵測以選擇目標取樣相位；以及當運動偵測結果小於第二臨界值時，將目前取樣相位更新為目標取樣相位。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

本案圖式中所包含之各元件列示如下：

100、200．．．自動相位偵測裝置

110、210．．．相位決定裝置

120．．．取樣時脈產生器

130．．．類比至數位轉換器

140、240．．．運動偵測器

150、250．．．儲存裝置

160、260．．．相位偵測器

170、270．．．類比視訊訊號

220．．．第一取樣時脈產生器

221．．．第二取樣時脈產生器

230．．．第一類比至數位轉換器

231．．．第二類比至數位轉換器

281．．．第二取樣時脈訊號

291．．．第二數位視訊訊號

300、301、302．．．曲線

本案得藉由下列圖式及說明，俾得一更深入之了解：

第一圖係根據本發明具體實施例之自動相位偵測裝置方塊圖。

第二圖係根據本發明另一具體實施例之自動相位偵測裝置方塊圖。

第三圖係根據本發明具體實施例用於相位偵測器之相位偵測示意圖。

第四圖係根據本發明具體實施例之自動相位偵測方法流程圖。

第五圖係根據本發明具體實施例之相位偵測流程圖。

200．．．自動相位偵測裝置

210．．．相位決定裝置

220．．．第一取樣時脈產生器

221．．．第二取樣時脈產生器

230．．．第一類比至數位轉換器

231．．．第二類比至數位轉換器

240．．．運動偵測器

250．．．儲存裝置

260．．．相位偵測器

270．．．類比視訊訊號

281．．．時脈訊號

291．．．數位視訊訊號

Claims (19)

1. 一種自動相位偵測裝置，用以自動偵測一目標取樣相位，該自動相位偵測裝置包括：一相位決定裝置，用以產生複數個相位控制訊號；一取樣時脈產生器，耦接於該相位決定裝置，用以根據該些相位控制訊號產生複數個取樣時脈訊號；一類比至數位轉換器，耦接於該取樣時脈產生器，用以根據該些取樣時脈訊號，將一類比視訊訊號轉換為一數位視訊訊號；一相位偵測器，耦接於該類比至數位轉換器和該相位決定裝置，用以根據該數位視訊訊號，產生複數個相位偵測結果；以及一運動偵測器，耦接於該類比至數位轉換器與該相位決定裝置，用以偵測該數位視訊訊號之運動以產生一運動偵測結果，其中，該相位決定裝置根據該些相位偵測結果和該運動偵測結果，從該些相位控制訊號中決定該目標取樣相位，其中當該運動偵測結果顯示為運動時，該相位決定裝置停止執行。
2. 如申請專利範圍第1項之自動相位偵測裝置，其中當該運動偵測結果指示一目前畫面為靜止時，該相位決定裝置將該些相位控制訊號中一目前取樣相位更新為該目標取樣相位。
3. 如申請專利範圍第2項之自動相位偵測裝置，其中當該 運動偵測結果小於一臨界值時，代表該目前畫面為靜止。
4. 如申請專利範圍第2項之自動相位偵測裝置，其中當該運動偵測結果超過一臨界值時，代表該目前畫面為運動。
5. 一種自動相位偵測裝置，包括：一相位決定裝置，用以產生複數個相位控制訊號；一第一取樣時脈產生器，耦接於該相位決定裝置，用以根據該些相位控制訊號產生複數個第一取樣時脈訊號；一第二取樣時脈產生器，耦接於該相位決定裝置，用以根據一目前取樣相位產生一第二取樣時脈訊號；一第一類比至數位轉換器，耦接於該第一取樣時脈產生器，用以利用該些第一取樣時脈訊號，將該類比視訊訊號轉換為一第一數位視訊訊號；一第二類比至數位轉換器，耦接於該第二取樣時脈產生器，用以利用該第二取樣時脈訊號，將該類比視訊訊號轉換為一第二數位視訊訊號；一相位偵測器，耦接於該第一類比至數位轉換器和該相位決定裝置，用以根據該第一數位視訊訊號，產生複數個相位偵測結果；以及一運動偵測器，耦接於該第二類比至數位轉換器與該相位決定裝置，用以偵測該第二數位視訊訊號之運動以產生一運動偵測結果，其中，該相位決定裝置根據該些相位偵測結果和該運動偵測結果從該些相位控制訊號中決定一目標取樣相位，並將該目前取樣相位更新為該目標取樣相位。
6. 如申請專利範圍第5項之自動相位偵測裝置，其中當該 運動偵測結果指示一目前畫面為靜止時，該相位決定裝置將該目前取樣相位更新為該目標取樣相位。
7. 如申請專利範圍第6項之自動相位偵測裝置，其中當該運動偵測結果小於一臨界值時，代表該目前畫面為靜止。
8. 如申請專利範圍第6項之自動相位偵測裝置，其中當該運動偵測結果超過於一臨界值時，代表該目前畫面為運動。
9. 一種自動相位偵測方法，用於將一類比視訊訊號轉換為一數位視訊訊號，該自動相位偵測方法包括：根據一目前取樣相位，將該類比視訊訊號轉換為該數位視訊訊號；偵測該數位視訊訊號之運動以產生一運動偵測結果；以及根據該運動偵測結果，選擇性地進行相位偵測以決定一目標取樣相位並將該目前取樣相位更新為該目標取樣相位，其中，選擇性地進行相位偵測之步驟係指，當該運動偵測結果指示為靜止時，進行相位偵測，以將該目前取樣相位更新為該目標取樣相位，以及，當該運動偵測結果為運動時，停止相位偵測。
10. 如申請專利範圍第9項之自動相位偵測方法，其中該產生該數位視訊訊號之步驟，包含：根據該目前取樣相位產生一取樣時脈訊號；以及利用該取樣時脈訊號將該類比視訊訊號轉換為該數位視訊訊號。
11. 如申請專利範圍第9項之自動相位偵測方法，其中該選擇性地進行相位偵測之步驟，包含： 利用複數個預定相位產生複數個相位偵測結果，以於該些預定相位中決定該目標取樣相位；以及根據該運動偵測結果，選擇性地將該目前取樣相位更新為該目標取樣相位。
12. 如申請專利範圍第11項之自動相位偵測方法，其中該決定該目標取樣相位之步驟，包含：根據該些預定相位，將該類比視訊訊號轉換為該數位視訊訊號；以及根據該數位視訊訊號，決定該目標取樣相位。
13. 如申請專利範圍第11項之自動相位偵測方法，其中該決定該目標取樣相位之步驟，包含：根據該些預定相位，產生複數個取樣時脈訊號；利用該些取樣時脈訊號，將該類比視訊訊號轉換為該數位視訊訊號；以及根據該數位視訊訊號，決定該目標取樣相位。
14. 如申請專利範圍第11項之自動相位偵測方法，其中該決定該目標取樣相位之步驟，包含：根據該數位視訊訊號，產生複數個相位偵測結果；以及根據該些相位偵測結果，從該些預定相位中決定該目標取樣相位。
15. 如申請專利範圍第11項之自動相位偵測方法，其中該選擇性地進行相位偵測之步驟係當該運動偵測結果指示為靜止時，執行相位偵測。
16. 如申請專利範圍第11項之自動相位偵測方法，其中該 選擇性地進行相位偵測之步驟係當該運動偵測結果仍指示為靜止時，將該目前取樣相位更新為該目標取樣相位。
17. 如申請專利範圍第16項之自動相位偵測方法，其中該選擇性地進行相位偵測之步驟，包含：當該運動偵測結果小於一第一臨界值時，進行相位偵測；以及當該運動偵測結果小於一第二臨界值時，將該目前取樣相位更新為該目標取樣相位。
18. 如申請專利範圍第16項之自動相位偵測方法，其中當該運動偵測結果小於一臨界值時，即代表該目前畫面為靜止。
19. 如申請專利範圍第17項之自動相位偵測方法，其中當該運動偵測結果超過該臨界值時，即代表該目前畫面為運動。