TWI797785B - 提升平均器效果的方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種提升平均器效果的方法，包含以下步驟：(a)將第(n-1)筆輸出資料的數值乘上N倍，以計算出暫存值；(b)判斷第n筆輸入資料與第(n-1)筆輸出資料的差值是否大於或小於零值，若是，依據補償係數以補償暫存值以取得調節數值，執行步驟(c)，若否，設定調節數值等於暫存值，執行步驟(c)；(c)將調節數值除以N以取得第一值；(d)將調節數值減去第一值且與第n筆輸入資料相加以取得第二值；以及(e)將第二值除以N以計算出平均器的輸出值。

Description

提升平均器效果的方法
本發明涉及平均器，特別是涉及適用於環境光感測器以及近距離感測器的一種提升平均器效果的方法。
在不同的環境下，人眼對電子產品的顯示螢幕的螢幕亮度的要求不同。因此，各種感測器例如設有光電元件的環境光感測器(Ambient Light Sensor, ALS)以及近距離感測器(Proximity Sensor, PS)廣泛地各種電子產品例如手機中，感測值可作為自動調節電子裝置的顯示螢幕的亮度的依據，以提升各種環境下的觀看效果。在測器在一時間區間內可進行多次感測以產生多筆感測值，接著可將多筆感測值輸入平均器。平均器可計算多筆感測值的平均值，例如環境光感測器或近距離感測器的光感測值代表在此時間區內的平均環境光強度。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種提升平均器效果的方法適用於感測器。此感測器感測出n筆感測資料輸入平均器以分別作為平均器的n筆輸入資料，其中n為適當整數值。所述的提升平均器效果的方法包含以下步驟：(a)設定補償係數以及門檻係數；(b)計算平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值；(c)判斷差值的絕對值是否大於門檻係數，若是，將平均器的目前讀取到的第n筆輸入資料的數值乘以N倍以計算出一調節數值，N為任意適當值，接著依序執行步驟(h)~(k)，若否，執行步驟(d)；(d)將第(n-1)筆輸出資料的數值乘上N倍，以計算出暫存值；(e)判斷差值是否大於參考值，若是，將暫存值減去補償係數以計算出調節數值，接著依序執行步驟(h)~(k)，若否，執行步驟(f)；(f)判斷差值是否小於參考值，若是，將暫存值加上補償係數以計算出調節數值，接著依序執行步驟(h)~(k)，若否，執行步驟(g)；(g)將暫存值作為第n筆資料的調節數值，接著依序執行步驟(h)~(k)；(h)將第n筆資料的調節數值除以N以計算出第一運算值；(i)將第n筆資料的調節數值減去第一運算值以計算出第二運算值；(j)將第二運算值與第n筆輸入資料的數值相加以計算出第三運算值；以及(k)將第三運算值除以N以計算出平均器的輸出值。
在實施例中，所述的提升平均器效果的方法更包含以下步驟：(l)設定參考值為零值。
在實施例中，所述的提升平均器效果的方法更包含以下步驟：(m)設定正值門檻係數以及負值門檻係數；(n)判斷差值的絕對值是否大於正值門檻係數或小於負值門檻係數，若是，將目前讀取到的第n筆輸入資料的數值乘以N倍以計算出調節數值，接著依序執行步驟(h)~(k)，若否，執行步驟(d)。
在實施例中，所述的提升平均器效果的方法更包含以下步驟：(o)設定正值門檻係數的數值大小等於負值門檻係數的數值大小。
在實施例中，所述的提升平均器效果的方法更包含以下步驟：(p)計算輸入資料的數值或輸出值的變化幅度；以及(q)依據輸入資料的數值或輸出值的變化幅度，以動態調整補償係數。
在實施例中，所述的提升平均器效果的方法更包含以下步驟：(r)計算輸入資料的數值或輸出值的變化幅度；以及(s)依據輸入資料的數值或輸出值的變化幅度，以動態調整門檻係數。
如上所述，本發明提供一種提升平均器效果的方法，其具有以下特點： 1.     將感測器，例如環境光測器或距離感測器，所感測的多筆感測資料，作為多筆輸入資料，輸入平均器； 2.     設定門檻係數、補償係數，即時降低雜訊平均器的輸出值中的雜訊； 3.     可根據輸入資料的變化幅度，即時自動更新門檻係數以及補償係數； 4.     僅需將目前讀取的此筆輸入資料與前一筆輸出資料執行簡單運算，不會花費太多運算時間和佔用太多暫存器空間； 5.     可搭配其他數位訊號處理區塊進行處理，如數位濾波器、平均器等。 6.     可使用軟體開發或硬體電路開發此功能。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1和圖4，其中圖1為本發明實施例的提升平均器效果的方法的第一步驟流程圖；圖4為本發明實施例的提升平均器效果的方法的運算架構的示意圖。
本發明實施例的提升平均器效果的方法可包含如圖1所示的步驟S101~S129，適用於感測器。所述感測器可例如為環境光感測器、近距離感測器或其他設有光電元件的感測器，但本發明不以此為限。此感測器感測出n筆感測資料分別作為平均器的n筆輸入資料，其中n為適當整數值。
步驟S101~S129可使用如圖4所示的運算架構執行，以計算出調節數值，具體說明如下。
在步驟S101，依據實際需求，設定一補償係數。
在步驟S103，依據實際需求，設定一門檻係數。或者，可設定正值門檻係數以及負正值門檻係數。正值門檻係數的數值可等於負正值門檻係數的數值，即負值門檻係數取絕對值後等於正值門檻係數。
在步驟S105，讀取第n筆輸入資料，n為適當整數值。
在步驟S107，計算平均器的第n筆輸入資料的數值與平均器的第(n-1)筆輸出資料的數值兩者的一差值，以下列公式表示： Df
Figure 02_image001
Din(n)
Figure 02_image003
Dout(n
Figure 02_image005
1)， 其中Df代表平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值，此差值可能為正值或負值，Din(n)代表平均器的第n筆輸入資料的數值，Dout(n
Figure 02_image005
1)代表平均器的第(n-1)筆輸出資料的數值。
亦即，如圖4所示，在階段P15取得平均器在讀取前一筆輸入資料後所輸出的資料的數值，即前一筆輸出值。接著，在階段P0，(利用減法器)將平均器的目前讀取的此筆輸入資料的數值與平均器的前一筆輸出值兩者相減。
在步驟S109，判斷在步驟S107所計算出的差值的絕對值是否大於在步驟S103所設定的門檻係數，以下列公式表示：
Figure 02_image007
＞ Cth， 其中
Figure 02_image007
代表平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值的絕對值，Cth代表門檻係數。
若第n筆輸入資料與的第(n-1)筆輸出資料的差值的絕對值大於門檻係數，依序執行步驟S111、S113以計算出調節數值。在計算出調節數值之後，執行步驟S201。換言之，如圖4所示，若第n筆輸入資料與的第(n-1)筆輸出資料的差值在階段P1大於正值門檻係數Cth或在階段P2小於負正值門檻係數-Cth時，在階段P3的或閘輸出邏輯值“1”，接著依序執行階段P10~P14。
相反地，若第n筆輸入資料與的第(n-1)筆輸出資料的差值的絕對值不大於門檻係數，則依序執行步驟S115、S117。
在步驟S111，將平均器目前讀取到的第n筆輸入資料的數值乘以N倍，以在步驟S113計算出一調節數值，以下列公式表示： Reg(n)
Figure 02_image001
N
Figure 02_image009
Din(n) ， 其中Reg(n)代表第n筆資料的調節數值，N代表平均器的資料的筆數，可為任意適當值，Din(n)代表平均器的第n筆輸入資料的數值。
在步驟S115，將第(n-1)筆輸出資料的數值乘上N倍，以計算出一暫存值。
在步驟S117，判斷平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值是否大於一參考值例如零值，以下列公式表示： Df ＞ 0， 其中Df代表平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值，此差值可能為正值或負值。
若平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值大於參考值例如零值，依序執行步驟S119、S121。在計算出調節數值之後，執行步驟S201。相反地，若平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值不大於參考值例如零值，執行步驟S123。
在步驟S119，將在步驟S115中的第(n-1)筆輸出資料的數值乘上N倍所計算出的暫存值減去補償係數，以在步驟S121計算出一調節數值，以下列公式表示： Reg(n)
Figure 02_image001
N × Dout(n-1)
Figure 02_image005
Cc， 其中Reg(n)代表第n筆資料的調節數值，N代表平均器的資料的筆數，Dout(n-1)代表第(n-1)筆輸出資料的數值，N × Dout(n-1)的乘積值代表暫存值，Cc代表補償係數。
如圖4所示，在階段P4判斷在階段P0所計算出的平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值大於零值時，在階段P16中將階段P15所取得的第(n-1)筆輸出資料的數值乘上N倍以計算出暫存值，接著在階段P6、P7將此暫存值加上負值補償係數-Cc或減去正值補償係數Cc，以在階段P11輸出一調節數值。
在步驟S123，判斷平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值是否小於參考值例如零值，以下列公式表示： Df ＜ 0， 其中Df代表平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值，此差值可能為正值或負值。
若平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值小於參考值例如零值，依序執行步驟S125、S127以計算出調節數值。在計算出調節數值之後，執行步驟S201。相反地，若差值不大於參考值且不小於參考值例如零值，即平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值等於參考值例如零值，執行步驟S129，接著執行步驟S201。
在步驟S125，將在步驟S115中的第(n-1)筆輸出資料的數值乘上N倍所計算出的暫存值加上補償係數，以在步驟S127計算出調節數值，以下列公式表示： Reg(n)
Figure 02_image001
N × Dout(n-1)
Figure 02_image011
Cc， 其中Reg(n)代表第n筆資料的調節數值，N代表平均器的資料的筆數，Dout(n-1)代表第(n-1)筆輸出資料的數值，N × Dout(n-1)的乘積值代表暫存值，Cc代表補償係數。
如圖4所示，在階段P5判斷在階段P0所計算出的平均器的第n筆輸入資料與平均器的第(n-1)筆輸出資料的差值小於零值時，接著在階段P16中將階段P15所取得的第(n-1)筆輸出資料的數值乘上N倍以計算出暫存值，接著在階段P8、P9將此暫存值加上補償係數Cc，以在階段P11輸出一調節數值。
在步驟S129，將在步驟S115所計算出的暫存值，作為第n筆資料的調節數值，以下列公式表示： Reg(n)
Figure 02_image001
N × Dout(n-1)， 其中Reg(n)代表第n筆資料的調節數值，N代表平均器的資料的筆數，Dout(n-1)代表第(n-1)筆輸出資料的數值，N × Dout(n-1)的乘積值代表暫存值。
請參閱圖2和圖4，其中圖2為本發明實施例的提升平均器效果的方法的第二步驟流程圖；圖4為本發明實施例的提升平均器效果的方法的運算架構的示意圖。
本發明實施例的提升平均器效果的方法可更包含如圖2所示的步驟S201~S209，適用於感測器。所述感測器可例如為環境光感測器、近距離感測器或其他設有光電元件的感測器，但本發明不以此為限。本發明實施例的步驟S101~S129可使用如圖4所示的運算架構執行在步驟S113、步驟S121、步驟S127或步驟S129之後，即執行在計算出調節數值之後，以基於調節數值計算出平均器的輸出值。
在步驟S201，將在步驟S113、步驟S121、步驟S127或步驟S129所計算出的第n筆資料的調節數值除以N，以計算出第一運算值。
在步驟S203，將第n筆資料的調節數值減去在步驟S201所計算出的第一運算值，以計算出第二運算值。
如圖4所示，在階段P123，將階段P12的第n筆資料的調節數值透過減法器減去在階段P13的1/N第n筆資料的調節數值，或是透過加法器加上負值的1/N第n筆資料的調節數值。
在步驟S205，將在步驟S203所計算出的第二運算值與第n筆輸入資料的數值相加，以計算出第三運算值。如圖4所示，在階段P104，將在階段P123所計算出的數值例如透過加法器與第n筆輸入資料的數值相加。
在步驟S207，將在步驟S205所計算出的第三運算值除以N，以在步驟S209計算出一平均器的輸出值。如圖4所示，在階段P14，將在階段P104所計算出的數值除以N，以在最後計算出平均器的輸出值。
在步驟S201~S209執行的運算，以下列公式表示： Davg(n)
Figure 02_image001
Figure 02_image013
Figure 02_image015
， 其中Davg(n)代表平均器的輸出值，N代表平均器的資料的筆數， Reg(n)代表第n筆資料的調節數值，Din(n)代表第n筆輸入資料的數值。
請參閱圖3和圖4，其中圖3為本發明實施例的提升平均器效果的方法的第三步驟流程圖；圖4為本發明實施例的提升平均器效果的方法的運算架構的示意圖。
本發明實施例的提升平均器效果的方法可包含如圖3所示的步驟S301~S305，適用於感測器。所述感測器可例如為環境光感測器、近距離感測器或其他設有光電元件的感測器，但本發明不以此為限。本發明實施例的步驟S301~S305可使用如圖4所示的運算架構執行。應理解，本文的步驟的順序和內容可適當的調整或刪除。
在步驟S301，計算平均器的n筆輸入資料的數值的變化幅度。
在步驟S303，依據n筆輸入資料的輸入資料的數值的變化幅度，以動態調整門檻係數。
在步驟S305，依據n筆輸入資料的輸入資料的數值的變化幅度，以動態調整補償係數。
請參閱圖5，其為本發明實施例平均器與傳統平均器的輸出值對數據量的曲線的第一曲線圖。
如圖5所示，在曲線圖中，曲線C50為原始資料的曲線，曲線C51為傳統平均器的輸出值對數據量的曲線，可以看到傳統平均器產生輸出值需要反應時間，且與原始數值存在明顯差異。C52為本發明平均器計算的資料量的輸出值對數據量的曲線，可以看到本發明平均器的輸出值會隨著大幅度的輸入訊號做變化，若輸入訊號無大幅度變化，則會有良好的穩定效果。
請參閱圖6，其為本發明實施例平均器與原始帶有雜訊的輸出訊號的輸出值對數據量的曲線的第二曲線圖。
如圖6所示，在曲線圖中，曲線C60為原始帶有雜訊的輸出訊號，曲線C61為補償係數設定為0時，平均器的輸出值對數據量的曲線，曲線C62為補償係數設定為2時，平均器的輸出值對數據量的曲線。顯然，設定補償係數且補償係數非零值時，能明顯抑制雜訊。
綜上所述，本發明提供一種提升平均器效果的方法，其具有以下特點： 1.     將感測器，例如環境光測器或距離感測器，所感測的多筆感測資料，作為多筆輸入資料，輸入平均器； 2.     設定門檻係數、補償係數，即時降低雜訊平均器的輸出值中的雜訊； 3.     可根據輸入資料的變化幅度，即時自動更新門檻係數以及補償係數； 4.     僅需將目前讀取的此筆輸入資料與前一筆輸出資料執行簡單運算，不會花費太多運算時間和佔用太多暫存器空間； 5.     可搭配其他數位訊號處理區塊進行處理，如數位濾波器、平均器等。 6.     可使用軟體開發或硬體電路開發此功能。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
S101~S129、S201~S209、S301~S305:步驟
P0~P16、P104、P123:階段
C51~C52、C60~C62:曲線
圖1為本發明實施例的提升平均器效果的方法的第一步驟流程圖。
圖2為本發明實施例的提升平均器效果的方法的第二步驟流程圖。
圖3為本發明實施例的提升平均器效果的方法的第三步驟流程圖。
圖4為本發明實施例的提升平均器效果的方法的運算架構的示意圖。
圖5為本發明實施例平均器與傳統平均器的輸出值對數據量的曲線的第一曲線圖。
圖6為本發明實施例平均器與原始帶有雜訊的輸出訊號的輸出值對數據量的曲線的第二曲線圖。
S101~S129、S201:步驟

Claims (4)

  1. 一種提升平均器效果的方法，適用於一感測器，該感測器感測出n筆感測資料輸入一平均器以分別作為該平均器依序讀取的n筆輸入資料，其中n為適當整數值，所述的提升平均器效果的方法包含以下步驟：(a)設定一補償係數以及一門檻係數；(b)計算該平均器的第n筆輸入資料與該平均器的第(n-1)筆輸出資料的一差值；(c)判斷該差值的絕對值是否大於該門檻係數，若是，將該平均器的目前讀取到的第n筆輸入資料的數值乘以N倍以計算出一調節數值，N為任意適當值，接著依序執行步驟(h)~(k)，若否，執行步驟(d)；(d)將第(n-1)筆輸出資料的數值乘上N倍，以計算出一暫存值；(e)判斷該差值是否大於一參考值，若是，將該暫存值減去該補償係數以計算出該調節數值，接著依序執行步驟(h)~(k)，若否，執行步驟(f)；(f)判斷該差值是否小於該參考值，若是，將該暫存值加上該補償係數以計算出該調節數值，接著依序執行步驟(h)~(k)，若否，執行步驟(g)；(g)將該暫存值作為第n筆資料的該調節數值，接著依序執行步驟(h)~(k)；(h)將第n筆資料的該調節數值除以N以計算出一第一運算值；(i)將第n筆資料的該調節數值減去該第一運算值以計算出一第二運算值；(j)將該第二運算值與第n筆輸入資料的數值相加以計算出 一第三運算值；以及(k)將該第三運算值除以N以計算出該平均器的輸出值。
  2. 如請求項1所述的提升平均器效果的方法，更包含以下步驟：(l)設定該參考值為零值。
  3. 如請求項1所述的提升平均器效果的方法，更包含以下步驟：(m)設定一正值門檻係數以及一負值門檻係數；(n)判斷該差值的絕對值是否大於該正值門檻係數或小於該負值門檻係數，若是，將目前讀取到的第n筆輸入資料的數值乘以N倍以計算出該調節數值，接著依序執行步驟(h)~(k)，若否，執行步驟(d)。
  4. 如請求項3所述的提升平均器效果的方法，更包含以下步驟：(o)設定該正值門檻係數的數值大小等於該負值門檻係數的數值大小。
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