專利名稱:垂直鎖定輸入輸出視頻信號的方法和裝置的制作方法
發(fā)明背景1.技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及模擬和數(shù)字信號的處理，本發(fā)明特別涉及一種輸出頻率與輸入頻率不同時用來切換、掃描轉(zhuǎn)換(conversion)、定標及處理的電路和系統(tǒng)。
2.背景技術(shù)切換器(switcher)是一種將輸入源連接到輸出設(shè)備或系統(tǒng)的裝置。通常一個切換器可使用戶在多個類型的輸入信號源或連接器之間選擇一個輸出。此外，各種類型的切換器具有不同的元器件、性能、選項以及附件。
2.1圖形環(huán)境對于數(shù)字顯示技術(shù)來說，圖形切換器(Graphics Switcher——GS)是一種設(shè)備，它能夠?qū)Χ鄠€模擬和數(shù)字輸入信號進行選擇然后將其送到各個所選的輸出設(shè)備，如顯示器。圖1展示的是根據(jù)本發(fā)明一實施例的一種典型的圖像環(huán)境，其中各種數(shù)字顯示技術(shù)都通過一個圖形切換器來連接。
因此，圖形切換器100每次都可從視頻攝像機102、VCR104、DVD106、TV的視頻、音/像系統(tǒng)、以及計算機110、112和114中選取一個輸入信號并將其顯示在一個顯示裝置120上。例如，當想對兩個圖像不同的計算機輸入110和114進行顯示時，圖形切換器100可將這兩個計算機物理連接到顯示設(shè)備上，然后從兩個計算機中選擇一個輸入并在顯示裝置120上進行顯示。其它幾例圖形切換器都用于特定圖像的生成，而在工業(yè)裝置或安全方面則用來在攝像機的多個輸入之間進行切換從而在監(jiān)視器或顯示系統(tǒng)上顯示特定的區(qū)域。
圖形切換器的典型輸入包括計算機、TV視頻、復(fù)合視頻、紅-綠-藍(RGB)視頻、S-視頻、D-1(數(shù)字)視頻、計算機的輸入(如VGA、SVGA以及Mac視頻格式)、攝像機、VCR以及其它各種合適的音頻/視頻輸入。此外，這些輸入可來自不同的物理位置。例如，為了在一個較大的顯示屏上形成一個圖形，可用一個切換器在各個輸入之間進行切換，這些輸入可來自房間一端的計算機、另一個房間的計算機、正在對演出進行攝像的攝像機以及視頻會議系統(tǒng)。
同樣，需要一個切換器為各種顯示源或顯示格式提供輸出。這些輸出的舉例包括LCD顯示板(帶有高分辨率LCD投影儀)、DLP顯示器(帶有高分辨率的DLP投影儀)、高分辨率的等離子顯示器、TV、CRT顯示器122和124(如VGA、SVGA以及Mac視頻格式)、立體聲系統(tǒng)以及其它各種合適的音頻/視頻輸出。例如，用于商業(yè)顯示的數(shù)字投影儀將數(shù)字尋址單元提供給LCD顯示板、DLP顯示板、數(shù)字式亮度處理設(shè)備以及其它各種設(shè)備。
TV信號具有固定數(shù)目的水平掃描線。在PAL和SECAM制式中其為625，在NTSC制式中其是525。然而并非所有這些線都是可見的。事實上，在PAL和SECAM制式中僅有576根，在NTSC制式中僅有483根掃描線可被TV觀眾看見，其余的叫盲線(blanking line)，這些盲線不含圖像信息，隱藏在屏幕的頂部和底部。
與之相反的是，計算機顯示器上的水平掃描線的數(shù)量可在很大范圍內(nèi)變化，其可從較低分辨率的480線或更少的水平掃描線到較高分辨率的1280線或更多。許多計算機中都有視頻卡，這可使用戶在幾種不同的顯示分辨率之間進行選擇。
顯示分辨率越高，圖像細節(jié)或文本也越清晰。例如，水平掃描線為768的計算機屏幕可比掃描線僅為480根的計算機圖像或者由576根掃描線構(gòu)成的TV圖像包含并顯示出更多的內(nèi)容。TV視頻圖像相對較少的水平掃描線限制了其顯示非常小的文本或其它較為復(fù)雜的圖像細節(jié)的能力。
TV的視頻要么是NTSC、PAL的標準，要么是SECAM標準，這些標準規(guī)定了圖像的線數(shù)、色彩的構(gòu)成以及掃描線在屏幕上從上到下的掃描速度(刷新率)。然而，實際上，在PAL、NTSC以及SECAM制式下有多種信號格式能滿足這些標準。復(fù)合視頻是最普遍使用的格式。在復(fù)合視頻中，所有的視頻信息(如紅、綠、藍(RGB)以及同步信息)都組合到一個信號中。能夠提供更高圖像質(zhì)量的S-視頻則將色度(顏色)與亮度和同步信息分離開來。PAL和NTSC的其它變形包括15kHz的RGB、分量視頻以及D-1(數(shù)字)視頻。
盡管所有這些格式在視頻信息組合到一個信號中的方式上各不相同，但它們?nèi)源嬖谝恍┫嗤膬?nèi)容。它們均是隔行掃描的、它們要么具有576(PAL和SECAM)根可見的掃描線要么具有483(NTSC)根可見的掃描線、它們都具有一個確定的不變的刷新速率。對于PAL來說，兩次隔行掃描場組成一個“幀”，并且每秒在屏幕上繪制25次(速率為25Hz)，對于NTSC來說，每秒繪制30次(30Hz)。
與TV的視頻信號不同，計算機的視頻信號沒有一個必須遵守的標準。如上面所說的那樣，計算機的顯示分辨率可在很寬的范圍內(nèi)變化。同樣計算機的刷新速率也在一個較寬的范圍內(nèi)變化，大多數(shù)都在60到85Hz之間變化。并且，盡管大多數(shù)計算機的顯示都是非隔行掃描，但某些視頻顯示卡也提供隔行掃描的選項。然而，所有的計算機視頻信號均采用相同的方式為顯示器提供色度和亮度信息。所有的VGA、SVGA以及Mac視頻格式都將紅、綠、藍等信息以單獨的信號進行轉(zhuǎn)輸。但是，不同的計算機在將同步信息組合到色彩信號時所采用的方式有所不同。通過使紅、綠和藍彼此分開，計算機顯示器可以以最小的失真度顯示出更寬的色彩范圍。
2.2切換器的類型為了支持如此多種的模擬和數(shù)字輸入輸出，人們已開發(fā)出多種切換器和多“線”切換器。例如，音頻/視頻(A/V)切換器，VGA、Mac以及RGB切換器，系統(tǒng)切換器，陣列式切換器。此外，與輸入輸出混合切換(switch)相關(guān)的多種信號特性使得切換器的選擇和附件也有很多。
例如，一組A/V切換器可從六個可選的輸入中接收NTSC/PAL/SECAM復(fù)合視頻信號和S-視頻信號以及兩路立體聲信號。然后，通過所接收的視頻音頻格式的類型或組合將該組信號的每一種模式都區(qū)分開來。
另一組切換器，VGA、Mac和RGB切換器，用于簡單路由選擇。該組切換器的一個模式被用于切換僅僅一種特定的計算機類型的信號，如VGA或Mac。作為選擇，可用另一種模式來使輸入更為靈活以接收VGA和Mac視頻信號。
還有一種更為復(fù)雜的切換器，系統(tǒng)切換器，其可兼容所有類型的數(shù)字控制式投影儀并且實際上接收所有類型的信號源信號。因此，系統(tǒng)切換器能夠很容易地在計算機、A/V元件以及音源之間進行切換。此外，加上一個附件就能使系統(tǒng)切換器與投影儀相連，并且這就好像該轉(zhuǎn)換器與投影儀牌子相同似的被該投影儀接受。
還有一種較特殊的切換器——陣列切換器，其可將多個輸入發(fā)送到多個輸出上。例如，1號輸入(如攝像機102)被傳遞到1號輸出(如預(yù)覽監(jiān)視器124)或2號輸出(如節(jié)目監(jiān)視器122)；2號輸入(如PC計算機110)被傳遞到3號輸出(如節(jié)目監(jiān)視器122)和4號輸出(如數(shù)字顯示器120)；等等，其中可采用任意組合。這樣，陣列圖像切換器就可對大多數(shù)視頻和RGB格式下的多個輸入輸出進行切換。陣列切換器通常用于諸如圖形顯示、數(shù)字顯示以及娛樂等場合中。這些場合均要求將多個輸入源(計算機、攝像機、DVD播放器等)切換到多個輸出位置(監(jiān)視器、投影儀、視頻會議CODEC)。加入一個自動切換附件可使切換器在檢測到輸入信號發(fā)生變化時在各種類型的輸入和/或輸出之間進行自動切換。因此，根據(jù)切換器類型和需求的不同，切換器可具有各種不同的信號轉(zhuǎn)換和處理功能。例如圖形切換器可包括掃描轉(zhuǎn)換、定標、過濾以及品質(zhì)所需的其它功能。
定標器例如當圖像尺寸與顯示設(shè)備不匹配時，在不改變圖像形狀的條件下改變圖像的尺寸。因此，定標器的主要作用在于其能夠改變其輸出率從而與顯示設(shè)備的能力相匹配。這一點在數(shù)字顯示設(shè)備中特別有用，因為數(shù)字顯示設(shè)備以固定的陣列形成圖像，并且為了使數(shù)字顯示設(shè)備提供最優(yōu)的光線輸出，將所有的陣列都將被用上。圖2所示是本發(fā)明一實施例中的一種數(shù)字式顯示設(shè)備，其中包括用于顯示圖像的像素陣列。因此，定標器的目的是使輸出更為靈活，這樣輸入的圖像就能按比例縮放成一個與顯示設(shè)備206的像素陣列204或用于顯示的“有效點”相匹配的輸出圖像202。
由于定標器可對輸出在水平和垂直方向進行定標，因此它能改變圖像的“縱橫比”?？v橫比是指一個矩形的水平尺寸和垂直尺寸這兩者之間的關(guān)系。因此，當一個圖形切換器中含有定標器時，該定標器可對各種視頻輸入的水平尺寸和垂直尺寸進行調(diào)節(jié)，并對其進行定位。例如，在一個顯示屏中，標準TV的縱橫比為4∶3或1.33∶1，而HDTV則為16∶9或1.78∶1。有時“∶1”被省略，因此就成了TV＝1.33、HDTV＝1.78。這樣，在一個具有NTSC、PAL或SECAM輸入以及一個HDTV顯示器的系統(tǒng)中，定標器可接受標準的NTSC視頻信號并根據(jù)需要的各種分辨率(如480p、720p、1080p)將其轉(zhuǎn)換成16×9的HDTV輸出從而與HDTV顯示區(qū)精確匹配。
定標通常被稱為“按比例縮小”或“按比例放大”。按比例縮小的一種情況是640×480分辨率的TV圖像在同一屏幕上定標顯示成一個更小的圖像，這樣就可同時顯示出多幅圖像(如畫中畫或“PIP”)。當要把原始圖像按比例縮小到分辨率為320×240(或原始大小的1/4)時，可使輸入進來的四幅TV分辨率的圖像同時顯示在同一個輸出TV屏幕上。按比例放大的一種情況是低分辨率的圖像(如800×600＝480，000像素)定標顯示在高分辨率(1024×768＝786,432像素)的設(shè)備上。注意，這里像素的數(shù)目是兩個分辨率的乘積(即像素數(shù)＝水平分辨率×垂直分辨率)。因此，按比例放大時，必須通過某些方法來生成像素。這里有多種不同的圖像定標方法，其中的一些比另一些能產(chǎn)生更好的結(jié)果。
掃描轉(zhuǎn)換器是一種改變視頻源信號掃描速率以適應(yīng)顯示設(shè)備需要的設(shè)備。例如，一個“視頻轉(zhuǎn)換器”或“TV轉(zhuǎn)換器”將計算機視頻信號轉(zhuǎn)換成NTSC(TV)，或者將NTSC轉(zhuǎn)換成計算機視頻信號。盡管這一概念看上去很簡單，但實際上掃描轉(zhuǎn)換器要采用非常復(fù)雜的技術(shù)才能實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，因為計算機信號和電視信號具有顯著的區(qū)別。因此，具有特定水平和垂直刷新率或分辨率的視頻信號必須轉(zhuǎn)換成另一種分辨率或水平和垂直刷新率的視頻信號。例如，需要進行很多信號處理才能較好地將一個15kHz的NTSC標準的TV視頻輸入(如640×480)，掃描轉(zhuǎn)換或“定標”成用于計算機顯示器或大屏幕投影儀的輸出分辨率為1024×768的信號，這是因為輸入的分辨率必須被提高或增加才能提供顯示器或投影儀所需的輸出分辨率或更高的容量。要使輸出提高或增加像素就必須讀出相對于讀入來說更多幀的視頻信息，因此許多掃描轉(zhuǎn)換器都采用一個幀緩存器或幀存貯器以保存每一幀送入的輸入信號。送入的這幀信息一旦存貯下來就會被重復(fù)讀出以增加更多的幀和/或像素。
同樣，掃描倍頻器(也被稱作“線數(shù)加倍器”)是一種將復(fù)合式隔行視頻變?yōu)榉歉粜蟹至恳曨l的設(shè)備，其可提高亮度和圖像質(zhì)量。掃描加倍是一種加倍掃描線數(shù)填充空白區(qū)域從而使掃描線更不可見的方法。也被稱為“線數(shù)倍增器”例如，掃描倍頻器可用來將隔行的TV信號轉(zhuǎn)換成一個非隔行的計算機視頻信號。因此，為了在新近推出的TFT平板顯示屏上顯示TV視頻，就必須使用一個掃描線加倍器或四倍器。
2.3圖形切換器的問題當我們采用一個圖形切換器在刷新頻率或分辨率完全不同的輸入信號間進行切換時，切換器或顯示器必須鎖定到新的水平和垂直刷新率上。結(jié)果，在對輸入信號進行切換并且具有一個新的頻率的信號被送到輸出顯示設(shè)備時，顯示器必須重新獲得并鎖定到這個新的頻率上，這樣才能顯示出這個新的輸入。在顯示器重新獲取這個新的輸入信號的頻率期間，輸出漂移會導(dǎo)致圖像混亂和/或出現(xiàn)干擾從而在輸出設(shè)備中產(chǎn)生圖像跳動。
因此，為了使圖形切換器提供穩(wěn)定的輸出，圖形切換器必須能夠在多個模擬和數(shù)字輸入模式和分辨率之間進切換，同時保持輸出速率和分辨率穩(wěn)定。一種用來設(shè)計這種切換器的方法是采用信號處理。
2.4無縫式圖形切換器在切換期間能提供這種穩(wěn)定輸出的切換器被稱作無縫式圖形切換器(SGS)。術(shù)語“無縫”取自于一種無閃式剪切，這種剪切能夠消除在非同步輸入間進行切換而產(chǎn)生的干擾或圖像跳動。信號處理后，而輸入可在多個模擬和數(shù)字格式之間進行切換的同時，SGS中的輸出可保持穩(wěn)定，這是因為這些輸入在送到顯示器之前都被掃描轉(zhuǎn)換成一個頻率。由于信號處理器正在鎖定這個新的輸入速率，因此顯示器始終是同一種分辨率并具有同一恒定的同步。這樣，由于顯示器僅能接收一個頻率，其不必重新獲取信號，因此也不會形成與輸入切換相關(guān)的圖像跳動。因此，掃描轉(zhuǎn)換信號處理可使用戶在沒有圖像跳動地將輸入切換成輸出的條件下在輸入之間進行切換。
為了將這些輸入掃描切換成一個頻率，SGS將輸入寫到一個存儲緩沖器中并從該存儲緩沖器讀取輸出。送入的這幀信息一旦存好，其就可被重復(fù)處理和/或讀出以增加更多幀的信息或像素。因此，采用存儲緩沖器還可使SGS(如前所述)提供定標功能。事實上，無縫切換通常都涉及定標，并且無縫切換器通常都由兩個定標器和一個陣列切換器構(gòu)成。
例如，參見圖1，現(xiàn)有的SGS產(chǎn)品100能夠處理八個不同的輸入信號130，其帶有信號處理的路由及控制功能，并可將圖像定標同步到所選擇的輸出分辨率。因此，SGS能接受不同掃描速率的RGB或視頻分量信號，同時操作者可將這八個輸入無縫切換到一個可選擇的、固定的輸出速率上。
同樣，現(xiàn)有的SGS可用于舞臺演出，這里高頻的計算機視頻110、112和114以及來自攝像機102的標準頻率視頻必須無縫切換成高頻高分辨率的計算機輸出120、122和124?，F(xiàn)有的SGS可同時接收隔行的和非隔行的、分辨率從560×384到1600×1200的、掃描速率從15kHz到100kHz的視頻格式，同時提供兩個不同的輸出信號。第一輸出是用戶用來觀看的“節(jié)目”輸出；第二輸出是“預(yù)覽輸出”，其用來使切換操作員在現(xiàn)場監(jiān)視器觀看“下一個要切換”的資源。這樣，在作物理切換時切換操作員可將“預(yù)覽”無縫地切換到“節(jié)目輸出”或選擇一個數(shù)字式的切換效果。
為了優(yōu)化圖像質(zhì)量并保持最大的圖像亮度和圖像細節(jié)，所有的輸入都要被定標到與數(shù)字顯示器的“有效點(sweet spot)”或本身分辨率相匹配的分辨率。改進后的數(shù)字視頻定標技術(shù)能使SGS樣品將RGB輸入定標到十八種普通的計算機視頻、HDTV、或等離子分辨率中的一種。定標后的這些用于計算機視頻輸出速率的輸出的分辨率為640×480、800×600、832×624、1024×768、1280×1024以及1360×1024。對等離子顯示器來說，該輸出分辨率為848×480、852×480、1280×768以及1360×765。這種SGS還可提供HDTV 480p、720p、1080i以及1080p的輸出速率。
2.5無縫式圖形切換器的問題然而，盡管SGS可以解決圖形切換器的新輸入“圖像跳動”的問題，但SGS本身也有一個問題，即它要用一個幀緩沖器或存貯器將具有一個水平和垂直刷新頻率的輸入視頻信號轉(zhuǎn)換成具有另一個水平和垂直刷新速率的輸出。當每一個輸入幀進來時，SGS都要將整幀數(shù)據(jù)保存在其內(nèi)部存貯器的一個空間內(nèi)，這樣才能使SGS對該幀數(shù)據(jù)重復(fù)進行信號處理或讀取。
然而，如果從存貯器緩存區(qū)讀取的輸出垂直讀取速率不是寫入存貯器的輸入垂直寫入速率的整數(shù)倍，輸出數(shù)據(jù)幀內(nèi)的信息在某時刻會包含兩個不同輸入幀的數(shù)據(jù)。這樣，顯示器的一部分會顯示其中一幀輸入數(shù)據(jù)的圖像，而顯示器的另一部分則顯示其中第二幀輸入數(shù)據(jù)的圖像。如果輸入圖像正在運動，那么這兩幀輸入數(shù)據(jù)中的元素將有所不同，而輸出的該幀數(shù)據(jù)將顯示出其中一個圖像的一部分(如前一圖像的一部分)和另一圖像的一部分(如后面一個圖像的一部分)。此外，在兩個圖像的交界處，輸出會有“錯位”。圖3所示為根據(jù)本發(fā)明一實施例的一種具有“錯位”的數(shù)字輸出圖像。
因此，例如，一個從右向左水平移動的球300，該球的輸入數(shù)據(jù)會使輸出的這幀圖像的頂部顯示第二幀輸入的圖像302，使輸出的這幀圖像的底部顯示第一幀輸入的圖像304，輸出的這幀圖像的上下兩部分的會合處306有錯位。輸出圖像的頂部移到了輸出圖像底部的左邊，這是因為頂部在時間上是物體從右向左移動的后一幀圖像。注意，輸出圖像在讀寫指針交匯310的位置處還有一個水平的像素移動。
因此，當前的SGS在輸入圖像包含“隨動攝影”時會產(chǎn)生一個特別的問題。例如，許多攝像機在一臺演出中都必須進行隨動攝影，這時多個攝像機會沿著舞臺對某人進行跟蹤。這樣，在掃描轉(zhuǎn)換的過程中，由于不同的輸入頻率會進到SGS，并且從SGS輸出一個不同的掃描轉(zhuǎn)換速率，因此存貯緩沖器的讀寫會有兩個不同的刷新速率。結(jié)果，垂直方向上的讀取和寫入速率不能同步鎖定。
現(xiàn)在用另一種方式來描述輸出錯位是如何形成的。由于顯示出來的每一幀輸出都是從存貯器中讀取的，那么當各幀數(shù)據(jù)以不同的速率寫入存儲器，并從存貯器讀出時，寫入指針和讀取指針以不同的速率在存貯器中移動。因此，讀寫指針最終會相交，并且當它們相交，讀取指針會從寫入指針緊后面的新的一幀輸入信息跳到寫入指針正要寫完的舊的一幀輸入信息。然后，該新的一幀和舊的一幀輸入信息會在當前的這幀輸出中合并，并且當輸入中存在移動時(如側(cè)向平移)，輸出會在讀取指針跨過新舊兩幀輸入間的邊界處形成一個錯位。
當進來的垂直向幀刷新速率與出去的垂直向刷新速率交叉時，或者“垂直同步”交叉時，錯位就會形成。當它們交叉時，由于該輸入正在寫入幀存貯器，因此在存貯器內(nèi)，兩個指針實際上相交，結(jié)果顯示的就是具有新、舊輸入幀信息的一個輸出幀。
注意，在SGS設(shè)備的輸出中形成的錯位在歐洲是一個很大的問題，這里輸出幀垂直頻率通常為60Hz，并且所有的輸入源的垂直頻率通常均為50Hz。因此，由于兩個垂直刷新速率間存在一差值10Hz，因此歐洲的SGS發(fā)生錯位的情況可高達每秒10次。
圖4是在一個試驗(即，因為實際情況只有在運動圖像或一串圖像幀中才能出現(xiàn))中，當輸出的垂直同步脈沖沒有與輸入的垂直同步脈沖鎖定時輸入輸出垂直同步脈沖的波形圖。參見圖4，頂部的跡線表示垂直同步的輸入信號402。底部跡線表示垂直同步的輸出信號404。點406處是輸出的垂直同步的同步脈沖，點408是輸入的垂直同步的同步脈沖?，F(xiàn)實中，輸出和輸入的垂直同步脈沖在沒有鎖定時具有不同的頻率，因此把它們放在示波器上同時顯示時，兩個同步脈沖之間存在一個相對運動。
2.6現(xiàn)有的解決方案用來解決SGS輸出錯位的一種選擇是在獲取輸入信號的水平和垂直速率后使輸出與它們嚴格一致，這樣數(shù)據(jù)幀的速率相同，水平同步和垂直同步也完全一樣。這種解決方法的問題在于由于輸入輸出像素嚴格一致，因此無法定標或掃描轉(zhuǎn)換。
例如，如果輸入速率僅僅是15kHz的視頻，同時輸出的水平速率和垂直速率與輸入鎖定，那么切換器僅能提供15kHz的輸出。由于15kHz的隔行輸出不能為大屏幕投影儀提供足夠的像素，因此將不能顯示出高分辨率的輸出視頻圖像。
另一種解決SGS輸出圖像在輸入移動過程中出現(xiàn)錯位的方法是采用一個鎖相環(huán)(Phase Locked Loop——PLL)從而在輸入的垂直同步脈沖和輸出的垂直同步脈沖之間實現(xiàn)同步。然而，該方法目前還沒有成功，垂直圖像速率最終沒有同步從而導(dǎo)致輸出出現(xiàn)錯位。在經(jīng)過一定數(shù)目的輸出幀后，輸出的讀取指針會與輸入的寫入指針交叉，在交叉發(fā)生時，輸出幀仍包含兩個輸入圖像的部分內(nèi)容，并且這兩個圖像間出現(xiàn)錯位。
另一種解決SGS輸出錯位的方法是加入幀存貯器，類似于輸入幀雙緩沖器，這樣就有兩個含有連續(xù)輸入圖像的輸入幀緩沖器。接著，無論垂直指針是否交叉，具有兩個輸入圖像的輸出幀可用下一幀圖像替換或取代。這樣，任一時刻，兩個緩沖器中的一個都只有一個輸入幀的信息。然后在指針交叉時，具有剛剛輸入的這幀信息的緩沖器被輸出。最終結(jié)果是SGS實際上略去(drop)一幀圖像或雙倍顯示了一單個幀。該方法的問題在于在輸出幀被替換或取代時，圖像的時間性有所混亂，由于圖像信息丟失任何線性的運動，如平移，會突然出現(xiàn)幀的停頓或者幀的跳躍。
例如，運動不再平滑，而是帶有跳躍或停頓。因此運動會出現(xiàn)停止、重復(fù)、接著再跳躍或蹦、接著再是一個大的跳躍、停止、接著是另一個大的跳躍。屏幕上任何方向的恒速平移或運動都會產(chǎn)生跳變。運動中的物體看上去在跳躍或斷斷續(xù)續(xù)。或者是停了一秒后又繼續(xù)運動。在較大的屏幕投影儀上，圖像則顯得有些遲鈍，圖像看上去好象有些問題。
因此，當用戶要高速記錄SGS輸出并且SGS為了避免出現(xiàn)錯位而略去幀時，記錄中會充滿斷斷續(xù)續(xù)的動作。還有，如果在直播或高清晰顯示過程中略去多幀圖像，輸出的圖像會顯得不那么專業(yè)或利落。此外，該方法會伴隨輸出圖像產(chǎn)生可變的輸出音頻延遲和跳躍的現(xiàn)象。
另一種解決SGS輸出錯位的方法是使輸出延遲，這樣無論垂直指針何時交叉，都可對信號進行處理從而使具有兩個輸入圖像的輸出幀“平滑”。然而，即使是帶有延遲，帶有錯位的輸出幀仍然存在，仍必須加入或者略去一幀或部分幀。這樣，當輸出幀或部分幀被去掉或替換時，圖像在時間上會出現(xiàn)混亂，任何線性的運動會突然出現(xiàn)停留或跳躍。
SGS加入延遲的另一個問題在于視頻通常會由于信號處理中幀的延遲或者由于記錄到存貯器發(fā)生延遲而在一個系統(tǒng)的多個點處產(chǎn)生延遲。例如，在大型的舞臺演出中，延遲開始積累并會積累到說者或唱者的嘴唇與系統(tǒng)的聲音不同步的地步。一般來講，整個系統(tǒng)的音頻和視頻之間最高可有一幀的延遲，但超過一幀時或環(huán)境的不同時，聲音和輸出的圖像唇動同步之間的時間差就可辨別出來。
因此，最好提供一種系統(tǒng)，其能將輸出的垂直幀同步脈沖鎖定到輸入的垂直幀同步脈沖，而在輸出速率上允許有不同的水平頻率，并且在輸入切換過程中保持恒定的無縫輸出頻率和分辨率。例如，所需的SGS是一種存貯器中讀寫指針不會交叉的SGS，并且其不會形成一個由兩個不同輸入幀構(gòu)成的輸出幀。
還有，最好能提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)中輸出和輸入的垂直同步脈沖被鎖定，存貯器中輸出的垂直幀的讀取指針的位置可相對于輸入的垂直幀的寫入指針進行調(diào)整。例如，一個合適的SGS可使輸出的讀取指針參照輸入的垂直指針放在任何一個位置上，這樣就可對幀速率的延遲進行調(diào)整(如，一幀的一半)。由此，SGS中幀速率的延遲就可根據(jù)需要設(shè)定、調(diào)整或經(jīng)程序控制改變到一個或多個恒定的、預(yù)期的數(shù)值上。
這樣一種SGS也是合適的，因為其將視頻延遲鎖定在一個特定的數(shù)值上從而為音頻視頻的同步提供一個預(yù)期的恒定的延遲。因此，這樣一種SGS允許嚴格的、可預(yù)期的以及更精確的音頻視頻同步。
此外，最好能提供一種系統(tǒng)，其中，存貯器中輸出的垂直幀的讀取指針的位置可相對于輸入的垂直幀的寫入指針進行調(diào)整，這樣輸出幀的速率的延遲可調(diào)整到與零相近。例如，一個合適的SGS可使輸出的垂直幀相對于輸入的垂直幀的延遲減到最少，而SGS仍能正常工作。
因此，除非SGS象掃描線輸入的一樣處理并輸出該掃描線，SGS才能提供0延遲，但是如果輸入和輸出幀的速率被鎖定在一起并且讀寫指針可相對于彼此進行調(diào)節(jié)，那么SGS就可具有一個接近于0的延遲。然后，在一個大型的舞臺表演中，這里視頻會經(jīng)過多個由處理和記錄過程而產(chǎn)生的延遲，延遲的累積可減到最小。結(jié)果，一個幀延遲非常低的的大型舞臺表演系統(tǒng)將不需要音頻延遲，就能使音頻與延遲的視頻一致。由于視頻延遲可達到最小，因此這種SGS也很理想，它可使音頻偏差達到最小；或者如果必要，為了使音頻/視頻輸出達到同步，可使音頻延遲達到最小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了一種垂直鎖定輸入輸出的視頻幀速率的方法和裝置。在本發(fā)明的一個或多個實施例中，不考慮輸入的格式和頻率，輸出的垂直同步在相位上與輸入的垂直同步進行鎖定。輸出分辨率、水平刷新速率、以及延遲都是用戶可選的，從而使用戶可根據(jù)其喜好選擇觀看任何來源的視頻圖像。垂直鎖定輸入和輸出幀的速率可以確保不同輸入幀的像素不會疊加到一個輸出幀上。
在一個實施例中，有兩個鎖相環(huán)相互串聯(lián)。第一個鎖相環(huán)生成用來滿足用戶顯示喜好的輸出像素時鐘。第一鎖相環(huán)不必精確地生成用來鎖定幀所需的輸出像素時鐘，因為當前的鎖相環(huán)都要求整數(shù)除數(shù)值并且所需的除數(shù)值都是計算到一個非整數(shù)位上。因此，除數(shù)值中的非整數(shù)或者分數(shù)部分即被丟掉。然而，第二個鎖相環(huán)用來補償除數(shù)值中丟失的分數(shù)部分。第二鎖相環(huán)采用一個電壓控制的晶體振蕩器或者一個類似的、調(diào)節(jié)能力有限的設(shè)備來為第一鎖相環(huán)生成參考頻率。因此，在本發(fā)明的一個或多個實施例中，該參考頻率可有限調(diào)節(jié)直到獲得一個時鐘。
在本發(fā)明的一個或多個實施例中，一個輸出定時信號發(fā)生器生成水平和垂直同步脈沖。該輸出的垂直同步脈沖與輸入的垂直同步脈沖相位鎖定。一個自由振蕩器測出送入的視頻頻率并將其輸出送到一個微控制器，該微控制器根據(jù)用戶所選擇的輸出參數(shù)選擇計算出第一鎖相環(huán)中所需的除數(shù)值。用戶還可通過輸出定時信號發(fā)生器來調(diào)整垂直的輸入、輸出視頻幀之間的延遲。
在本發(fā)明的一個方面，提供一種垂直鎖定信號的方法，該方法包括以下步驟獲得具有輸入垂直同步脈沖的輸入信號；由一個參考頻率生成一個像素時鐘頻率；由所述的像素時鐘頻率確定輸出的垂直同步脈沖；生成所述參考頻率從而鎖定所述輸入的垂直同步脈沖和所述輸出的垂直同步脈沖，其中所述的生成所述參考頻率的步驟包括由一個頻率發(fā)生器生成一個額定頻率；將所述輸入的垂直同步脈沖和所述輸出的垂直同步脈沖進行比較從而生成一個相位誤差信號；通過對所述相位誤差信號進行調(diào)整生成一個調(diào)節(jié)信號；以及調(diào)節(jié)所述頻率發(fā)生器從而利用所述調(diào)節(jié)信號生成所述參考頻率。在一個優(yōu)選實施例中，其中所述的生成像素時鐘頻率的步驟包括將所述的參考頻率與一個調(diào)節(jié)后的像素時鐘頻率比較從而生成一個相位誤差信號，其中所述的調(diào)節(jié)后的像素時鐘頻率是用所述的像素時鐘頻率除以一個PLL除數(shù)得到的；調(diào)整所述的相位誤差信號生成一個調(diào)節(jié)信號；以及采用所述的調(diào)節(jié)信號來調(diào)節(jié)所述的像素時鐘頻率。在另一個優(yōu)選實施例中，所述的PLL除數(shù)是通過以下步驟獲得的確定輸入的垂直頻率；獲得所需的輸出水平分辨率和所需的輸出垂直分辨率；將所述輸入垂直頻率、所述所需的輸出水平分辨率、所述所需的輸出垂直分辨率、以及所述的參考除數(shù)的乘積除以所述的額定頻率即得到一個中間除數(shù)；以及將PLL除數(shù)值設(shè)定為所述中間除數(shù)的整數(shù)部分。在另一個優(yōu)選實施例中，所述確定輸出的垂直同步脈沖的步驟包括獲得所需的輸出水平分辨率和所需的輸出垂直分辨率；對所述像素時鐘循環(huán)進行計數(shù)從而生成一個像素計數(shù)器；由所述的像素計數(shù)器生成輸出的水平同步脈沖；對所述輸出的水平同步脈沖進行計數(shù)從而生成線數(shù)計數(shù)器；由所述的線數(shù)計數(shù)器生成輸出的垂直同步脈沖；在所述的像素計數(shù)器達到所需的輸出水平分辨率時，重新啟動所述像素計數(shù)器；以及在所述的線數(shù)計數(shù)器達到所需的輸出垂直分辨率時，重新啟動所述線數(shù)計數(shù)器。
在本發(fā)明的另一個方面，提供一種用來垂直鎖定信號的系統(tǒng)，包括一個輸入信號，其包括輸入的垂直同步脈沖；一個時鐘發(fā)生器，其用來由一個參考頻率生成時鐘脈沖；一個輸出定時信號發(fā)生器，其用來由所述的時鐘脈沖生成輸出的垂直同步脈沖；一個檢測器，其與所述的輸出定時信號發(fā)生器和所述的輸入信號相連，用來生成所述輸出的垂直同步脈沖和所述輸入的垂直同步脈沖之間的相位誤差信號；一個與所述的檢測器相連的調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器配置為通過調(diào)節(jié)所述的參考頻率來調(diào)節(jié)所述的時鐘脈沖，從而使所述輸入的垂直同步脈沖和所述輸出的垂直同步脈沖同步，其中所述調(diào)節(jié)器包括一個可調(diào)節(jié)的頻率發(fā)生器，其具有一個調(diào)節(jié)信號作為輸入和一個等于所述參考頻率的輸出；以及一個電路，其通過對所述相位誤差信號進行調(diào)整來生成所述調(diào)節(jié)信號。



圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一個典型的圖形環(huán)境，其中數(shù)字顯示技術(shù)的各個元件通過一個圖形切換器相連；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的一個數(shù)字顯示設(shè)備，其中顯示有用來顯示圖像的像素陣列；圖3展示的是根據(jù)本發(fā)明一實施例的、具有“錯位”的數(shù)字式顯示輸出圖像；圖4是在輸出的垂直同步脈沖沒與輸入的垂直同步脈沖鎖定時輸入輸出的垂直同步脈沖的試驗結(jié)果；圖5是根據(jù)本發(fā)明一實施例，當輸出的垂直同步脈沖與輸入的垂直同步脈沖相位鎖定時輸入輸出的垂直同步脈沖的結(jié)果；圖6是一個典型的鎖相環(huán)的方塊圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的兩個串聯(lián)相接的鎖相環(huán)的方塊圖；圖8為本發(fā)明用來鎖定輸入輸出垂直同步速率的一個實施例的方塊圖；圖9為根據(jù)本發(fā)明一實施例的水平同步脈沖發(fā)生的流程圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明一實施例的輸出垂直脈沖發(fā)生的流程圖；圖11為根據(jù)本發(fā)明一實施例的、用于水平同步脈沖的、可由一個微控制器程序控制的輸出定時信號發(fā)生器的邏輯圖，其中有該發(fā)生器的邏輯門電路；圖12為根據(jù)本發(fā)明一實施例的用于水平同步脈沖的輸出定時信號發(fā)生器的邏輯圖，其中顯示有該發(fā)生器的邏輯門電路，該發(fā)生器編程后用于1024×768(即1344×806)的輸出；圖13為根據(jù)本發(fā)明一實施例的邏輯圖，其中顯示有參考除法器、垂直相位檢測器、糾錯電荷泵。
具體實施方式
本發(fā)明包括一種用來垂直鎖定來自不同視頻源的輸入輸出信號的方法和裝置。在下面的描述中，將詳細全面地論述本發(fā)明的多個實施例。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人中來說，沒有這些細節(jié)本發(fā)明也能實現(xiàn)。其它情況下，會對一些公知的特征進行詳細描述從而使本發(fā)明更加清楚。
在本發(fā)明的一個或多個實施例中，這里所描述的方法和裝置都能夠以用戶特定的輸出分辨率來鎖定輸入輸出的圖像幀頻(即頻率)。在一種典型的情況下，多個視頻源具有不同的幀頻和分辨率。這些輸入的圖像信號定標到與輸出的圖像參數(shù)相匹配，然后再以高速輸出到一個顯示設(shè)備。輸出的分辨率可恒定保持在用戶預(yù)先設(shè)定的數(shù)值上，而輸入的圖像源可在分辨率和時間上有所變化。
這些用來將輸入的視頻信號變到所需的輸出分辨率的方法包括圖像定標、掃描線加倍器、四倍器。這些方法在背景技術(shù)中已進行了詳細地論述。然而，無論所需的輸出分辨率如何，當在多個圖像源之間進行切換或是例如攝像機以一個適當?shù)乃俾势揭茣r，都會出現(xiàn)模糊的現(xiàn)象。這是因為輸入的視頻數(shù)據(jù)在定標之前就被寫到存貯器中了。如果寫入指針和讀取指針不同步，顯示屏的一些部分相對于其它部分會有不同的輸入幀的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的目的就是使輸入和輸出的幀頻同步，這樣一個完整的輸入幀的圖像就能讀取出來并以所需的分辨率輸出顯示。
通常來說，要用一個鎖相環(huán)(PLL)來實現(xiàn)同步。PLL是一種閉環(huán)反饋系統(tǒng)，這里通過改變送到一個頻率可變的發(fā)生器的輸入來控制一個信號(即來自頻率發(fā)生器輸出的同步脈沖)的頻率，這樣其就能與參考信號源的同步脈沖同相鎖定。這可通過使參考振蕩器輸出的相位與電壓可控振蕩器(VCO)(這里VCO就是頻率可變的發(fā)生器)輸出的相位進行比較產(chǎn)生相位誤差信號來實現(xiàn)。誤差信號在調(diào)整后用來對VCO進行調(diào)節(jié)，直到VCO的頻率與參考振蕩器的頻率匹配為止。
VCO通過電壓控制可擴展到所關(guān)心的頻率范圍。VCO的輸出就是PLL系統(tǒng)的輸出，其用作不同場合的時鐘。在PLL中，VCO的輸出通過一個可編程的除法器反饋回來并與相位檢測器中的參考頻率比較。在實際情況中，該參考頻率通常會通過參考除法器。該參考信號通常是晶體振蕩器、VCXO(電壓控制晶體振蕩器)、但也可是另一個PLL的輸出。相位檢測器生成一個誤差電壓以控制VCO將VCO的輸出鎖定到參考頻率上。
圖6為典型的鎖相環(huán)的方塊圖。PLL的輸入是參考振蕩器的輸出，其在塊602經(jīng)過一個分頻器從而生成所需的(即參考的)同步速率(即頻率)，該參考振蕩器通常為一個晶體振蕩器。相位檢測器塊604將參考除法器塊602的輸出與PLL除法器塊610的輸出進行比較以形成兩信號間的相位誤差。塊610的輸出是塊608電壓控制振蕩器(VCO)生成的頻率除以PLL除數(shù)值的結(jié)果。為了使回路穩(wěn)定，在對VCO進行調(diào)節(jié)之前相位誤差在塊606中進行濾波。當回路穩(wěn)定時，塊610的輸出就與塊602的參考輸出同相鎖定(即，沒有相位差)。
在一個典型的系統(tǒng)中，VCO操作在一個量級上高于參考頻率的頻率上。例如，假定所需的頻率級為25kHz，并且晶體的參考頻率為4MHz。這時，參考除法器將使晶體的參考頻率4MHz除以160(4MHz/160＝25kHz)。對于VCO的例如146.5MHz來說，PLL除數(shù)值可設(shè)定在5860從而將146.5MHz除到25kHz。這樣，當回路鎖定時，送到相位檢測器的參考信號及VCO信號均為25kHz。注意，由于當前硬件的限制，PLL除數(shù)只能是一個(由二進制機器生成)整數(shù)。然而，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明顯然可使用任何類型的PLL設(shè)備將輸出頻率鎖定到參考頻率。
PLL系統(tǒng)中最后說明的部件是回路濾波器。該部件是必須的，因為典型的相位檢測器并不生成“直流(DC)”的誤差電壓，而是根據(jù)回路鎖定的位置生成一個脈沖的波形。例如Motorola MC145170PD的輸出就是一個帶有正向或負向脈沖(這取決于芯片的程序)的邏輯電平信號。如果這種波形直接用于VCO，就會形成一個很寬的頻率調(diào)制信號?；芈窞V波器對PD輸出進行積分(或平均)以形成一個平滑的誤差電壓。
相位檢測器可與程控參考除法器、主除法器和數(shù)字控制電路一起集成到PLL芯片中。這里有幾個相位檢測器電路的實施例?，F(xiàn)在的大多數(shù)PLL芯片都采用電荷泵(charge pump)電路。電荷泵的輸出是一種邏輯電平的脈沖波形，其積分后形成VCO控制信號。回路濾波器將相位檢測器的脈沖輸出積分后形成一個平滑的“DC”的VCO控制電壓。改變?yōu)V波器中的部件值可對PLL的性能進行設(shè)定。
如前所述，PLL除數(shù)是一個整數(shù)。在前面的論述中，當頻率按比例下降以輸入到相位檢測器時，這些數(shù)可方便地選取以生成整數(shù)。然而，實際上定標的結(jié)果并不總是形成整數(shù)從而形成精度損失。精度損失會出現(xiàn)一些問題，即VCO的輸出不能與參考輸入真正鎖定，從而在不同圖像源之間進行切換時會形成不好的圖像效果。為了更好地理解這一問題，我們來看一個典型的圖像處理情況。
假定這里要將一個典型的NTSC(National Television StandardsCommittee)視頻信號投影到一個1024×768分辨率的顯示屏上，該視頻信號達到時的水平輸入頻率為15,734.26573Hz、垂直輸入頻率為59.94Hz(也稱作水平和垂直同步速率)。這里1024為輸出的水平分辨率，768為輸出的垂直分辨率。分辨率以像素數(shù)目確定，通常是指有效的顯示區(qū)域。因此1024×768包括的是有效的顯示區(qū)域。實際上，被掃描的總顯示區(qū)域包括一個空白的區(qū)域，在有效顯示為1024×768的情況下，總分辨率為1344×806。采用這個總的分辨率來計算所需的時鐘頻率(即VCO的輸出頻率)。當參考輸出和VCO輸出之間的相位誤差為零時，下面的公式成立 所需的VCO輸出，即用來鎖定輸入輸出幀頻的頻率，就是用來在作為輸入數(shù)據(jù)的相同幀中讀取整個輸出像素數(shù)據(jù)所需的頻率。因此VCO輸出由下式給出VCO的輸出＝(垂直輸入頻率)×(輸出的垂直分辨率)×(輸出的水平分辨率)
代入并求取該PLL除數(shù)，即得下式 代入VCXO的額定頻率27,000,000Hz和參考除數(shù)值1024，就得到PLL的除數(shù)2462.562，這是一個非整數(shù)。如前所述，由于硬件問題，PLL除數(shù)值現(xiàn)有只能限定為整數(shù)。因此，小數(shù)部分(即.562)必須去掉，從而使PLL除數(shù)值變?yōu)?462。再返算提供鎖定效果所需的VCXO的額定頻率即得到一個時鐘頻率27,006,167.51Hz。注意，這里當然可以對這些數(shù)字進行操作從而提供一個沒有小數(shù)部分的PLL除數(shù)值。然而，這里有一些物理限制，如，參考除數(shù)值必須是一個正整數(shù)(甚至是1)。參見圖4，由于無法計入PLL除數(shù)值的小數(shù)部分，輸出的垂直同步脈沖406和輸入的垂直同步脈沖408由于頻率沒有鎖定，兩者之間存在一個相對運動。
一般來講，參考除數(shù)值和VCXO頻率在選擇上應(yīng)使輸出的參考頻率(即VCXO頻率/參考除數(shù)值)盡可能地低以便于PLL鎖定并使圖像保持較低的晃動。輸出的參考頻率也不能太低，這是因為隨著頻率的降低，PLL必須具一個更大的PLL除數(shù)值來補償，這會使圖像更加晃動不穩(wěn)定。還有，高端時，輸出的參考頻率由PLL引起的頻率步長最小，或者改變?yōu)樽钚?，這是因為其僅能使該頻率乘上一個整數(shù)。這意味著參考值越大，PLL的頻率就可能偏得越遠，從而要求對VCXO進行更大調(diào)節(jié)以彌補差值。現(xiàn)有的技術(shù)要求將VCXO的值限定到±500到±1000ppm的范圍內(nèi)(百萬分率)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都知道本發(fā)明并不限于該頻率范圍的VCXO。實際上，可以使用頻率可調(diào)的任何VCXO。
要想在多個圖像源、格式之間進行切換，并且還要顯示出一個范圍很寬的、用戶可選擇的分辨率，就不可能為參考頻率選擇一個固定的數(shù)值。該問題在于必須在兩個垂直同步脈沖間讀取的像素數(shù)據(jù)的數(shù)目為輸入的垂直頻率乘以輸出的垂直分辨率和輸出的水平分辨率。對于我們上面的這例情況來說，該數(shù)為64,930,844.16。如果所有的顯示數(shù)據(jù)都在垂直的同步脈沖中讀取的話，這也是PLL輸出所要求的頻率。然而，該數(shù)會有所變化，因為用戶可以指定不同的分辨率，并且輸入的頻率也會根據(jù)信號源的不同以及格式的不同而有所變化。
為了在用戶指定不同輸出分辨率的情況下仍能提供穩(wěn)定的鎖定，如圖7所示可將兩個鎖相環(huán)串聯(lián)相接。圖7為本發(fā)明一實施例中兩個鎖相環(huán)串聯(lián)時的方塊圖。塊702即PLL1為原先的PLL；塊704即PLL2為附加的、用來接收上述PLL除數(shù)值中小數(shù)部分的PLL。PLL塊702采用一個盡可能接近的整數(shù)(N)從而生成像素時鐘(輸出頻率)，其送到垂直同步發(fā)生器塊706中從而生成輸出的垂直同步脈沖(Vs_out)。為了考慮PLL除數(shù)值中去掉的小數(shù)部分的作用，第二個鎖相環(huán)即塊704串聯(lián)引入從而對參考頻率進行必要地調(diào)節(jié)并使輸出的垂直同步脈沖與輸入的垂直同步脈沖(Vs_in)同步。關(guān)于這一操作更為詳細的說明以及每一塊的內(nèi)容請參見下面的內(nèi)容。
可采用一個鎖相環(huán)，然而當所需的輸出頻率(像素時鐘)超過60MHz同時輸入的參考頻率為60Hz時就要求PLL除數(shù)值的值超過1,000,000，這樣PLL回路就很難保持穩(wěn)定，因為每一個參考脈沖都要求超過一百萬的振蕩周期。因此，采用串聯(lián)的兩個鎖相環(huán)使穩(wěn)定更為容易、更為準確。
最后，為了適應(yīng)輸入頻率的變化，要加入一個用來測量進來的垂直同步頻率的裝置。參見圖8，圖8為本發(fā)明用來鎖定輸入輸出垂直同步速率的實施例的方塊圖。為了將圖8與圖7相結(jié)合，這里的塊810到塊818等同于圖7中的PLL2，并且塊820和塊822等同于圖7的PLL1。
垂直頻率的測量參見圖8，在塊804中，輸入的垂直同步速率(參考速率)采用高頻自由振蕩器802精確測出。垂直頻率測量塊804的輸出為每一垂直脈沖的計數(shù)，即塊804記錄的是兩個輸入的垂直同步脈沖間出現(xiàn)的振蕩器802的脈沖數(shù)。例如，頻率為59.94Hz的NTSC垂直同步輸入所用的、頻率為27,000,000Hz的振蕩器804會使塊804輸出的計數(shù)為450,450。實際的數(shù)值應(yīng)為27,000,000/59.94＝450,450.450，即一個非整數(shù)。由于記錄的僅是振蕩器802脈沖的數(shù)目，因此小數(shù)部分舍去后導(dǎo)致精度降低并且進一步導(dǎo)致無法鎖定。因此，最好采用一個快速振蕩器。對于自由振蕩器802和VCXO818的額定頻率來說，最好也采用相同的數(shù)值從而有助于使微控制器必須進行的計算最少。
微控制器的計算塊804輸出的計數(shù)送到微控制器塊808中。除了其它功能外，該微控制器塊808選擇一個參考除法器820并進行所有的計算以算出PLL除數(shù)值，該值送到PLL塊822的塊826中。如前所述，參考除數(shù)值820可以是任何正的整數(shù)。微控制器的計算是基于用戶選擇的輸出水平頻率、水平分辨率以及垂直分辨率進行的。這種選擇可通過一個用戶界面來實現(xiàn)，該界面也可由微控制器控制。唯一的限制是垂直同步頻率，該頻率在鎖定幀的輸入輸出兩側(cè)必須相同。
在本發(fā)明的一個實施例中，微控制器塊808可包括一個Motorola公司制造的微處理器，如PowerPC系列處理器中的一個，或者是由Intel公司生產(chǎn)的微處理器如8031、8051、80×86、或是Pentium系列的處理器、或是Sun MicrosystemsTM公司生產(chǎn)的SPARCTM微處理器。然而，也可采用其它任何合適的微處理器或微型計算機。
生成像素時鐘的鎖相環(huán)生成像素時鐘的PLL即塊822生成像素時鐘頻率，其用來讀取垂直同步周期內(nèi)所有需要的顯示數(shù)據(jù)。例如，一個NTSC制式的視頻以59.94Hz的垂直同步頻率輸入到一個1344×806的顯示器上所需要的像素時鐘頻率為64,930,844.16Hz。
生成像素時鐘的鎖相環(huán)的輸入為參考除法器塊820的輸出，塊820的輸入來自VCXO塊818。VCXO818以額定頻率啟動并在一定范圍內(nèi)可調(diào)，現(xiàn)有技術(shù)下該范圍通常在±500到±1000ppm(百萬分率)的范圍內(nèi)。例如，對于27MHz的VCXO來說，±500ppm的調(diào)節(jié)范圍相當于±13,500Hz(即，500×27,000,000/1,000,000)。參考除法器塊820的輸出與塊826即PLL除法器的輸出在塊828即相位檢測器內(nèi)進行比較，從而生成兩個信號間的相位誤差。電壓控制振蕩器(VCO)即塊824接收濾波后的相位誤差并生成像素時鐘輸出。如前所述，濾波可使鎖相環(huán)穩(wěn)定。
像素時鐘表示視頻數(shù)據(jù)從存貯緩沖器中讀取出來的速率。像素時鐘輸出通過塊826即PLL除法器反饋到相位檢測器塊828以與參考值進行比較。其還反饋到輸出定時信號發(fā)生器塊830以生成水平和垂直同步脈沖。
輸出定時信號發(fā)生器輸出定時信號發(fā)生器(OTG)即塊830將需要輸出的水平和垂直同步脈沖計算出來。OTG根據(jù)輸出格式對像素計數(shù)器出來的“水平同步開始數(shù)”和“水平同步終止數(shù)”進行解碼以生成輸出的水平同步脈沖(HS_OUT)。像素時鐘對像素計數(shù)器進行計時。像素計數(shù)器在計到每條輸出掃描線的像素總數(shù)后重新設(shè)定到零。通過將“水平同步開始數(shù)”和“水平同步終止數(shù)”解碼成不同數(shù)，就可對視頻定時信號的同步進行移動，從而改變或移動輸出屏幕上的圖像。
圖9為根據(jù)本發(fā)明一實施例的水平同步脈沖發(fā)生的流程圖。圖9的流程每一像素時鐘周期執(zhí)行一次。在接通電源后，重新設(shè)定像素計數(shù)器(Pixel_Counter)、水平同步輸出(Hsync_Out)、以及存貯器讀取允許數(shù)(Memory Read Enable discrete)的值。水平同步開始數(shù)(Hsync_Start)、水平同步終止數(shù)(Hsync_End)、存貯器緩沖區(qū)讀取的開始數(shù)(Pixel_Read_Start)、以及存貯器緩沖區(qū)讀取的終止數(shù)(Pixel_Read_End)、每條掃描線的像素總數(shù)(Horizontal Res.)由微控制器寫入緩沖寄存器中。
一進入塊904，像素計數(shù)器就進行累加。在塊906處，如果像素計數(shù)器的值等于水平同步開始數(shù)，輸出的水平同步脈沖在塊916被確認并設(shè)定為TRUE，程序進入塊910。然而，如果像素計數(shù)器的值不等于水平同步開始數(shù)，但在塊908處其等于水平同步終止數(shù)，那么輸出的水平同步脈沖在塊918重置并使程序前進到910。例如，如果Hsync_Start＝3并且Hsync_End＝67，那么Hsync_Out將在像素計數(shù)為3時被認定并設(shè)定為TRUE，并在像素計數(shù)為67時重置。
在塊910處，像素計數(shù)器與存貯器緩沖區(qū)讀取操作的開始數(shù)進行比較，如果相等，則在塊920啟動存貯器讀取并且程序前進到塊914，否則程序前進到塊912。在塊912處，像素計數(shù)器與存貯緩沖器讀取操作的終止數(shù)進行比較，如果相等，則在塊922禁止存貯器讀取并且程序前進到塊914。存貯緩沖器讀取的終止數(shù)應(yīng)等于存貯緩沖器讀取的開始數(shù)加上所期望的輸出水平分辨率(沒有空白區(qū))并減1。例如，如果開始數(shù)為88，輸出分辨率為1024，那么終止數(shù)將為像素計數(shù)器的1111。
最后，在塊914處，像素計數(shù)器與最大輸出水平分辨率(包括空白區(qū))進行比較并且當它們相等時在塊924處重置。像素計數(shù)器永遠都不能大于最大輸出水平分辨率。程序在塊926結(jié)束。整個程序每像素時鐘周期進行一次。
輸出的垂直同步脈沖采用如上述的輸出的水平同步脈沖一樣的方式生成，只是用一個線數(shù)計數(shù)器來代替像素計數(shù)器來生成同步脈沖。該線數(shù)計數(shù)器由輸出的水平同步脈沖(如上生成)計時并由所需的每幀輸出的線數(shù)的總數(shù)重置。圖10就是本發(fā)明一例垂直脈沖輸出發(fā)生的流程圖。啟動后，重置線數(shù)計數(shù)器(Line_Counter)以及垂直同步輸出(Vsync_Out)。垂直同步開始數(shù)(Vsync_Start)、垂直同步終止數(shù)(Vsync_End)以及每幀圖像掃描線總數(shù)(Vertical Res)由微控制器寫入緩沖寄存器中。
一旦進入塊1004，線數(shù)計數(shù)器就進行累加，如果塊1006中線數(shù)計數(shù)器的值等于垂直同步開始數(shù)，那么則在塊1012處將輸出的垂直同步脈沖設(shè)定為TRUE，程序前進到塊1008。然而，如果像素計數(shù)器不等于垂直同步開始數(shù)但在塊1008等于垂直同步終止數(shù)，那么輸出的垂直同步脈沖將在塊1014重置，并且程序前進到塊1010。例如如果Vsync_Start＝3并且Vsync_End＝8，那么Vsync_Out將在線數(shù)為3時設(shè)定為TRUE，并在線數(shù)為8時重置。
最后，在塊1010處，線數(shù)計數(shù)器與最大輸出垂直分辨率(包括空白區(qū))進行比較并且當它們相等時在塊1016重新進行設(shè)定。線數(shù)計數(shù)器永遠都不能大于每幀圖像的最大輸出垂直分辨率。程序在塊1018結(jié)束。整個程序在如上計算得出的水平同步輸出信號的每個循環(huán)都進行一次。
這種程序結(jié)構(gòu)使視頻輸入和圖像輸出之間的延遲變得可調(diào)，因為用戶可通過一個用戶界面將所需的值設(shè)定成圖9和圖10程序中所用的常量。圖像延遲(時間失真)的調(diào)節(jié)要求將輸出幀中的任一點設(shè)定成輸入垂直同步脈沖的鎖定點。在一實施例中，單獨的一個信號生成后離開線數(shù)計數(shù)器并反饋到垂直相位檢測器810，從而在不改變垂直同步輸出的條件下使鎖定點進行移動。這個單獨的信號與垂直同步輸出頻率相同，但在相位上可以有所偏移。
在本發(fā)明的一個或多個實施例中，輸出定時信號發(fā)生器可用圖11和圖12中的邏輯門電路表示。水平和垂直同步脈沖可用圖11和圖12中的邏輯電路生成，然而，在下面的例子中，只生成有水平同步脈沖。在圖11中，一組Q觸發(fā)器對1102(最多是像素計數(shù)器的位數(shù))保存要解碼的數(shù)字的二進制表示。例如，被解碼的數(shù)可以是水平同步開始數(shù)或終止數(shù)。Q觸發(fā)器的輸出在塊1106中等于用二進制表示的像素數(shù)1104。當所有的位都相同時，與門1108的輸出為真。
圖12表示的是一個對用于1024×768(即總共為1344×806)輸出分辨率的水平同步脈沖及重新設(shè)定脈沖進行解碼例子。塊1202包含有用二進制表示的像素計數(shù)器。塊1202的輸出穿過邏輯塊1204直至1208從而在塊1204確定出像素計數(shù)器重置脈沖、在塊1206確定出輸出的水平同步脈沖的開始、在塊1208確定出水平同步脈沖的終止。當像素計數(shù)器的重置脈沖為真時，像素計數(shù)器塊1202重新設(shè)定到零。
該設(shè)定/重新設(shè)定觸發(fā)器塊1210在水平同步輸出塊1206開始的輸出(輸出B)為真時通過重新設(shè)定觸發(fā)器1210(輸出D)使同步脈沖為真。同步脈沖在水平同步輸出塊1208(輸出C)的終止的輸出由觸發(fā)器的設(shè)定而為真時被重新設(shè)定(即不再為真)。
垂直跟蹤及糾錯如前所述，誤差會從測量送入的垂直同步開始累積并且在塊826所用的PLL除數(shù)值的計算中進行累積。這些誤差是由于在PLL除數(shù)值的計算中舍去了小數(shù)部分而帶來的，目前該PLL除法器用作一個整數(shù)除法器。在前面的例子中，該PLL除數(shù)值取整到整數(shù)值2462，而不是27MHz振蕩器所需的2462.562，其對一個NTSC的59.94Hz的垂直輸入采樣，并用于所需的1344×806像素的顯示區(qū)域輸出。還有，塊804處測得的每垂直掃描的計數(shù)值也取整到該整數(shù)值，這是因為小數(shù)部分無法測出來。結(jié)果將不能鎖定輸入和輸出的垂直同步脈沖。
為了解決無法鎖定的問題，包括塊810到818的第二個PLL電路與像素時鐘生成PLL串聯(lián)。在一實施例中，參考除法器塊820、垂直相位檢測器塊810、以及糾錯電荷泵塊812更為詳細地顯示在圖13中。輸入和輸出垂直同步脈沖的相位在垂直相位檢測電路810中進行比較，相位檢測器的輸出被送到電荷泵812并生成一個邏輯電平脈沖波形。
糾錯電荷泵812生成一個數(shù)字輸出信號，其是一種寬度與輸入的垂直同步脈沖和輸出的垂直同步脈沖間相位誤差等寬的脈沖。糾錯電荷泵812的輸出在低通濾波器塊814中進行濾波。低通濾波器用來使該回路穩(wěn)定，并由脈沖糾錯電荷泵810的輸出生成一個“DC”電壓誤差。低通濾波器的輸出可在塊816進行緩沖從而根據(jù)需要為VCXO生成一個低阻抗的驅(qū)動(即如果采用低阻抗VCXO)。緩沖器的輸出是VCXO塊818的恒定電壓輸入。塊818，即VCXO，椐此調(diào)整其輸出頻率，強制鎖定輸出和輸入的垂直同步(VS_OUT和VS_IN)。如圖5所示，由此形成的的VCXO額定頻率將使輸入的垂直同步與輸出的垂直同步之間同步。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的當輸出的垂直同步脈沖在頻率上與輸入的垂直同步脈沖鎖定并且兩個信號間沒有相移時輸入和輸出的垂直同步脈沖的結(jié)果。圖5中，頂部跡線表示輸入信號502的垂直同步。底部跡線表示輸出信號504的垂直同步。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，兩條跡線(輸出506和輸入同步508)具有相同的頻率范圍但在相位上有所移動(用戶可選擇所需的相移)。在圖5的說明中，示波器上看不到相移，兩條跡線——同步脈沖輸出506和同步脈沖輸入508——看上去一起移動(即，被鎖定在一起)。
使PLL除數(shù)形成整數(shù)的頻率就是這個用來鎖定輸入和輸出垂直脈沖所需的值，該頻率由VCXO提供并由下式給出 如下面所示，代入前例NTSC的參數(shù)，就得到一個能將輸入的垂直同步脈沖和輸出的垂直同步脈沖鎖定的VCXO鎖定頻率27,006,167.51Hz。


如下所示，代回到PLL除數(shù)值公式，就得到一個整數(shù)的PLL除數(shù)值 上面這些顯示出第二個PLL能夠通過調(diào)整VCXO的頻率來在相位上鎖定輸入的垂直同步脈沖和輸出的垂直同步脈沖，該頻率是像素時鐘生成PLL的參考頻率。一般來講，鎖定會在PLL除數(shù)值公式得到一個整數(shù)時出現(xiàn)。
應(yīng)用由于本發(fā)明能夠鎖定輸出和輸入的垂直同步脈沖，因此本發(fā)明的實施例可采用各種各樣數(shù)字和模擬的電路和設(shè)備(包括那些帶有隔行/不隔行的輸入和輸出)，例如那些帶有切換、圖形切換、圖形無縫切換、掃描轉(zhuǎn)換、定標、圖像定標、線數(shù)倍增、線數(shù)增加四倍功能以及其它各種電路和設(shè)備，這些電路和設(shè)備具有一個輸入和輸出，并且輸入和輸出間的分辨率不同，垂直速率相同或不同。此外，本發(fā)明還能用來適度地改進其它各種系統(tǒng)。
事實上，在大型舞臺演出中，將本發(fā)明用于其中的定標器是非常有用的，其中該定標器具有視頻輸入以及頻率與該輸入不同的計算機輸出。
盡管本發(fā)明可用于TV信號向上切換到計算機的掃描速率，其也可用于將計算機圖形信號向下切換到電視信號的系統(tǒng)。這樣，比如計算機生成的圖像就能輸入到記錄圖像或報告的錄像帶中。
本發(fā)明還可用于電影工業(yè)。例如，那些用來產(chǎn)生特殊效果、高分辨率圖形、計算機生成的圖像、高技術(shù)圖形、計算機圖形的設(shè)備。這是因為電影膠片通常以每秒24幀的速率拍攝，但絕大部分電視和計算機圖像都是以一個與之不同的幀頻運行，因此，當圖像采用電影攝像機生成時，很難用鎖定所有不同幀頻的方法來形成輸出，監(jiān)視器的圖像上不會顯示出橫杠來。
本發(fā)明的另一個應(yīng)用場合是廣播。由于所采用的輸入信號很多，因此播音室所用的廣播切換器和圖像控制器都要求無縫切換。例如，廣播通常包括加入圖形和/或圖像。本發(fā)明還可對切換進行改進以用于家庭影院或安全目的。
至此，本發(fā)明已經(jīng)描述了各種垂直鎖定不同視頻源的輸入和輸出信號的方法和裝置。盡管本發(fā)明是相對特定的實施例進行的描述，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都清楚本發(fā)明的發(fā)明點也可用于其它的實施例，并且所有這些實施例都落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種垂直鎖定信號的方法，包括獲得具有輸入垂直同步脈沖的輸入信號；由一個參考頻率生成一個像素時鐘頻率；由所述的像素時鐘頻率確定輸出的垂直同步脈沖；生成所述參考頻率從而鎖定所述輸入的垂直同步脈沖和所述輸出的垂直同步脈沖，其中所述的生成所述參考頻率的步驟包括由一個頻率發(fā)生器生成一個額定頻率；將所述輸入的垂直同步脈沖和所述輸出的垂直同步脈沖進行比較從而生成一個相位誤差信號；通過對所述相位誤差信號進行調(diào)整生成一個調(diào)節(jié)信號；以及調(diào)節(jié)所述頻率發(fā)生器從而利用所述調(diào)節(jié)信號生成所述參考頻率。
2.如權(quán)利要求
1的方法，其中所述的參考頻率進一步除以一個參考除數(shù)。
3.如權(quán)利要求
2的方法，其中所述的參考除數(shù)是任意的正整數(shù)。
4.如權(quán)利要求
3的方法，其中所述的生成像素時鐘頻率的步驟包括將所述的參考頻率與一個調(diào)節(jié)后的像素時鐘頻率比較從而生成一個相位誤差信號，其中所述的調(diào)節(jié)后的像素時鐘頻率是用所述的像素時鐘頻率除以一個PLL除數(shù)得到的；調(diào)整所述的相位誤差信號生成一個調(diào)節(jié)信號；以及采用所述的調(diào)節(jié)信號來調(diào)節(jié)所述的像素時鐘頻率。
5.如權(quán)利要求
4的方法，其中所述的PLL除數(shù)是通過以下步驟獲得的確定輸入的垂直頻率；獲得所需的輸出水平分辨率和所需的輸出垂直分辨率；將所述輸入垂直頻率、所述所需的輸出水平分辨率、所述所需的輸出垂直分辨率、以及所述的參考除數(shù)的乘積除以所述的額定頻率即得到一個中間除數(shù)；以及將PLL除數(shù)值設(shè)定為所述中間除數(shù)的整數(shù)部分。
6.如權(quán)利要求
5的方法，其中所述確定輸入的垂直頻率的步驟包括在相鄰兩個輸入的垂直同步脈沖之間對自由振蕩器的脈沖進行計數(shù)。
7.如權(quán)利要求
5的方法，其中用戶提供所述所需的輸出水平分辨率和所述所需的輸出垂直分辨率，其中所述的輸出水平分辨率和所述的輸出垂直分辨率具有空白區(qū)所需的像素。
8.如權(quán)利要求
1的方法，其中所述確定輸出的垂直同步脈沖的步驟包括獲得所需的輸出水平分辨率和所需的輸出垂直分辨率；對所述像素時鐘循環(huán)進行計數(shù)從而生成一個像素計數(shù)器；由所述的像素計數(shù)器生成輸出的水平同步脈沖；對所述輸出的水平同步脈沖進行計數(shù)從而生成線數(shù)計數(shù)器；由所述的線數(shù)計數(shù)器生成輸出的垂直同步脈沖；在所述的像素計數(shù)器達到所需的輸出水平分辨率時，重新啟動所述像素計數(shù)器；以及在所述的線數(shù)計數(shù)器達到所需的輸出垂直分辨率時，重新啟動所述線數(shù)計數(shù)器。
9.如權(quán)利要求
8的方法，其中用戶提供所述所需的輸出水平分辨率和所述所需的輸出垂直分辨率，其中所述的輸出水平分辨率和所述的輸出垂直分辨率具有空白區(qū)所需的像素。
10.如權(quán)利要求
8的方法，其中生成所述輸出的水平同步脈沖的步驟包括當所述像素計數(shù)器等于一個用戶可編程的水平同步開始數(shù)時，維持所述的水平同步脈沖；以及當所述像素計數(shù)器等于一個用戶可編程的水平同步終止數(shù)時，重新設(shè)定所述的水平同步脈沖。
11.如權(quán)利要求
8的方法，其中所述生成輸出的垂直同步脈沖的步驟包括當所述的線數(shù)計數(shù)器等于一個用戶可編程的垂直同步開始數(shù)時，維持所述的垂直同步脈沖；以及當所述的線數(shù)計數(shù)器等于一個用戶可編程的垂直同步終止數(shù)時，重新設(shè)定所述的垂直同步脈沖，其中所述的開始數(shù)和所述的終止數(shù)可被調(diào)節(jié)到所述輸入的垂直同步脈沖和所述輸出的垂直脈沖之間產(chǎn)生相移的程度。
12.一種用來垂直鎖定信號的系統(tǒng)，包括一個輸入信號，其包括輸入的垂直同步脈沖；一個時鐘發(fā)生器，其用來由一個參考頻率生成時鐘脈沖；一個輸出定時信號發(fā)生器，其用來由所述的時鐘脈沖生成輸出的垂直同步脈沖；一個檢測器，其與所述的輸出定時信號發(fā)生器和所述的輸入信號相連，用來生成所述輸出的垂直同步脈沖和所述輸入的垂直同步脈沖之間的相位誤差信號；一個與所述的檢測器相連的調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器配置為通過調(diào)節(jié)所述的參考頻率來調(diào)節(jié)所述的時鐘脈沖，從而使所述輸入的垂直同步脈沖和所述輸出的垂直同步脈沖同步，其中所述調(diào)節(jié)器包括一個可調(diào)節(jié)的頻率發(fā)生器，其具有一個調(diào)節(jié)信號作為輸入和一個等于所述參考頻率的輸出；一個電路，其通過對所述相位誤差信號進行調(diào)整來生成所述調(diào)節(jié)信號。
13.如權(quán)利要求
12的系統(tǒng)，其中所述的參考頻率進一步除以一個參考除數(shù)。
14.如權(quán)利要求
13的系統(tǒng)，其中所述的參考除數(shù)是任意的正整數(shù)。
15.如權(quán)利要求
14的系統(tǒng)，進一步包括一個微控制器，其中所述的微控制器選擇所述的參考除數(shù)。
16.如權(quán)利要求
15的系統(tǒng)，其中生成所述時鐘脈沖的所述時鐘發(fā)生器包括一個振蕩器，其生成所述的時鐘脈沖；一個時鐘除法器，其從所述的時鐘脈沖生成調(diào)節(jié)后的時鐘頻率；以及一個相位誤差發(fā)生器，其中所述相位誤差發(fā)生器通過將所述的參考頻率與所述調(diào)節(jié)后的時鐘頻率進行比較從而生成到所述振蕩器的輸入信號。
17.如權(quán)利要求
16的系統(tǒng)，其中所述的時鐘除法器包括一個微控制器，其為所述時鐘除法器生成一個除數(shù)，其中所述微控制器使用所述的輸入垂直頻率，所需的輸出水平分辨率和所需的輸出垂直分辨率來生成所述除數(shù)。
18.如權(quán)利要求
17的系統(tǒng)，進一步包括一個自由振蕩器的輸出脈沖；以及一個計數(shù)器，其對相鄰兩個輸入的垂直同步脈沖之間的所述輸出脈沖進行計數(shù)。
19.如權(quán)利要求
17的系統(tǒng)，其中用戶提供所述所需的輸出水平分辨率和所述所需的輸出垂直分辨率，其中所述的輸出水平分辨率和所述的輸出垂直分辨率包括空白區(qū)所需的像素。
20.如權(quán)利要求
12的系統(tǒng)，進一步包括獲得所需的輸出水平分辨率和所需的輸出垂直分辨率的裝置；用于對所述時鐘脈沖循環(huán)進行計數(shù)的一個像素計數(shù)器；從所述的像素計數(shù)器生成輸出的水平同步脈沖的裝置；用于對所述輸出的水平同步脈沖進行計數(shù)的一個線數(shù)計數(shù)器；從所述的線數(shù)計數(shù)器生成所述輸出的垂直同步脈沖的裝置；在所述的像素計數(shù)器達到所需的輸出水平分辨率時，重新啟動所述像素計數(shù)器的裝置；以及在所述的線數(shù)計數(shù)器達到所需的輸出垂直分辨率時，重新啟動所述線數(shù)計數(shù)器的裝置。
21.如權(quán)利要求
20的系統(tǒng)，其中用戶提供所述所需的輸出水平分辨率和所述所需的輸出垂直分辨率，其中所述的輸出水平分辨率和所述的輸出垂直分辨率包括空白區(qū)所需的像素。
22.如權(quán)利要求
20的系統(tǒng)，進一步包括當所述像素計數(shù)器等于一個用戶可編程的水平同步開始數(shù)時，維持所述的水平同步脈沖的裝置；以及當所述像素計數(shù)器等于一個用戶可編程的水平同步終止數(shù)時，重新設(shè)定所述的水平同步脈沖的裝置。
23.如權(quán)利要求
20的系統(tǒng)，進一步包括當所述的線數(shù)計數(shù)器等于一個用戶可編程的垂直同步開始數(shù)時，維持所述的垂直同步脈沖的裝置；以及當所述的線數(shù)計數(shù)器等于一個用戶可編程的垂直同步終止數(shù)時，重新設(shè)定所述的垂直同步脈沖的裝置。
24.一種垂直鎖定輸入和輸出信號的方法，包括獲得一個具有輸入垂直同步頻率的連續(xù)的視頻輸入信號；由所述連續(xù)的視頻輸入信號生成一個第一除數(shù)，所述第一除數(shù)是一個正整數(shù)；采用一個第一頻率發(fā)生器來生成一個參考頻率，并且第一頻率發(fā)生器具有一個可調(diào)的、額定頻率大于零的第一輸出，其中所述的參考頻率是采用一個調(diào)節(jié)信號在所述額定頻率周圍調(diào)節(jié)所述第一頻率發(fā)生器的可調(diào)的第一輸出而被調(diào)節(jié)的；利用所述第一除數(shù)由所述的參考頻率生成像素時鐘頻率；由所述的像素時鐘頻率來生成一個輸出的垂直同步脈沖頻率；由所述輸入的垂直同步頻率和所述輸出的垂直同步頻率間的誤差生成所述的調(diào)節(jié)信號，從而通過所述調(diào)節(jié)信號調(diào)節(jié)所述參考頻率以在所述輸出垂直同步脈沖頻率與所述輸入垂直同步脈沖頻率之間鎖定。
25.如權(quán)利要求
24的方法，其中所述輸入的垂直同步頻率由所述輸入的垂直同步頻率中的一個垂直同步脈沖表示，因此在所述連續(xù)的輸入視頻信號中有多個輸入的垂直同步脈沖。
26.如權(quán)利要求
25的方法，其中，通過對所述多個輸入的垂直同步脈沖中相鄰的兩個輸入的垂直同步脈沖之間出現(xiàn)的自由振蕩器的脈沖進行計數(shù)來確定所述輸入的垂直同步頻率，其中所述自由振蕩器的頻率等于所述第一頻率發(fā)生器的所述額定頻率。
27.如權(quán)利要求
24的方法，其中所述的參考頻率是用所述第一頻率發(fā)生器的、所述可調(diào)的第一輸出除以一個第二除數(shù)得到的，其中所述第二除數(shù)是一個正整數(shù)。
28.如權(quán)利要求
27的方法，其中所述由所述連續(xù)輸入的視頻信號生成所述第一除數(shù)的步驟包括獲取一個所需的視頻輸出垂直分辨率；獲取一個所需的視頻輸出水平分辨率；以及將所述輸入的垂直同步頻率、所述所需的視頻輸出水平分辨率、所述所需的視頻輸出垂直分辨率、以及所述的第二除數(shù)的乘積除以所述的額定頻率即得到一個中間值，所述的中間值具有一個整數(shù)部分和一個小數(shù)部分；將所述第一除數(shù)設(shè)定為所述中間值的所述整數(shù)部分。
29.如權(quán)利要求
24的方法，其中所述生成所述像素時鐘頻率的步驟包括采用一個第二頻率發(fā)生器來生成所述的像素時鐘頻率，該第二頻率發(fā)生器具有一個額定頻率等于零的可調(diào)的第二輸出，所述第二頻率發(fā)生器采用一個輸入的誤差信號來生成所述可調(diào)的第二輸出，其中所述可調(diào)的第二輸出即為所述的像素時鐘頻率；以及將所述的參考頻率與一個用所述的像素時鐘頻率除以所述的第一除數(shù)而得到的中間頻率進行比較來生成所述的誤差信號。
30.如權(quán)利要求
29的方法，其中所述的誤差信號在通過所述第二頻率發(fā)生器之前被進一步濾波。
31.如權(quán)利要求
24的方法，其中所述生成所述輸出的垂直同步頻率的步驟包括獲得一個所需的視頻輸出水平分辨率和一個所需的視頻輸出垂直分辨率；對所述像素時鐘循環(huán)進行計數(shù)從而生成一個像素計數(shù)器；由所述的像素計數(shù)器生成輸出的水平同步頻率；通過對所述輸出的水平同步頻率中的循環(huán)進行計數(shù)從而生成線數(shù)計數(shù)器；由所述的線數(shù)計數(shù)器生成所述輸出的垂直同步頻率；在所述的像素計數(shù)器達到所述所需的視頻輸出水平分辨率時，重新啟動所述的像素計數(shù)器；以及在所述的線數(shù)計數(shù)器達到所述所需的視頻輸出垂直分辨率時，重新啟動所述線數(shù)計數(shù)器。
32.如權(quán)利要求
31的方法，其中用戶提供所述所需的視頻輸出水平分辨率和所述所需的視頻輸出垂直分辨率，其中所述所需的視頻輸出水平分辨率和所述所需的視頻輸出垂直分辨率具有空白區(qū)所需的像素。
33.如權(quán)利要求
31的方法，其中所述生成所述輸出的水平同步頻率的步驟包括當所述像素計數(shù)器等于一個用戶可編程的水平同步開始數(shù)時，維持水平同步脈沖；以及當所述像素計數(shù)器等于一個用戶可編程的水平同步終止數(shù)時，重新設(shè)定所述的水平同步脈沖。
34.如權(quán)利要求
31的方法，其中所述生成所述輸出的垂直同步頻率的步驟包括當所述的線數(shù)計數(shù)器等于一個用戶可編程的垂直同步開始數(shù)時，維持垂直同步脈沖；以及當所述的線數(shù)計數(shù)器等于一個用戶可編程的垂直同步終止數(shù)時，重新設(shè)定所述的垂直同步脈沖，其中所述的開始數(shù)和所述的終止數(shù)可以調(diào)節(jié)從而使所述輸入的垂直同步脈沖和所述輸出的垂直脈沖之間產(chǎn)生相移。
35.一種垂直鎖定輸入和輸出信號的裝置，包括一個具有一輸入垂直同步頻率的連續(xù)的視頻輸入信號；一個裝置，其用來由所述連續(xù)的視頻輸入信號生成一個第一除數(shù)，所述的第一除數(shù)是一個正整數(shù)；一個用來生成一個參考頻率的第一頻率發(fā)生器，所述第一頻率發(fā)生器具有一個可調(diào)的、額定頻率大于零的第一輸出，其中利用一個調(diào)節(jié)信號在所述額定頻率周圍調(diào)節(jié)所述第一頻率發(fā)生器的所述可調(diào)的第一輸出而對所述的參考頻率進行調(diào)節(jié)；一個采用所述第一除數(shù)由所述的參考頻率生成像素時鐘頻率的第二頻率發(fā)生器；一個由所述像素時鐘頻率來生成一個輸出垂直同步頻率的裝置；由所述輸入的垂直同步頻率和所述輸出的垂直同步頻率間的誤差來生成所述調(diào)節(jié)信號的裝置，其中所述調(diào)節(jié)信號用來調(diào)節(jié)所述的參考頻率，直到在所述輸入的垂直同步頻率和所述輸出的垂直同步頻率之間鎖定為止。
36.如權(quán)利要求
35的裝置，其中所述輸入的垂直同步頻率由所述輸入的垂直同步頻率中的一個垂直同步脈沖表示，因此在所述連續(xù)的輸入視頻信號中有多個輸入的垂直同步脈沖。
37.如權(quán)利要求
36的裝置，其中，通過對所述多個輸入的垂直同步脈沖中相鄰的兩個輸入的垂直同步脈沖之間出現(xiàn)的自由振蕩器的脈沖進行計數(shù)來確定所述輸入的垂直同步頻率，其中所述自由振蕩器的頻率等于所述第一頻率發(fā)生器的所述額定頻率。
38.如權(quán)利要求
35的裝置，其中所述的參考頻率是用所述第一頻率發(fā)生器的、所述可調(diào)的第一輸出除以一個第二除數(shù)而得到的，其中所述第二除數(shù)是一個正整數(shù)。
39.如權(quán)利要求
38的裝置，其中用于由所述連續(xù)輸入的視頻信號生成所述第一除數(shù)的所述裝置包括獲取一個所需的視頻輸出垂直分辨率的裝置；獲取一個所需的視頻輸出水平分辨率的裝置；以及生成一個中間值的裝置，其通過將所述輸入的垂直同步頻率、所述所需的視頻輸出水平分辨率、所述所需的視頻輸出垂直分辨率、以及所述的第二除數(shù)的乘積除以所述的額定頻率即得到所述中間值，所述的中間值具有一個整數(shù)部分和一個小數(shù)部分；將所述第一除數(shù)設(shè)定為所述中間值的所述整數(shù)部分的裝置。
40.如權(quán)利要求
35的裝置，其中所述第二頻率發(fā)生器包括一個振蕩器，其生成所述的像素時鐘頻率，其中所述像素時鐘脈沖頻率是所述參考頻率的整數(shù)倍；一個時鐘除法器，其從所述的像素時鐘頻率生成一個中間頻率；以及一個電路，其通過將所述的參考頻率與所述的中間頻率進行比較來為所述振蕩器生成一個調(diào)節(jié)信號。
41.如權(quán)利要求
40的裝置，其中生成所述調(diào)節(jié)信號的所述電路包括一個相位檢測器，其生成相位誤差；和一個濾波器，其與所述相位誤差連接以生成所述的調(diào)節(jié)信號。
42.如權(quán)利要求
35的裝置，其中生成所述輸出的垂直同步頻率的所述裝置包括獲得一個所需的視頻輸出水平分辨率和一個所需的視頻輸出垂直分辨率的裝置；用于對所述像素時鐘循環(huán)進行計數(shù)的像素計數(shù)器；由所述的像素計數(shù)器生成一個輸出的水平同步頻率的裝置；用于對所述輸出的水平同步頻率中的循環(huán)進行計數(shù)的線數(shù)計數(shù)器；由所述的線數(shù)計數(shù)器生成所述輸出的垂直同步頻率的裝置；在所述的像素計數(shù)器達到所述所需的視頻輸出水平分辨率時，重新啟動所述的像素計數(shù)器的裝置；以及在所述的線數(shù)計數(shù)器達到所述所需的視頻輸出垂直分辨率時，重新啟動所述線數(shù)計數(shù)器的裝置。
43.如權(quán)利要求
42的裝置，其中所述所需的視頻輸出水平分辨率和所述所需的視頻輸出垂直分辨率是從用戶獲得的，其中所述所需的視頻輸出水平分辨率和所述所需的視頻輸出垂直分辨率具有空白區(qū)所需的像素。
44.如權(quán)利要求
42的裝置，其中生成所述輸出的水平同步頻率的所述裝置包括當所述像素計數(shù)器等于一個用戶可編程的水平同步開始數(shù)時，維持水平同步脈沖的裝置；以及當所述像素計數(shù)器等于一個用戶可編程的水平同步終止數(shù)時，重新設(shè)定所述的水平同步脈沖的裝置。
45.如權(quán)利要求
35的裝置，其中生成所述輸出的垂直同步頻率的所述裝置包括當所述的線數(shù)計數(shù)器等于一個用戶可編程的垂直同步開始數(shù)時，維持垂直同步脈沖的裝置；以及當所述的線數(shù)計數(shù)器等于一個用戶可編程的垂直同步終止數(shù)時，重新設(shè)定所述的垂直同步脈沖的裝置，其中所述的開始數(shù)和所述的終止數(shù)可以調(diào)節(jié)從而使所述輸入的垂直同步脈沖和所述輸出的垂直脈沖之間產(chǎn)生相移。
46.如權(quán)利要求
42的裝置，其中所述用來生成所述第一除數(shù)的裝置是一種系統(tǒng)，其包括一個處理單元；以及一個存貯設(shè)備。
47.如權(quán)利要求
42的裝置，其中所述用來生成所述輸出的垂直同步頻率的裝置是一種系統(tǒng)，其包括一個處理單元；以及一個存貯設(shè)備。
48.如權(quán)利要求
42的裝置，其中所述第一頻率發(fā)生器是一種電壓控制的振蕩器。
49.如權(quán)利要求
42的裝置，其中所述的第二頻率發(fā)生器是一種電壓控制的晶體振蕩器。
50.一種垂直鎖定輸入和輸出信號的裝置，包括一個具有一輸入垂直同步頻率的連續(xù)的視頻輸入信號；一個微控制器，其用來由所述連續(xù)的視頻輸入信號生成一個第一除數(shù)，所述的第一除數(shù)是一個正整數(shù)；一個電壓控制的晶體振蕩器，其用來生成一個參考頻率，所述電壓控制的振蕩器具有一個可調(diào)的、額定頻率大于零的第一輸出，其中通過利用一個調(diào)節(jié)信號在所述額定頻率周圍調(diào)節(jié)所述電壓控制晶體振蕩器的可調(diào)的第一輸出而使所述的參考頻率可被調(diào)節(jié)；一個鎖相環(huán)，其用來生成像素時鐘頻率，所述鎖相環(huán)在一個相位檢測器中對所述的參考頻率和一個用所述像素時鐘頻率除以所述第一除數(shù)而得到的中間頻率進行比較而生成一個誤差信號，并用該誤差信號作為電壓控制的振蕩器的輸入以生成所述的像素時鐘頻率；一個計算機，其由所述像素時鐘頻率來生成一個輸出的垂直同步頻率；由所述輸入的垂直同步頻率和所述輸出的垂直同步頻率來生成所述調(diào)節(jié)信號的裝置，其中所述調(diào)節(jié)的信號用來調(diào)節(jié)所述參考頻率直到在所述輸入的垂直同步頻率和所述輸出的垂直同步頻率之間鎖定為止。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種垂直鎖定輸入和輸出圖像幀頻的方法和裝置。該輸出的垂直同步脈沖無論輸入的格式和頻率如何都在相位上與輸入的垂直同步脈沖鎖定。輸出分辨率、水平刷新速率以及延遲都可由用戶選擇。兩個鎖相環(huán)串聯(lián)從而垂直鎖定輸入和輸出幀。鎖定輸入和輸出幀之間的垂直同步脈沖可在輸出的圖像中消除不同輸入幀的像素干擾。第一個鎖相環(huán)生成輸出像素時鐘以滿足用戶的顯示喜好，但不能精確表示出圖像鎖定所需的輸出像素時鐘，這是因為當前的鎖相環(huán)采用整除數(shù)。第二個鎖相環(huán)可調(diào)節(jié)其輸出直到完成鎖定為止，該輸出就是第一鎖相環(huán)的參考頻率。
文檔編號H04N7/10GKCN1262985SQ00814869
公開日2006年7月5日 申請日期2000年12月29日
發(fā)明者B·R·塔拉西, D·D·闖恩 申請人:Rgb系統(tǒng)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan