專利名稱：保持視頻流的重采樣或重格式化的關(guān)于幀速率的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將各個視頻信號發(fā)送到顯示設(shè)備之前對視頻流的重 格式化。
背景技術(shù)：
當(dāng)在固定矩陣顯示設(shè)備(例如，TFT顯示面板)上顯示視頻信號 時，需要頻繁地對輸入信號進(jìn)行重格式化以適合該顯示設(shè)備。水平消 隱和/或時鐘速率可能需要改變，并且圖像可能需要重采樣以調(diào)整行和 像素的分辨率，同時最小化或者甚至消除輸出行速率的波動。對于低 成本的應(yīng)用，這可以通過使用僅保持幾行視頻圖像的小容量、不貴重 的存儲緩沖器來完成。但是，這種情況下，輸出視頻信號要與輸入視 頻精確地同步。
如果輸入視頻時鐘(數(shù)字視頻)或者同步頻率(模擬信號)相對 于輸出時鐘穩(wěn)定，則要解決的主要問題是維持輸入和輸出的垂直同步 之間的正確延遲(稱為相位偏移)。正確的延遲取決于所執(zhí)行的重格式 化。每個輸出幀的圖像數(shù)據(jù)的輸出需要在第一輸入圖像數(shù)據(jù)被捕獲后 的合適時間量后開始，從而存儲緩沖器(也被稱為退耦存儲緩沖器)
被預(yù)先裝入合適量的圖像數(shù)據(jù)不太多以免其稍后便上溢，也不太少
以免其稍后便空。需要對時鐘或者幀布置(layout)的精細(xì)調(diào)諧反饋 控制，這是因為由顯示設(shè)備或者時鐘精度對幀幾何結(jié)構(gòu)的約束使得不 可能精確地匹配輸入和輸出幀定時和/或者避免由于溫度變化和其它 原因而導(dǎo)致的逐漸漂移。
維持固定的垂直同步相位偏移的明顯且公知的辦法是實現(xiàn)鎖相 環(huán)，該鎖相環(huán)調(diào)節(jié)輸出時鐘以維持輸入和輸出垂直同步之間的選定的 目標(biāo)相位偏移。各個垂直鎖相環(huán)可單獨負(fù)責(zé)輸出視頻時鐘(輸出幀速 率)，或者其可作為針對自由運行的時鐘或者行鎖定至輸入水平同步信
號的時鐘的精細(xì)調(diào)諧調(diào)節(jié)器。這種方法需要硬件上的相對精確的計算。
另外一種方法是在美國專利6,353,459中提出的。根據(jù)該美國專
利，輸入和輸出垂直同步之間的相位偏移是由于如果達(dá)到緩沖存儲
器中特定的閾值水平時，簡單地觸發(fā)所述緩沖存儲器的輸出。就是說， 當(dāng)達(dá)到存儲緩沖器的閾值水平時，幀輸出開始。該解決方案完全不靈
活，并且各種實施方式不能應(yīng)付例如當(dāng)在計算機(jī)(PC)環(huán)境或電視 (TV)應(yīng)用中處理視頻流時可能出現(xiàn)的不同情況。而且，許多現(xiàn)代的 平板顯示器不能夠應(yīng)付由基于該美國專利的教益的系統(tǒng)輸出的視頻信 號。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用于視頻信號的同步和/或者重格式化 的備選和更有效的方案。
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種要求最小存儲器緩沖的用于視頻信號 的同步和/或者重格式化的方案。
這些和其它的目標(biāo)是由根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置和根據(jù)權(quán)利要 求15所述的方法實現(xiàn)的。其他的有利實現(xiàn)在從屬權(quán)利要求中給出。
根據(jù)本發(fā)明，能夠在備選的輸出時鐘和/或輸出幀布置之間自動選 擇?；谕笋畲鎯彌_器的當(dāng)前狀態(tài)做出該選擇。實現(xiàn)各個調(diào)節(jié)機(jī)制/ 方案，監(jiān)測所述退耦存儲緩沖器的當(dāng)前狀態(tài)，并且有效地調(diào)節(jié)輸出視 頻流。
本發(fā)明基于如下認(rèn)識，即有效且可靠的下溢/上溢管理能夠更加直 接地通過根據(jù)緩存狀態(tài)的控制反饋而不是根據(jù)輸入和輸出同步的控制 反饋(如同在傳統(tǒng)的基于鎖相環(huán)的設(shè)備中所使用)而實現(xiàn)。
本發(fā)明提出了一種有效且可靠的備選方法，其比實現(xiàn)鎖相環(huán)的方 法要簡單。
根據(jù)本發(fā)明的裝置允許每行時鐘和時鐘變化交替使用(trade off),以適合接收輸出視頻的裝置的特性。
本發(fā)明的其他優(yōu)點是存儲緩沖器的尺寸可以保持接近理論上的 最小值。這導(dǎo)致了成本的節(jié)約。此外，以VLSI電路實現(xiàn)本發(fā)明的設(shè)
備非常簡單。
另一個優(yōu)點是，對于那些當(dāng)出現(xiàn)穩(wěn)定的輸入視頻的間隔來說，可 以獲得不具有行頻或消隱變化的十分穩(wěn)定的輸出定時。 結(jié)合詳細(xì)描述來提出其他有利實施例。


為了對本發(fā)明做更徹底的描述并且為了其他目標(biāo)和優(yōu)點，結(jié)合附 圖來參考下面的描述，其中
圖1示出了本發(fā)明的第一實施例的原理圖2是通過減小的同步行重復(fù)(repetition)來自動補(bǔ)償減小的輸 入行數(shù)目的示例。
具體實施例方式
圖1示出了不使用大的(幀或者部分幀)存儲緩沖器來重采樣(在 這里所討論的那種視頻信號處理的上下文中也被稱作定標(biāo))和/或重格 式化視頻流Vnv的裝置10。通過連線11傳輸?shù)囊曨l流VIN由剪切/捕 獲設(shè)備12接收。除了這個剪切/捕獲設(shè)備12之外，裝置10至少包括 存儲緩沖器13或22、輸出幀生成器14和重采樣單元15。其還可能包 括控制寄存器26。還存在所謂的同步控制單元27。本發(fā)明的調(diào)節(jié)方案 是分布式的。同步控制單元27在本示例中畫成單獨的方框。這并非意 味著在實際的實施例中將存在實體上的單元27。單元27的部分元件 或功能例如可以在輸出幀生成器14的內(nèi)部實現(xiàn)。也可以把同步控制單 元27整體在輸出幀生成器14的內(nèi)部實現(xiàn)。
圖1借助箭頭17示出了基本的數(shù)據(jù)流，從剪切/捕獲設(shè)備12和重 采樣單元15到輸出幀生成器14。該數(shù)據(jù)流對這種類型的許多設(shè)備都 是通用的。使用所提供的或者合成的/同步鎖定時鐘來接收通過連線11 傳輸?shù)妮斎胍曨l流Vw。作為輸入視頻流Vw而接收的圖像數(shù)據(jù)由剪切 /捕獲設(shè)備12處理并且傳送到重采樣單元15。重采樣單元15產(chǎn)生重 采樣后的圖像，并將其轉(zhuǎn)送到輸出幀生成器14。幀生成器14添加期 望的成幀(消隱和同步信號)并且通過輸出連接18把視頻信號輸出到
顯示器(沒有示出)。采用時鐘合成器16是為輸出幀生成器14產(chǎn)生時
鐘信號。輸出幀生成器14的時鐘信號在時鐘線19上可用。同步控制 單元27通過選擇線20向時鐘合成器16提供輸出時鐘選擇信號。這個 輸出時鐘選擇信號允許在時鐘合成器16中選擇時鐘速度，或者在幀生 成器(29)中選擇消隱長度。剪切/捕獲設(shè)備12的時鐘信號單獨提供。 這個時鐘與時鐘合成器16產(chǎn)生的輸出視頻時鐘是異步的。它也可以作 為輸入視頻信號Vw的一部分而直接提供，或者可以從輸入視頻信號 Vw的同步定時中再生。但是，輸出視頻時鐘或者從輸入時鐘中合成 (典型為電視應(yīng)用)，或者是自由運行的振蕩器(這個在計算機(jī)監(jiān)視器 中更普遍)。
根據(jù)本發(fā)明，存在緩沖存儲器13或22之內(nèi)或與之相連的閾值測 量單元8。這個閾值測量單元8產(chǎn)生的閾值信號(閾值上/下信號)通 過線25發(fā)送到同步控制單元27。閾值信號根據(jù)存儲緩沖器13或者22 的填充率(fullness)而生成，并通過線25傳遞到同步控制單元27。
存在線28，通過其把所產(chǎn)生的幀中的當(dāng)前位置從輸出幀生成器 14傳遞到同步控制單元27。
根據(jù)本發(fā)明，存在位于剪切/捕獲設(shè)備12之內(nèi)或與之相連的可選 邏輯9。這個可選邏輯9產(chǎn)生通過線23進(jìn)行傳遞的信號。該信號用于 發(fā)信號通知(signal)所捕獲的幀中的指定位置?？蛇x地，通過線30 發(fā)送信號。這個信號觸發(fā)輸出幀生成器14中指定輸出消隱行的重復(fù)。
存儲緩沖器13是用于垂直上采樣位置的FIFO存儲緩沖器。除了 這個存儲緩沖器13，可以采用另一個存儲緩沖器22，如圖1所示。存 儲緩沖器22是用于垂直下采樣位置的FIFO存儲緩沖器。
在圖1中示出了三個另外的信號線23、 24和25。在本發(fā)明的這 個特定實施例中，使用這些線23 — 25是為了便于該調(diào)節(jié)方案，這將在 下面討論。對于最基本的實施例來說，僅需要信號線25。其它兩條線 23和24是可選的。
根據(jù)本發(fā)明，對輸出幀生成器14處的時鐘和輸出水平消隱進(jìn)行 調(diào)節(jié)，從而允許視頻流在經(jīng)過設(shè)備10的路由中暫停，輸入圖像數(shù)據(jù)(輸 入視頻流V1N)盡可能以接近它到達(dá)時的速度而讀取，并且重采樣后
的圖像數(shù)據(jù)VouT盡可能以它產(chǎn)生時的速度而輸出。對幀生成器14生 成的垂直消隱進(jìn)行布置，使得輸入和輸出幀具有盡可能接近的相同持 續(xù)時間。
使用至多保持少數(shù)幾行圖像數(shù)據(jù)的小容量FIFO存儲緩沖器13， 對由剪切、重采樣和重格式化所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)流的不規(guī)則突發(fā)進(jìn)行緩沖。 被設(shè)計成保持在1.5行至4行之間的FIFO存儲緩沖器13可以很好的 適合。所述緩存是必需的，因為盡管重采樣器15的進(jìn)入/出去的平均 數(shù)據(jù)流與輸入和輸出格式以及數(shù)據(jù)速率所需的數(shù)據(jù)流近似匹配，但是 所述數(shù)據(jù)流在行這個級別上是不規(guī)則的。當(dāng)執(zhí)行垂直上采樣時，不是 所有的輸出行都引起新一行的輸入圖像數(shù)據(jù)的讀取，并且這個數(shù)據(jù)是 以輸出行產(chǎn)生的速率而讀取。因此，當(dāng)執(zhí)行垂直上采樣時，需要對輸 入像素數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，因為它是在重采樣器15需要該數(shù)據(jù)的時間之前 到達(dá)的。
類似的，在垂直下定標(biāo)中，不是每個輸入行都引起輸出行的產(chǎn)生。 因此，在垂直下定標(biāo)時，需要在幀生成器14需要重采樣后的圖像數(shù)據(jù) 的時間之前對該數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖。在這種情況下，需要上文提到的存儲 緩沖器22。
為了更清楚，圖1示出了 FIFO存儲緩沖器13/22的兩種可能位 置。在實際中，如果在重采樣器15有效時垂直定標(biāo)因子不發(fā)生變化(例 如僅在幀之間發(fā)生變化)，則只需要實現(xiàn)單個實體的FIFO存儲緩沖器。 這樣，取決于要發(fā)生的是垂直上采樣還是垂直下采樣，將這個單個實 體的FIFO存儲緩沖器切換到任一位置。
緩沖器13和22也被稱為退耦存儲緩沖器。
水平重采樣和水平消隱的修改也要求一些存儲器緩沖。然而，與 垂直重采樣的要求相比，這個要求的量可以忽略。
如上文所述，裝置10執(zhí)行視頻流VIN的輸入幀速率與輸出流 VouT的輸出幀速率的匹配。根據(jù)本發(fā)明，該裝置IO包括一個或兩個 存儲緩沖器13或22以及和輸出幀生成器14，如上文所討論。采用調(diào) 節(jié)手段，實現(xiàn)關(guān)于存儲緩沖器13或22的狀態(tài)的控制反饋。當(dāng)重采樣 器15進(jìn)行垂直上定標(biāo)時，使用存儲緩沖器13的狀態(tài)(通過線25傳遞)，
而當(dāng)重采樣器15進(jìn)行垂直下定標(biāo)時，使用存儲緩沖器22的狀態(tài)(通
過線25傳遞)。所述調(diào)節(jié)手段允許監(jiān)測所述狀態(tài)。其在兩個或者更多
個不同設(shè)置之間執(zhí)行調(diào)節(jié)，以立即減慢或者加速輸出流VouT的輸出幀
速率。注意，這是假定傳統(tǒng)的像素數(shù)據(jù)的逐行掃描。對于逐列掃描， 決定性因素當(dāng)然是在水平軸上進(jìn)行定標(biāo)。
裝置10的創(chuàng)造性方面在于，發(fā)信號通知存儲緩沖器13或22相 對于一個或更多個閾值水平的填充率。這個信號通知借助于閾值測量 單元8和線25來完成。如果本發(fā)明在生成器14內(nèi)實現(xiàn)，則各個閾值 信號被提供給輸出幀生成器14，或者通過線25提供給同步控制單元 27。輸出幀生成器14或同步控制單元27使用該信息，以調(diào)整輸出幀 消隱和/或者時鐘從而維持幀同步(這里也被稱作把視頻流的輸入幀速 率和輸出流的輸出幀速率進(jìn)行匹配)。
輸出幀生成器14在輸出幀的一個或更多個位置處對從存儲緩沖 器13或22接收的閾值信號進(jìn)行采樣。在每一個這樣的采樣點，幀生 成器14或同步控制單元27根據(jù)閾值信號切換輸出消隱布置和/或者時 鐘，以便把存儲緩沖器13或22中的FIFO水平維持在可接受的界限 內(nèi)。
如圖1所示，各個閾值信號通過線25從存儲緩沖器13或22提 供給輸出幀生成器14或同步控制單元27。與采樣點有關(guān)的信息從輸 出幀生成器14或者從同步控制單元27通過線24饋送到存儲緩沖器 13或22。線24在自動設(shè)置過程中使用，而且僅當(dāng)各個實現(xiàn)具有自動 設(shè)置特性時才成為必需。通過線24傳遞的閾值取代由控制寄存器26 提供的預(yù)先計算的值。
將結(jié)合兩個更具體的本發(fā)明的實施例來討論進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
例如，下文公開了適用于PC顯示應(yīng)用的實施例。本發(fā)明方法的 這個實施例非常適于輸入視頻流展現(xiàn)出穩(wěn)定的定時的應(yīng)用(比如，由 個人計算機(jī)產(chǎn)生的視頻顯示)。在這個實施例中，利用兩個備選輸出幀 消隱布置和時鐘設(shè)置來實現(xiàn)單個閾值和采樣點。
第一設(shè)置，被稱為快速設(shè)置，在輸出幀生成器14的輸出端18處 產(chǎn)生輸出幀，在最壞情況的時鐘變化和設(shè)置不精確時，這些輸出幀的
持續(xù)時間比裝置10的輸入端11處最短可能的輸入幀要略短。第二設(shè) 置，被稱為慢速設(shè)置，在最壞情況的時鐘變化和設(shè)置不精確時，產(chǎn)生 的輸出幀比最長可能的輸入幀要略長。
采樣點位于輸出幀布置中能夠容易地計算或測量存儲緩沖器預(yù) 填充(FIFO預(yù)填充)的位置。存儲緩沖器的預(yù)填充是最壞情況下保證
針對完整幀不會發(fā)生緩沖器下溢所需的FIFO填充率。典型地，這將 是輸出幀中第一無消隱行或者該行中第一無消隱像素的開始。然后， 將單個閾值(FIFO閾值)設(shè)為存儲緩沖器預(yù)填充加上FIFO下降 (drop)。FIFO下降是快速設(shè)置有效時采樣點處的FIFO水平在幀之間 能夠降低的最差情況的數(shù)量。
一旦設(shè)置，輸出幀生成器14以快速和慢速設(shè)置在幀序列之間交 替。當(dāng)產(chǎn)生快速幀時，采樣點處的FIFO水平穩(wěn)定地減小，直到其剛 好降低到FIFO閾值以下，然后幀生成器14切換至慢速幀。當(dāng)產(chǎn)生慢 速幀時，采樣點處的FIFO水平穩(wěn)定地增長，直到剛好超出FIFO閾值， 于是幀生成器14切換至快速幀。該設(shè)置允許對將要持續(xù)監(jiān)測的視頻流 進(jìn)行處理，并且即時地(on the fly)對幀速率進(jìn)行匹配。
由圍繞FIFO閾值設(shè)置的交替而引起的FIFO水平的變化取決于 FIFO下降和增長的數(shù)量(慢速設(shè)置有效時采樣點處的FIFO水平在幀 之間能夠增長的最差情況的數(shù)量)。這些又取決于輸入和輸出時鐘圍繞 其標(biāo)稱設(shè)置發(fā)生改變的數(shù)量以及輸出視頻時鐘(由時鐘合成器16提 供)能夠被設(shè)置為與給定輸入時鐘相匹配的精度。在實際的PC應(yīng)用 中，能夠?qū)崿F(xiàn)很小的變化(一定小于行間隔的10%)。因此，超出理 論上大概1.75行的最優(yōu)值而需要的額外的存儲緩沖器容量是非常小 的。
在接下來的段落中，將解釋該實施例的設(shè)置和啟動。本發(fā)明的同 步機(jī)制的正確設(shè)置需要知曉FIFO預(yù)填充和FIFO下降以正確地設(shè)置 FIFO閾值。后者可根據(jù)已知的時鐘合成器16和輸入視頻源的特性以 及快速和慢速幀生成器布置方便地計算。在實際中，通常使用簡單的 恒定的最壞情況值是足夠的。然而，F(xiàn)IFO預(yù)填充相對難以計算。要做 到這點，需要對剪切/捕獲設(shè)備12所執(zhí)行的采樣點插值計算進(jìn)行建模，
以導(dǎo)出行輸入/輸出的相對定時。在實際中，更簡單地是通過在特定的 自動設(shè)置模式中運行輸出幀生成器14來測量所需要的值。
在特定實施例中，輸出幀生成器14被設(shè)計成能以特定的設(shè)置模 式運行。這是可選的特征。
在設(shè)置模式中，幀生成器14切換或者被切換到快速時鐘/幀布置
的設(shè)置，并正常運行，除了當(dāng)FIFO下溢一當(dāng)FIF013或22為空時讀 取輸出的像素數(shù)據(jù)-可能會發(fā)生時暫停。這個暫停自動地將輸出幀與輸
入幀同步(匹配)第一輸出幀中的暫停使輸入與輸出幀之間的相位差
非常接近避免下溢所需的值。后續(xù)幀中的暫停精確地匹配輸入和(快 速)輸出幀之間在持續(xù)時間上的差。此外，暫停的次數(shù)精確地對應(yīng)于
需要在采樣點處出現(xiàn)在FIFO 13或22中以避免正常操作期間的下溢的 附加像素。這樣，可以簡單地通過測量第二和后續(xù)設(shè)置幀中的暫停的 次數(shù)并將其與采樣點處在FIFO 13或22中出現(xiàn)的像素的個數(shù)相加，以 此來找出FIFO的下限(floor)。在實際中，輸入幀相對于輸出幀在持 續(xù)時間上的變化意味著所測量的FIFO下限值并不完全準(zhǔn)確。為了獲 得安全的近似，應(yīng)該加入與預(yù)料到的最壞情況下的時鐘變化相對應(yīng)的 安全因子。并且，在實際中，會使用簡單的恒定的最壞情況值。在設(shè) 置模式期間，面向所連接的顯示設(shè)備的輸出18可被消隱/抑制以防止 該同步期間的可見的假信號(glitch)。
一旦在設(shè)置模式中對兩個或者更多個幀進(jìn)行處理，使得能夠?qū)崿F(xiàn) 同步并且設(shè)置FIFO的閾值，則幀生成器14能夠在幀的開始處干凈地 (cleanly)切換或被切換到正常操作模式。如果顯示設(shè)備對定時變化 很敏感，則可能需要在正常操作的第一幀期間抑制輸出?？上虮景l(fā)明 的實施例提供在正常操作的第一幀期間抑制輸出的手段。
在接下來的段落中，公開了針對具有不同的輸入行速率和相位的 TV應(yīng)用的實施例。
上文所討論方法也能逐行地應(yīng)用而非逐幀地應(yīng)用，以便當(dāng)對其水 平同步頻率和/或相位在幀內(nèi)發(fā)生變化的視頻信號進(jìn)行重采樣時維持 同步。這種失真的視頻信號在TV/視頻應(yīng)用中很普遍，因為它們是從 錄相帶的"特技模式"回放期間所產(chǎn)生。如果需要十分穩(wěn)定的輸出定
時，則需要很大的退耦存儲緩沖器13或22來適應(yīng)這種波動。然而在 實際中，如果逐行的變化仍保持在特定界限內(nèi)，則接收重采樣后的視
頻流V^T的顯示設(shè)備(例如，TFT面板顯示器)通常能夠容忍輸出定
時的波動。當(dāng)在幀上平均來說，如果最壞情況的輸入變化小于可容忍 的變化，則調(diào)節(jié)所提供的輸出定時/水平消隱以補(bǔ)償輸入定時變化，可
以使用僅比針對穩(wěn)定視頻所需時稍大的存儲緩沖器13或22。
針對本發(fā)明的這種特定應(yīng)用，由時鐘合成器16提供的輸出視頻 時鐘可能會從動地(slaved)維持相對于輸入時鐘/輸入水平同步的固 定頻率。使用適當(dāng)?shù)膹膭訖C(jī)制，例如具有適當(dāng)?shù)臅r間常數(shù)的鎖相環(huán)， 在很大程度上補(bǔ)償輸入流中的頻率變化。典型的，所保持的是輸入水 平同步相位相對于由輸入中的相移以及輸出視頻時鐘調(diào)節(jié)中的任何滯 后或/過頭(overshoot)所引起的輸出的移動。
為了補(bǔ)償這種相移(以及相對頻率中任意的小的殘余移動)而使 用兩個閾值一下限閾值和上限(ceiling)閾值。兩個閾值均是每隔非 消隱行而采樣。如果FIFO的填充率在這兩個閾值之間，則選擇'正 常'輸出時鐘/水平消隱設(shè)置，其中從FIFO 13或22讀取圖像數(shù)據(jù)的 速率與當(dāng)輸入定時為標(biāo)稱時其到達(dá)的速率(視頻流的輸入幀速率)盡
可能接近地匹配。如果FIFO的填充率在采樣點處降低到下限閾值之 下，則選擇慢速時鐘/水平消隱設(shè)置，其中從FIFO 13或22讀取圖像 數(shù)據(jù)的速率比其到達(dá)速率要慢。如果FIFO的填充率在采樣點處超出 上限閾值，則選擇快速時鐘/水平消隱設(shè)置，其中從FIFO 13或22讀 取圖像數(shù)據(jù)的速率比其到達(dá)速率要快。
關(guān)鍵點在于，行長度和持續(xù)時間的變化由輸出幀生成器14引入， 目的是補(bǔ)償在可能發(fā)生存儲緩沖器下溢或上溢的點處累積的輸入變 化。
在當(dāng)前實施例中，設(shè)置下限閾值，使得如果發(fā)生最壞情況下的輸 入定時波動，在某個采樣點處達(dá)到下限閾值時，剛好能在下一個采樣 點之前避免FIFO下溢。對上限閾值進(jìn)行類似的設(shè)置，使得如果沒有 超出上限閾值則剛好能夠避免上溢。正確的閾值設(shè)置可容易地從輸入 和輸出行的圖像數(shù)據(jù)攜帶部分的持續(xù)時間中導(dǎo)出。快速和慢速時鐘/
消隱設(shè)置的使用取決于會遇到的最壞情況的輸入定時變化。當(dāng)選擇慢 速設(shè)置時，輸出行速率必須使得即使發(fā)生最小輸入行頻率和在水平同 步中最小間隔正向(輸入延遲)移動的最壞情況的組合時，緩沖器13 或22將趨于填滿。當(dāng)選擇快速設(shè)置時，行速率必須使得即使發(fā)生最小 輸入行頻率和在水平同步中最小間隔負(fù)向移動的最壞情況的組合時，
緩沖器13或22清空。
當(dāng)然，所需要的緩沖器13或22的大小取決于由重采樣單元15 執(zhí)行的重采樣所需要的退耦的量，并且必須適應(yīng)輸入定時變化的大小。 典型地，需要在2和3行之間。如果使用自由運行的輸出時鐘(即， 如果時鐘合成器16沒有從動地維持相對于輸入時鐘/輸入水平同步的 固定頻率)，則需要3-4行的FIFO大小。
接下來討論如何維持針對不同長度的幀的垂直同步。
在TV/視頻應(yīng)用中，每幀中行的數(shù)量也可能不同。同樣，通常的 原因是錄相帶的特技模式回放。即使使用從動的輸出時鐘，這里提出 的維持穩(wěn)定視頻的垂直同步的方法也可能不適合于這些情況。
以下備選機(jī)制可以在這些情況中使用。幀生成器14設(shè)置為帶有 最小可接受垂直消隱的幀布置，其具有一個消隱行(通常是末尾的前 沿(frontporch)行)，并被指定為同步行。幀生成器14重復(fù)這個同步 行，直到輸入幀達(dá)到指定的參考位置。這個位置典型地使用行/像素坐 標(biāo)或者在指定的行開始后作為達(dá)到指定時鐘滴答數(shù)的點。設(shè)置參考位 置，從而使其與當(dāng)輸入和輸出幀同步(匹配)時輸出幀中的同步行的 結(jié)尾相符，以剛好保持存儲緩沖器13或22在第一下限采樣點處位于 FIFO下限水平之上(參考上文)。
如果以這種方式設(shè)置實施例，本發(fā)明的同步行機(jī)制自動調(diào)整輸出 幀之間的消隱行數(shù)量以維持同步，不需要過多的存儲緩沖器13或22 的預(yù)填充(參考圖2)。為了建立同步，不需要特殊的操作模式其足 以在輸入幀開始處開始輸入捕獲。如果這個完成，則輸出幀生成器14 只是產(chǎn)生消隱行，直到其與第一捕獲的輸入幀同步。
圖2示出了簡單的示意性示例，基于信號23的消隱行重復(fù)次數(shù) 的調(diào)整是如何允許對具有不同行數(shù)和/或者不同消隱持續(xù)時間的輸入
幀進(jìn)行自動補(bǔ)償。在這個圖示中，輸入和輸出幀定時最初是同步的(輸 入和輸出幀0)。設(shè)置剪切/捕獲設(shè)備12，使得當(dāng)來自從所捕獲的第一 幀導(dǎo)出的第一重采樣行的P個像素對于選定輸出時鐘處的輸出可用
時，信號23被觸發(fā)。當(dāng)然，選擇P以使其剛好足夠大得讓輸出幀的 有效區(qū)域的輸出可以在沒有欠載運行(under-mn)的風(fēng)險下繼續(xù)進(jìn)行。 設(shè)置所產(chǎn)生的輸出幀，使得對第一有效輸出行之前的行R進(jìn)行重復(fù)， 直到信號23被觸發(fā)。
最初的(輸入和輸出幀0)輸入和輸出是同步的，并且輸入幀是 期望的標(biāo)稱長度。行R重復(fù)，直到信號23到達(dá)，這意味著輸出在P 個像素可用后小于一個輸出行間隔時開始。因此，可以出現(xiàn)無欠載運 行的輸出。
輸入幀1比標(biāo)稱大小要短。在輸出幀1的起始處，與幀0相比， 同步發(fā)生不明顯的改變。因為針對幀1使用了相同的剪切起始位置， 輸出幀的起始和信號23被觸發(fā)之間的延遲是相同的。然而，幀1結(jié)束 得比幀O早得多，因此繼續(xù)產(chǎn)生輸出幀O,同時輸入幀2開始。結(jié)果， 輸出幀2的起始和信號23被觸發(fā)之間的延遲所減小的量正好是幀1 比幀O短的量。因此，行R的重復(fù)減少，并且同樣地，輸出在P個像 素可用后小于一個輸出行間隔時開始。因此，可以出現(xiàn)無欠載運行的 輸出。
輸入幀2和3在長度上進(jìn)一步減小，致使來自在前面的輸出幀3 的行R的重復(fù)進(jìn)一步減少。至關(guān)重要的一點是，在所有情況下可以保 證輸出在P個像素可用后小于一個輸出行間隔時開始。這不但意味著 能夠保證無欠載運行的輸出，而且意味著在單獨的輸出行間隔中FIFO 緩沖器中積累的需要被緩沖的像素的最大數(shù)量不會超過P (退耦所需 的絕對最小值)。對于所示的FIFO緩沖機(jī)制(緩沖用于垂直上定標(biāo)的 輸入和用于垂直下定標(biāo)的輸出)，這個最壞情況下的額外緩沖要求不會 超過一行像素。
由于垂直同步只是維持在行水平的精度上，這種機(jī)制比適用于穩(wěn) 定輸入視頻的方法來說需要使用大的存儲緩沖器。然而，所需的存儲 緩沖器的大小(在3行像素左右)沒有明顯地超過在非消隱行期間的
任意情況下需要維持水平同步的情況。
同樣的機(jī)制也可以用于實現(xiàn)穩(wěn)定輸入視頻流的垂直同步，且無需 改變行長度或時鐘頻率。然而，仍然需要3行左右的存儲緩沖器大小。
接下來陳述改進(jìn)和備選實施例。所述改進(jìn)和備選能夠與這里描述 的任何實施例一起使用。
在實際中，把發(fā)生時鐘/幀布置切換的點與采樣點分開通常是有用
的。例如，許多TFT顯示設(shè)備要求，行中的消隱周期的個數(shù)在經(jīng)過垂 直后沿和裝載圖像數(shù)據(jù)的行時保持恒定。對于這種TFT顯示設(shè)備，由 本發(fā)明的裝置所執(zhí)行的幀布置的切換應(yīng)當(dāng)從垂直前沿(垂直同步之前 到來的消隱行)中出現(xiàn)的采樣點而延遲。本發(fā)明的裝置可以被設(shè)計成 提供這個延遲。
如果需要時鐘頻率設(shè)置中的大的改變，則時鐘合成器16可能需 要提供逐漸將當(dāng)前的時鐘速度改變?yōu)樾逻x擇的值而非突然切換的機(jī) 制。
使用額外的閾值可以針對水平和垂直同步實現(xiàn)對FIFO水平的更 精細(xì)的控制。例如，使用兩個下限閾值，同步控制單元27或者幀生成 器14可以在慢速和非常慢速的設(shè)置之間選擇，這取決于采樣點處的 FIFO水平與FIFO下限相接近的程度。
上文所詳述的實施例非常適于不需要幀速率轉(zhuǎn)換的視頻重格式 化，比如低成本矩陣顯示設(shè)備，TV格式轉(zhuǎn)換，用于計算機(jī)圖形的 顯示/視頻輸出，及其它。
在附圖和說明書中，提出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，盡管使用了特 定的術(shù)語，但所提供的描述僅以一般性和敘述性的方式使用術(shù)語，并 非以限制為目的。
權(quán)利要求
1. 一種用于使視頻流的輸入幀速率與輸出流的輸出幀速率匹配的裝置(10)，所述裝置(10)包括至少一個存儲緩沖器(13；22)，輸出幀生成器(14)，以及調(diào)節(jié)設(shè)備(8，14，24，25，27，28，29，30)，實現(xiàn)與所述至少一個存儲緩沖器(13；22)的狀態(tài)有關(guān)的控制反饋，所述調(diào)節(jié)設(shè)備(8，14，24，25，27，28，29，30)允許監(jiān)測所述狀態(tài)，并在兩個或者更多個不同的設(shè)置之間執(zhí)行調(diào)節(jié)，以減慢或加速輸出流的輸出幀或行速率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置(10)，其中，所述調(diào)節(jié)設(shè)備(8， 14， 24， 25， 27， 28， 29， 30)將閾值信號從所述存儲緩沖器(13; 22)發(fā)送到所述輸出幀生成器(14)或者同步控制單元(27)，而且所 述輸出幀生成器(14)對閾值信號進(jìn)行采樣以獲得采樣點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(10)，其中，所述幀生成器(14) 在每一個采樣點處切換、或被促使在每一個采樣點處切換輸出幀或行 速率，和/或在兩個或更多個不同設(shè)置之間切換或被促使在兩個或更多 個不同設(shè)置之間切換。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的裝置(10)，其中，由備選輸出 幀布置來限定不同的設(shè)置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的裝置(10)，其中，由不同的輸 出幀速率來限定不同的設(shè)置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的裝置(10)，其中，由不同的輸 出行長度來限定不同的設(shè)置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置(10)，其中，至少存在以下輸出幀布置快速設(shè)置，產(chǎn)生持續(xù)時間比最短可能的輸入幀稍短的輸出幀， 慢速設(shè)置，產(chǎn)生持續(xù)時間比最長可能的輸入幀稍長的輸出幀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置(10)，其中，所述輸出幀生成器 (14)以快速設(shè)置和慢速設(shè)置在序列之間交替。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(10)，其中，至少一個所述采樣 點位于輸出幀布置中的某個位置，以保證所述存儲緩沖器(13; 22)不會下溢。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(10)，包括設(shè)置設(shè)備(14， 24， 27)，所述設(shè)置設(shè)備(14， 24， 27)允許裝置(10)從正常操作模式切 換到設(shè)置模式，所述設(shè)置模式用于設(shè)置閾值，使得一旦存儲緩沖器(13; 22)達(dá)到所述閾值便發(fā)出閾值信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置(10)，其中，所述匹配逐幀或逐 行而進(jìn)行。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置(10)，其中，設(shè)置下限閾值和上 限閾值，以便能夠?qū)λ鲆曨l流和所述輸出流之間的相移進(jìn)行補(bǔ)償。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置(10)，其中 如果所述存儲緩沖器(13; 22)的填充率在所述下限閾值和所述上限閾值之間，則選擇正常設(shè)置，如果所述存儲緩沖器(13; 22)的填充率降低到所述下限閾值之 下，則選擇慢速設(shè)置，以及如果所述存儲緩沖器(13; 22)的填充率超出所述上限閾值，則 選擇快速設(shè)置。
14. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項所述的裝置(IO)，所述裝置(IO) 是視頻重采樣/重格式化系統(tǒng)的一部分。
15. —種用于處理含有以輸入幀速率傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)的視頻流的 方法，包括步驟接收所述視頻數(shù)據(jù)，在存儲緩沖器(13; 22)中暫存所述視頻數(shù)據(jù)，監(jiān)測所述存儲緩沖器(13; 22)的填充率，以確定所述填充率是 否達(dá)到預(yù)定義的閾值，在輸出幀速率的兩個或更多個不同的設(shè)置之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中視 頻數(shù)據(jù)由所述存儲緩沖器(13; 22)以該輸出幀速率輸出，并被發(fā)送 到輸出幀生成器(14)，從而立即減慢或加速輸出流的輸出幀或行速率 的輸出。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，采用所述方法是為了維持所述 視頻流的輸入幀速率和輸出流的輸出幀速率之間的幀同步。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，采用所述方法是為了使視頻流的輸入幀速率與輸出流的輸出幀速率匹配。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，由此來執(zhí)行自動設(shè)置以定義閾值。
全文摘要
一種用于使視頻流的輸入幀速率與輸出流的輸出幀速率匹配的裝置(10)。所述裝置(10)包括至少一個存儲緩沖器(13；22)，輸出幀生成器(14)，以及實現(xiàn)與所述至少一個存儲緩沖器(13；22)的狀態(tài)有關(guān)的控制反饋的調(diào)節(jié)設(shè)備(8，14，24，25，27，28，29，30)。所述調(diào)節(jié)設(shè)備(8，14，24，25，27，28，29，30)允許監(jiān)測所述狀態(tài)，并在兩個或者更多個不同的設(shè)置之間執(zhí)行調(diào)節(jié)，以減慢或加速輸出流的輸出幀或行速率。
文檔編號H04N7/24GK101385070SQ200680034303
公開日2009年3月11日 申請日期2006年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月20日
發(fā)明者安德魯·史蒂文斯 申請人:Nxp股份有限公司