專(zhuān)利名稱(chēng)：信號(hào)箝位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種信號(hào)箝位裝置。
信號(hào)處理系統(tǒng)可以包括箝位功能。例如，一個(gè)數(shù)字視頻信號(hào)處理系統(tǒng)可以包括一個(gè)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，該轉(zhuǎn)換器具有一個(gè)模擬輸入端，該輸入端交流耦合到一個(gè)模擬視頻信號(hào)源上。最好是在ADC的輸入端建立并維持一個(gè)DC偏壓，從而使該模擬信號(hào)不超出ADC的DC范圍。如果超過(guò)該DC范圍，就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)削波。削波會(huì)產(chǎn)生有害影響，例如在一個(gè)視頻信號(hào)處理系統(tǒng)中造成影象失真。箝位的一個(gè)特點(diǎn)就在于能提供所需的DC偏壓。
一個(gè)信號(hào)箝位的操作通常包括信號(hào)電平采樣，將該采樣值和一個(gè)參考值相比較，調(diào)整該信號(hào)電平以建立該所需值，作為一個(gè)例子，一個(gè)視頻信號(hào)通常包括“后沿”間隔，該間隔中存在著一個(gè)DC電平。在一個(gè)NTSC兼容信號(hào)中，該后沿間隔在水平同步信號(hào)前沿之后約4.7μs即出現(xiàn)，其持續(xù)時(shí)間為4.7μs。在上述數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中，在后沿存在期間，加在一個(gè)視頻ADC輸入端的電平就是ADC輸入端的偏壓。因此，在后沿間隔存在期間對(duì)ADC輸入信號(hào)電平采樣，該采樣信號(hào)就可被調(diào)整箝位偏壓到一個(gè)所需數(shù)值。
箝位的某些方法可以包括在一個(gè)短的間隔如后沿間隔中完成信號(hào)電平的采樣和調(diào)整操作。試圖在一個(gè)相對(duì)短的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)一個(gè)信號(hào)電平采樣和調(diào)整就需要一個(gè)很強(qiáng)的信號(hào)脈沖來(lái)調(diào)整該信號(hào)電平。一個(gè)脈沖可以產(chǎn)生瞬態(tài)，該瞬態(tài)把噪聲引入該信號(hào)處理系統(tǒng)。此外，一個(gè)信號(hào)脈沖可能與采樣互相作用產(chǎn)生影響，如使箝位電平不穩(wěn)定或漂移。
本發(fā)明在于認(rèn)識(shí)到了上述問(wèn)題，并在提供信號(hào)處理裝置中解決了這個(gè)問(wèn)題。依據(jù)本發(fā)明的原理，信號(hào)處理裝置用于在一個(gè)計(jì)算時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)算出信號(hào)特性與所需信號(hào)特性之間的關(guān)系。如果計(jì)算結(jié)果表的該關(guān)系并非一個(gè)所需要的關(guān)系，該信號(hào)特性被調(diào)整致使該關(guān)系完全變成所需要的關(guān)系。該調(diào)整在一個(gè)調(diào)整時(shí)間間隔中發(fā)生。該調(diào)整時(shí)間間隔大于計(jì)算時(shí)間間隔。
依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，在計(jì)算時(shí)間間隔內(nèi)的計(jì)算涉及中值濾波算法的濾波器。
參照附圖更易于理解本發(fā)明，其中

圖1是以方塊圖的形式說(shuō)明運(yùn)用本發(fā)明原理的一個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的一部分的視圖;
圖2示出用于幫助理解圖1，3和4中實(shí)施例的運(yùn)行的信號(hào)波形;
圖3是一個(gè)原理圖，該圖代表如圖1所示方塊圖中所示的一個(gè)裝置的數(shù)字邏輯的執(zhí)行過(guò)程;
圖4是產(chǎn)生如圖3所示的控制信號(hào)的一種方法的實(shí)施例視圖。
為了解釋本發(fā)明的原理，將以視頻信號(hào)處理系統(tǒng)的角度解釋圖1所示的一個(gè)典型實(shí)施例。正如將會(huì)明顯地看到的那樣，本發(fā)明適于多種信號(hào)處理用途。
圖1中所示三個(gè)通道用于處理視頻輸入信號(hào)Y-IN，U-IN和V-IN，其中信號(hào)Y-IN代表一個(gè)亮度信號(hào)，信號(hào)U-IN和V-IN代表色差信號(hào)(如R-Y和B-Y)。耦合電容器103，101和107分別使信號(hào)Y-INY-IN和V-IN同相應(yīng)的放大器113，111和117耦合。正如下面描述的，每個(gè)放大器的輸入DC偏壓是按本發(fā)明的原理被箝位的。
每個(gè)放大器輸出端被接到具有一定頻率響應(yīng)特性的一個(gè)低通濾波器(LPF)上。例如，圖1表示一個(gè)通頻帶為6MHz的用于亮度的LPF133和一個(gè)通頻帶為500KHz的用于色度的LPF131和137。亮度LFP133的輸出端被接在模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D或ADC)153上，該轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生8位數(shù)字寬度輸出信號(hào)Y-IN。在ADC155的輸出端產(chǎn)生一個(gè)單一8位數(shù)字色度輸出信號(hào)，即信號(hào)UV-IN。
該色度(即U-IN和V-IN)通頻帶足夠低而允許多路傳輸色度輸入信號(hào)U-IN和V-IN通過(guò)，以使色度信息從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字。因此，僅需一個(gè)ADC，即ADC155，用于色度信息。多路傳輸操作通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)145來(lái)執(zhí)行，該開(kāi)關(guān)交替地將信號(hào)U-IN和V-IN耦合到ADC155上。模擬開(kāi)關(guān)145由控制信號(hào)UV-SEL-IN控制。把ADC時(shí)鐘信號(hào)CLDCK的頻率除以一個(gè)整數(shù)值(圖1示表示)，比如2，可以產(chǎn)生信號(hào)UV-SEL-IN。
在放大器113，111和117輸入端的偏壓電平箝位分別由信號(hào)CHARGE-Y，CHARGE-U和CHARGE-V控制。這些信號(hào)是偏壓控制電路163，161和167響應(yīng)一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)CLOCK，一個(gè)計(jì)時(shí)信號(hào)CLAMP-KEY和數(shù)字輸出信號(hào)Y-IN和UV-IN之一而產(chǎn)生的。由于輸出信號(hào)UV-IN中的U和V數(shù)字色度數(shù)據(jù)的多路傳輸性質(zhì)，信號(hào)Y-IN被耦合在偏壓控制電路163上，而信號(hào)UV-IN同時(shí)被耦合在偏壓控制電路161上。信號(hào)UV-SEL-IN被耦合在偏壓控制電路161和167上，使U和V偏置壓控制運(yùn)行與ADC155輸出端U和V的有關(guān)數(shù)據(jù)的出現(xiàn)同步。信號(hào)CHARGE-Y，CHARGE-U和CHARGE-V分別通過(guò)電阻器123，121和127被耦合到放大器113、111和117的輸入端。
為簡(jiǎn)要的總結(jié)偏壓控制電路的運(yùn)行，每個(gè)偏置壓值控制電路在后沿間隔的一段時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)相應(yīng)放大器輸入端的電壓。如果偏置值電平不是一個(gè)所需的電平，該偏壓被增加(輸入耦合電容器被充電)或者減小(輸入耦合電容器被放電)。對(duì)一個(gè)特定電容器充電或放電的決定在每個(gè)后沿間隔的一段時(shí)間內(nèi)被更新，而該間隔是由信號(hào)CLAMP-KEY(箝位鍵)上的一個(gè)脈沖定義的。模擬視頻信號(hào)和信號(hào)CLAMP-KEY之間的時(shí)序關(guān)系如圖2所示。充電或放電如圖2中信號(hào)CHARGE-X所示在每個(gè)水平間隔內(nèi)持續(xù)進(jìn)行。信號(hào)CHARGE-X代表圖1中信號(hào)CHARGE-Y，CHARGE-U或CHARGE-V中的一個(gè)。
信號(hào)CLAMP-KEY由例如計(jì)算一個(gè)數(shù)字時(shí)鐘信號(hào)，如圖1中信號(hào)CLOCK，頻率為fc的周期來(lái)產(chǎn)生(圖中未表示)。頻率fc可為1024乘以水平頻率fH，其中用于NTSC系統(tǒng)的頻率fH近似為15.6KHz。如上文所述，后沿時(shí)間間隔是在水平同步信號(hào)前沿出現(xiàn)4.7μs后即開(kāi)始(即圖2中SYNC脈沖下降沿并持續(xù)4.7μS?；?024乘以fH的fc頻率，信號(hào)CLAMP-KEY上的一個(gè)脈沖在同步信號(hào)前沿出現(xiàn)之后，信號(hào)CLOCK經(jīng)過(guò)96個(gè)周期(大約6μs)即出現(xiàn)并持續(xù)32個(gè)周期(約2μs)，該脈沖正如所需要的那樣落在后沿時(shí)間間隔內(nèi)。
參照?qǐng)D3將更易于理解偏壓控制電路163，161，167的運(yùn)行。下面對(duì)圖3的描述只涉及圖1中的偏壓控制電路163及亮度信道。然而三個(gè)偏壓控制電路的運(yùn)行都是類(lèi)似的。
在由CLAMP-KEY上每個(gè)脈沖定義的時(shí)間間隔內(nèi)，偏壓控制電路163將放大器113輸入端的DC電平與所需的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電平相比較。在圖3中，這個(gè)比較是由數(shù)字式比較器310執(zhí)行的。耦合到比較器310輸入端Q上的信號(hào)CLAMP-LEVEL(箝位電平)是標(biāo)準(zhǔn)電平的數(shù)字表示。即所需的箝位電平被接在比較器310的輸入端P上的信號(hào)VIDEO-IN(視頻輸入)代表一個(gè)ADC輸出端的數(shù)字信號(hào)。對(duì)偏壓控制電路163而言，信號(hào)VIDEO-IN代表ADC153輸出端的數(shù)字信號(hào)Y-IN。如果比較器310是一個(gè)要求沒(méi)有正負(fù)號(hào)的二進(jìn)制輸入(即從0至+2n)的典型數(shù)字式比較器，而ADC輸出是二進(jìn)制補(bǔ)碼形式(從-n至+n)的話(huà)，那么信號(hào)VIDEO-IN的最高有效數(shù)位(MSB)的轉(zhuǎn)換(圖3來(lái)表示)就是必要的。
如圖3所示，比較器310判定輸入端P的值是否大于輸入端Q的值，因此如果信號(hào)VIDEO-IN大于標(biāo)準(zhǔn)電平CLAMP-LEVEL時(shí)，比較器輸出為真(即邏輯1)，通過(guò)與門(mén)320使能5位計(jì)數(shù)器330。信號(hào)CLAMP-KEYSTART在由信號(hào)CLAMP-KEY定義的時(shí)間間隔開(kāi)始時(shí)刻將計(jì)數(shù)器330復(fù)位為0。信號(hào)CLAMP-KEYSTART提供一個(gè)脈沖表示CLAMP-KEY脈沖間隔的開(kāi)始。信號(hào)CLAMP-KEYSTART可如圖4所示產(chǎn)生。
當(dāng)被使能時(shí)，計(jì)數(shù)器330通過(guò)信號(hào)CLOCK計(jì)時(shí)，因此該計(jì)數(shù)器330能夠計(jì)算信號(hào)CLOCK的周期。因此計(jì)數(shù)器330的輸出就表示了在CLAMP-KEY脈沖開(kāi)始之后信號(hào)CLOCK的周期數(shù)，在這期間內(nèi)的信號(hào)VIDEO-IN高于標(biāo)準(zhǔn)電平CLAMPLEVEL。若計(jì)數(shù)器330的輸出達(dá)到16，正如計(jì)數(shù)器輸出MSB表示的，就通過(guò)與門(mén)320禁止計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器330輸出端的計(jì)數(shù)值通過(guò)比較器340計(jì)算，如計(jì)數(shù)值等于或大于16，則輸出真(如邏輯1)。在由信號(hào)CLAMP-KEYSTOP表示的箝位鍵間隔的結(jié)束時(shí)刻，比較器輸出(或計(jì)數(shù)值的MSB)就鎖存給D型觸發(fā)器(DFF)350。圖4所示是一個(gè)產(chǎn)生信號(hào)CLAMP-KEYSTOP的方法。
DFF350輸出端的一個(gè)邏輯1表明信號(hào)VIDEO-IN至少超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電平，至少超過(guò)CLAMP-KEY脈沖的一半以上(即在CLAMP-KEY脈沖內(nèi)信號(hào)CLOCK32個(gè)周期中的16個(gè)周期)。響應(yīng)DFF350輸出端的邏輯1，變換器360輸出端的信號(hào)CHARGE-X就變?yōu)檫壿?，使圖1中相應(yīng)的耦合電容器放電，從而降低偏壓電平。類(lèi)似地，若DFF350輸出端的一個(gè)邏輯口表示信號(hào)VIDEO-IN至少不大于標(biāo)準(zhǔn)電平CLAMP-KEY脈沖時(shí)間間隔的一半，DFF350輸出端的一個(gè)邏輯口致使信號(hào)CHARGE-X到邏輯1使圖1中相應(yīng)的耦合電容器充電，從而使偏壓升高。
基于一個(gè)計(jì)數(shù)至少是32中的16，決定是充電還是放電是在采樣過(guò)程中利用一個(gè)中值濾波算法對(duì)箝位點(diǎn)的電壓進(jìn)行過(guò)濾。一個(gè)中值濾波算法的優(yōu)點(diǎn)在于降低相似性，視頻信號(hào)中的“散?！毙驮肼晫⒂绊懗浞烹姷臎Q定。此外，如圖3所示一個(gè)中值濾波算法幾乎不用什么設(shè)備就可實(shí)現(xiàn)。
圖3所示實(shí)施例的另一個(gè)方面是充放電在圖2所示的每個(gè)水平時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)進(jìn)行。當(dāng)DFF350被信號(hào)CLAMP-KEYSTOP同步時(shí)，充放電決定只在CLAMP-KEY脈沖間隔終了才被更新。因此一個(gè)特定的充放電決定在整個(gè)水平間隔內(nèi)都保持有效。此外，變換器360的輸出被連續(xù)地連接在信號(hào)CHARGE-X上。因此，充電或放電以一個(gè)速度不斷進(jìn)行，該速度是由變換器360輸出阻抗，電阻器123(用于亮度信道)的阻值R以及耦合在電容器上的電壓決定。連續(xù)充電或放電的優(yōu)點(diǎn)在于不需用可能引起噪音的充電或放電的脈沖。同樣也不需要將信號(hào)CHARGE-X從充放電電源斷開(kāi)。因此，一個(gè)簡(jiǎn)單的變換器被用于裝置360而不是一個(gè)更復(fù)雜的三狀態(tài)裝置。
上述說(shuō)明和圖3所示的實(shí)施例適用于圖1所示的每個(gè)偏壓控制功能163，161和167。然而簡(jiǎn)化圖3中的執(zhí)行功能也是可能的。例如當(dāng)充放電的決定是基于計(jì)數(shù)器330的輸出是否達(dá)到了2的一個(gè)整數(shù)次冪，如上所述的16時(shí)，比較器340即可省去。在圖3中計(jì)數(shù)器330輸出的MSB指在計(jì)數(shù)值至少是16時(shí)有指示。因此計(jì)數(shù)器輸出的MSB表的充放電的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，可以與DFF350直接耦合而省去比較器340。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)上也考慮到可能進(jìn)一步簡(jiǎn)化圖3所示的這種結(jié)構(gòu)。例如最好箝位偏壓電平用于色差信道，即將信號(hào)U-IN和V-IN箝位到信號(hào)范圍的中點(diǎn)。若ADC155產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制的補(bǔ)碼輸出，則中值為0。ADC155輸出的MSB表示信號(hào)電平是低于還是大于或等于中值。若MSB的值為邏輯1，則信號(hào)電平就小于中值。如果MSB的值為邏輯0，則信號(hào)電平為0，或?yàn)檎当砻餍盘?hào)電平至少是中值。因此就不需要圖3中的比較器310，因?yàn)镸SB的數(shù)值就表明了信號(hào)電平和所需的中值電平之間的關(guān)系。ADC155輸出的MSB可被變換并耦合到與門(mén)320的一個(gè)輸入端使計(jì)數(shù)器330能計(jì)數(shù)。若ADC155的輸出為無(wú)符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)，ADC輸出的MSB就提供一個(gè)信號(hào)中值的指示器，該指示器被直接耦合到與門(mén)320上(即無(wú)變換)，使能計(jì)數(shù)器330。
圖中所示的實(shí)施例的各種其他改型和以上所述都是可能的。例如CLAMP-KEY脈沖寬度可以不同。若選擇一個(gè)不同的時(shí)鐘頻率，32個(gè)時(shí)鐘周期就可產(chǎn)生不同于上述的脈沖寬度。另一方法是，在CLAMP-KEY脈沖中增加時(shí)鐘周期數(shù)來(lái)增加視頻信號(hào)電平的采樣數(shù)，該采樣數(shù)在CLAMP-KEY間隔內(nèi)被計(jì)數(shù)。一個(gè)增加的采樣數(shù)可以增強(qiáng)中值濾波算法的性能。此外，可以利用一個(gè)除16外的計(jì)數(shù)來(lái)決定是否產(chǎn)生充電或放電。例如，若在CLAMP-KEY脈沖中改變脈沖數(shù)目，就可能改變計(jì)數(shù)極限值以保持在CLAMP-KEY上述計(jì)數(shù)極限值是時(shí)鐘周期總數(shù)一半的關(guān)系。同樣地，可以修改計(jì)數(shù)極限值使計(jì)數(shù)極限值與時(shí)鐘脈沖總數(shù)之間的關(guān)系不同，從而改變?yōu)V波算法。
另一種可能的改型涉及圖1所示的電阻器121-127和電容器101-107。若圖3中信號(hào)CHARGE-X的信號(hào)源是電流源驅(qū)動(dòng)，而不是圖3的電壓源驅(qū)動(dòng)，就不需要電阻器121-127。如圖1所示，電阻器121-127可以具有相同阻值，例如每個(gè)為160KΩ。類(lèi)似地，電容器101-103也可以具有相同電容，如每個(gè)為10μF。然而系統(tǒng)也可以要求使用一個(gè)或多個(gè)電阻器，或者電容器，數(shù)值可不同。
除了上述的改型之外，本發(fā)明可以用于除視頻信號(hào)處理系統(tǒng)外的其他系統(tǒng)。特別是本發(fā)明并不局限于只涉及三個(gè)信道，每個(gè)信道都包括一個(gè)如圖1所示的偏壓控制功能。所述實(shí)施例非常適于實(shí)現(xiàn)一個(gè)信號(hào)處理集成電路，因此可進(jìn)一步擴(kuò)展本發(fā)明的潛在用途。
如上所述，利用除所述連續(xù)充電或放電之外的一種方法，該方法可能增加復(fù)雜性，例如圖3中可能需要一個(gè)三態(tài)器件。然而，增加一個(gè)三態(tài)器件在某種特定情況下并非不可取，改變充電和放電的計(jì)時(shí)以使充電或放電只在一個(gè)水平時(shí)間間隔的一特定部分進(jìn)行，而不是在一整個(gè)水平時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行。例如，可能要求充電或放電在一個(gè)擴(kuò)展到在實(shí)際視頻時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行，但是少于一整個(gè)水平時(shí)間間隔。
權(quán)利要求
1.一種裝置包括用于提供一種表示一個(gè)計(jì)算時(shí)間間隔的計(jì)時(shí)信號(hào)(CLAMP-KEY)的裝置；響應(yīng)所述計(jì)時(shí)信號(hào)用于在所述計(jì)算時(shí)間間隔內(nèi)計(jì)算一個(gè)輸入信號(hào)(VIDEO-IN)的一個(gè)特性與一個(gè)所需特性(CLAMP LEVEL)之間的關(guān)系的裝置(310-340)；其特征在于耦合在所述關(guān)系計(jì)算裝置上，響應(yīng)所述計(jì)時(shí)信號(hào)用于修改所述信號(hào)特性致使所述關(guān)系在一個(gè)修改時(shí)間間隔內(nèi)成為一個(gè)所需關(guān)系的裝置(350，360)；所述修改時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間超過(guò)所述計(jì)算時(shí)間間隔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述計(jì)算裝置包括用于濾波所述輸入信號(hào)的裝置(320-340)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其特征在于所述濾波裝置(320-340)顯示一種中值濾波特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其進(jìn)一步的特征在于一個(gè)電容器(C)用于存貯代表所述輸入信號(hào)特性的電荷;其中所述修改裝置(350，360)包括耦合在所述計(jì)算裝置上的裝置(350)和響應(yīng)所述計(jì)時(shí)信號(hào)用于在所述修改時(shí)間間隔內(nèi)控制所述存貯電荷以建立所述需要的特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其進(jìn)一步的特征在于所述電荷控制裝置(350)致使所述存貯電荷或者在整個(gè)所述修改時(shí)間間隔內(nèi)增加，或者在整個(gè)所述修改時(shí)間間隔內(nèi)減少。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求5的裝置，其進(jìn)一步的特征在于所述輸入信號(hào)(VIDEO-IN)是一個(gè)包括水平時(shí)間間隔的一個(gè)視頻信號(hào);所述計(jì)算時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間少于所述水平時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間;所述修改時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間至少是所述水平時(shí)間間隔的持續(xù)時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其進(jìn)一步的特征在于當(dāng)所述輸入信號(hào)(VIDEO-IN)是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電平時(shí)，所述計(jì)算時(shí)間間隔在所述水平時(shí)間間隔的一部分中產(chǎn)生。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的信號(hào)箝位裝置，其特征在于所述水平時(shí)間間隔的所述部分是一個(gè)后沿間隔。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的信號(hào)箝位裝置，其特征在于所述計(jì)算裝置包括一個(gè)具有中值濾波特性的濾波器(320-340)。
全文摘要
一個(gè)視頻信號(hào)箝位涉及在后沿間隔內(nèi)計(jì)算信號(hào)電平(VIDEO-IN)和所需箝位電平(CLAMP LE-VEL)之間的差。一個(gè)校正信號(hào)(CHARGE-X)表明是否要增加或減少該信號(hào)電平來(lái)建立所需的箝位電平。該校正信號(hào)的產(chǎn)生涉及一個(gè)中值濾波器算法(330—350)。信號(hào)電平需要的任何增加或減少在每個(gè)水平時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)地產(chǎn)生。
文檔編號(hào)H04N5/18GK1095536SQ9410195
公開(kāi)日1994年11月23日 申請(qǐng)日期1994年2月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月5日
發(fā)明者M·D·沃爾比, N·H·艾爾索茲, E·D·羅姆斯堡, T·克里斯托弗 申請(qǐng)人:湯姆森消費(fèi)電子有限公司