FR2549331A1 - Dispositif pour ajuster differentiellement la phase des signaux analogiques dans un systeme de traitement de signaux video - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE SIGNAUX NUMERIQUES. SELON L'INVENTION, IL COMPREND UNE SOURCE 10 PRODUISANT DES SIGNAUX NUMERIQUES A TRAITER; UN MOYEN FORMANT FILTRE NUMERIQUE 12 DEVELOPPANT DES SIGNAUX NUMERIQUES FILTRES COMPRENANT DES COMPOSANTES A DES FREQUENCES RELATIVEMENT SUPERIEURES; UN MOYEN DE DETERMINATION 30 DETERMINANT LES GRANDEURS DES SIGNAUX NUMERIQUES FILTRES SELON UN SIGNAL POUR DEVELOPPER DES SIGNAUX NUMERIQUES DETERMINES; UN MOYEN DE COMBINAISON 24 DES SIGNAUX NUMERIQUES D'ENTREE ET DES SIGNAUX NUMERIQUES DETERMINES POUR PRODUIRE DES SIGNAUX NUMERIQUES TRAITES; ET UN MOYEN DE REGLAGE 40 RELIE AU FILTRE NUMERIQUE POUR DEVELOPPER LE SIGNAL DE DETERMINATION EN REPONSE AUX SIGNAUX NUMERIQUES FILTRES ET RELIE AU MOYEN DE DETERMINATION POUR LUI APPLIQUER LE SIGNAL DE DETERMINATION. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA TELEVISION.
Description
La présente invention se rapporte à l'équilibrage de la phase des signaux
de luminance et de chrominance
dans un téléviseur numérique.
Couramment, des téléviseurs sont conçus qui traite5 ront le signal vidéo composite d'une section à fréquence intermédiaire standard par des techniques numériques.
Comme dans les récepteurs analogiques, les composantes de chrominance et de luminance sont séparées pour le traitement et les enrichissements puis sont recombinées dans un circuit formant matrice pour produire des signaux de couleur du rouge, du bleu et du vert (RGB) pour attaquer le tube-image Un circuit pour accomplir le traitement en matrice dans le domaine numérique à tendance à nécessiter un nombre relativement important d'éléments 15 en comparaison aux matrices analogiques Ainsi, les systèmes de téléviseurs numériques actuels reconvertissent les signaux de chrominance et'de luminance de la forme numérique à la forme analogique avant traitement en matrice et utilisent des circuits formant matrices analogiques traditionnels (voir par exemple E Lerner "Digital TV: Makers Bet on VLSI", IEEE Spectrum, Février
1983, pages 39-43).
Les signaux analogiques reconvertis contiendront généralement des composantes superposées du signal d'horloge ou de commutation Ces composantes de commutation sont éliminées par passage dans un filtre passe-bas des signaux analogiques respectifs avant traitement en matrice Les signaux de chrominance et de luminance ont des largeurs de bande différentes et par conséquent 30 l'on utilise des filtres ayant des caractéristiques spectrales différentes dans les trajets respectifs de traitement de signaux Les différents filtres peuvent présenter différents retards de groupe qui peuvent mal aligner, de manière non souhaitable, les relations 35 de phase des signaux de chrominance et de luminance en
amont de la matrice.
Les fabricants de téléviseurs savent bien que les phases des signaux traités de chrominance et de luminance peuvent être maintenues en une relation particulière pour traiter les signaux en matrice avec succès Il 5 est par conséquent nécessaire de pouvoir compenser, dans le récepteur, les retards différents de groupe présentés par les filtres analogiques passe-bas qui
précédent le circuit formant matrice analogique.
Selon les principes de la présente invention, la différence de phase des signaux analogiques respectifs est ajustée Un système de traitement de signaux vidéo traite numériquement deux composantes d'un signal vidéo dans des trajets séparés de traitement de signaux numériques qui fonctionnent en synchronisme par rapport 15 à un signal de référence Les composantes numériques sont converties en signaux analogiques dans un ou plusieurs convertisseurs numériques-analogiques pour un plus ample traitement analogique Des moyens sont prévus pour faire fonctionner les convertisseurs numériques-analogiques en synchronisme avec le signal
de référence en réponse aux signaux de synchronisation.
Des moyens sont également prévus pour ajuster au choix les phases des signaux de synchronisation par rapport
au signal de référence, afin d'ajuster ainsi la 25 différence de phase des signaux analogiques.
La présente invention accomplit une compensation des différences de phase de chrominance et de luminance en ajustant la cadence de la conversion numérique-analogique du signal de luminance et de chrominance traité numériaue30 ment Normalement, les signaux numériques qui sont appliqués aux convertisseurs numériques-analogiques sont stables pendant une partie sensible de la période d'échantillonnage des données traitées, c'est-àdire la période d'horloge du système Cela offre un certain temps pendant lequel les données peuvent être introduites dans le convertisseur numérique-analogique, permettant des ajustements incrémentiels de la phase du signal La mise en phase de l'horloge est accomplie en produisant un certain nombre de phases de l'horloge du système et en multiplexant celle qui est appropriée à la commande de conversion du convertisseur numérique-analogique. De plus grands ajustements incrémentiels dâns le temps ou une mise en phase plus importante sont accomplis en incorporant des étages de registre déclenchés dans le
trajet respectif de signaux.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci
apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexes donnés uniquement à titre d'exemple 15 illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans
lesquels: la figure 1 donne un schéma bloc d'un téléviseur numérique comprenant un circuit pour ajuster la phase dessignaux numériques pour compenser les différences de 20 phase produites par les filtres analogiques après conversion numérique-analogique; les figures 2 A et 2 B montrent un schéma des temps illustrant l'effet que le retard d'un signal vers un convertisseur numérique-analogique a sur son signal 25 analogique de sortie; et la figure 3 est un schéma d'un circuit pour produire un signal d'horloge à une phase pouvant être choisie. Sur la figure 1, les lignes minces représentent 30 les trajets des signaux analogiques ou des signaux
numériques à un seul bit comme les signaux d'horloge.
Les lignes épaisses représentent des trajets de signaux
numériques à plusieurs bits.
La figure 1 donne un schéma bloc montrant les trajets 35 généraux de traitement de signaux vidéo dans un téléviseur numérique Sur la figure, un tuner analogique conventionnel et circuit à fréquence intermédiaire 11 reçoit des signaux diffusés de l'antenne 10 et produit un signal vidéo composite sur bande de base à sa sortie 12 Le signal vidéo sur bande de base est échantillonné et converti sous forme numérique, comme des signaux binaires modulés par impulsions codées en complément à deux, par un convertisseur analogique-numérique 13 qui est déclenché à la fréquence d'échantillonnage, par exemple de quatre fois la fréquence de sousporteuse couleur ou 14,32 M Hz dans un système standard NTSC Le signal de déclenchement est produit par un circuit oscillateur 16 qui est verrouillé en phase sur la référence de salve couleur du signal vidéo Le mode de réalisation montre l'oscillateur couplé pour recevoir les échantillons numériques du signal de salve mais il pourrait être
connecté directement à la sortie 12 à fréquence intermédiaire.
La manifestation numérique du signal vidéo composite à la sortie du convertisseur analogique-numérique 13 est séparée en ses composantes de luminance et de chrominance, 20 par exemple, par un filtre en peigne 14 La composante de luminance est traitée de manière appropriée par des techniques numériques dans le réseau de traitement de luminance 15 Les composantes du signal de mélange de couleurs,par exemple les signaux(R-Y) et (B-Y), de la composante de chrominance du signal vidéo composite sont avantageusement traitées dans des réseaux respectifs 18 et 20 de traitement de(R-Y) et (B-Y ) Les composantes traitées de luminance et de chrominance sont respectivement appliquées aux convertisseurs numériquesanalogiques de lumi30 nance (LUMA), (R-Y )et (B-Y) 28, 30 et 32 qui convertissent les signaux numériques traités en manifestatiornsanalogiques qui sont filtréesdans des filtres passe-bas analogiques
34, 36 et 38 Les signaux filtrés dans les filtres passebas de luminance et de chrominance sont combinés dans une 35 matrice analogique 40 qui développe les signaux RGB.
Normalement, le traitement des signaux de luminance et de chrominance sera accompli en synchronisme avec l'horloge du système Cependant, comme la largeur de bande des signaux de mélange de couleursest considérablement plus faible que la largeur de bande de luminance, les échantillons des signaux de mélange de couleurspeuvent être à la fois séparés et interpolés pour un traitement à une plus faible fréquence d'échantillonnage La plus faible fréquence d'échantillonnage sera un sous- multiple de la fréquence 10 d'échantillonnage du convertisseur analogique- numérique et produite en décomptant l'horloge d'échantillonnage
lu convertisseur analogique-numérique dans 1 'oscillateur 16.
Les fonctions de traitement de signaux accomplies sur les signaux de luminance diffèrent de celles accomplies 15 sur les signaux de chrominance Cela peut avoir pour résultat des retards différents entre les composantes traitées de luminance et de chrominance Les différents retards seront un multiple entier des périodes d'échantillonnage du système pour un système de traitement synchrone. 20 Les différents retards peuvent être corrigés en interposant des étages retardateurs comme des registres à décalage dans le trajet du signal ayant l'avance de phase Des registres respectifs 22, 24 et 26 de luminance L, (R-Y)
et (B-Y) indiquent l'emplacement possible de tels registres 25 pour compenser la différence entière de phase d'échantillon ou retard.
Il peut également y avoir un retard de phase différentielle des échantillons entre les signaux respectifs du mélange de couleurs Ce retard peut être compensé par un ajustement approprié du nombre d'étages
retardateurs entre les registres 24 et 26.
On considèrera maintenant les filtres 34, 36 et 38.
La largeur de bande du signal de luminance est d'environ 4 M Hz et ainsi le filtre 34 aura une coupure à trois d B d'environ 4 M Hz Les signaux (RY) et (B-Y) ont typiquement des largeurs de bande de moins de 1 M Hz et les filtres 36 et 38 auront des fréquences de coupure correspondantes de manière appropriée Ceux qui sont compétents dans la technique des filtres reconnaitront facilement que des filtres analogiques passe-bas avec des fréquences de coupure différentes de manière significative présenteront des retards de groupe différents Dans le circuit de la figure 1, les retards de groupe différents entre les filtres 36/38 et 34 introduiront des différences de retard de phase entre les composantes de luminance et de 10 chrominance à la matrice 40 Si le retard de différence de phase est plus important qu'une période d'échantillonnage, il peut être compenser en introduisant d'autres étages retardateurs dans le registre 22 ou le registre 24/26 afin que la différence de phase résultante soit plus 15 faible qu'une période d'échantillonnage En effet, si à cause des filtres 34, 36 et 38 la luminance est en avance sur la chrominance (par rapport à la relation de phase de luminance-chrominance en 12), des étages retardateurs peuvent être ajoutés au registre 22 pour retarder le signal de luminance avant filtrage, avec pour résultat un réalignement grossier de la phase à l'entrée de la matrice Si le retard de différence de phase est plus faible qu'une période d'échantillonnage, un ajustement
précis de la phase peut être produit en ajustant la phase 25 du réglage de temporisation du convertisseur numériqueanalogique.
Le convertisseur analogique-numérique à entréesen parallèle de base a une propriété selon laquelle la sortie analogique réfléchit continuellement l'état des entrées logiques Si le circuit de convertion de base est précédé
par un verrouillage, qui peut faire corps avec le convertisseur numériqueanalogique ou en être séparé, le dispositif ne répondra qu'aux signaux d'entrée qui seront introduits.
Cette propriété est particulièrement utile dans des systèmes 35 de données o les données apparaissent continuellement,
mais il est souhaitable que le convertisseur numérique-
analogique réponde en des temps particuliers, puis maintienne la sortie analogique constante jusqu'à l'impulsion
d'horloge suivante du convertisseur numérique-analogique.
Dans ce sens, le convertisseur numérique-analogique précédé du verrouillage d'entrée peut être considéré comme un circuit d'échantillonnage et de maintien avec une entrée numérique, une sortie analogique et un temps infini de maintient concevable Des exemples de tels convertisseurs numériques-analogiques sont le "Monolithic Video D/A Converter",TDC 1016 J de TRW Corporation, le "CX 20051 A 10-Bit D/A Converter" de Sony Corporation et voir B Amazeen et autres,"Monolithic da converter operates on single supply",
Electronic, 28 Février 1980, pages 125-131.
En se référant à la figure 2 A, la forme d'onde A est l'horloge du système, dont la période est égale
à l'inverse de la fréquence d'échantillonnage numérique.
On considère qu'entre les éléments du circuit de la figure 1, c'est-àdire le registre (B-Y) 26 et le convertisseur numérique-analogique (B-Y) 32, les échantillons de données 20 changent en réponse aux transitions positives du signal d'horloge Il faut un temps fini, TA, pour que les échantillons prennent une nouvelle valeur correcte (forme d'onde B) Sur la figure 2 A, a indique la période d'échantillonnage On considère également que le convertisseur numérique-analogique comprend un verrouillage des données d'entrée qui est commandé par un signal d'entrée d'horloge du convertisseur numérique-analogique et que la durée de conversion du convertisseur numérique-analogique est égale à TB Normalement, l'impulsion d'horloge du convertisseur 30 numérique- analogique ne peut être appliquée jusqu'à ce qu'une donnée correcte soit présente aux bornes d'entrée de données du convertisseur (au temps T 1 ou après pour la période d'échantillonnage n) Pour la commande d'horloge du convertisseur numérique-analogique déclenché au temps 35 T 1 (forme d'onde C), une amplitude analogique correcte apparaitra à la sortie du convertisseur au temps T 2 et restera pendant la durée T après laquelle une nouvelle c
conversion sera amorcée.
Le déphasage de l'impulsion d'horloge du convertisseur numériqueanalogique (forme d'onde D) a pour effet de retarder l'échantillon de sortie Pour l'exemple montré o le flanc menant du signal d'horloge du convertisseur est retardé du temps T 1 au temps T 3, l'échantillon converti de sortie est retardé du temps T 2 au temps T 4 (forme d'onde E) ou de 135 par rapport au signal d'horloge du convertisseur numériqueanalogique Il faut noter que le flanc menant au signal d'horloge du convertisseur peut être modifié en tout moment pendant l'intervalle T 1 à T 5 ce qui permet un ajustement considérable du retard de phase du signal de sortie. On considère maintenant la figure 2 B sur laquelle a indique la sortie numérique/analogique non retardée, b indique la sortie numérique/analogique dont la phase est retardée, c indique l'horloge du système et d indique l'horloge retardée On suppose que la forme d'onde F est le signal d'horloge du convertisseur numérique-analogique appliqué au convertisseur 30 et que la forme d'onde G est le signal d'horloge du convertisseur numérique-analogique appliqué au convertisseur 28 On suppose également que des signaux numériques identiques correspondant au signal 25 de la forme d'onde E sont appliqués aux bornes d'entrée des signaux des convertisseurs 28 et 30 La forme d'onde en trait plein en E représente le signal analogique à la sortie du convertisseur 30 La forme d'onde en pointillé E représente le signal analogique à la sortie du convertisseur 28 Le signal à la sortie du convertisseur 28 est retardé par rapport au signal à la sortie du convertisseur 30 d'une quantité égale au retard du signal d'horloge G par rapport au signal d'horloge F Ainsi, on peut voir que la phase de deux signaux produits par des convertisseurs numériques-analogiques séparés peut être ajustée par l'ajustement de la phase relative des impulsions respectives d'horloge La quantité d'ajustement possible de la phase correspond à la partie de la période d'échantillonnage sur laquelle une donnée valable est appliquée
des convertisseurs numériques-analogiques.
La figure 3 illustre un dispositif pour produire une impulsion d'horloge pouvant être choisieen incréments
distinctsde phase par rapport à l'horloge du système.
Le dispositif comprend un certain nombre, n,de circuits tampons numériques en cascade B 1, chacun ayant des
caractéristiques semblables d'entrée-sortie ou de retard.
Le médaillon montre un certain nombre de portes logiques différentes que l'on peut utiliserpour les circuits tampons Bl et qui contiennent des inverseurs, des portes E et portes O standards, etc Le signal à la sortie de 15 chaque tampon est une réplique de son signal d'entrée mais retardée dans le temps, par exemple, de 5 ns ou bien dont le complément est pris puis retardé Le retard de l'entrée 50 à laquelle l'horloge du système est appliquée et le retard à toute sortie particulière 20 d'un tampon est la somme des retards des tampons intermédiaires La sortie Di des différents étages tampons peut être appliquée, au choix, à la sortie d'horloge
51 dont la phase est ajustée par des commutateurs Si-Sn.
Si le commutateur 51 est fermé, Do est couplé à la borne 25 51 et l'horloge du système est appliquée à la borne 51 sans aucun retard ajouté Si le commutateur 53 est fermé, l'horloge du système en 50 est appliquée à la borne 51, en étant retardée des retards du tampon Bl
plus le tampon B 2 ect.
Un seul et unique des commutateurs SI à Sn est fermé en tout moment en réponse aux entrées de commande 52 qui peuvent être des commandes manuelles ou des commandes électroniques. En se référant de nouveau à la figure 1, le déphaseur 35 d'horloge 42, qui applique les impulsions d'horloge pour établir la cadence de conversion des convertisseurs numériques-analogiques, 28, 30 et 32 peut comprendre plusieurs des circuits de la figure 3 Pendant la fabrication, le retard incrémentiel de phase requis 5 pour aligner, en phase, les signaux de luminance et de chrominance sera déterminé et l'information requise pour fermer les commutateurs appropriés (figure 3) sera stockée dans un dispositif approprié de commande comme par exemple une mémoire ROM ou EPROM 44 ou un 10 élément de commande électroniquement programmable comme une mémoire RAM, une mémoire ROM électriquement modifiable (EAROM) ou une mémoire programmable électriquement effaçable ROM (EEPROM) qui ensuite commanderont
le déphaseur d'horloge 42.
L'élément de commande électriquement programmable est particulièrement souhaitable pour le S systèmes
ayant une possibilité d'autocalibrage périodique.
Il faut noter que des retards différentiels suffisamment importantspour nécessiter des étages retardeurs 20 à registre comme par exemple dans le registre 22 ou le registre 24 seront normalement connus à partir des calculs de conception et les étages supplémentaires
incorporés dans la conception avant fabrication.
Dans un dispositif qui multiplexepar répartition 25 dans le temps deux signaux numériques différents (comme les signaux (R-Y) et (B-Y) de la figure 1) à l'entrée d'un seul convertisseur numérique-analogique tel que le convertisseur 32 puis les démultiplexepar deux signaux analogiques d'échantillonnageet demaintien à la sortie 30 du convertisseur numériqueanalogique, la phase du premier signal peut être ajustée par rapport au second signal en ajustant la durée utile des paires d'impulsions d'échantillonnage appliquées au convertisseur numériqueanalogique Dans cet agencement, une impulsion d'échantil35 lonnage sur deux adresse un signal (R-Y) et les impulsions intermédiaires l'autre signal (B-Y) Ainsi, si la période "passante" de l'une des impulsions est ajustée de manière inverse par rapport aux impulsions adjacentes, la phase de l'un des signaux multiplexés-démultiplexés sera modifiée par rapport à l'autre Alternativement, les phases des deux signaux peuvent être ajustées différentiellement par les phases d'horloge des horloges de démultiplexage o Dans ce cas, l'une des horloges de démultiplexage peut échantillonner son signal analogique respectif immédiatement 10 après conversion numérique-analogique tandis que l'autre horloge échantillonnera l'autre signal analogique au temps
approprié dans l'intervalle après conversion.
Claims (4)
1 Dispositif pour ajuster différentiellement la phase des signaux analogiques dans un système de traitement de signaux vidéo qui traite numériquement deux composantes d'un signal vidéo dans des trajets séparés de traitement de signaux vidéo, et convertit les deux signaux numériques traités en signaux analogiques pour un plus ample traitement dans un ou plusieurs convertisseurs numériques-analogiques, lesdits trajets de traitement de signaux numériques fonctionnant en synchronisme par rapport à un signal de référence, 10 caractérisé par: un moyen ( 16, 42) pour faire fonctionner lesdits convertisseurs numériques-analogiques en synchronisme avec le signal de référence en réponse à des signaux de synchronisation; et un moyen ( 42, 44) pour ajuster, au choix, les phases des signaux de synchronisation par rapport au signal de référence. 2 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen ( 42, 44) pour ajuster au choix les 20 phases des signaux de synchronisation comprend: un moyen (B 1-Bn) pour retarder, en succession, le signal de référence dans des portes logiques en cascade; et
un moyen ( 51-Sn) pour choisir une sortie de l'une des portes logiques respectives pour application en tant 25 que signal de synchronisation.
3 Dispositif selon larevendication 1 caractérisé en ce que: les trajets de traitement de signaux numériques (LUMA; (R-Y), (B-Y)) séparés comprennent un trajet de traitement 30 de signaux numériques de luminance (LUMA-) et un trajet de traitement de signaux numériques de chrominance(R- Y), (B-Y>), chacun comprenant, en un agencement en cascade, un convertisseur numérique-analogique ( 28,30,32) et l'autre circuit de traitement analogique ( 40); le moyen ( 16,42) pour ajuster différentiellement la phase du signal analogique de luminance par rapport au signal analogique de chrominance comprend: un moyen ( 16) pour produire un signal d'horloge 5 en synchronisme avec le signal de référence et ayant avec lui une relation de phase pouvant être choisie; et un moyen ( 42) répondant au signal d'horloge dont la phase peut être choisiepour introduire des signaux numériques dans au moins l'un des convertisseurs numériques10 analogiques pour ainsi retarder le signal analogique à la
sortie dudit convertisseur par rapport à l'autre.
4 Dispositif selon la revendication 4 caractérisé de plus par: un moyen retardateur numérique (B 1-Bn) en cascade en amont de l'un desdits convertisseurs numériques-analogiques pour retarder les signaux numériques par des périodes entières d'échantillonnage et ainsi le signal analogique
de sortie du convertisseur.
Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le moyen ( 42) pour produire le signal d'horloge dont la phase peut être choisiecomprend: un certain nombre de circuits tampons (B 1-Bn) reliés en cascade entrée à sortie; un moyen ( 50) pour relier le premier circuit tampon 25 de l'agencement en cascade pour recevoir le signal de référence; une source ( 52) de signaux de commande de sélection de phase; et un moyen de commutation ( 51-Sn) répondant auxdits 30 signaux de commande de sélection de phase pour choisir
le signal d'un circuit tampon particulier.
6 Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que la source de signaux de commande de sélection
de phase est un élément à mémoire ( 44).
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