專利名稱：一種復合視頻信號的自動增益控制器及控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電視、數(shù)字視頻圖像處理與顯示技術領域，具體涉及一種復合視頻信 號解碼器中自動調節(jié)輸入模擬復合視頻信號幅度的自動增益控制器及控制方法的實現(xiàn)。
背景技術：
復合視頻解碼器的輸入信號來源于不同類型信道傳輸?shù)哪M復合視頻信號。由 于信源編碼和信道傳輸特性的差異，輸入復合視頻解碼器的信號幅度變化很大(峰值電壓 Vpp變化范圍約為0V 2V)。但是，常用的AFE (Analog Front End-模擬視頻前端)僅支 持Vpp< IV的輸入信號。模擬信號過強，會導致采樣生成的數(shù)字信號幅度溢出；模擬信號 過弱，會導致采樣生成的數(shù)字信號幅度過低，沒有充分利用可用幅度區(qū)間。都將導致采樣生 成的數(shù)字信號在亮度和色彩飽和度上的嚴重失真。復合視頻信號解碼器中對模擬復合視頻信號幅度自動增益控制需要對信號幅度 進行實時檢測，但視頻信號的幅度同其視頻內(nèi)容和編碼方式密切相關，其峰值電平只能在 特定位置達到，無法實時和準確檢測，因而需要仔細選取合適的幅度特征值作為檢測量。同 時，視頻源的快速變化，對設計的精度和實時性提供了要求，也提供了可能，充分利用幅度 特征值的信息和數(shù)控增益偏置調整模塊的性質可進行精確的控制。

發(fā)明內(nèi)容
針對常用的AFE所存在的問題，本發(fā)明提供了一種可對模擬復合視頻信號幅度進 行自動調節(jié)的增益控制器及控制方法。該控制器可實時檢測輸入復合視頻信號在幅度和 直流偏置上的特征量，通過同標稱值進行比較，生成調整輸入模擬復合視頻信號幅度增益 和鉗位后模擬復合視頻信號直流偏置的反饋控制值，控制視頻AFE內(nèi)部的數(shù)控增益偏置調 整模塊，實現(xiàn)采樣生成的數(shù)字復合視頻信號幅度不隨輸入模擬復合視頻信號幅度改變的效果。為達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術方案予以實現(xiàn)的一種復合視頻信號的 自動增益控制器，其特征在于，包括一個模擬視頻前端AFE，一個特征值檢測和控制量生 成模塊，一個CPU和系統(tǒng)總線；其中所述的模擬視頻前端AFE包括一鉗位模塊，一數(shù)控增 益偏置調整模塊，一模數(shù)轉換模塊，以及一同步信號提取、時鐘生成模塊；鉗位模塊將輸入 的模擬復合視頻信號交流耦合后進行直流電平鉗位，鉗位后的模擬復合視頻信號經(jīng)過數(shù)控 增益偏置調整模塊進行增益和直流偏置的調節(jié)，被送入模數(shù)轉換模塊進行采樣，生成數(shù)字 復合視頻信號；同時，輸入的模擬復合視頻信號送入同步信號提取、時鐘生成模塊，輸出行 場同步信號和時鐘信號；所述數(shù)字復合視頻信號、行場同步信號和時鐘信號被送入至特征 值檢測和控制量生成模塊；所述特征值檢測和控制量生成模塊包括一幅度、偏置特征值 檢測子模塊，一誤差生成子模塊、一控制量生成查找表和一增益偏置保持子模塊；其中，幅 度、偏置特征值檢測子模塊結合AFE生成的行、場同步信號，對數(shù)字化后的視頻信號進行幅 度特征值和直流偏置特征值的檢測；誤差生成子模塊將幅度、偏置特征值檢測子模塊得到的幅度和直流偏置特征值同視頻標準規(guī)定的標稱值進行比較，得到誤差量；控制量生成查 找表將該誤差量作為查找表的地址，得到相應的生成控制量至增益偏置保持子模塊；增益 偏置保持子模塊包括四個不同保持狀態(tài)子模塊和一個調整子模塊；增益偏置保持子模塊通 過CPU和系統(tǒng)總線，輸出反饋控制量給模擬視頻前端AFE中的數(shù)控增益偏置調整模塊，實現(xiàn) 對輸入AFE的模擬視頻信號增益和鉗位后模擬復合視頻信號直流偏置的調節(jié)。上述方案中，所述四個不同保持狀態(tài)子模塊，包括一標準狀態(tài)保持子模塊，一輸入 幅度過大非標準狀態(tài)保持子模塊，一輸入幅度過小非標準狀態(tài)保持子模塊和一標準與非標 準臨界狀態(tài)保持子模塊；其中，標準狀態(tài)保持子模塊，用于保持可將輸入模擬復合視頻信號 的幅度和直流偏置特征值調整到符合相應視頻標準的情況；輸入幅度過大非標準狀態(tài)保持 子模塊，用于保持因輸入模擬復合視頻信號幅度過大使數(shù)控增益偏置調整模塊無法調整滿 足輸出信號符合標準的情況；輸入幅度過小非標準狀態(tài)保持子模塊，用于保持因輸入模擬 復合視頻信號幅度過小使數(shù)控增益偏置調整模塊無法調整滿足輸出信號符合標準的情況; 標準與非標準臨界狀態(tài)保持子模塊，用于處理輸入模擬復合視頻信號幅度處于因閾值劃分 的標準與非標準臨界區(qū)的情況?！N基于前述復合視頻信號的自動增益控制器實現(xiàn)復合視頻信號的自動增益控 制方法，其特征在于，包括下述步驟步驟一，CPU經(jīng)系統(tǒng)總線對模擬視頻前端AFE和特征值 檢測和控制量生成模塊賦初始化參數(shù)值，之后，利用幅度、偏置特征值檢測子模塊結合AFE 生成的行、場同步信號，對數(shù)字化后的視頻信號進行幅度特征值和直流偏置特征值檢測；即 通過設置行計數(shù)器在同步頭頂部_復合視頻信號消隱期前肩或后肩位置，和同步頭底部的 平滑區(qū)域求取信號的加權平均值，進而做差求得同步頭幅度值并作為輸入模擬復合視頻信 號幅度的特征值；同時，將求得的同步頭底部平滑區(qū)域信號的加權平均值作為鉗位后模擬 復合視頻信號的直流偏置的特征值；步驟二，將檢測得到的幅度特征值和直流偏置特征值 同視頻標準規(guī)定的標稱值進行比較，生成幅度和直流偏置誤差；將誤差歸一化并作為索引 地址在控制量生成查找表中得到這兩個誤差對應的增益和直流偏置的生成控制量；步驟 三，增益偏置保持子模塊通過接收步驟二所得的兩個誤差對應的生成控制量和步驟一所得 的輸入的模擬復合視頻信號幅度、鉗位后模擬復合視頻信號直流偏置的特征值，按照一個 狀態(tài)機分別在四個不同保持狀態(tài)子模塊和一個調整子模塊中進行邏輯判斷，在輸入的模擬 復合視頻信號幅度穩(wěn)定時，輸出一個穩(wěn)定的增益和直流偏置的反饋調節(jié)量，CPU利用系統(tǒng)總 線將該反饋控制量賦予AFE中的數(shù)控增益偏置調整模塊；在輸入的模擬復合視頻信號幅度 不穩(wěn)定時，增益偏置保持子模塊結合兩個誤差對應的增益和直流偏置的生成控制量及時對 AFE中的數(shù)控增益偏置調整模塊重新進行調節(jié)；步驟四，重復執(zhí)行步驟二和步驟三，完成對 輸入模擬復合視頻信號幅度和鉗位后模擬復合視頻信號直流偏置的連續(xù)調整。上述方法中，步驟三所述的增益偏置保持子模塊按照一個狀態(tài)機分別在四個不同 保持狀態(tài)子模塊和一個調整子模塊中進行邏輯判斷，并輸出相應的反饋調節(jié)量，其具體操 作過程為當所述狀態(tài)機工作在調整子模塊時，先將調整的基準值反饋給AFE中數(shù)控增益 偏置調整模塊，然后將增益和直流偏置的生成控制量反饋給AFE中數(shù)控增益偏置調整模 塊，對輸入模擬復合視頻信號的幅度和鉗位后模擬復合視頻信號的直流偏置進行調整，調 整后的幅度和直流偏置特征值同第一閾值進行比較并判斷，根據(jù)判斷結果進入其中一個狀 態(tài)保持子模塊，并保存此時的幅度和直流偏置特征值；當所述狀態(tài)機工作在任意一個保持狀態(tài)子模塊時，將輸入的幅度和直流偏置特征值同進入該子模塊時的幅度和直流偏置特征 值作差，差值不大于第二閾值時，繼續(xù)處于這個保持狀態(tài)子模塊，保持進入該子模塊時刻的 反饋控制量給AFE中的數(shù)控增益偏置調整模塊；大于第二閾值時，進入調整子模塊進行調
iF. o本發(fā)明設定增益偏置保持子模塊初始時刻處于調整子模塊(也可以設定在任一 保持子模塊)。CPU和系統(tǒng)總線不斷更新反饋控制量給AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊，完成 對輸入模擬復合視頻信號幅度和鉗位后模擬復合視頻信號直流偏置的調整。本發(fā)明的特點是充分考慮視頻信號幅度特征，選取了適合于檢測的幅度和直流偏 置特征值，結合數(shù)控增益控制調整電路的數(shù)字控制量易于生成的優(yōu)點，將復雜的模擬運放 控制利用數(shù)字電路設計實現(xiàn)，通過查找表得到特征值和生成控制量間的映射關系，利用簡 單的結構解決了生成控制量快速求得的要求，另外反饋控制量的傳輸考慮了 SoC(片上系 統(tǒng))設計，提出了基于總線的控制量反饋方式。與已有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是1.充分考慮了數(shù)字復合視頻信號的同步頭特 征，選取了適合于檢測的幅度和直流偏置特征值，從而避免了復雜的統(tǒng)計運算，在保持精度 的條件下簡化了電路設計；2.利用數(shù)控增益控制電路對輸入模擬信號進行控制，使復雜的 模擬電路控制問題簡化為數(shù)字電路設計問題，達到了簡化設計難度的效果；3.利用選取的 幅度和直流偏置特征值同標準值間誤差和生成控制量之間簡單的映射關系，通過查找表結 構完成了控制量的生成，簡化了電路設計，提高了反饋控制速度；4.結合視頻標準，并通過 預先實驗，選取了各種輸入源調整完成后，增益和直流偏置控制量保持不變的合理閾值。既 保證了視頻信號的連貫性，又及時進行輸入模擬復合視頻信號幅度較大改變時及時的控制 調整；5.考慮了作為嵌入式IP集成于SoC芯片的設計特點，提出了反饋控制量利用系統(tǒng)總 線進行傳輸?shù)碾娐方Y構，有利于簡化系統(tǒng)集成難度，并可在系統(tǒng)級優(yōu)化各資源間的配置。
以下結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

圖1為本發(fā)明的自動增益控制器結構框圖。圖2為圖1中控制量生成查找表的結構框圖。圖3為圖1中增益偏置保持子模塊的具體結構框圖。圖4為圖3相應子模塊對應的輸入視頻狀態(tài)。圖5為圖3中各子模塊狀態(tài)轉移圖。圖6為圖3中調整子模塊的狀態(tài)轉移圖。
具體實施例方式參見圖1，所示為本發(fā)明的自動增益控制器的總體結構圖，描述了整個復合視頻信 號自動增益控制器的工作原理。模擬復合視頻信號經(jīng)交流耦合進入AFE后，一路輸入同步 信號提取、時鐘生成模塊生成行場同步信號和時鐘信號；另一路經(jīng)過鉗位模塊，生成以鉗位 電平為參考電平的模擬復合視頻信號，然后經(jīng)過數(shù)控增益偏置調整模塊(PGA)對該模擬復 合視頻信號的幅度和直流偏置進行調整。調整后的模擬復合視頻信號經(jīng)過模數(shù)轉化模塊 (ADC)進行采樣，采樣時鐘為同步信號提取、時鐘生成模塊輸出的時鐘信號。采樣后生成數(shù)字復合視頻信號。AFE輸出的數(shù)字復合視頻信號、行場同步信號及時鐘信號送入特征值檢測和控制 量生成模塊中的幅度、偏置特征值檢測子模塊。它對數(shù)字復合視頻信號中同步頭的幅度和 直流偏置進行檢測。檢測方法是通過設置行計數(shù)器(計算每行像素點數(shù)的計數(shù)器)在同步 頭的頂部(復合視頻信號消隱期前肩或后肩位置)和同步頭底部的平滑區(qū)域分別求取信號 的加權平均值。這兩個信號的加權平均值做差，差值作為輸入模擬復合視頻信號幅度的特 征值；將求得的同步頭底部平滑區(qū)域信號的加權平均值作為鉗位后模擬復合視頻信號的直 流偏置的特征值。生成的幅度和直流偏置特征值輸入特征值檢測和控制量生成模塊中的誤差生成 子模塊。在該子模塊中，將這兩個特征值分別和其對應的視頻標準的標稱值進行比較，做差 求得絕對誤差。得到的絕對誤差同高、低兩個閾值(本發(fā)明中幅度特征值對應的高、低閾值 對于視頻標準NTSC制為0和-112，對于視頻標準PAL制為0和-118 ；直流偏置特征值對應 的高、低閾值對于兩種制式均為1024和0 ；這兩個閾值同AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊的 調整范圍有關，并不絕對)比較，并將大于高閾值的絕對誤差設定為高閾值，將小于低閾值 的絕對誤差設定為低閾值。上述操作得到的結果進行歸一化后，得到最終的誤差量。本發(fā)明 中幅度的歸一化后的誤差量由7bits(7位二進制定點數(shù))表示，直流偏置歸一化后的誤差 量由10bits(10位二進制定點數(shù))表示。這里誤差量的位寬不絕對，需要同后述生成查找 表的地址信號長度相同，若地址信號長度設計改變，此處也應根據(jù)具體情況進行相應調整。 這里需要的標準值和閾值等參數(shù)由CPU經(jīng)過系統(tǒng)總線賦值。誤差生成子模塊輸出的歸一化誤差作為特征值檢測和控制量生成模塊中的控制 量生成查找表的地址信號輸入。控制量生成查找表由ROM構成，預先存入各地址對應的數(shù) 據(jù)，只需結合時鐘輸入地址信號，即可得到對應地址的預存數(shù)據(jù)。以圖2所示NTSC制式的 增益的控制量生成查找表為例(其它復合視頻標準同其近似，不累述)。預先存入各地址對 應的數(shù)據(jù)，且這里的數(shù)據(jù)代表增益的控制量。圖中address為所查增益控制量在查找表中 對應地址，clock是工作時鐘，q是輸出的增益的控制量。如前所述，將得到的7bits的幅度 的歸一化誤差量作為增益控制量生成查找表的地址信號，并結合時鐘輸入，輸出數(shù)據(jù)為輸 入的歸一化誤差量對應的增益的控制量。利用同樣的方法可以得到需要的直流偏置的控制 量。這里將得到的增益控制量和直流偏置特征量命名為增益的生成控制量和直流偏置的生 成控制量。另外，需要指出，查找表的值由實驗得到，同AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊性質 有關。查找表地址長度和生成控制量位寬由AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊設計的調整范圍 決定。如前所述，一旦此處查找表地址長度設計改變，誤差生成子模塊輸出的誤差量的位寬 也應調整。同時，相關的查找表值等參數(shù)由CPU經(jīng)系統(tǒng)總線賦值。如圖3所示，控制量生成查找表輸出的生成控制量和幅度、偏置特征值檢測子模 塊輸出的幅度和直流偏置特征值輸入特征值檢測和控制量生成模塊中的增益偏置保持子 模塊，該子模塊由五個子模塊構成。分別為標準狀態(tài)保持子模塊，輸入幅度過大非標準狀態(tài) 保持子模塊，輸入幅度過小非標準狀態(tài)保持子模塊，標準與非標準臨界狀態(tài)保持子模塊，及 調整子模塊。這五個子模塊構成一狀態(tài)機，按照跳變條件分別在這五個子模塊中工作。其中標準狀態(tài)保持子模塊，用于保持可將輸入模擬復合視頻信號調整為標準狀態(tài) 的情況；輸入幅度過大非標準狀態(tài)保持子模塊，用于保持因輸入模擬復合視頻信號幅度過
7大使AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊無法調整滿足輸出信號符合標準的情況；輸入幅度過小 非標準狀態(tài)保持子模塊，用于保持因輸入模擬復合視頻信號幅度過小使AFE中數(shù)控增益偏 置調整模塊無法調整滿足輸出信號符合標準的情況；標準與非標準臨界狀態(tài)保持子模塊， 用于處理輸入模擬復合視頻信號幅度處于標準與非標準狀態(tài)臨界區(qū)的情況；調整子模塊實 現(xiàn)在輸入模擬復合視頻幅度或者鉗位后模擬復合視頻直流偏置發(fā)生改變時，需要重新進行 調整的情況。當上述狀態(tài)機工作在上述任一保持狀態(tài)子模塊時，保存進入該子模塊時的幅度和 直流偏置特征值及進入該模塊前調整子模塊求取的輸出給AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊 的反饋控制量；并不斷求取當前輸入的幅度和直流偏置特征值同保存的進入該子模塊時的 幅度和直流偏置特征值間的差值。當求取的差值d滿足d < y或d = y (y稱為第二閾值， 本發(fā)明中取為10)時，將保存的進入該保持狀態(tài)子模塊前調整子模塊求取的給AFE中數(shù)控 增益偏置調整模塊的反饋控制量輸出。當求取的差值d滿足d > y時，跳出該保持狀態(tài)子 模塊進入調整子模塊。當工作在調整子模塊時，如圖4所示，結合輸入的幅度特征值a對輸入模擬復合視 頻信號的幅度大小進行狀態(tài)劃分。由幅度閾值al、a2、a3、a4(0 < al < a2 < a3 < a4)劃 分出標準狀態(tài)(a2 < a < a3，或a = a2或a = a3)，輸入幅度過大非標準狀態(tài)(a > a4，或a =a4)和輸入幅度過小非標準狀態(tài)(a < al，或a = al)以及臨界狀態(tài)1 (al < a < a2)和 臨界狀態(tài)2(a3 <a< a4，和臨界狀態(tài)1統(tǒng)一構成臨界狀態(tài))，是調整進入四個不同保持狀 態(tài)子模塊后需要分別處理的狀態(tài)當判斷輸入模擬復合視頻信號的幅度處于標準狀態(tài)時， 調整子模塊工作結束后跳轉至標準狀態(tài)保持子模塊工作。相應的，當輸入模擬復合視頻信 號的幅度處于輸入幅度過大非標準狀態(tài)、輸入幅度過小非標準狀態(tài)和臨界狀態(tài)時，調整子 模塊工作結束后跳轉至輸入幅度過大非標準狀態(tài)保持子模塊，輸入幅度過小非標準狀態(tài)保 持子模塊，標準與非標準臨界狀態(tài)保持子模塊。另外，調整子模塊對應于調整狀態(tài)，共同構 成了增益偏置保持子模塊中的工作狀態(tài)機中的五個狀態(tài)，如圖5所示。如圖6所示，調整子模塊的工作方式可由一狀態(tài)機表示。圖中otherfstates狀 態(tài)統(tǒng)一表示圖5中除調整狀態(tài)外的四個狀態(tài)。這四個狀態(tài)無法保持原狀態(tài)時都會跳至調 整狀態(tài)。調整狀態(tài)內(nèi)部由一組狀態(tài)機構成。調整開始后，狀態(tài)機首先進入waitO狀態(tài)等待 系統(tǒng)總線響應；之后進入set_7f00態(tài)設置反饋給AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊的增益的 控制量為511，直流偏置的控制量為0(本發(fā)明中分別對應于最小的增益控制量和最大的直 流偏置控制量稱為調整的基準值。具體數(shù)值由數(shù)控增益偏置調整電路設計決定，不絕對)； 并進入waitl狀態(tài)，以確?？偩€具有足夠的響應時間保證之前設置的增益的反饋控制量被 執(zhí)行；然后進入gair^coimt狀態(tài)，接收此時增益的生成控制量并作為增益的反饋控制量輸 出；在wait2狀態(tài)確保該控制量被反饋至AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊；再進入deteCt_ gain狀態(tài)，記錄此時的幅度特征值所在區(qū)間標稱值范圍，由閉區(qū)間[t2，t3]表示(對應于 前述的標準狀態(tài)，調整結束跳轉至標準狀態(tài)保持子模塊)，略大于或略小于標稱值范圍，分 別由開區(qū)間(tl，t2)和(t3，t4)表示(對應于臨界狀態(tài)，調整結束跳轉至標準與非標準臨 界狀態(tài)保持子模塊)，小于標稱值范圍，由閉區(qū)間
表示(對應于輸入幅度過小非標 準狀態(tài)，調整結束跳轉至輸入幅度過小非標準狀態(tài)保持子模塊)，大于標稱值范圍，由閉區(qū) 間[t4，1023]表示(對應于輸入幅度過大非標準狀態(tài)，調整結束跳轉至輸入幅度過大非標準狀態(tài)保持子模塊)，這里幅度特征值由10位2進制數(shù)表示(由AFE中模數(shù)轉換模塊輸出 信號位寬決定，不絕對)，且0 < tl < t2 < t3 < t4 < 1023，tl、t2、t3和t4統(tǒng)一命名為 第一閾值；之后進入0ffSet_C0Unt狀態(tài)，接收此時直流偏置的生成控制量并作為直流偏置 的反饋控制量輸出；在wait3狀態(tài)確保該反饋控制量被執(zhí)行；最后進入jump狀態(tài)，根據(jù)之 前的deteCt_gain狀態(tài)中幅度特征值所在區(qū)間，跳轉至相對應的保持狀態(tài)子模塊。最后，如圖1所示，增益偏置保持子模塊輸出反饋控制量，經(jīng)由CPU調度，通過總線 反饋給AFE中數(shù)控增益調整模塊，完成整個閉環(huán)系統(tǒng)。同時，前述的AFE和特征值檢測和控 制量生成模塊中的初始化參數(shù)值也由CPU經(jīng)系統(tǒng)總線賦值。同發(fā)明內(nèi)容部分闡述的一致，結合前述的自動增益控制器各具體模塊的設計方案 和工作原理，可以得到如下復合視頻信號的自動增益控制方法步驟一首先，CPU經(jīng)系統(tǒng) 總線對模擬視頻前端AFE和特征值檢測和控制量生成模塊賦初始化參數(shù)值。其次，將模擬復合視頻信號經(jīng)交流耦合進入AFE后，一路輸入同步信號提取、時鐘 生成模塊生成行場同步信號和時鐘信號；另一路經(jīng)過鉗位模塊，生成以鉗位電平為參考電 平的模擬復合視頻信號，然后經(jīng)過數(shù)控增益偏置調整模塊對該模擬復合視頻信號的幅度和 直流偏置進行調整。調整后的模擬復合視頻信號經(jīng)過模數(shù)轉化模塊進行采樣，采樣時鐘為 同步信號提取、時鐘生成模塊輸出的時鐘信號。采樣后生成數(shù)字復合視頻信號。輸出的數(shù) 字復合視頻信號、行場同步信號及時鐘信號送入特征值檢測和控制量生成模塊中的幅度、 偏置特征值檢測子模塊。它對數(shù)字復合視頻信號中同步頭的幅度和直流偏置進行檢測。檢 測方法是通過設置行計數(shù)器在同步頭的頂部(復合視頻信號消隱期前肩或后肩位置)和同 步頭底部的平滑區(qū)域分別求取信號的加權平均值。這兩個信號的加權平均值的差值作為輸 入模擬復合視頻信號幅度的特征值；求得的同步頭底部平滑區(qū)域信號的加權平均值作為鉗 位后模擬復合視頻信號的直流偏置的特征值。步驟二 首先，將檢測得到的幅度特征值和直流偏置特征值輸入誤差生成子模塊。 在該子模塊中，將這兩個特征值分別和其對應的視頻標準的標稱值進行比較，做差求得絕 對誤差。得到的絕對誤差同之前所述的高、低兩個閾值比較，并將大于高閾值的絕對誤差設 定為高閾值，將小于低閾值的絕對誤差設定為低閾值。上述操作后的結果進行歸一化，得到
歸一化的誤差量。其次，將幅度的歸一化誤差量作為增益控制量生成查找表的地址信號結合時鐘輸 入，便可得到相應的增益的生成控制量。利用同樣的方法可以得到需要的直流偏置的生成 控制量，并輸出給增益偏置保持子模塊步驟三增益偏置保持子模塊通過接收步驟二所得 兩個誤差對應的生成控制量和步驟一所得輸入的模擬復合視頻信號幅度、鉗位后模擬復合 視頻信號直流偏置的特征值，按照一個狀態(tài)機分別在四個不同保持狀態(tài)子模塊和一個調整 子模塊中進行邏輯判斷，在輸入的模擬復合視頻信號幅度穩(wěn)定時，輸出一個穩(wěn)定的增益和 直流偏置的反饋調節(jié)量，CPU利用系統(tǒng)總線將該反饋控制量賦予AFE中的數(shù)控增益偏置調 整模塊；在輸入的模擬復合視頻信號幅度不穩(wěn)定時，增益偏置保持子模塊結合增益和直流 偏置的生成控制量及時對AFE中的數(shù)控增益偏置調整模塊重新進行調節(jié)。步驟四重復執(zhí)行步驟二和步驟三，完成對輸入模擬復合視頻信號幅度和鉗位后 模擬復合視頻信號直流偏置的連續(xù)調整。上述方法中，步驟三所述的增益偏置保持子模塊按照一個狀態(tài)機分別在四個不同保持狀態(tài)子模塊和一個調整子模塊中進行邏輯判斷，并輸出相應的反饋調節(jié)量，其具體操 作過程為當所述狀態(tài)機工作在調整子模塊時，先將調整的基準值反饋給AFE中數(shù)控增益 偏置調整模塊，然后將增益和直流偏置的生成控制量反饋給AFE中數(shù)控增益偏置調整模 塊，對輸入模擬復合視頻信號的幅度和鉗位后模擬復合視頻信號的直流偏置進行調整，調 整后的幅度和直流偏置特征值同第一閾值進行比較并判斷，根據(jù)判斷結果進入其中一個狀 態(tài)保持子模塊，并保存此時的幅度和直流偏置特征值；當所述狀態(tài)機工作在任意一個保持 狀態(tài)子模塊時，保存進入該子模塊時的幅度和直流偏置特征值及進入該模塊前調整子模塊 求取的輸出給AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊的反饋控制量；并不斷求取當前輸入模擬復合 視頻信號的幅度和鉗位后模擬復合視頻信號的直流偏置特征值同保存的幅度和直流偏置 特征值間的差值。當求取的差值不大于第二閾值時，輸出保存的進入該保持狀態(tài)子模塊前 調整子模塊求取的輸出給AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊的反饋控制量。當求取的差值大于 第二閾值時，跳出該保持狀態(tài)子模塊進入調整子模塊。 上述步驟三具體操作中，提到的調整子模塊的具體工作流程由一個狀態(tài)機構成。 當四個不同保持子模塊跳入調整子模塊后，該狀態(tài)機首先進入waitO狀態(tài)等待系統(tǒng)總線響 應；之后進入set_7f00態(tài)設置反饋給AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊的增益控制量為最小， 直流偏置控制量為最大(調整的基準值)；并進入waitl狀態(tài)等待，確保總線具有足夠的響 應時間保證set_7f00態(tài)設置的增益的反饋控制量被執(zhí)行；然后進入gair^coimt狀態(tài)，接 收此時增益的生成控制量(對應于此時輸入的模擬復合視頻信號的幅度特征值的生成控 制量)并作為增益的反饋控制量輸出；在wait2狀態(tài)確保該反饋控制量被反饋至AFE中數(shù) 控增益偏置調整模塊進行幅度調整；再進入deteCt_gain狀態(tài)，記錄此時的幅度特征值所 在區(qū)間，即前述的標稱值范圍，略大于或略小于標稱值范圍，小于標稱值范圍，大于標稱值 范圍中的一個，表征了調整完成后進入的四個保持狀態(tài)子模塊(具體對應關系如前述)；之 后進入0ffSet_C0imt狀態(tài)，接收此時直流偏置的生成控制量并作為直流偏置的反饋控制 量輸出；在wait3狀態(tài)確保該反饋控制量被執(zhí)行；最后進入jump狀態(tài)，根據(jù)之前的deteCt_ gain狀態(tài)中幅度特征值所在區(qū)間，跳轉至相對應的保持狀態(tài)子模塊。
權利要求
一種復合視頻信號的自動增益控制器，其特征在于，包括一個模擬視頻前端AFE，一個特征值檢測和控制量生成模塊，一個CPU和系統(tǒng)總線；其中所述的模擬視頻前端AFE包括一鉗位模塊，一數(shù)控增益偏置調整模塊，一模數(shù)轉換模塊，以及一同步信號提取、時鐘生成模塊；鉗位模塊將輸入的模擬復合視頻信號交流耦合后進行直流電平鉗位，鉗位后的模擬復合視頻信號經(jīng)過數(shù)控增益偏置調整模塊進行增益和直流偏置的調節(jié)，被送入模數(shù)轉換模塊進行采樣，生成數(shù)字復合視頻信號；同時，輸入的模擬復合視頻信號送入同步信號提取、時鐘生成模塊，輸出行場同步信號和時鐘信號；所述數(shù)字復合視頻信號、行場同步信號和時鐘信號被送入至特征值檢測和控制量生成模塊；所述特征值檢測和控制量生成模塊包括一幅度、偏置特征值檢測子模塊，一誤差生成子模塊、一控制量生成查找表和一增益偏置保持子模塊；其中，幅度、偏置特征值檢測子模塊結合AFE生成的行、場同步信號，對數(shù)字化后的視頻信號進行幅度特征值和直流偏置特征值的檢測；誤差生成子模塊將幅度、偏置特征值檢測子模塊得到的幅度和直流偏置特征值同視頻標準規(guī)定的標稱值進行比較，得到誤差量；控制量生成查找表將該誤差量作為查找表的地址，得到相應的生成控制量至增益偏置保持子模塊；增益偏置保持子模塊包括四個不同保持狀態(tài)子模塊和一個調整子模塊；增益偏置保持子模塊通過CPU和系統(tǒng)總線，輸出反饋控制量給模擬視頻前端AFE中的數(shù)控增益偏置調整模塊，實現(xiàn)對輸入AFE的模擬視頻信號增益和鉗位后模擬復合視頻信號直流偏置的調節(jié)。
2.如權利要求1所述的復合視頻信號的自動增益控制器，其特征在于，所述四個不同 保持狀態(tài)子模塊，包括一標準狀態(tài)保持子模塊，一輸入幅度過大非標準狀態(tài)保持子模塊，一 輸入幅度過小非標準狀態(tài)保持子模塊和一標準與非標準臨界狀態(tài)保持子模塊；其中，標準狀態(tài)保持子模塊，用于保持可將輸入模擬復合視頻信號的幅度和直流偏置 特征值調整到符合相應視頻標準的情況；輸入幅度過大非標準狀態(tài)保持子模塊，用于保持因輸入模擬復合視頻信號幅度過大使 數(shù)控增益偏置調整模塊無法調整滿足輸出信號符合標準的情況；輸入幅度過小非標準狀態(tài)保持子模塊，用于保持因輸入模擬復合視頻信號幅度過小使 數(shù)控增益偏置調整模塊無法調整滿足輸出信號符合標準的情況；標準與非標準臨界狀態(tài)保持子模塊，用于處理輸入模擬復合視頻信號幅度處于因閾值 劃分的標準與非標準臨界區(qū)的情況。
3.一種復合視頻信號的自動增益控制方法，基于權利要求1復合視頻信號的自動增益 控制器實現(xiàn)，其特征在于，包括下述步驟步驟一，CPU經(jīng)系統(tǒng)總線對模擬視頻前端AFE和特征值檢測和控制量生成模塊賦初始 化參數(shù)值，之后，利用幅度、偏置特征值檢測子模塊結合AFE生成的行、場同步信號，對數(shù)字 化后的視頻信號進行幅度特征值和直流偏置特征值檢測；即通過設置行計數(shù)器在同步頭頂 部_復合視頻信號消隱期前肩或后肩位置，和同步頭底部的平滑區(qū)域求取信號的加權平均 值，進而做差求得同步頭幅度值并作為輸入模擬復合視頻信號幅度的特征值；同時，將求得 的同步頭底部平滑區(qū)域信號的加權平均值作為鉗位后模擬復合視頻信號的直流偏置的特 征值；步驟二，將檢測得到的幅度特征值和直流偏置特征值同視頻標準規(guī)定的標稱值進行比 較，生成幅度和直流偏置誤差；將誤差歸一化并作為索引地址在控制量生成查找表中得到這兩個誤差對應的增益和直流偏置的生成控制量；步驟三，增益偏置保持子模塊通過接收步驟二所得的兩個誤差對應的生成控制量和步 驟一所得的輸入的模擬復合視頻信號幅度、鉗位后模擬復合視頻信號直流偏置的特征值， 按照一個狀態(tài)機分別在四個不同保持狀態(tài)子模塊和一個調整子模塊中進行邏輯判斷，在輸 入的模擬復合視頻信號幅度穩(wěn)定時，輸出一個穩(wěn)定的增益和直流偏置的反饋調節(jié)量，CPU利 用系統(tǒng)總線將該反饋控制量賦予AFE中的數(shù)控增益偏置調整模塊；在輸入的模擬復合視頻 信號幅度不穩(wěn)定時，增益偏置保持子模塊結合兩個誤差對應的生成控制量及時對AFE中的 數(shù)控增益偏置調整模塊重新進行調節(jié)；步驟四，重復執(zhí)行步驟二和步驟三，完成對輸入模擬復合視頻信號幅度和鉗位后模擬 復合視頻信號直流偏置的連續(xù)調整。
4.如權利要求3所述的復合視頻信號的自動增益控制方法，其特征在于，步驟三中，所 述的增益偏置保持子模塊按照一個狀態(tài)機分別在四個不同保持狀態(tài)子模塊和一個調整子 模塊中進行邏輯判斷，并輸出相應的反饋調節(jié)量，其具體操作為當所述狀態(tài)機工作在調整子模塊時，先將調整的基準值反饋給AFE中數(shù)控增益偏置調 整模塊，然后將增益和直流偏置的生成控制量反饋給AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊，對輸 入模擬復合視頻信號的幅度和鉗位后模擬復合視頻信號的直流偏置進行調整，調整后的幅 度和直流偏置特征值同第一閾值進行比較并判斷，根據(jù)判斷結果進入其中一個狀態(tài)保持子 模塊，并保存此時的幅度和直流偏置特征值；當所述狀態(tài)機工作在任意一個保持狀態(tài)子模塊時，將輸入的幅度和直流偏置特征值同 進入該子模塊時的幅度和直流偏置特征值作差，差值不大于第二閾值時，繼續(xù)處于這個保 持狀態(tài)子模塊，保持進入該子模塊時刻的反饋控制量給AFE中的數(shù)控增益偏置調整模塊； 大于第二閾值時，進入調整子模塊進行調整。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復合視頻信號的自動增益控制器及控制方法。該自動增益控制器包括AFE、特征值檢測和控制量生成模塊、CPU及系統(tǒng)總線構成。結合復合視頻特征選取了便于測量的幅度和直流偏置特征值，設計了特征值檢測和生成方法；結合AFE中數(shù)控增益偏置調整模塊可用數(shù)字量控制的特點，設計了純數(shù)字反饋控制電路；通過分析檢測的特征量和生成控制量之間的對應關系，利用簡單的查找表實現(xiàn)了控制量的快速生成；結合視頻幅度具有波動性和數(shù)控增益偏置模塊調整精度較高的特點，設計了調整和保持策略；實現(xiàn)了基于SoC總線結構的反饋控制量的傳輸方法。本發(fā)明具有高精度實時調整并維持視頻流暢，增強復合視頻解碼器對于非標準輸入模擬復合視頻信號的適應能力。
文檔編號H04N5/52GK101873453SQ201010207579
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權日2010年6月23日
發(fā)明者侯作勛, 馮耀, 劉躍虎, 葛晨陽, 趙文哲, 鄭南寧 申請人:西安交通大學