Brevet FR2835327A1 — publié le 20030801

Dispositif de calibrage pour un étage d'entrée vidéo Domaine technique de l'invention La présente invention concerne les étages d'entrée de traitement vidéo et plus spécialement un dispositif de calibrage pour un étage d'entrée destiné au traitement d'un signal vidéo. Etat de la technique Les étages d'entrée destinés au traitement du signal vidéo comportent habituellement un circuit de calibrage des circuits en aval dans le récepteur afin d'éviter la saturation de ces derniers. A cet effet on utilise un signal de référencecorrespondant au codage du noir-qui se présente juste après le signal de synchronisation ligne du signal vidéo et le circuit récepteur utilise cette référence du noir pour calibrer ses circuits internes de manière à éviter toute saturation. Deux solutions sont classiquement mises en oeuvre dans la conception d'un tel circuit, selon que l'on privilégie une architecture analogique ou numérique. La figure 1 rappelle le schéma de principe d'une architecture de type analogique. Le circuit comporte un condensateur 2 permettant de supprimer la composante continue d'un signal d'entrée présenté sur une ligne 1. Le condensateur 2 peut être chargé et déchargé par un ensemble 1-81 de deux sources de courant 3 et 4, lesquelles permettent respectivement de pousser ou tirer du courant de manière à venir positionner le potentiel en aval du condensateur 2 à une valeur adéquate. De cette manière le signal vidéo-correctement positionné au niveau de sa composante continue-peut être injecté dans un filtre analogique 6 qui en extrait le niveau de noir, et le signal vidéo est ensuite présenté à l'entrée d'un convertisseur analogique-numérique A/D 5 produisant un code numérique sur n bits. D'une manière générale, on s'efforce d'assurer, au moment de la réception du signal de référence correspondant au noir, un codage moyen égal à 0 (sur n bits) de manière à pouvoir bénéficier de toute la dynamique du système de codage et ainsi éviter sa saturation. A cet effet, un comparateur 7 est utilisé pour comparer la tension en sortie du filtre 6 avec une tension de référence Vref, et produire un signal de commande de la source de courant 5 et de l'élément inverseur 8 qui commande l'autre source de courant 3. La structure analogique présente une grande simplicité de conception. Elle souffre cependant de plusieurs inconvénients rédhibitoires. On constate en effet une dérive des tensions et cela nuit à la précision du circuit. L'existence d'une tension de décalage-ou d'offset-dans le comparateur 7 vient d'ailleurs aggraver cet inconvénient. On constate également une convergence peu rapide du point de fonctionnement, laquelle est fixée par la valeur des courant 1-81. En outre, dans ce circuit, l'ensemble 1-81 fonctionne d'une manière permanente : un courant est généré soit par la source 3, soit par la source 4 et il en résulte une oscillation d'une amplitude non négligeable autour du point idéal, ce qui nuit encore d'avantage à la précision. Pour améliorer la précision du calibrage, on se tourne alors vers une architecture tout numérique qui laisse une large part au traitement numérique du signal. Un exemple d'une telle architecture est donnée dans la figure 2, laquelle montre que le circuit 1-81 peut être commandé par une unité de traitement numérique 24 au moyen de deux signaux de commande UP et DOWN qui commandent directement, et respectivement les sources 3 et 4. En aval du condensateur de liaison, le signal vidéo est amplifié par un amplificateur VGA 23 et le signal amplifié peut alors être directement présenté au convertisseur analogiquenumérique 5. Les échantillons numériques codés sur n bits font ensuite l'objet d'un traitement approprié au moyen de l'unité de traitement 24 et c'est cette dernière qui effectue l'extraction du niveau de noir et la comparaison avec la référence afin de déterminer les signaux de commande UP et DOWN. Clairement, l'emploi d'une architecture numérique comme celle de la figure 2 permet d'accroître considérablement la précision dans le positionnement de la tension à l'entrée du convertisseur numérique analogique. Elle permet en outre de commander précisément la vitesse d'ajustement au potentiel de consigne. En revanche, on a déplacé une partie de la difficulté puisque c'est un traitement numérique qui doit à présent effectuer l'extraction du niveau de noir et, en pratique, on relève qu'il s'agit là d'une tâche délicate à réaliser. Il est par conséquent souhaitable de concevoir un étage d'entrée pour un signal vidéo qui permet de tirer avantage de la précision conférée par le traitement numérique, tout en réduisant au maximum la complexité du calcul numérique à mettre en oeuvre. Exposé de l'invention La présente invention a pour but la réalisation d'un étage d'entrée d'un circuit vidéo permettant une grande précision dans le positionnement de la tension à l'entrée du convertisseur analogique-numérique, et ceci au prix d'un traitement numérique particulièrement réduit. C'est un autre objet de la présente invention de fournir un circuit de calibrage pour un étage vidéo simple et peu onéreux à réaliser. L'invention réalise ces buts au moyen d'un Dispositif de calibrage pour un étage d'entrée d'un circuit vidéo comportant un condensateur d'entrée et une pompe de charge générant au moins un premier (COARSE) et un second (FINE) courant de charge de ce condensateur. La pompe de charge est respectivement commandée par au moins un premier et un second signal de commande. Une source de courant décharge constamment le condensateur. Le signal vidéo est mis en forme par un étage de mise en forme du signal vidéo et est ensuite envoyé dans un convertisseur analogique numérique pour y générer un code numérique en sortie. Ce code est fait l'objet d'une comparaison par un comparateur recevant une valeur de consigne (CLAMP) et un résultat de comparaison est transmis à une unité de traitement qui génère au moins un premier et un second signal de commande destinés à ladite pompe de charge. Ainsi, il n'est plus nécessaire d'extraire le niveau de noir pour procéder à la fonction de clamp ou d'ajustement du potentiel du signal d'entrée vidéo. On arrive à réaliser très facilement cette fonction au moyen d'un asservissement du pied de synchronisation du signal vidéo. Préférentiellement, on utilise une pompe de charge générant deux courants de charge ICOARSE et IFINE, et le premier courant de charge présente une valeur permettant une recharge rapide du condensateur d'entrée alors que le second courant de charge présente une valeur permettant une recharge lente du même condensateur. Dans un mode de réalisation préféré, le premier signal de commande associé au courant de charge ICOARSE est généré lorsque le code en sortie dudit convertisseur analogique numérique (34) est inférieur de plus d'un seuil donné de la consigne reçue par le comparateur 36. Le second signal de commande est généré lorsque le code en sortie du convertisseur analogique numérique est inférieur à cette même consigne, mais reste dans un voisinage restreint de cette consigne. On obtient ainsi la possibilité de deux vitesses différenciées d'asservissement du potentiel du pied de synchronisation, permettant d'assurer un asservissement rapide durant le transitoire de démarrage, suivi d'un asservissement fin extrêmement précis durant le régime permanent. Plus particulièrement, le premier signal de commande (COARSE) est généré lorsque l'on a : e avec e = Code-CLAMP, ou Code est la sortie du convertisseur ; SEUIL la valeur correspondant audit seuil et CLAMP la valeur de consigne reçue par le comparateur. Le second signal de commande (FINE) est généré lorsque l'on a - SEUIL De préférence, le circuit dispose d'une unité de comptage recevant le second signal de commande (FINE) et destiné à bloquer la génération des premiers et second signaux de commande de la pompe de charge après l'expiration d'un délai après l'apparition dudit second signal de commande (FINE). L'invention permet également la réalisation d'une structure symétrique dans laquelle la pompe de courant vient décharger le condensateur qu'une source de courant charge en permanence. Plus spécifiquement, on réalise un dispositif de calibrage comportant : - un condensateur d'entrée ; - une pompe de charge générant au moins un premier (COARSE) et un second (FINE) courant de décharge dudit condensateur, et respectivement commandée par au moins un premier et un second signal de commande ; - une source de courant destinée à charger ledit condensateur ; - un étage de mise en forme du signal vidéo ; - un convertisseur analogique numérique générant un code numérique en réponse au dit signal vidéo ; - un comparateur destiné à comparer le dit code en sortie dudit convertisseur avec une valeur de consigne (CLAMP) ; - une unité de traitement générant à partir de l'écart constaté entre ledit code et ladite consigne lesdits signaux de commande. Le premier courant de décharge est choisi dans ce cas de manière à permettre une décharge rapide du condensateur et le second courant de décharge permet d'affiner le positionnement du potentiel du condensateur. Préférentiellement, le premier signal de commande est généré lorsque le code en sortie dudit convertisseur analogique numérique (34) est supérieur de plus d'un seuil donné de la consigne reçue par le comparateur 36. Description des dessins D'autres caractéristiques, but et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description et des dessins ci-après, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs. Sur les dessins annexés : La figure 1 illustre une architecture analogique d'un circuit de calibrage. La figure 2 illustre une architecture numérique d'un circuit de calibrage. La figure 3 illustre un mode de réalisation préféré de l'invention. La figure 4 illustre des chronogrammes de signaux représentatifs du fonctionnement du circuit de la figure 3. Description d'un mode de réalisation préféré La figure 3 illustre un mode de réalisation de l'invention. Le signal vidéo est injecté via un condensateur 37-présentant une valeur de 100 nF par exempledans un élément tampon ou buffer 45. L'élément buffer-qui pourra être également un amplificateur à gain variable-réalise la mise en forme du signal notamment l'adaptation d'impédance avant la conversion analogique-numérique. Dans un mode de réalisation préféré, le buffer 45 réalise également la transformation du signal vidéo en deux composantes analogiques différentielles de manière à présenter ce dernier dans un mode différentiel à l'entrée d'un convertisseur analogique digital 34. De cette manière on peut réduire la course des signaux analogiques autour des points de polarisation et accroître considérablement le rapport signal sur bruit et la linéarité du traitement (et notamment la Total Harmonic Distortion T. H. D. ). D'une manière général, l'élément buffer 45 ne sera pas décrit plus avant car sa réalisation concrète pourra varier en fonction de l'application considérée. On observe donc que, mis à part l'élément buffer 45 qui réalise une simple mise en forme du signal, ce dernier est directement présenté au convertisseur A/D 34. De ce point de vue, on observe donc que l'on a les avantages d'un traitement tout numérique. En revanche, contrairement à l'approche numérique classique, il n'est pas nécessaire de prévoir un traitement numérique sophistiqué avec extraction du niveau de noir. En effet, suivant l'enseignement de la présente invention, on réalise l'asservissement de la composante continue du signal vidéo (ou le clamp) en fixant le potentiel du pied de synchronisation, ce qui est réalisé au moyen d'un simple comparateur 36, associé à une unité de traitement 31 venant commander une pompe de charge 32 fournisseur au moins un premier et un second courant de charge du condensateur 37. En réponse aux deux composantes différentielles qui lui sont présentées, le convertisseur 34 fournit un code numérique sur n bits, par exemple douze bits. Le code est transmis à un comparateur 36 au moyen d'un bus 38, et ce comparateur reçoit également une valeur de consigne-dite CLAMP-sur un bus 39. Le résultat de la comparaison est transmis à une unité de traitement 31. Les nombre de bits utilisé pour fixer la valeur de consigne permet de fixer le pas du réglage de la tension de clamp. On pourra avantageusement procéder à tous les aménagements utiles pour fixer la plage de réglage mais également le pas d'ajustage de cette consigne. En pratique, dans un mode de réalisation préféré, la consigne est présentée sur 7 bits et on opère un décalage à gauche de 4 bits avant d'effectuer la comparaison par le comparateur 36. De cette manière, pour des codes en sortie du l'élément A/D 34 variant entre 0 et 4095 (code de douze bits), on pourra fixer le potentiel du pied de synchronisation entre 256 et 2032 par pas de seize. Clairement, l'homme du métier pourra procéder à tous les aménagements utiles pour appliquer l'enseignement de la présente invention à l'application considérée et à la plage de réglage souhaitée. On observe que dans tous les cas, le circuit reste simple tout en permettant un réglage extrêmement précis, comme on va le voir. L'unité de traitement 31 reçoit le résultat du comparateur 36 et, en fonction de ce résultat, génère deux signaux de commande, respectivement COARSE et FINE sur les lignes 41 et 42, en fonction de l'écart mesuré. Plus particulièrement, si l'on note e = Code-CLAMP, cet écart entre le code en sortie du convertisseur A/D 34 et de la consigne CLAMP, le signal COARSE sera généré lorsque l'on aura e Et inversement, le signal FINE sera généré lorsque l'on aura : - SEUIL Lorsque l'écart e est positif, aucun des signaux COARSE et FINE n'est activé, en sorte qu'un courant n'est généré que lorsque le potentiel se trouve à une valeur inférieure de la tension de consigne CLAMP. C'est un premier avantage par rapport à l'architecture analogique connue puisqu'un courant cesse d'être injecté dans le condensateur 37 dès lors que le potentiel du signal vidéo dépasse la valeur de la consigne CLAMP. Les signaux de commande FINE et COARSE, transmis via les lignes 41 et 42 respectivement, sont utilisés par la pompe de courant 32 pour générer au moins un premier et au moins un second courant de valeur très différentiée. Dans un mode de réalisation préféré, le signal de commande COARSE génère un courant ICOARSE d'une valeur de 1.3 mA qui sert à recharger le condensateur 37. Le signal de commande FINE génère, quant à lui, un courant IFINE de même sens que le courant COARSE, mais d'amplitude bien plus faible, fixée par exemple à 65, uA. Les deux courants ICOARSE et IFINE servent à recharger le condensateur 37 à des vitesses différentes, lequel comme on le voit sur la figure 3, se décharge continuellement via une source de courant 33 de valeur 2 fiA. La source de courant pourra, selon le cas, être réalisé au moyen d'un circuit très simple, voire se concrétiser par un simple courant de fuite. Les valeurs des courants sont choisies de manière à permettre un asservissement du potentiel du pied de synchro à l'entrée du convertisseur A/D 34. Clairement, on pourra modifier ces valeurs en fonction de l'application considérée et plus précisément selon les caractéristiques de l'asservissement que l'on souhaitera réaliser. D'une manière concrète, avec les valeurs de courant qui sont indiquées, on observe que lorsque le potentiel du signal vidéo est en-deça de la valeur CLAMP - SEUIL, l'unité de traitement 31 génère un courant COARSE de forte amplitude de manière à remonter rapidement le potentiel du pied de synchronisation vers la consigne souhaitée. C'est ce mode d'asservissement qui interviendra durant le transitoire de démarrage du circuit, lorsque le potentiel vidéo d'entrée n'est pas encore parfaitement réglé. En revanche, dès lors que le potentiel du pied de synchronisation est stabilisé et avoisine la valeur de consigne, l'unité de traitement 42 ne produit plus qu'un signal de commande FINE qui permet de compenser la faible perte de courant due à la source de courant 33. Ainsi, on observe que, contrairement à la structure 1-81 classique réalisant en permanence une oscillation autour de la valeur de consigne, la pompe de courant cesse de fournir un courant ICOARSE ou IFINE dès que le potentiel du signal vidéo dépasse la consigne, ce qui est notamment le cas lorsque le signal porte l'information utile. Le circuit de l'invention diffère donc fondamentalement de la structure classique en ce qu'il permet un véritablement asservissement avec une grande précision (ici fixée à 12 bits), et ce sans avoir besoin d'extraire le niveau de noir. On observe que l'unité de traitement 31 est particulièrement peu onéreuse à mettre en oeuvre, de même que le circuit de pompe de courant 32. La figure 4 montre une simulation illustrant le fonctionnement du circuit de positionnement du pied de synchronisation, et notamment les tensions du signal vidéo d'entrée, les courants ICOARSE et IFINE, ainsi que la sortie EN d'une unité de comptage 35 dont on détaillera ci-après le fonctionnement. Si l'on examine la première courbe représentative du signal vidéo d'entrée, on voit les pieds de synchronisation 401 et on constate que l'on observe un asservissement du potentiel de ce pied de synchronisation jusqu'à ce que ce dernier atteint la valeur de consigne (fixée au potentiel 1 Volt comme on le voit sur la figure). On constate que tant que ce potentiel reste très en deçà de cette même consigne, on a des impulsions ICOARSE (précisément tant que le potentiel reste inférieur à 0.97 volt sur la figure 4), lesquelles tendent à disparaître dès que l'on arrive en régime d'asservissement stable. On réalise de ce fait un asservissement à deux vitesses facile à mettre en oeuvre et particulièrement efficace. Il est en outre extrêmement souple puisque l'on peut fixer précisément les plages de réglage COARSE et FINE, et ce au moyen de la valeur de réglage présentée sur le bus 43. On peut ainsi régler, d'une manière précise, les différentes zones et bénéficier de l'asservissement rapide résultant du courant ICOARSE et de la précision conférée par le courant IFINE. Dans un mode de réalisation particulier, on pourrait même envisager une pompe de charge 32 fournissant trois courants ou plus. Clairement, on obtient un résultat très satisfaisant déjà avec deux sources de courant, lesquelles permettent la mise en place rapide d'un régime permanent-grâce à la source ICOARSE, suivi d'un régime d'asservissement fin extrêmement précis puisque cet asservissement est réalisédans le mode de réalisation préféré-sur la base d'une précision de douze bits. Si l'on fixe la consigne de CLAMP à 2032 par exemple, on obtiendra un asservissement entre 2031 et 2033. On observe donc un asservissement rapide lors du transitoire de démarre et ceci constitue un second avantage par rapport à l'architecture analogique classique connue. On décrira à présent un perfectionnement optionnel au dispositif de base, qui permet de s'abstraire de certains signaux parasites qui sont susceptibles d'apparaître durant le signal vidéo utiles et qui pourraient perturber quelque peu le fonctionnement du circuit que l'on a décrit. En effet, durant le signal vidéo il peut arriver, pour diverses raisons, que l'on observe des impulsions négatives (lesquelles sont absentes de la simulation idéale de la figure 4 comme on le voit), mais qui pourraient provoquer la génération de courants parasites IFINE voire même ICOARSE A cet effet, l'unité de traitement 31 est doté d'une entrée ENABLE qui permet d'inhiber la génération des signaux de commandes COARSE et FINE. L'unité de comptage 35 recevant un signal d'horloge (non représenté) présente également une entrée COMPT ENABLE permettant d'inhiber son fonctionnement. L'unité de comptage 35 reçoit le signal de commande FINE généré par l'unité 31 et est réinitialisé à chaque impulsion de ce même signal de commande. Si le compteur est rythmé par une horloge de 27 Mhz, par exemple, une ligne de 64 microseconde se traduira par environ 1728 impulsions d'horloge. L'unité de comptage 35 est positionnée de manière à présenter un signal de commande sur la ligne 40 qui est à un niveau logique 1 pendant les 128 premiers coups d'horloge, ce qui correspond à l'écoulement d'un temps d'environ 5, us. Une fois la valeur 128 dépassé, la sortie EN sur la ligne 40 commute à 0, et le compteur continue de compter jusqu'à, par exemple, ce qu'il parvienne à la valeur 1024 où il sera réinitialisé. L'unité de comptage 35 se mettra à nouveau à compter sur une impulsion montante du signal de commande FINE. On constate que l'on réalise ainsi une fenêtre permettant de produire un signal logique haut sur la ligne 40 durant le pied de synchronisation du signal vidéo. De cette manière on peut assurer que l'unité de traitement 31 ne génère des signaux de commande COARSE et FINE que durant cette période, et que rien ne viendra perturber le réglage du clamp durant la présentation du signal vidéo utile au convertisseur analogique-numérique 34. La figure 5 montre plus en détail la structure et le fonctionnement de l'unité de comptage 35. Un compteur 51 reçoit un signal d'horloge sur une entrée CK 56 et présente une valeur de comptage qui est transmise respectivement à un premier circuit décodeur 52 et un second circuit décodeur 53. Le circuit décodeur 52 décode l'apparition du code 128 en sortie du compteur 51 et le second circuit 53 décode celle du code 1024. La sortie du premier fournit un signal logique bas dès que le compteur arrive à la valeur 128 tandis que celle du second circuit 53 est utilisée pour réinitialiser le compteur 51, lequel est autorisé à compter dès lors qu'un front montant apparaît sur le signal FINE. Le mode de réalisation a été décrit en relation avec un condensateur 37 que la pompe de charge 32 vient charger, respectivement au moyen d'un courant ICOARSE OU IFINE, venant compenser la décharge du courant provoquée par la source 33. Il est clair que l'homme du métier pourra adapter la structure du circuit de la figure 3 de manière à inverser les courants. On inversera dans ce cas le fonctionnement de l'unité de traitement 31. Le dernier chronogramme de la figure 4 représente le signal logique EN en sortie du compteur 35, lequel est activé par un signal logique haut présenté à son entrée COMPT EN. Revendications 1. Dispositif de calibrage pour un étage d'entrée d'un circuit vidéo comportant : - un condensateur d'entrée (37) ; - une pompe de charge (32) générant au moins un premier (COARSE) et un second (FINE) courant de charge dudit condensateur (37), et respectivement commandée par au moins un premier et un second signal de commande ; - une source de courant (33) destinée à décharger ledit condensateur (37) ; - un étage de mise en forme du signal vidéo (45) ; - un convertisseur analogique numérique (34) générant un code numérique en réponse au dit signal vidéo ; - un comparateur (36) destiné à comparer le dit code en sortie dudit convertisseur (36) avec une valeur de consigne (CLAMP) ; - une unité de traitement (31) générant à partir de l'écart constaté entre ledit code et ladite consigne lesdits signaux de commande. 2. Dispositif de calibrage selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit premier courant de charge présente une valeur permettant une recharge rapide dudit condensateur (37) et en ce que ledit second courant de charge présente une valeur permettant une recharge lente dudit condensateur (37). 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite unité de traitement (31) génère le premier signal de commande lorsque le code en sortie dudit convertisseur analogique numérique (34) est inférieur de plus d'un seuil donné de la consigne reçue par le comparateur 36. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que ladite unité de traitement (31) génère le second signal de commande lorsque le code en sortie dudit convertisseur analogique numérique (34) est inférieur à ladite consigne reçue par le comparateur 36, tout en restant dans le voisinage de cette consigne. 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le premier signal de commande (COARSE) est généré lorsque l'on a : e 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la source de courant délivre un courant de 2, uA, et en ce que ladite pompe de charge délivre deux courants, respectivement de 1.3 mA ou 65, uA. 8. Dispositif de calibrage pour un étage d'entrée d'un circuit vidéo comportant : - un condensateur d'entrée (37) ; - une pompe de charge (32) générant au moins un premier (COARSE) et un second (FINE) courant de décharge dudit condensateur (37), et respectivement commandée par au moins un premier et un second signal de commande ; - une source de courant (33) destinée à charger ledit condensateur (37) ; - un étage de mise en forme du signal vidéo (45) ; - un convertisseur analogique numérique (34) générant un code numérique en réponse au dit signal vidéo ; - un comparateur (36) destiné à comparer le dit code en sortie dudit convertisseur (36) avec une valeur de consigne (CLAMP) ; - une unité de traitement (31) générant à partir de l'écart constaté entre ledit code et ladite consigne lesdits signaux de commande. 9. Dispositif de calibrage selon la revendication 8 caractérisé en ce que ledit premier courant de charge présente une valeur permettant une décharge rapide dudit condensateur (37) et en ce que ledit second courant de charge présente une valeur permettant une décharge lente dudit condensateur (37). 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que ladite unité de traitement (31) génère le premier signal de commande lorsque le code en sortie dudit convertisseur analogique numérique (34) est supérieur de plus d'un seuil donné de la consigne reçue par le comparateur 36.