专利名称：一种供计算机切换器使用的线长测量装置及其测量方法
技术领域：
本发明涉及一种线长测量装置，特别是涉及一种用于测量模拟信号传输线线长的装置。
背景技术：
由于信息技术的快速发展，使得计算机及其周边产品的应用相当普及。计算机使用者通常利用鼠标、键盘等输入设备对计算机进行操作，计算机通过监视器、喇叭等输出设备将计算机的状态显示在监视器上或利用声音指示，从而使计算机使用者可以随时掌握计算机的实时状态。
显示屏通常使用三种色彩信号，例如红色、绿色、蓝色，来处理颜色的变化，所有颜色都可由这三种色彩信号叠加得到。此外，由于一般的显示屏是模拟输出，利用控制电压的方式来调整图像画面的色彩，使每个像素都能以连续色阶来显示，以呈现逼真鲜艳的画质。
在个人计算机中，当视频信号利用显示卡通过网络传输线输出至显示屏上时，视频信号会随着网络传输线的阻抗匹配产生信号衰减。如果不进行视频信号补偿，显示屏上的画面将会模糊不清；相反，如果对视频信号的补偿过度，则会出现过激现象，降低显示屏的使用寿命。
再者，当传输线超过10米时，视频信号将会大幅衰减，导致显示屏的图像质量不佳，甚至无法辨别显示屏上的操作画面。另外，不同形式的传输线，例如屏蔽式双绞线(ShieldingTwisted Pair，STP)或锡箔双绞线(Foil Twisted Pair，FTP)，其频率响应也不相同，因而导致进行视频信号传输时，视频信号会因不同的传输线产生不同程度的信号衰减或变形。这些原因使得在实际应用中难以使用简单的信号补偿装置通过固定方式来补偿不同长度或不同种类的传输线发生的信号衰减或变形。
现有技术使用高速数据流发射和回传的时间差来估算传输线的长度，但这种方法成本很高且不易实现。此外还有一种方法，它将测量用的电子信号分时迭加至传输线中的UART子线上。UART子线主要是用来传送键盘或鼠标等的电子信号。然而，这种方法必须先中断UART子线中其他信号的通讯才能测量传输线的长度。对于一些通讯繁忙的场合，例如持续使用USB接口的键盘或鼠标，这种方法会大幅降低信号通讯的带宽，并造成电子信号的延迟。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种线长测量装置，其成本低廉且电路简单，适用于配合信号补偿装置来补偿因线长而衰减的信号。
本发明的另一目的在于提供一种线长测量装置，配置于计算机切换器，用以测量连接计算机切换器的不同长度或种类的传输线的长度，并将其作为视频信号补偿的依据。
本发明的又一目的在于提供一种线长测量方法，在测量传输线线长时不会占用其他信号的通讯带宽，方法简单且易于与其他信号补偿方法结合使用。
为达到本发明的上述目的，提出一种线长测量装置，供测量传输视频信号的传输线的长度，其中该传输线具有至少三对子线。该线长测量装置至少包含一个信号合成电路，一个信号转换电路和一个线长计算电路。当该视频信号中的垂直同步信号有效时，信号合成电路将一个电子信号迭加至一对子线。信号转换电路将经过该子线传输后的该电子信号转换成一个数值。线长计算电路根据该数值计算出该传输线的线长。
为达到本发明的另一目的，提出一种线长测量方法，供测量传输视频信号的传输线的长度。当视频信号中的垂直同步信号有效时，将一个电子信号迭加至该视频信号三个色彩信号中的一个，然后将经过该传输线传输后的该电子信号转换成一个数值，并根据该数值计算出该传输线的线长。
根据本发明所述的线长测量装置，该装置包含一个信号提取电路，从已迭加垂直同步信号的色彩信号中提取出垂直同步信号，并且当提取的垂直同步信号有效时，线长计算电路计算该传输线的线长。
根据本发明所述的线长测量装置，该装置包含一个信号转换电路。该信号转换电路包含一个滤波电路，将单线信号滤波成直流信号；一个直流电平转换电路，调整该直流信号的直流电平；以及一个模拟数字转换电路，将已调整直流电平的该直流信号转换成数值。
根据本发明所述的线长测量方法，当垂直同步信号和视频信号中的水平同步信号分别迭加于两个色彩信号时，将电子信号迭加至剩余的色彩信号中。
根据本发明所述的线长测量方法，该电子信号是一个标准方波信号，该标准方波信号的频率范围介于约4MHz至12MHz之间，且以8MHz为宜。
根据本发明所述的线长测量方法，该电子信号的转换步骤包括将经过传输线传输后的该电子信号滤波成一个直流信号，然后调整该直流信号的直流电平，并将已调整直流电平的该直流信号转换成该数值。
根据本发明所述的线长测量方法，该调整步骤包括提供一个标准电压与该直流信号的直流电平作比较；当该直流信号的直流电平与该标准电压的差值较大时，调高该直流信号的输出电压；当该直流信号的直流电平与该标准电压的差值较小时，调低该直流信号的输出电压。
根据本发明所述的线长测量方法，该电子信号的迭加步骤包括将该电子信号转换成一个差动信号供传输线进行传输；将传输后的该差动信号还原成一个单线信号，供转换成该数值。
根据本发明所述的线长测量方法，该方法从已迭加垂直同步信号的色彩信号中提取出该垂直同步信号，并在所提取的该垂直同步信号有效时，计算该传输线的线长。
本发明迭加的电子信号不会对使用者造成任何干扰，充分利用了传输线中原本空闲的带宽，改善了已知技术由于必须占用UART子线而导致的降低通讯带宽和信号延迟等问题，所使用的电子元件结构简单、成本低廉且易于使用，配合信号补偿装置可有效且正确的补偿由于传输线的线长而导致的模拟信号的衰减。
图1是本发明一个较佳实施例的示意图。
图2是图1所示的较佳实施例的具体示意图。
图3是图2所示的8MHz信号发生器214和信号合成电路210的详细示意图。
图4是图2所示的水平和垂直同步信号提取电路232的详细示意图。
图5是图2所示的8MHz信号提取电路234和信号转换电路206的详细示意图。
具体实施例方式
图1是本发明一个较佳实施例的示意图。线长测量装置100用于测量传输视频信号的传输线104的线长。传输线104具有至少三对子线，这三对子线分别对应传输视频信号所包含的三个色彩信号，例如红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)，或者亮度(Y)、色度(U)和色差(V)。通常，除了三个色彩信号之外，视频信号还包含一个水平同步信号(H)以及一个垂直同步信号(V)。
上述三个色彩信号是模拟信号，而水平同步信号和垂直同步信号是数字信号。模拟信号在进行长距离传输时会产生信号衰减，因而造成信号本身的变形与失真，但数字信号不会发生此类问题。
该线长测量装置100至少包含信号合成电路102、信号转换电路106以及线长计算电路108。视频信号首先被输入至信号合成电路102。当视频信号的垂直同步信号有效时，信号合成电路102会将电子信号，例如标准方波信号，迭加至某一色彩信号中。当垂直同步信号有效时，显示器不会输出任何视频信号。也就是说，在垂直同步信号有效时，该另外迭加的电子信号不会在显示器上显示任何画面，因此不会对使用者造成任何干扰。
信号转换电路106将经过传输线104传输后的该电子信号转换成一个数值，例如使用模拟数字转换电路完成模拟信号与数据间的转换。然后，线长计算电路108会根据该数值计算出传输线104的线长，以供后续的信号补偿装置补偿不同长度或种类的传输线104的信号衰减。
图2是图1所示的较佳实施例的具体示意图。图像输出装置212，例如计算机的显示卡，会通过传输线204输出视频信号至显示器242。该视频信号具有红色色彩信号(R)、绿色色彩信号(G)、蓝色色彩信号(B)、水平同步信号(H)和垂直同步信号(V)。传输线204具有三对子线，分别负责传送红色色彩信号(R)、绿色色彩信号(G)、蓝色色彩信号(B)。水平同步信号(H)和垂直同步信号(V)分别迭加于上述三个色彩信号中任意两个上。
尽管视频信号的频率理论上可高达约66MHz，但大部分视频信号的频率范围通常介于约4MHz至12MHz之间。信号衰减的程度与传输线204的频率响应和信号本身的频率有关。因此，本较佳实施例使用一个8MHz信号发生器214产生频率为约8MHz的标准方波信号，供测量传输线204的线长使用。
当垂直同步信号有效时，信号合成电路210将该8MHz标准方波信号迭加至另一未迭加水平或垂直同步信号的色彩信号中。也就是说，三个色彩信号在通过传输线传输时被分别迭加水平同步信号、垂直同步信号和8MHz标准方波信号。然而，本较佳实施例并未限定不同色彩信号与水平、垂直同步信号和标准方波信号在迭加时的组合方式，任何组合均可适用于本较佳此外，如果遇到视频信号中的垂直同步信号和水平同步信号合并的情况，例如SUN系统的视频信号，必须先将垂直同步信号和水平同步信号分离，然后再分别迭加至色彩信号中。
迭加了其他数字信号的色彩信号经过传输线204传输后，被信号接收电路216接收，然后被色彩信号恢复电路222恢复成不含其他数字信号的三个色彩信号。但是，经过传输线204传输后，这些模拟的色彩信号或多或少都会发生信号衰减或变形，造成显示器242的画面失真。
水平和垂直同步信号提取电路232分别从迭加了其他数字信号的色彩信号中提取出水平同步信号和垂直同步信号。8MHz信号提取电路234从迭加了其他数字信号的色彩信号提取出8MHz标准方波信号。在本较佳实施例中，水平和垂直同步信号提取电路232以及8MHz信号提取电路234分别连接三对子线的三个信号提取电路，分别提取水平同步信号、垂直同步信号和标准方波信号。
经过传输线204传输后的8MHz标准方波信号，会被信号转换电路206转换成一个数据，例如电压值。然后，中央处理器208会根据该数据的大小推算出传输线204的长度，并使用色彩信号补偿电路224补偿上述发生信号衰减或变形的色彩信号。水平同步信号、垂直同步信号以及被补偿后的色彩信号再通过图像信号输出端240输出至显示器242，以显示正确的、未失真的图像画面。
图3是图2所示的8MHz信号发生器214和信号合成电路210的详细示意图。除频元件302将16MHz标准方波信号除以二，并在垂直同步信号有效时输出8MHz标准方波信号。然后，使用差动电路304迭加8MHz标准方波信号和垂直同步信号，并将迭加后的信号转换成一个差动信号，供传输线进行传输。在本较佳实施例中，水平同步信号、垂直同步信号也是利用另外的差动电路304分别叠加于另外两个色彩信号上的。由于差动信号的传输速率较快，因此对模拟色彩信号而言，是一种失真较少的信号传输方式。
图4是图2所示的水平和垂直同步信号提取电路232的详细示意图。差动信号经过传输线204进行长距离传输后，会转换回普通的单线信号。在该单线信号中，色彩信号为正信号，而迭加的水平或垂直同步信号为负信号。
因此，在水平和垂直同步信号提取电路232中，当输入的单线信号为正时，半导体402截止而半导体404导通，此时输出信号近似为零，即信号为正的色彩信号无法对外输出。当输入的单线信号为负时，半导体402导通而半导体404截止，此时输出的信号为正，即该水平和垂直同步信号提取电路232利用两个半导体402和404将单线信号中的负信号取出，还原出水平或垂直同步信号。
值得注意的是，本较佳实施例自使用两个水平和垂直同步信号提取电路232分别提取水平同步信号和垂直同步信号。再者，提取出的水平或垂直同步信号是正信号，与原来的负信号正好相反，但这不会对后面的信号处理过程造成不良影响。
图5是图2所示的8MHz信号提取电路234和信号转换电路206的详细示意图。差动信号经过传输线204进行长距离传输后，会转换回普通的单线信号。单线信号经过滤波电路502滤波后，变成直流信号输出至直流电平转换电路504。输线204越长，此时直流信号的衰减越大，其直流电流越小；反之，传输线204越短，此时直流信号的衰减越小，其直流电流越大。
直流电平转换电路504包含放大器512、放大器514和放大器516。放大器516是一个射极跟随器。PWR1是标准电压，放大器512通过分压提供调零功能。当直流信号的直流电平高于标准电压时，调高直流信号的输出电压；当直流信号的直流电平低于标准电压时，调低直流信号的输出电压。放大器514负责调整放大增益，使得当传输线204最长时，放大器514输出的电压值最大。
直流信号经过直流电压转换电路504转换后，输入模拟数字转换电路，例如八位模拟数字转换器522。模拟数字转换器522将直流信号的电压转换成数值。该数值被输入线长计算电路，本较佳实施例使用的是中央处理器208。
由于标准方波信号只在垂直同步信号有效时才有作用，因此垂直同步信号也一同接入中央处理器208中，如图2所示。只有当垂直同步信号有效时，中央处理器208才进行该数值的计算处理。中央处理器208根据该数据，通过查表等方法计算出传输线204的长度。然后，色彩信号补偿电路根据传输线204的长度进行色彩信号的放大增益调整或频率补偿调整等后续信号补偿处理。
本较佳实施例在重直同步信号有效时将标准方波信号迭加于另一未迭加水平或垂直同步信号的色彩信号中，并根据此标准方波信号经过传输线传输后的衰减程度计算传输线的长度。由于垂直同步信号有效时，该另外迭加的电子信号不会在显示器上显示任何画面，因此不会对使用者造成任何干扰。
再者，本较佳实施例充分利用传输线中原本空闲的带宽，改善了现有技术必须占用UART子线而导致的降低通讯带宽和信号延迟等问题。而且，本较佳实施例所使用的电子元件结构简单、成本低廉且易于使用，配合信号补偿装置可有效且正确的补偿由于传输线的线长而导致的模拟信号的衰减。
虽然本发明已通过较佳实施例说明如上，但该较佳实施例并非用以限定本发明。本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应有能力对该较佳实施例做出各种更改和补充，因此本发明的保护范围以权利要求书的范围为准。
附图中符号的简单说明如下100线长测量装置 102信号合成电路104传输线 106信号转换电路108线长计算电路 204传输线206信号转换电路 208中央处理器210信号合成电路 212图像信号输出装置2148MHz信号发生器 216信号接收电路222色彩信号恢复电路 224色彩信号补偿电路232水平和垂直同步信号提取电路2348MHz信号提取电路 240图像信号输出端242显示器 302除频元件304差动电路 402半导体404半导体 502滤波电路504直流电平转换电路 512放大器514放大器 516放大器522模拟数字转换器
权利要求
1.一种测量传输视频信号的传输线长度的线长测量装置，其中该视频信号具有三个色彩信号、一个水平同步信号和一个垂直同步信号，该传输线具有三对子线分别用来传输三个色彩信号，水平同步信号和垂直同步信号分别迭加至三对子线所传输的二个色彩信号上。其特征在于该线长测量装置至少包含一个信号合成电路，当垂直同步信号有效时，将一个标准方波信号迭加至另一未迭加水平同步信号或垂直同步信号的子线所传输的色彩信号中，并将已迭加标准方波信号的色彩信号转换成一个差动信号；一个差动还原电路，将经过该子线传输后的差动信号还原成一个单线信号；一个信号转换电路，将该单线信号转换成一个数值；以及一个线长计算电路，根据该数值计算出该传输线的线长。
2.根据权利要求1所述的线长测量装置，其特征在于该测量装置包含一个信号提取电路，从已迭加垂直同步信号的色彩信号中提取出垂直同步信号，当提取的垂直同步信号有效时，线长计算电路计算该传输线的线长。
3.根据权利要求1所述的线长测量装置，其特征在于该信号转换电路包含一个滤波电路，将单线信号滤波成直流信号；一个直流电平转换电路，调整该直流信号的直流电平；以及一个模拟数字转换电路，将已调整直流电平的该直流信号转换成数值。
4.一种测量传输视频信号的传输线长度的线长测量方法，其特征在于该线长测量方法至少包含当视频信号中的垂直同步信号有效时，将一个电子信号迭加至该视频信号三个色彩信号中的一个；将经过该传输线传输后的该电子信号转换成一个数值；以及根据该数值计算出该传输线的线长。
5.根据权利要求4所述的线长测量方法，其特征在于当该垂直同步信号和视频信号中的水平同步信号分别迭加于两个色彩信号时，该电子信号迭加至剩余的色彩信号中。
6.根据权利要求4所述的线长测量方法，其特征在于该电子信号是一个标准方波信号，该标准方波信号的频率范围介于约4MHz至12MHz之间，且以8MHz为宜。
7.根据权利要求4所述的线长测量方法，其特征在于该转换步骤包含将经过该传输线传输后的该电子信号滤波成一个直流信号；调整该直流信号的直流电平；以及将已调整直流电平的该直流信号转换成该数值。
8.根据权利要求7所述的线长测量方法，其特征在于该调整步骤包含提供一个标准电压与该直流信号的直流电平作比较；该直流信号的直流电平与该标准电压的差值越大，该直流信号的输出电压越高；以及该直流信号的直流电平与该标准电压的差值越小，该直流信号的输出电压越低。
9.根据权利要求4所述的线长测量方法，其特征在于该迭加步骤包含将该电子信号转换成一个差动信号在该传输线进行传输；以及将传输后的该差动信号还原成一个单线信号，然后转换成该数值。
10.根据权利要求4所述的线长测量方法，其特征在于该线长测量方法包含从已迭加垂直同步信号的色彩信号中提取出该垂直同步信号，并在所提取的该垂直同步信号有效时，计算该传输线的线长。
全文摘要
本发明提供一种供计算机切换器使用的线长测量装置及其测量方法，供测量传输视频信号的传输线的长度。线长测量装置至少包含一个信号合成电路、一个信号转换电路以及一个线长计算电路。当视频信号中的垂直同步信号有效时，信号合成电路将一个电子信号迭加至传输线的一对子线上。信号转换电路将经过该子线传输后的电子信号转换成一个数值。线长计算电路根据该数值计算传输线的长度。本发明迭加的电子信号不会对使用者造成任何干扰，充分利用了传输线中原本空闲的带宽，改善了已知技术的降低通讯带宽和信号延迟等问题，所使用的电子元件结构简单、成本低廉且易于使用，配合信号补偿装置可有效且正确补偿由于传输线的线长而导致的模拟信号衰减。
文档编号H04N17/02GK1705379SQ20041004277
公开日2005年12月7日 申请日期2004年5月26日 优先权日2004年5月26日
发明者陈尚仲 申请人:宏正自动科技股份有限公司