视频附加信息的产生与叠加原理及其处理办法

,第二级,第三级,第四级,第五级,第,6,章,视频附加信息的产生与叠加,第6章 视频附加信息的产生与叠加,6.1,字符和图形的显示原理,6.2,简易字符叠加器,6.3,屏幕显示字符集成电路及其应用,6.4,日期时间叠加器,6.5,彩色字符叠加器,6.6,画中画电视机,6.7,图文电视,6.1 字符和图形的显示原理,字符通常是指数字、字母、常用符号等由,ASCII,码(,American Standard Code for,Infor mation,Interchange，,美国信息交换标准代码，现被采用为国际标准)表示的符号。字符是图形中的一个特殊部分，汉字也是图形中的一个特殊部分。,6.1.1 字符和图形产生的方法,要显示的字符和图形是由点阵组成的。图61是字符“5,K”,的点阵，图形的点阵数据一般放在,ROM,中，而字符的点阵数据有一种专用的,ROM,字符发生器。,图61 字符“5,K”,的点阵形式和数据,(,a),点阵形式；(,b),二进制数据；(,c),十六进制数据,1.字符发生器,字符发生器是一种专用,ROM，,里面存放着最常用字符的点阵数据。字符点阵有57、79、1216等格式。这里以57点阵为例，垂直方向上7点，水平方向上5点，如图61(,a),所示是字符“5,K”,的点阵。图61(,b),是字符“5,K”,的二进制数据，图61(,c),是字符“5,K”,的十六进制数据。字符发生器用10位地址寻址，其中地址的高七位应输入字符的,ASCII,码，字符地址的低三位输入字符点阵的行数，输入10位地址后便能输出五位数据，是指定的,ASCII,字符,在指定行的点阵数据。,如当字符发生器的高七位地址输入35,H(,字符“5”的,ASCII,码)，低三位地址输入2,H，,应该输出1,EH，,就是字符“5”的第三行数据。又如当字符发生器高七位地址输入4,BH(,字符“,K”,的,ASCII,码)，低三位地址输入4,H，,字符发生器应该输出14,H，,即字符“,K”,的第五位行数据(参看图61(,c)。,常用的字符发生器有,MK36000、MCM6670P,等。有的字符发生器较特殊，如包含并/串转换电路的8678(64个字符，没有小写字母)和,MN1217A(10,个数字)。特殊的字符发生器的字符编码往往是特殊的，不是,ASCII,码。,2. 用,EPROM,存储字符和图形点阵数据,字符发生器是专用,ROM，,使用方便，但其数据是固定的100来个字符的点阵，在,CRT,终端和国外用得较多。在国内的应用电视系统中，往往不仅要显示数字和字母，还要显示汉字等图形，所以常用,EPROM,存储字符和图形的点阵数据。,EPROM,中的图形点阵安排由电路设计者自己决定，因而具有更大的灵活性，在电路设计中能为各种形式的字符和图形叠加器提供字符和图形的点阵数据。,6.1.2 字符和图形在监视器上显示,字符发生器或,EPROM,中的点阵数据告诉我们，一些字符和图形是由怎样的点阵组成的，字符和图形要显示在监视器屏幕上，就必须在全电视信号的恰当位置叠加上这些点阵数据脉冲。能将字符和图形点阵脉冲叠加在全电视信号上，使监视器屏幕上产生附加信息的设备叫字符图形叠加器。字符图形叠加器中总是包含有字符发生器或写有字符、图形点阵数据的,EPROM。,只有当点阵数据脉冲与行同步脉冲相关时，,即各行中同一位置的点阵脉冲滞后于该行行同步脉冲一个固定时间时，字符图形显示在监视器上才能稳定。所以字符图形叠加器中常用延迟、调整宽度后的行同步脉冲控制点阵振荡器。例如，要在监视器屏幕右下方产生如图6-,1,所示的字符“5,K”，,字符叠加器的方框图如图62所示。,图62 在图像上叠加两个字符的叠加器方框图,字符点阵脉冲要在监视器上稳定显示，必须以场、行同步信号为基准，所以首先用同步分离电路从全电视信号中分离场、行同步信号。,水平位置控制电路决定字符在监视器上的水平位置与宽度。往往是将行同步信号进行延迟、调整宽度，产生水平方向显示控制脉冲，该脉冲的宽度就是字符点阵水平方向的总长度，等于每一个点的时间,t0,乘以一行内的总点数。该脉冲对行同步脉冲的延迟时间决定字符点阵在监视器屏幕上的水平位置，当把字符点阵调到屏幕最右边时，延迟时间正好是行正程时间52,s,减去水平方向显示控制脉冲的宽度，是水平方向显示控制脉冲对行同步脉冲延迟时间的最大值。,垂直位置控制电路决定字符在监视器屏幕上的哪几行出现。这里不能采用把场同步脉冲进行延迟、调整宽度的方法。因为垂直方向延迟时间比较长，延迟电路的误差比较大。比如，要延迟10,ms，,误差是千分之五，则误差会达到50,s，,相当于一行，这样容易引起字符的“跳行”。所以最好的办法是在每一场内对行进行计数，从,n,行开始到,n+7,行结束，产生一个正脉冲，作为垂直方向显示控制脉冲。,将水平方向显示控制脉冲和垂直方向显示控制脉冲相“与”得到显示控制脉冲。在这显示控制脉冲有效的时间内产生要叠加的字符点阵脉冲。,显示控制脉冲去控制一个可控振荡器，显示控制脉冲有效时，振荡器起振；显示控制脉冲无效时，振荡器停止振荡。振荡器的周期就是点的宽度。,因为字符发生器是并行输出，显示时应将并行信号转换成串行信号，所以用一个并串转换电路，点阵振荡器的输出作为并串转换的时钟。如果并串转换的并行输入全部是高电平时，串行输出也全部是高电平，将该串行输出信号与原全电视信号在叠加电路叠加后输出到,监视器，监视器屏幕上显示的将是在原有图像上叠加上一个白色的矩形；,假如并串转换电路的并行输入来自字符发生器时，监视器屏幕上显示的将是在原有图像上叠加指定的字符。在垂直方向显示控制脉冲有效的时间内，行计数器对显示控制脉冲进行计数，提供字符发生器,行地址。,五分频器(这里字符点阵规格是57，若字符点阵是816，则应为8分频器)对点阵振荡器的输出，也就是并串转换电路的时钟计数，每计数到5，向二分频器(这里一行只显示两个字符，若一行显示6个字符，则应为6分频器)发一个脉冲，表示进入下一个字符，该脉冲又送到并串转换的并入控制，表示字符发生器又将输出并行信号。二分频器实际上,是每行的字符序数计数。,每行中的前5个点时，二分频器输出低电平，数据选择电路选取35,H,作为字符发生器的,ASCII,码地址，字符发生器输出字符“5”的数据，每一行中的后5个点时，二分频器输出高电平，数据选择电路选取4,BH,作为字符发生器的,ASCII,码地址，字符发生器输出字符“,K”,的数据。这里,ASCII,码35,H,和4,BH,可由7位拨动开关给出，若要显示其他字符，只要重拨开关，使其输出其他字符的,ASCII,码即可。,若要使字符之间具有间隔，上述五分频器可改成六八分频器(视所需间隔的大小而定)。同时并串转换的高三位并入信号应接到低电平。,显示的过程是这样的：在第,n,行，开始产生显示脉冲，行计数为0，前5个点阵显示字符“5”的第一行数据1,FH，,后5个点阵显示字符“,K”,的第一行数据11,H;,再是第,n+1,行，行计数为1，前5个点阵显示字符“5”的第二行数据10,H，,后5个点阵显示字符“,K”,的第二行数据12,H,如此类推，显示完七行数据。,上面从原理上介绍了字符叠加器的基本组成，这种字符叠加器只能显示预先指定的字符，在需要根据现场信息显示若干数据的场合，比如日期、时间、车牌号码、温度、一氧化碳的浓度等现场信息的显示，就要求在字符叠加器中引入单片机。图63是一种能叠加现场信息的字符叠加器的方框图。,图63 能叠加现场信息的字符叠加器方框图,输入视频信号经同步分离电路分离出场、行同步脉冲，场同步脉冲接到单片机的中断输入，在场消隐期间，单片机取得附加信息，这里以计时电路中的时间信息为例，也可以是通过,AD,转换器取得的以电压、电流形式出现的其他现场信息，再将应显示的字符编码，通过地址多路选择器、三态缓冲器送入视频,RAM，,字符显示的水平位置控制脉冲由行同步脉冲延迟、调整宽度形成，字符显示的垂直位置控制脉冲由单片机对行同步脉冲计数后输出，两者相“与”后去控制可控振荡器输出点阵脉冲，点阵脉冲被八分频后作为字符列的计数(这里假设字符点阵是8列)。行同步计数的高位作为字符行的计数。,字符行、字符列的计数值作为地址由地址多路选择器送入视频,RAM。,视频,RAM,中相应的数据，即字符编码送到字符发生器，字符发生器根据字符编码和扫描行数(行同步计数的低位)输出并行字符点阵，经过并串转换后送到叠加电路叠加在视频信号的预定位置。,6.1.3 字符图形叠加器的插入方式,在应用电视系统中，字符图形叠加器有两种插入方式。,一种方式是在摄像机和控制器之间插入字符图形叠加器。这时，要求叠加的地点信息内容是不变的，其电路较简单。如果能将字符图形叠加器做成插卡的形式放在摄像机内部则更好，可以直接利用摄像机内的场、行同步信号，省去同步分离电路。这种插入方式的缺点是每个摄像机需要一个字符叠加器，叠加器的数目很多。,另一种方式是在控制器和监视器之间插入字符图形叠加器。这时，要求控制器把图像切换的切换控制码同时也送到叠加器，叠加器根据切换的情况，给不同的视频信号叠加上相对应的地点信息。这在电路上并不复杂多少，但可使字符图形叠加器的数目减少，只需要每个监视器配一个字符图形叠加器。这种插入方式时叠加器需要控制器的切换码，所以常常将字符图形叠加器置于控制器内部或附近。,例如，10台摄像机的视频信号，经控制器切换到两台监视器显示。若在摄像机与控制器之间插入字符图形叠加器就需要10台叠加器，而在控制器和监视器之间插入仅需2台字符图形叠加器。所以，在实际应用中经常是在控制器与监视器之间插入字符图形叠加器。这里先假定要叠加的是地点信息，如果需要对摄像机处的现场信息进行数据采集和叠加就另作别论。,6.2 简易字符叠加器,6.2.1 简易字符叠加器基本原理,图64是一种简单实用的字符叠加器的方框图。为了便于显示汉字，这里没有用字符发生器，而用,EPROM,来存储点阵信息，又利用,EPROM,容量大的特点，进行全屏幕显示，省去了水平位置控制和垂直位置控制两部分电路，直接用行同步脉冲控制点阵振荡器。,图64 全屏幕显示字符的字符叠加器方框图,场、行同步脉冲是字符显示的基准，所以输入视频信号先经同步分离电路分离出场、行同步脉冲。行同步脉冲控制像素振荡器在行扫描正程时振荡，在行同步脉冲期间停止振荡。振荡器的周期就是像素的宽度。,EPROM,中的点阵数据是8位并行输出，故输出数据送到并/串转换电路转换成串行信号后与输入视频信号在叠加电路中叠加成带字符的电视信号。像素振荡器,的输出作为并/串转换电路的时钟，,并由八分频电路对其计数，每当计数满8，发脉冲给并/串,转换电路，指示将有并行信号送入。,八分频后的频率是送字节数据的频率，由字节计数器对其计数。像素振荡器的频率一般在8,MHz,左右，行扫描正程期间的字节计数值小于64，所以字节计数器是6位二进制计数器。行计数器由场同步脉冲复位，对行同步脉冲进行计数，计数值小于312，所以行计数器是9位二进制计数器。字节计数值6位，行计数值9位作为,EPROM,的地址，可用容量在32,K,字节以上的,EPROM。EPROM,内的点阵数据对应于全屏幕的显示，所以只要在,EPROM,中的特定位置写入某个字符的点阵，就可以在屏幕上任意位置显示该字符。,6.2.2 简易字符叠加器的实用电路,1.硬件构成,图65是这种字符叠加器的实用电路。,D0,是同步分离电路,LM1881，,只要附加一个电阻一个电容，就可以从输入全电视信号中分离出负极性的行、场同步信号，类似的产品还有,EL4583,等。,D1,是与非电路74,LS00，,组成像素振荡器。,D2,是,CMOS12,位二进制计数器,CD4040，,其工作频率虽较低，但用作行计数器是完全可以的，其输出能带两个,TTL,负载，可以直接接到,EPROM,的地,址线，因为行数是312，所以只用9位输出。,D3,是可预置数4位二进制计数器74,LS161，,其预置数端,DA,的电平接成“1000”，计数器计数到16后，得到溢出信号,TC，,反相成为,TCTX-,后，送到置数端,，,令计数器从8开始计数，所以,D3,实际上是八分频计数器，点阵脉冲由,D3,进行八分频后，成为字节计数脉冲；,还送到,D6,作为并行数据输入指示。,D4,是双4位二进制计数器74,LS393，,作为字节计数用，点阵脉冲频率一般在8,MHz,以下，字节计数脉冲频率则在1,MHz,以下，行周期为,64,s,减去行同步脉冲宽度4,s，,还有60,s,是点阵振荡器的时间，约有字节计数脉冲60个左右，二进制编码不会超过6位，所以,D4,接成6位二进制计数器，其输出作为,EPROM,的地址。,D5,是64,K,字节,EPROM27C512，,根据上面分析，行计数9位，字节计数6位，只需要32,K,字节的,EPROM,就够了，这里用27,C512,是因为购买这种,EPROM,比较方便。另外，多出一位最高地址,A15,可以由其他电路控制输出两种不同的字符图形，或者可以将,A15,接“0”。,D6,是并/串转换电路74,L,S166，,将,D5,输出的并行数据转换成串行，,按点阵脉冲的频率输出串行字符图形点阵数据。至于,EPROM,某一地址字符图形数据在屏幕上的确切位置，还与点阵脉冲振荡器的频率以及行、场同步分离的延迟等多种因素有关。在电路确定后，根据屏幕显示的情况做出调整，同一线路、同一,EPROM,地址的数据总是显示于监视器上固定的位置。,图65 全屏幕显示字符叠加器实用电路,m,n,点阵的汉字，在对角线尺寸为,d,、,宽高比为43的监视器显示的宽度,W,和高度,H,：,(61),(62),式中：,k,为修正系数，对于欠扫描的监视器为0.9，对于过扫描的电视机为1.11.2；,d,为监视器对角线尺寸，如508,mm(20,英寸)，533,mm(21,英寸)，735,mm(29,英寸)；,T,0,为像素振荡器周期，单位,s；,T,F,为行扫描正程时间52,s；,N,为扫描行数，对于隔行扫描为312，逐行扫描为625。,例 像素振荡器频率为8,MHz，1616,点阵的汉字在20彩电上显示的尺寸是：,图66 辅助软件流程图,2. 辅助软件,从汉字库中取出要显示的字符的点阵,按其在屏幕上位置排列好后写入,EPROM,是一项很烦琐的工作，必须编写辅助软件用来将字符点阵写入,EPROM。,程序的关键是取到第,n,个汉字的点阵数据后映射到,EPROM,点阵文件的何处。假如取到的汉字点阵数据是按先列后行的顺序排列的，则第,n,个汉字的第,i,个字节的数据应按下式送到,EPROM,点阵文件的第,j,个字节。,(63),式中：,m,是汉字点阵每行字节数，,当选定1616点阵格式时，,m,=2；,当选定2424点阵格式时，,m,=3；,当选定3232点阵格式时，,m,=4。,代表模除，,i,m,是,m,除,i,后的余数。,代表整除，,i,m,代表是字符的第几(08,m,-1),行。,64是每行字节数。,图66是辅助软件流程图。,6.2.2 简易字符叠加器的其他形式,1.由切换控制码改变字符的字符叠加器,上述字符叠加器在摄像机与控制器之间插入，每个摄像机配一个字符叠加器，当摄像机数目较多时需要很多字符叠加器。另一种办法是在控制器与监视器之间插入字符叠加器，这时要求控制器把切换控制码送到字符叠加器，叠加器根据切换控制码，给不同的视频信号叠加上与其相对应的地点信息。这样使字符叠加器的数目减少，只需切换后的每路视频输出，即每个监视器配一个字符叠加器。,选用较大容量的,EPROM，,将切换控制码也作为其地址就能达到这个目的。比如，16选1的切换器所配的字符叠加器，只要选32,K16=512K,的,EPROM，27C040,就可以了，它比32,K,的,EPROM,多出4根地址线，控制器送来的4位切换码直接接到这4根地址线上。,前面所述的字符叠加器都是全屏幕显示字符，所需的,EPROM,容量较大。多数情况下只在屏幕的下部显示字符，这时可采用容量较小的,EPROM，,从而降低叠加器的成本。,图67是只在屏幕下部显示字符的字符叠加器的方框图。它只在256312行显示字符。行计数器,CD4040,计数到256后,Q8,为“1”，所以就用,Q8,信号反相后接到,EPROM,的输出允许端,，,小于256行时不允许,EPROM,输出。312行-256行=56行，行计数值小于6位，,EPROM,只需6根地址线,A6A11,接行计数器的,Q0Q5。,这种字符叠加器采用27,C512,就能与16选1的控制器配合显示字符,，采用27,C040,能与128选1的控制器配合显示字符。,图67 由切换码改变字符的字符叠加器实用电路,2. 用拨动开关改变字符的字符叠加器,用辅助软件对,EPROM,写入汉字点阵虽然很方便，但还是要用计算机和编程器。在工程中，常常要求在现场不用任何工具就改变显示的汉字，且需要显示的汉字种类并不多。一般用小型拨动开关来改变显示的汉字。图68是这种字符叠加器的方框图。这种叠加器在屏幕上显示4个1,616点阵汉字，显示位置有上左、上右、下左、下右四种,可以任选。如图所示，,字节计数器输出一共6位，取其中高3位译码成 信号，用,中的一个，比如,，,去控制第二字节计数器的复位端，只有 有效时第二字节计数器才计数，计数值才输出到,EPROM,作为地址，才能显示字符。这样等于把屏幕水平方向分成8个等份，每个等份8个字节，选接 就选择了水平方向显示字符的位置。一般不选接,和 ，因,和,进入了消隐期。,图68 用拨动开关改变字符的字符叠加器方框图,行计数器输出共9位。其中，,Q6,和,Q7,接译码器的,和,，即,Q6,和,Q7,为“0”时才译码；,Q8，Q5,和,Q4,分别接译码器的,CA，,译码器输出信号,，,选其中的一个 去控制第二行计数器的复位端，只有在 有效的16行内第二行计数器才计数，计数值才送到,EPROM,作为地址，才能显示字符。这样等,于把屏幕垂直方向分成若干等份，,每份16行，,分别对应于第116行、第1732行、第3348行、第4964行、第257272行、第273288行、第289304行。表6-,1,说明译码器输入、输出信号与行区间的关系。,表61 译码器输入、输出信号与行区间,S1,是左右选择开关，用来选择已经选定了的两种水平方向位置。,S2,是上下选择开关，用来选择已经选定了的两种垂直方向位置。,这里每组汉字只有816=128字节。用64,K,字节的,EPROM27C512,与7位拨动开关配合能显示128组汉字中的一组;如果用512,K,字节的,EPROM27C040,与10位拨动开关配合能显示1024组汉字中的一组。,6.3 屏幕显示字符集成电路及其应用,如前所述，设计一个简单的显示固定点阵的字符图形叠加器要用68块集成电路。设计一个能显示现场信息的字符图形叠加器要1216块集成电路。这些字符叠加器电路复杂，影响可靠性与稳定性，于是在20世纪90年代出现了屏幕显示字符专用集成电路，其功能包括图63虚线框的所有电路。也就是说，只要有一块这种集成电路加上单片机以及同步分离集成电路，,就可以组成一个字符图形叠加器。,6.3.1,NEC,公司的,PD6450,系列,屏幕显示字符专用集成电路，简称屏幕显示,OSD(,OnScreen,Display),专用集成电路。这种电路与电视机专用的具有,OSD,功能的单片机不同，它不含单片机与其他种种功能，是专门为在屏幕上显示字符设计的，容易与各种单片机接口，使用方便，特别适用于各种字符叠加器。其中，视频输出型的,OSD,芯片适用于黑白字符叠加器，,RGB,输出型的,OSD,芯片适用于彩色,字符叠加器。,常用的,OSD,芯片有,OKI,公司的,MSM6237,和,N,EC,公司的,PD6450,系列。,MSM6237,只能显示英文大写字母和数字等58种字符，字符点阵是7行5列，显示字符9行20列，编程比较简单。,N,EC,公司有一系列屏幕显示字符专用集成电路，表62所列是视频输出型屏幕显示字符集成电路的主要性能。表63是,RGB,输出型屏,表62 视频输出型,OSD,芯片主要性能,表63,RGB,输出型,OSD,芯片主要性能,幕显示字符集成电路的主要性能。其中，视频输出型内部具有叠加电路和内部视频信号，不需外部视频信号就能观察字符叠加的情况：,PD6454、PD6458,内部有同步处理电路，,PD6453,有256种字符点阵，其中有16种是,RAM,形,式，可用命令将数据写入,RAM，,可以用来显示汉字或特殊图形。,6.3.2,PD6450,简介,最典型的视频输出型,OSD,芯片是,PD6450，,图69是,PD6450,的引脚图。电源电压,U,DD,是+5,V，CLK,是串行命令时钟输入端，在其上升沿读入数据端,DA,T,A,的数据。,S,T,B,是触发输入端，在8位串行命令输入后，在,S,T,B,信号的上升沿8位数据存入；如果是字符编码输入命令，在,S,T,B,的下降沿，地址自动加1。,BUSY,是准备就绪端，高电平指示可以输入,S,T,B,信号。,是行同步信号输入端。,是场同步信号输入端。,LOSC,I,N,、LOSC,OU,T,之间接点阵脉冲振荡器的反馈电感和电容，,图 69,X,OSCI,N,、X,OSCOU,T,之间接晶体以产生内部视频信号。,VIDEOI,N,是全电视信号输入端。,VIDEO,OU,T,是叠加字符后的全电视信号输出端。,U,CL,是字符电平调整端，输入用来调整字符亮度的信号电平。,UBL,是黑电平调整端，输入用来调整背景亮度的信号电平。,U,VL,是内部视频信号电平调整端，输入用来调整内部视频信号同步头幅度的信号电平。 端是,OSC,OU,T,端的反相信号，用来测试点阵振荡器的频率。,表64,PD6450,的编程命令,PD6450,的编程命令如表64所示。8位命令是,D7D0；,其中,F0,这一列由格式预置命令决定，如表64第二行，当,D7D2,为全1时，,D1,预置了格式,F0。,表中各项0与1是该命令的特征位，芯片内部根据这些特征位来判断是何种命令，其他各项字母串的意义如下：,AR3AR0,是字符行地址，取值00,H0BH。AC4AC0,是字符列地址，取值00,H17H。C6C0,是字符数据(编码)，取值00,H7FH，,共128种字符，其中：09的编码是00,H09H，AZ,的编码是,11,H2AH，az,的编码是51,H6AH。Bl,ink,是字符闪烁设定，“1”表示闪烁。,BS4、BS3,为全部视频信号背景设定，当,BS4、BS3,为00、01、10、11,B,时，分别是无背景、黑镶边、黑色方形背景和全部黑背景。,Rv,、,Gv,、,Bv,是内部视频信号颜色设定，当,Rv,、,Gv,、,Bv,为000、001、010、100、111,B,时，颜色分别为黑、蓝、绿、红、白。,D0,是显示开关，为“1”时显示。,BL2、BL1,为闪烁设定：当,BL2、BL1,为00,B,时，不闪烁；当,BL2、BL1,为01、10、11,B,时，分别设定为闪烁率13、闪烁率31和闪烁率11。,Losc,为点阵振荡器开关，为“1”时振荡。,N,P,是彩,色制式设定，为“1”时是,PAL,制。,EXI,N,是视频信号方式设置，为“1”时是内部视频信号方式。,X,OSC,是外部振荡开关，为“1”时开外部振荡器。,V4V0,用来设置每场的初始显示行，初始显示行是第9(2,4,V4+2,3,V3+2,2,V2+2,1,V1+2,0,V0),行；,H4H0,用来设置每行的初始显示时间，初始显示时间是,12(2,H,4,+23H,3,+22H,2,+21H,1,+20H,0,),f,OSC,(MHz)s。S5、S4、AR2、AR1、AR0,为字符大小预置，其中，,AR3AR0,指示字符行，,S5、S4,代表该行的大小是14倍。写字符数据的过程如下：先写字符行地址和列地址，再写闪烁数据，然后再写字符数据。在,显示字符数据命令的最后，在,S,T,B,信号上升沿将数据(字符编码)送入视频,RAM。,图610 用并行口写入串行命令流程图,写字符数据的过程如下：先写字符行地址和列地址，再写闪烁数据，然后再写字符数据。在显示字符数据命令的最后，在,S,T,B,信号上升沿将数据(字符编码)送入视频,RAM。,在,S,T,B,信号下降沿，字符列地址增1，若列地址是17,H，,增1后变为0,H，,同时字符行地址增1；如果要接着显示闪烁特性不变的字符，可以连用显示字符数据命令。,8位串行命令先送入高位，后送入低位，数据在,S,T,B,的上 升沿送入。若采用,MCS51,单片机，可设定串行口为方式0。这时串行数据由,RXD,输出，串行时钟脉冲由,T,XD,输出。但其时钟上升沿靠近数据转变的边缘，而下降沿在数据稳定的中部，故可将时钟脉冲反相后送到,PD6450。,应注意在命令输出前，先用软件将命令,D7D0,颠倒为,D0D7，,因为,MCS51,单片机串行输出,LSB,在前面，而,PD6450,的串行输入应该,MSB,在前面；如果觉得上述做法麻烦，也可将,PD6450,的,DA,T,A,和,CLK,直接接到单片机的输出锁存器上，由软件控制逐位写入串行命令，但速度比串行口慢得多。图610是用并行口写入串行命令的软件流程图。,图611 用,PD6450,的字符叠加器,6.4 日期时间叠加器,在应用电视系统中，经常需要录像，录像后为了便于查找，要在图像上叠加上日期时间信息，这可由日期时间叠加器来完成。在能叠加现场信息的字符叠加器(如图611所示的字符,叠加器)的基础上，加上计时电路就组成了日期时间叠加器。,6.4.1 计时电路,计时电路的种类很多，选择时要注意电路的输出方式。输出数码管七段码或电机脉冲的计时电路均不能采用。输出,BCD,码的计时电路比较合适，且应采用集成度高，功能强的电路。,DALLAS,公司的,DS12887,是常用的计时电路。它与,MC146818,兼容，内嵌锂电池和晶体振荡器，其内部寄存器存取速度快，单片机的数据线与其地址数据线可直接相连。,DS12887,带有14个寄存器和50字节供用户使用的,RAM，,在主机掉电时可用来保存重要数据。时钟可选三种频率之一，有可编程方波输出，还有三种独立的可编程中断，其中报警中断可作时间1秒至1天的备忘提示。,DS12887,是24脚双列直插芯片。图612是其引脚图。其中:,CK,OUT,为时钟输出端，由时钟输出控制端,CKFS,控制：当,CKFS=“1”,时，,CK,OUT,输出频率等于时钟输入端频率；当,CKFS=“0”,时，,CK,OUT,输出频率等于1/4时钟输入端频率。,SQW,是可编程方波输出端。,AD0AD7,是地址数据总线。,AS,是地址选通线。,DS,是数据选通线。,W,是读写使能端。 是片选端。 是中断请求端。 是复位端。,PS,是电源电位检测端。,图612,DS12887,引脚图,1. 时标寄存器,单片机可以通过写10个时标寄存器和4个状态寄存器来初始化芯片的内容，也可以读10个时标寄存器得到日期和时间。10个时标寄存器的地址为00,H09H，,分别是秒寄存器、秒报警寄存器、分寄存器、分报警寄存器、时寄存器、时报警寄存器、星期寄存器、日寄存器、月寄存器和年寄存器。芯片的4个状态寄存器用来控制和指出芯片的工作状态，程序可随时读写这4个寄存器，寄存器,A、B、C、D,的地址分别是0,AH，0BH、0CH,和0,DH。,2.寄存器,A,寄存器,A,中的位7是更新周期标志,UIP。,该位为“1”时，表示芯片正处于或即将开始更新周期，此时程序不准读写时标寄存器；该位为“0”时，表示至少在244,s,以后才开始更新周期，此时程序可读取芯片内时标寄存器的内容，该位是只读位。,位6位4是除法器状态,DV2DV0。,当除法器解除复位状态时，另一个更新周期将在半秒后开始，故在程序初始化时可用这三位精确地使芯片在设定的时间开始工作。当,DV2DV0=000B,时，时钟为4.19,MHz；,当,DV2DV0=001B,时，时钟为1.04,MHz；,当,DV2DV0=010B,时，时钟为32.768,k,Hz；DV2DV0,赋予上述三种值后，除法解除复位；当,DV2DV0,赋值为111后，除法器复位。位3位0是,RS3RS0。,选择不同的组合可以产生15种300.5,s,的周期中断和相应的15种2,Hz32,k,Hz,的方波输出。(详见,DS12887,器件手册。),3.寄存器,B,寄存器,B,中的位7是,SE,T,位。该位为“0”时，芯片正常工作，每秒产生一个更新周期来更新时标寄存器；该位为“1”时，芯片停止工作，在此期间程序可以初始化芯片的时标寄存器。,位6位4是,PIE、AIE、UIE，,分别是周期中断、报警中断、更新周期结束中断允许位。各位为“1”时，允许芯片发生相应的中断。位3是方波输出允许位,SQWE。,该位为“1”时，允许方波输出。位2是时标码制选择位,DM。,该位为“1”时，选择二进制码；该位为“0”时，选择,BCD,码。,位1是2412小时模式设置。该位为“1”时，选择24小时模式；该位为“0”时，选择12小时模式。,位0是夏令时间服务位,DSE。,该位为“1”时，选择夏令时间；该位为“0”时，选择标准时间。,4.寄存器,C,寄存器,C,标志芯片的状态，程序读该寄存器后，该寄存器将自动清零。,位7是中断申请标志位,IRQF，IRQF=PFPIE+AFAIE+UFUIE，,当,IRQF,变“1”时，,IRQ,脚将变低电位。,位6位4是,PF、AF、UF，,这三位分别为周期中断标志位、报警中断标志位和更新周期结束中断标志位。若要满足各中断条件，相应的中断标志位应置“1”。,位3位0是保留位，读出值始终为0。,5. 寄存器,D,寄存器,D,中的位7是,RAM,内容有效标志位,VR,T,。,该位为“1”，指示,RAM,内容有效；读该寄存器后，该位将自动置“1”。,位6位0是保留位，读出值为0。,芯片正常工作时，每秒产生一个更新周期，秒寄存器加1，如有溢出则作相应的进位，能自动辨认月和年的结束，同时检查秒和秒报警、分和分报警、时和时报警三对寄存器的内容是否一致。若一致，则,AF,位置1；若秒报警、分报警、时报警内容为0,COH0FEH，,则任何情况下都不会产生报警中断。,在更新周期中，时标寄存器数据不稳，不能读取，必须等更新周期结束中断申请后998,m,s,时间内去读取。另一种读取方法是查询,A,寄存器的,UIP,位，该位为低，有244,s,时间供读取数据用。,DALLAS,公司还生产各种可背插,RAM,的计时电路，虽价格较高，但使用很方便。可背插,RAM,的计,时电路是一个具有计时功能，非易失存储器控制电路和嵌入式锂电池的,CMOS,集成电路。,它封装在28脚0.6英寸宽的双列直插式外壳中，它上面还带有一个28脚插座，可以插入一片8,K8,或32,K8,的,CMOS,静态,RAM，,除较厚外，其余尺寸与一块,RAM,相似。其内部包含有一个切换开关，它使芯片分别从外部电源或内部电池获得供电，该开关的导通压小于0.2,V。,它内部的失压控制电路能监视外部电源的变化，当外部电源电压下降到4.25,V,以下时，控制切换开关动作，将芯片转换成由内部电池供电，同时禁止对,RAM,芯片的任何写操作，从而保证背插,RAM,的数据不会丢失。,DS1216C,能背插8,K832K8,静态,RAM，DS1216D,能背插8,K8512K8,静态,RAM，,其读写方法请参阅,DALLAS,公司器件手册。,计时电路也有,I,2,C,总线的芯片，如,DS1302、PCF8583,等。它们采用二线传送方式与89,C2051,之类的单片机连接，虽然读、写数据要稍微复杂一些，但可以使做成的产品体积和能耗更小。,6.4.2 日期时间叠加器电路,采用屏幕显示字符集成电路后，日期时间叠加器的设计就变得简单了。图613是一种日期时间叠加器的简化电路图。其中，计时电路采用,DS122887，,单片机89,C51,的8位数据地址线直接与,DS12887,地址数据总线连接。,DS12887,在叠加器开机时由叠加器的+5,V,电源供电，在叠加器,关机后由芯片内的镍镉电池供电，所以日期、时间一经设定，不必经常改动。,图613 时间日期叠加器,单片机在初始化,DS12887,时，首先将,DS12887,状态寄存器,B,中的,SE,T,位置“1”，使芯片停止工作，再设定10个时标寄存器和状态寄存器,A，,然后通过读状态寄存器,C,将其中断标志位自动清零，通过读寄存器,D,将其,V,T,R,位自动置“1”，最后将状态寄存器,B,中的,SE,T,位清零，让芯片开始工作。,DS12887,的中断请求 接到89,C51,的 ，,当更新周期结束后发出中断申请，89,C51,先将时标数据读入内部,RAM,中。,由同步分离电路送来的负极性场同步脉冲接到89,C51,的 ，,产生中断后，89,C51,将内部,RAM,中的时标数据转化成,PD6450,的字符编码送,PD6450,的视频,RAM,预定位置中。,当按下“时间设置”键，应先将,DS12887,停止工作，然后闪烁代表年的数字，按“增加”键，每0.5,s,后89,C51,内部,RAM,的年数据加1，并送到,PD6450,的视频,RAM,中；按“,N,EX,T,”,键后，代表年的数字停止闪烁，代表月的数字开始闪烁，表示开始设置月份如此操作一直到日期时间都修改完毕，再按“时间设置”键，89,C51,将内部,RAM,中的时标数据送到,DS12887,的时标寄存器中，然后将中断标志清零，,V,T,R,位置“1”，最后将,SE,T,位清零，,DS12887,重新开始工作。,6.5 彩色字符叠加器,在应用电视系统中，因切换的视频信号较多，操作者很难快速判别某一图像来自何处，故需要在图像上叠加地点信息，如摄像机号或汉字地名。要录像存档的图像还要叠加上日期、时间，常常以年、月、日、时、分、秒显示，有时也可能需要对某事件进行计时或倒计时。在报警系统中，更要叠加上报警信息，包括报警的类型、开始时间和地点。有的工矿企业的现场监控要求叠加诸如温度、湿度、有害气体浓度等各种各样的信息。,为了能对图像上显示的多种信息作出快速反应，最好各种信息用不同颜色显示。比如，报警信息用红色显示，地点信息用绿色显示，时间用白色显示，温度用黄色显示，湿度用棕色显示，有害气体浓度用紫色显示，使人一目了然。这时就需要用彩色字符叠加器。彩色字符叠加器必须要用,RCB,输出型的,OSD,专用集成电路，常用的有,PD6453。PD6453,具有16个,RAM,字符发生器，可用作汉字点阵的暂存，显示汉字方便。下面作具体的介绍。,6.5.1,PD6453,简介,1.,PD6453,的特点,(1)字符点阵：1218(字符间无间隙)。,(2)字符种类：256种(,ROM240,种,RAM16,种)。,(3)显示字符：12行24列共288个。,(4)字符大小：14倍可选，加倍时有平滑功能。,(5)字符颜色：黑、蓝、绿、青、红、棕、黄、白共8种。,(6)背景颜色：同上，共8种。,(7)闪烁频率：2,Hz、1Hz、0.5Hz,任选，闪烁率11。,(8)编程命令：串行输入。,(9)电源：+5,V。,2.,PD6453,的引脚说明,图614是芯片,PD6453,的引脚图。,BUSY,是数据输入使能端，为“0”时可输入数据。,DA,T,A,是串行数据输入端。,CLK,是时钟输入端，其上升沿读取,DA,T,A,端输入数据。 是片选端，在输入编程命令时应为“0”，信号上升沿指示命令结束。,PCL,是上电复位端。,是时钟输出端。,、,是行、,场同步脉冲输入端。,V,R,、V,G,、V,B,是字符信号三基色输出端。,R,B,、G,B,、B,B,是与,V,R,、V,G,、V,B,相应的字符消隐信号输出端。,V,M,是,V,R,、V,G,、V,B,三信号的“或”输出。,V,CBL,是相应于,V,M,的消隐信号。芯片有双列直插式封装(,DIP)(,宽度为10,mm,脚距为2.54,mm,),和扁平封装(,SOP)(,脚距为1.27,mm,),两种封装。,图614,PD6453,的引脚图,3.,PD6453,的内部结构,图615是,PD6453,的内部结构方框图。,图615,PD6453,的内部结构方框图,4.,PD6453,的编程命令,PD6453,的编程命令有一字节命令和二字节命令。命令总是先送,MSB，,后送,LSB，,这与一般单片机的串行输出情况相反，应予注意。,表65所示是一字节命令，表中的“0”和“1”是命令特征位，芯片内部依此判定是什么命令。其余各位解释如下：,D0,是显示控制位，为“1”时显示。,LOSC,是振荡控制位，为“1”时振荡。,B,L1,，B,L0,是闪烁控制位，为“00”，不闪烁；为“01”，“10”、“11”时，闪烁频率分别为2,Hz、1Hz、0.5Hz，,闪烁率为11。,BS1，,BS0,是背景选择位，为“00”时无背景；,为“01”、“11”时分别为方形背景与全部背景。,BF,是镶边控制位，为“1”时字符镶边。,Rb,、,Gb,、Bb,是背景颜色控制位，为“000”“111”时，背景分别是黑、蓝、绿、青、红、棕、黄、白色。,BFC,是镶边颜色控制位，为“1”时，白镶边；为“0”时，黑镶边。,VC，HC,是放大扫描控制位，为“00”时，正常扫描；为“01”时，水平方向加宽一倍；为“10”时，垂直方向加长一倍；为“11”时，水平方向、垂直方向均增加一倍。,表65,PD6453,的一字节编程命令,表66,PD6453,的二字节编程命令,6.5.2 彩色字符叠加器的构成,1.彩色字符叠加器方框图,由于使用,OSD,专用芯片，彩色字符叠加器的结构变得简单。图616是彩色字符叠加器的方框图。输入视频信号先进行同步分离，分离出行、场同步信号作为,OSD,芯片的基准信号，所以,OSD,芯片输出的,V,R,，V,G,，V,B,信号进行编码后产生的视频信号与输入视频信号完全同步。两路视频信号进行高速切换，切换的键控脉冲是字符信号,V,M,，,即只要有字符信号，就切换到由字符信号编码成的视频信号上去。其结果是在输入视频信号的图像上抠像，抠去的部分图像由字,符信号取代。,黑白字符叠加器与彩色字符叠加器在叠加电路上是完全不同的，黑白字符叠加只要将字符信号与输入视频信号相加就可以了，因为亮度信号大了以后，字符就很明显，输入视频信号在字符位置上的彩色信号可以忽略。彩色字符叠加器要在字符位置显示固定的彩色，必须在输入视频信号与字符视频信号之间进行高速切换。单片机根据输入的现场信息对,OSD,进行编程，决定字符的内容、彩色、位置和闪烁等等。,图616 彩色字符叠加器方框图,2.实用电路,图617是彩色字符叠加器的实用电路。,MC1378,完成同步分离、编码和切换等三项功能。,MC1378,的,L/R,脚接高电平，芯片处于远程工作方式。输入视频信号由电容耦合到,MC1378,的,V,I,N,脚，从,MC1378,的,U,S,、H,S,脚得到,TT,L,电平场同步信号与复合同步信号直接接到,PD6453,的 和 作为基准信号。,PD6453,的,U,R,、U,G,、U,B,输出信号幅度为,TT,L,电平，而,MC1378,的,R、G、B,脚输入阻抗是10,k,，,要求的输入电平是1,V(pp)，,所以,PD6453,的,U,R,、U,G,、,U,B,信号经电阻分压后耦合到,MC1378,的,R、G、B,端。,MC1378,的水平压控振荡器输入、输出脚,HCI,和,HCO,之间接4,MHz,晶体，4倍彩色副载波压控振荡器输入、输出脚,CCOI，CCOO,之间接17.73,MHz,晶体；其,PAL,NT,SC,方式选择脚悬空以选择,PAL,方式；其,Y,OU,T,输出的亮度信号经400,n,s,的亮度延迟线送到,Y,I,N,脚，用来补偿色度通道的时延；其,COU,T,脚输入色度信号经带通滤波器后接到脚,C,I,N,。PD6453,的,U,M,信号是,U,R,、U,G,、U,B,三个信号的“或”信号，接到,MC1378,的覆盖允许脚,OE(,OverlayE,n,able,)，,只要有,字符输出时就切换到字符编码信号，形成字符抠像。,最后的输出视频信号由,U,OU,T,脚经75,电阻输出，直接驱动75,负载。27,C020,作为汉字库与程序存储器。,DS12887,提供时间信息，其他信息由89,C51,的,RXD,串行输入。由于,MC1378,是低档的编码器，图像质量中等，只能用于应用电视系统，不宜在广播电视中使用。,图617是一种能叠加汉字和日期时间的彩色字符叠加器。为了进行汉字的现场设定，需有二级汉字库，需要200,K,字节以上的存储器，所以选用256,K,字节的,EPROM27C020，,采用89,C51,单片机。其地址线16位，只能寻地址64,K,字节的,EPROM。,这里，将27,C020,的最高两位地址接到89,C51,的输出端,P1.6,和,P1.7,上。实际上是将256,K,字节的27,C020,分成四部分，每部分64,K,字节，每部,分的地址最低的4,K,字节存放程序，,其余60,K,字节作为汉字库，这四部分4,K,字节的程序是完全相同的。无论27,C020,的最高两位地址如何变化，不会影响到程序的执行。在取汉字点阵时，已有了区位码，随所取汉字区位码不同而让89,C51,的,P1.6,和,P1.7,作相应的变化，以选择四部分汉字库中的一个。,图617 彩色字符叠加器实用电路,PD6453,的字符发生器,RAM,共有16个1218点阵，而汉字库是1616点阵，所以将,PD6453,的字符发生器,RAM,的开始两行清0，只用下面的16行。为了解决列数的差异汉字点阵分开存放，3个1616点阵汉字放在4个1218点阵中，因为,PD6453,的字符间没有间隙，点阵分开存放并不影响汉字的显示。,本机要输入汉字区位码，需要“09”共10个数字键，加上“汉字设置”、“时间设置”、“增值”、“,N,EX,T,”,等共计16个键，由89,C51,的,P1,口来组成行列式键盘。这里,P1.6,和,P1.7,与27,C020,的存储体选择共用，而取汉字点阵与查键在时间上是分开的，各自进行之前总要先预置这两个输出脚，互相不会产生影响，而89,C51,的,IO,口已经全部用上，共用,P1.6,和,P1.7,后可以不再增加一个输出锁存器。,6.6 画中画电视机,画中画,PIP(,Picturein,Picture),电视机是利用数字技术将另一路电视信号经抽样、量化、存储压缩成一个子画面，插入到电视屏幕一角去显示的电视机。画中画电视机一般接收两套射频电视广播信号，有两套高频调谐器、图像中放和视频信号处理电路。画中画的电视机方,框图如图618所示。,子画面的“放大”“缩小”或“冻结”，子画面的位置的移动，主画面和子画面交换显示，子画面显示与否都可以由微处理器根据红外遥控命令来控制。利用这些功能人们在观看某一频道电视节目的同时，能在屏幕的一角监视其他频道的节目或者配小型摄像机监视室外的安全。,图618 画中画电视机方框图,常用的画中画处理器有,ITT,公司的,PIP2250,和,PHILIPS,公司的,SAB9077H。SAB9077H,内含模/数转换器,ADCS、,采样抽选电路(,reduction circuit)、,视频动态,RAM,控制接口,VDRAM、,显示控制接口和数/模转换电路,DACS。SAB9077H,具有完善的画中画功能，两种双画面显示模式、三种多画面显示模式和九种主、子画面显示模式，如图619所示。,模/数转换器,ADCS,包含带箝位电路的4路8比特分辨率的,AD,转换器，子、主通道各两路,AD（,各通道的,U,，V,分量时分复用一路,AD）；,采样时，内部的,Y,U,V,的数据格式为411；针对不同的画中画模式，采样数据抽选的比例有11、12、13和14四种；水平和垂直方向是独立设置的，若在水平和垂直方向的抽选比例都为11，则画中画的大小为672像素,行，276行场。,数/模转换电路,DACS,包含3个8比特的,DA,转换器,输出信号的,Y，,U,，V,分量各用一个。,图619,SAB9077H,的画中画功能,SAB9077H,有两个采样锁相环电路来保证在采样时精确的行锁相时钟，一个显示锁相环电路则确保显示时的行锁相时钟。,利用,I,2,C,总线接口，可以设置,SAB9077H,的各种状态和工作模式。例如，可设置,SPS,m,all,显示模式；可设置满场静止模式(,fullf,i,el,d,m,o,d,e)；,可自由设置数据抽选比例；可设垂直滤波器形式；可设置活动图像冻结功能(,froze,n,ofl,i,vep,i,cture,)；,子画面的显示位置可精确定位，垂直和水平方向各自有独立的8比特调整分辨率；采样区域可细调，垂直和水平方向的分辨率分别是8比特和4比特；主框、子框和背景的可设置颜色有8种；边框、背景的亮度调整范围可设置为30%，50%，70%和100%。,内部亮色信号格式为411，输入的,Y、,U,、V,的信号带宽分别为4.5,MHz,和1.125,MHz，Y,分量信号的输入被系统时钟(172815625=27,MHz),采样和滤波后，被21抽选(86415625=13.5,MHz)；,U,、V,分量信号的输入采用一个,AD,通过分时复用实现，13.5,MHz,的复用采样率对每个分量而言为6.7,MHz(43215625)，,在内部被21抽选(21615625=3.375,MHz)。,采样时的同步以输入信号的,HS,和,VS,做参考，通过设置寄存器，可以精确地确定采样的开始时间(也即相对于视频信号同步脉冲前沿的延时)。主信道和子信道的信号采集区(,acqu,i,s,i,t,i,o,n,area,),都是水平方向为672像素行，垂直方向为276行场。显示时的同步由外接的行、场同步信号,DPHS,和,DPVS,提供，由内部的,PLL,电路锁相，器件内部的显示像素率为86415625=13.5,MHz，,这个像素率在输出前通过内插，以172815625=27,MHz,的频率送到,DAC。,显示背景区域为水平696个像素行、286行场；可通过设置,BGo,n,位来设置或取消；可以通过设置,BGHFP,和,BGVFP,寄存器精确地