新型高度集成化的視頻字符疊加系統(tǒng)的研究

2．1．2　行場(chǎng)同步分離模塊
　　又稱視頻同步信號(hào)提取電路。現(xiàn)在市場(chǎng)上已有不少可實(shí)現(xiàn)行場(chǎng)同步信號(hào)分離的專用集成電路，如LM1881等，但成本較高。文章使用分立模擬元件設(shè)計(jì)該電路，性能十分穩(wěn)定可靠，同時(shí)大大降低了成本，其設(shè)計(jì)電路如圖3所示。
2．1．3　字符生成模塊
　　如圖1所示，四片uPD6453芯片的CS端分別與PIC16C73的RB0，RB1，RB2，RB3相連接；四片uPD6453芯片的BUSY端口共用，與PIC16C73的RC1端口連接；四片uPD6453芯片的CLK端口共用，與PIC16C73的RC3端口連接；四片uPD6453芯片的DATA端口共用，與PIC16C73的RC5端口連接。微處理器PIC16C73對(duì)uPD6453進(jìn)行各種控制命令的操作，產(chǎn)生的字符包括漢字，字母和數(shù)字。有關(guān)PIC16C73的端口功能和uPD6453的控制命令及控制時(shí)序詳見NEC公司的數(shù)據(jù)手冊(cè)，這里不再講述。這里需要說明的是，uPD6453顯示的字符大小有時(shí)不符合要求，我們注意到uPD6453外接的電感電容振蕩電路對(duì)顯示字符的橫向長(zhǎng)度影響很大，但芯片手冊(cè)上并未給出具體的參數(shù)值，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，我們認(rèn)為，電感取15μH，電容取56pF比較合適。若稍微調(diào)整電感值，則可改變顯示字符橫向尺寸，使用時(shí)可根據(jù)自己的需要選用。
2．1．4　時(shí)鐘模塊
　　本設(shè)計(jì)中加入一片時(shí)鐘芯片R4543，該芯片采用內(nèi)置晶振，精度比一般的時(shí)鐘芯片高。R4543與CPU的連接如圖1所示，R4543的信號(hào)端CS，WR，DATA，CLK分別與PIC16C73的RB4，RB5，RB6，RB7相連接，時(shí)鐘芯片R4543的讀寫時(shí)序可參見其用戶手冊(cè)，這里不再講述。微處理器PIC16C73對(duì)R4543可進(jìn)行讀寫操作，通過uPD6453在視頻圖像信號(hào)上疊加當(dāng)前時(shí)間，調(diào)整校對(duì)當(dāng)前時(shí)間。
2．1．5　漢字字庫模塊
　　由于uPD6453中固化的字模主要是日文字符，沒有所需要的漢字。但它有16個(gè)空的RAM區(qū)，可以供用戶任意填寫（詳見NEC公司的數(shù)據(jù)手冊(cè)），因此，系統(tǒng)需要能夠存儲(chǔ)漢字點(diǎn)陣的字模芯片，其容量大小取決于系統(tǒng)顯示漢字的范圍。文章采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT24C16作為字模芯片，該芯片容量為2Kbyte，用于存儲(chǔ)12×12點(diǎn)陣的字庫數(shù)據(jù)，AT24C16的數(shù)據(jù)存取方式是I2C串行方式。如圖1所示，AT24C16的SCL和SDA端口分別與PIC16C73的I2C功能口RC3（SCL）和RC4（SDA）連接，外接10 kΩ上拉電阻，可實(shí)現(xiàn)I2C串行讀寫操作。PIC16C73通過I2C總線讀取字模芯片中的漢字點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，再寫入uPD6453片內(nèi)RAM區(qū)，有關(guān)I2C總線的讀寫時(shí)序詳見參考文獻(xiàn)2。
2．1．6　串行通信模塊　　
　　如圖1所示，微處理器PIC16C73的RX（RC6）和TX（RC7）端與MAX202的ROUT和TIN端口相連接。PIC16C73具有完善的串行通信接口SCI，利用RX和TX兩個(gè)引腳作為通訊線的二線制串行通信接口，可將其定義為全雙工異步方式。再通過外接一片MAX202芯片將TTL電平轉(zhuǎn)化為RS232標(biāo)準(zhǔn)電平，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸與上位機(jī)通訊。由上位機(jī)下傳12×12漢字點(diǎn)陣數(shù)據(jù)和當(dāng)前時(shí)間數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)AT24C16中字模點(diǎn)陣數(shù)據(jù)的更新并可下傳當(dāng)前時(shí)間數(shù)據(jù)，與時(shí)鐘芯片時(shí)間相對(duì)比以校對(duì)調(diào)整時(shí)間。
2．1．7　字符與視頻信號(hào)疊加電路
　　該模塊主要通過74HC4053芯片來實(shí)現(xiàn)字符信號(hào)與視頻信號(hào)的疊加。電路如圖1所示，視頻輸入信號(hào)Video in和字符信號(hào)分別接入74HC4053的兩路通道，切換信號(hào)為uPD6453產(chǎn)生的輸出信號(hào)VCB，它與74HC4053的通道切換端相連接。其工作原理為：通過切換通道的方法，在要顯示字符的時(shí)候，切換到字符信號(hào)通道，其余時(shí)候選通Video in通道，74HC4053產(chǎn)生的輸出信號(hào)Video out為視頻信號(hào)與字符信號(hào)的疊加信號(hào)。
2．1．8　視頻輸出電路
　　圖1中，由74HC4053輸出的字符與視頻混合信號(hào)Video out不能直接輸出到外部終端設(shè)備，必須對(duì)其進(jìn)行處理，將基線為2V左右的混合信號(hào)還原成基線為0V左右的視頻輸出信號(hào)。圖4給出了一種視頻輸出電路的設(shè)計(jì)。
2．2　字符疊加系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　　一般而言，需要在視頻圖像信號(hào)上疊加標(biāo)題和時(shí)間信息，以使將來對(duì)錄像存檔的圖像信號(hào)進(jìn)行分辨和查找，這是字符疊加系統(tǒng)應(yīng)完成的功能。同時(shí)，為了使疊加的字符信息不影響正常的圖像顯示，字符的顯示位置也應(yīng)是可調(diào)整的，基于這兩點(diǎn)，將整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為6種狀態(tài)，其狀態(tài)圖如圖5所示。