摘? 要: 論述了一種視頻信號中圖像疊加的原理，并根據此原理進行了B碼時統信號與視頻信號的字符疊加系統的設計，利用M6237完成了系統的硬件實現和軟件實現。
關鍵詞: 視頻信號? 時統信號? 視頻同步信號? 視頻信號疊加
?
在視頻圖像信號中疊加一些具有標示作用的圖形或字符，如時間信號，將能幫助顯示圖像中運動目標或圖像中某些重要參量的演化，并能有效地簡化后期的圖像處理過程。本文設計了一種圖像疊加的方案，并利用M6287芯片實現了對視頻圖像信號和時間信號的疊加。
1 疊加方案的設計
1.1 圖形及字符的建模
在視頻疊加中，由于需要輸出特定的圖形或字符，且這些圖形或字符為已知的，因此，可以在系統的RAM中畫出一定的區(qū)域按圖形或字符的形狀來構建字模。如圖1所示為字符“3”構建后的字模。
在字模的構建中可以根據需要來擴大或縮小模板，以適合視頻輸出所需的字符大小。在輸出字模進行字符疊加時應考慮原視頻信號的制式，如PAL制式為隔行掃描，即一幀圖像由奇、偶兩場組成，奇場輸出奇數行，偶場輸出偶數行。這樣，在字模輸出時，應注意地址的跳變。如圖1所示，字模輸出時，地址跳變應為奇數場00H→02H→04H，偶數場01H→03H。通常，在字模構建時，可按奇數場與偶數場劃分內存單元構建字模。
?
1.2 行/場計數器及同步時延計數器
行同步計數器用于控制字模在屏幕上輸出的垂直位置，其可由CPU控制以實現輸出字模在屏幕中的上、下位置的移動。場同步計數器用于控制字模的哪些部分于奇數場輸出，哪些部分于偶數場輸出，及一幀圖像的疊加完成。
同步時延計數器用于控制字模在屏幕上輸出的水平位置。
根據以上設計思路可以得到視頻信號圖像疊加方案設計總體框圖。如圖2所示。
?
2 硬件設計
根據本項目的設計方案，我們選用了LM1881作為視頻信號的同步分離電路。根據有關資料的查詢及本項目中主要在視頻信號中疊加B碼時統的時間信息，選用M6237作為核心器件設計了B碼時統的時間信息視頻疊加電路。
2.1 視頻同步信號的提取
準確地提取視頻信號中的同步信號是本項目的重要環(huán)節(jié)，我們選用了芯片LM1881芯片，其集成度高，僅需少量的外界元件，提取的同步信號極為可靠、準確。LM1881的引腳及連接如圖3所示。
?
2.2 M6237
為了獲得良好的疊加效果，在設計時選用了OKI公司推出的視頻圖形及字符疊加的專用芯片M6237。其芯片內部已構建了58種字模并以不同的地址存放，自帶行/場同步計數器及同步延時電路，可以9行×20列共180個顯示寄存單元同時輸出180個字符。具有保持能力亦可在每場進行刷新，通過編程可實現在特定位置輸出所需字符。M6237的引腳圖如圖4所示。
?
2.2.1 M6237的功能
·在M6237的內部已建立了26個大寫字母、0～9十個數字及21個特殊字符共58個字符的字模。字模最小為5×7個像素，并可通過編程實現三級字模放大，并有字符補償機能。
·有20(行)×9(列)共180個字符的畫面構成。
·可指定顯示位置，水平、垂直各64個位置，通過編程可實現字符的顯示位置。
·可改變9行中1行的顏色(2色)，可使任意文字閃爍。
·用視頻信號白電平輸出字符，并用視頻信號黑電平輸出邊框。
2.2.2 M6237的引腳功能
2.2.3 M6237的編程
在本項目中，主要實現B碼時統時間信息的視頻疊加。由于B碼時統的時間信息精確到1ms，因此，在視頻信號的每個場消隱期都要對輸出字模進行修改。
M6237的顯示畫面由9行×20列共180個寄存器單元組成，即每一幀疊加到視頻信號的字符最多為20行×9列共180個。芯片規(guī)定了這些寄存器單元的地址由00H～B3H及字模的內部代碼，每個顯示單元為5×7個像素，還可通過編程實現三級放大。各顯示單元水平間隔為1個像素，垂直間隔為2個像素。
M6237內部自建了58個字符字模，其字符與代碼為:00H～0CH為A～M;10H～1CH為N～Z;20H～29H為0～9;其他為特殊字符。
在M6237內部，還有四個控制寄存器，地址分別為B4H，B5H，B6H，B7H。地址為B4H的控制寄存器為顯示單元的水平移動控制寄存器，可實現顯示單元的64級水平移動;地址為B5H的控制寄存器顯示單元的垂直移動控制寄存器，可實現顯示單元的64級垂直移動;移動方式是將9行×20列180個字符一起移動;地址為B6H的控制寄存器為顯示及字符大小控制寄存器;地址為B7H的控制寄存器為顏色選擇控制寄存器。各控制寄存器功能如表1所示。
?
對M6237顯示寄存單元和控制寄存器單元的數據寫入時通過DA腳，LDI腳及CP腳完成。/CE為0時，選中M6237，當LDI為低電平時，可以寫入地址，地址的八位數據由高位到低位逐位由DA端輸入，并在CP的上升沿器件寫入M6237;當LDI為高電平時，則可寫入相應的數據，數據必須由8位組成，當數據不夠8位時，可在高位補0或1，由DA端自高位到低位逐位輸入，并在CP的上升沿期間寫入M6237。
M6237在工作時需加入
和
信號，當為低電平時，芯片內部除數據傳遞電路外其他電路停止工作。因此要注意在位低電平較長的期間，即位低電平期間，避免在LDI變化下的數據傳輸。
2.3 系統實現
由于M6237的強大功能，使得在硬件設計方案中許多電路得到精簡，提高了系統資源的利用率。本系統CPU采用89C51，根據項目要求，由
信號作為CTC0的輸入信號，并作為T0計數器外部輸入脈沖，產生CPU的中斷信號。并作為B碼的鎖存信號，經89C51讀入轉化為M6237對應的字符代碼，輸出至M6237使每一場都對顯示單元進行刷新。如B碼時統信號受到干擾，89C51轉入讀取后備時間電路DS12C887的時間信息?？刂谱址?、下、左、右的四個健經74LS148編碼分別由P1.0，P1.1，P1.2輸入CPU，經CPU以查詢方式讀入P1.0，P1.1，P1.2完成對疊加字符的上、下、左、右移動。按鍵的光抖由程序延時>10ms來完成。系統框圖見圖5。
?
3 軟件設計
由于本項目中的難點均由硬件實現。所以，大大減少了軟件設計的工作量。軟件主要完成系統的初始化、等待視頻輸入信號的穩(wěn)定過程、查詢是否有鍵輸入、數據代碼轉換及中斷處理過程。圖6為軟件流程圖。
?
· 視頻輸入信號的穩(wěn)定過程
通過設定T0計數器的計數值，使系統在加電時刻不引起中斷，待輸入視頻信號經過5、6場后，系統中視頻輸入信號穩(wěn)定后，開始視頻信號與時間信號的疊加，并恢復T0計數器，計數值為FFH，即每一場同步信號均觸發(fā)中斷。
· 初始化
由于M6237在剛加電時，各顯示單元均為亂碼，將所有顯示單元寫入“0FH”或“2E”進行清零，并對各控制寄存器進行初始化。
· 按鍵響應過程
CPU以查詢方式檢查P1.0，P1.1，P1.2，如有按鍵修改M6237的B4H，B5H地址單元，實現字符的上、下、左、右移動。
· 中斷處理程序
主要完成B碼時統及后備時間電路的時間信號譯碼及對M6237的相應位置進行輸出。
· 后備時間電路的校時及啟動
在前幾次B碼時統譯碼的中斷處理程序中包含了對后備時間電路的校時程序，當B碼時統的時間信息出現錯誤，程序將轉入讀取后備時間電路的時間信息，以保證疊加時間信息的連續(xù)性。
4 實驗結果
通過本項目方案的硬件實現和軟件編程，對32位B碼時統信號12位毫秒信息，7位秒信息，7位分信息，6位時信息視頻疊加結果顯示時間與B碼時統的時間顯示十分吻合。經過錄像機錄像慢放后，視頻疊加顯示時間約有20毫秒左右的跳變，經分析為每場同步信號間隔及其間隔的不穩(wěn)定所至。
?
參考文獻
1 OKI電子??????MSM6237?????一?IC
2 竇振中.單片機外圍器件使用手冊——存儲器手冊.北京:北京航空航天大學出版社，1998
3 何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計——系統配置與接口技術.北京:北京航空航天大學出版社，1998
4 趙榮椿.數字圖像處理導論.西安:西北工業(yè)大學出版社，1995
5 天津大學電視研究室.電視原理.北京:國防工業(yè)出版社，1981