摘  要: 介绍了上大众芯微电子有限公司推出的专用字符叠加芯片SD01C01的性能特点" title="性能特点">性能特点及其在摄像监视系统" title="监视系统">监视系统中的应用。给出了固定字符叠加和可变字符叠加部分的硬件电路" title="硬件电路">硬件电路设计。采用这种纯硬件电路实现的方法,无需使用单片机,无需软件编程。

　　关键词: 视频字符叠加  同步信号" title="同步信号">同步信号  摄像监视

　　近年来,随着视频监控系统的广泛应用,系统容量在不断扩大。字符叠加电路是视频监控系统中不可缺少的一部分。因此,它的显示编辑功能、可靠性以及电路的规模和复杂程度,也就成为设计者十分关注的一个问题。

　　为了保证在系统容量较大的情况下实现低成本、高性能的字符叠加,使用上大众芯微电子公司推出的专用字符叠加芯片SD01C01来完成。实践证明,以这种芯片为核心设计的字符叠加电路具有可靠性高、显示编辑功能强、硬件电路简化等优点。采用SD01C01不仅可以在视频中叠加固定字符,而且经过巧妙地设计存储器中的内容,还可以实现可变字符叠加。下面对这种芯片的性能特点以及它们在字符叠加电路中的具体应用进行简要的介绍。

1 性能特点

　　SD01C01是一种能在摄像机输出的视频信号中叠加入16个16×16点阵字符信息(如文字字符、图标等)的专用集成电路。SD01C01由视频同步信号处理、内部时序控制、自激振荡环路、地址码生成和叠加字符信息处理等若干功能单元组成。它能将片外E/E2PROM、双口RAM或Flash中储存的字符信息转变为可叠加在视频信号上的信息,通过内部时序控制功能单元,还可调节字符在监视器上的叠加位置。

　　用SD01C01组成的字符叠加设备以独特的挂接方式工作在由摄像机和监视器组成的图像监控系统中,对原系统无插入损耗,如图1所示。在银行、大型超市、大型停车场、仓库、高速公路收费站、高楼电梯、道路、居民小区等地的安装有摄像机的摄像监控系统中,均能使用由SD01C01芯片开发的低成本的字符叠加设备。

2 存储器中信息的存储格式

　　在SD01C01中,叠加入1个16×16点阵字符信息,占用存储器32字节,最多可以叠加16个字符,共占用512字节。16个字符要分成两行叠加在视频信号上面。一般数据的存储格式如表1所示。表1中只给出了一行8个字符的点阵信息内容。假设在视频信号中还需要叠加第二行文字,如“上海安心居民超市”,则只需将相应字符点阵信息存放在地址0100H～01FFH所对应的存储空间中。SD01C01通过地址线访问存储器,读出字符点阵信息并将其转换为可以叠加在原有视频图像" title="视频图像">视频图像上的信息。如果将本例中存储器的内容用于叠加,则在监视器中可看到如图2所示的两行叠加字符。

　　现就一般单个字符的点阵信息格式及其在存储器中的存储方式作一个简单介绍。表1中第六个字符“0”在存储器中的地址范围为:00A0H～00BFH,共32个字节。表2和表3分别给出了字符“0” 的点阵信息格式和其在存储器中的具体存储格式。

3 固定字符叠加的硬件电路

　　采用芯片SD01C01进行固定字符叠加时,其电路的硬件结构框图如图3所示。在该电路设计中,视频信号中的行同步信号和场同步信号的分离工作采用LM1881来实现,当然也可以使用分立元件来完成。关于其具体电路在很多文献中都有详细论述,本文不再介绍。

　　SD01C01通过地址线A0～A7访问存储器中对应地址存储的信息,将其读出并叠加在原有的视频图像上。通过A8确定叠加的行:当A8等于0时,叠加的是上面一行的文字,如“总顾客数1000”;当A8等于1时,叠加下面一行的文字,如“上海安心居民超市”。从存储器的地址码可以看出,上面一行文字的地址码为0000～00FF,下面一行文字的地址码为0100～01FF。在SD01C01中每次显示完第一行文字以后,计数脉冲会将A8置1,这样将接着显示第二行的文字。当第二行文字显示结束以后A8清零,继续显示第一行的文字。

4 可变字符叠加的硬件电路

　　本文还将介绍一个应用在超市摄像监视系统中的可变字符叠加电路。在超市摄像监视系统中,一般在超市入口处安装一个摄像机,用于监视进入超市的顾客情况;在超市入口处配备一个相应的统计适配器,用于记录进入超市的顾客数目,并能产生一组对应顾客数目变化的BCD码;这组BCD码传输给可变字符叠加电路,用于实现将进入超市的顾客数目叠加在超市入口处的监视画面上,在同一个监视器上一起显示出来。假设:该摄像监视系统要求在图像中叠加两行字符。第一行是:“总顾客数 * * * *”,第二行是:“上海安心居民超市”。 其中:第一行的后四位字符“* * * *”实为在0000~9999之间可变的进入超市的顾客累计数目。

　　现就超市摄像监视系统中的可变字符叠加电路作一详细的介绍。图4为该可变字符叠加的硬件电路。从叠加字符内容分析可知,第一行后四位字符均是在0～9之间变化的;同时考虑到由统计适配器传输来的是四组BCD码,对应的二进制码正好在0000～1001之间变化。因此将相应的BCD码作为高位地址的选择信号,将0～9字符对应的点阵信息存储于不同的存储空间。这样只要改变高位地址,便可选出存储器中相应BCD码对应的字符点阵信息。图4中1D3、1D2、1D1、1D0对应着一组BCD码1D,表示顾客累计数目的千位。2D3、2D2、2D1、2D0对应着一组BCD码2D,表示顾客累计数目的百位。依次类推,BCD码3D表示顾客累计数目的十位,4D表示顾客累计数目的个位。

　　在电路中,图4位BCD码的选择使用了两个双4—1线数据选择器74LS253;字符信息存储在8K的E2PROM中;地址线A8A7作为74LS253的输出控制。另外还需要注意以下几个问题:

　　(1)叠加第一行字符中前四位是固定的,后四位数字是变化的(由输入的四组BCD码确定)。

　　(2)第二行最多可以叠加8个字符,是固定的。

　　(3)74LS253数据选择信号A和B的确定。当要显示第一行后4个可变数字时,由表1可知:在叠加的一行8个字符中,后4个可变字符的地址码为**80H～**FFH。

　　由表4可见,当叠加4个可变字符时A7恒等于1,A4作为左半字符字节和右半字符字节的选择信号,在0～1之间变化。结合表5可知:A6、A5可作为74LS253的输入选择信号,用于选择统计设备送过来的BCD码,将BCD码翻译成十进制的数字显示叠加在视频图像上面。由表5可知,当G为低电平时,74LS253根据A、B的值选择数据输入端相应的数据作为Y端的输出。在一片74LS253中,选择输入端A和B对两个部分是共用的,在这里使用两片74LS253共同接在同一组AB上。这样同一组AB可以同时选择4个数据(一组BCD码),与SD01C01芯片上的A8~A0组成一组地址码,将存储器中的信息读出并叠加在视频信号上。

　　(4)由于芯片内部A8是个换行显示信号,显示第一行字符时,A8必须等于0,所以第一行可变字符在存储器中的存储地址一定要注意不能在A8=1的地址上。在本设计中“0～9”十个数字字符在存储器中对应地址分配及相应8421 BCD码如表6所示。A12、A11、A10、A9正好对应一组BCD码D3、D2、D1、D0。

　　在地址1E00H～1E7FH中存放着“总顾客数”。假设此时通过超市入口的顾客是第5250人,四组BCD码分别为:1D=0101、2D=0010、3D=0101、4D=0000。显示第一个数字时A6A5=00,74LS253选择输出第一组BCD码1D=0101,与A8A7=01组成一组地址码:0A80H～0A9FH,从存储器中读出“5”叠加在视频信号上;显示第二个数字时A6A5=01,74LS253选择输出第二组BCD码2D=0010,与A8A7=01组成一组地址码:04A0H～04BFH,从存储器中读出“2”叠加在视频信号上;显示第三个数字时A6A5=10,74LS253选择输出第三组BCD码3D=0101,与 A8A7=01组成一组地址码0AC0H～0ADFH,从存储器中读出“5”叠加在视频信号上;显示第四个数字时A6A5=11,74LS253选择输出第四组BCD码3D=0000,与 A8A7=01组成一组地址码:00E0H～00FFH,从存储器中读出“0”叠加在视频信号上。在第一行显示结束以后,A8=1,显示第二行固定字符信息。

　　(5)当A8=1的时候将屏蔽74LS253的使能信号,74LS253输出高阻。A12、A11、A10、A9接在VCC上,处于高电平,这时地址码为1F00～1FFF。芯片将读取存储器1F00～1FFF中的信息,显示第二行固定文字,如“上海安心居民超市”。虽然SD01C01将两行字符分时显示,但是芯片执行速度很快,所以叠加的字符是连贯的。

　　由SD01C01构建的字符叠加器采用纯逻辑电路组成,无需使用单片机,因此不需要软件编程。这样整个系统的成本大大降低,同时也降低了系统的调试难度,节约了调试时间,系统运行速度大大加快。

　　以上的应用系统中变化的字符是数字,但如果变化的是文字或者标语信息,可以采用32K的E2PROM(AT28C256),它能存储16×64个字符信息,能满足一般的应用。这样只需要按二进制改变地址码,选择需要的变化文字信息,就可以实现文字的变化叠加。

　　当然,如果采用单片机和双口RAM,也可以使SD01C01工作在叠加字符内容任意变化模式。在这种工作模式下,16个字符的点阵数据信息可以由专用字符输入键盘或由PC软件等产生,字符内容是可以任意修改和随时变化的。

参考文献

1 张锟生, 杨怀祥.彩色电视原理.南京:东南大学出版社, 1997

2 中国广播电视设备工业协会应用电视专业协会.应用电视——设备原理与工程实践(第1版).北京:电子工业出版社,1992

3 孙泓波,顾 红,苏为民.视频字符叠加技术的发展及四种实现方案. 电子技术应用,2000;26(11):44～46