电十字分划发生器技术报告.docx
《电十字分划发生器技术报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电十字分划发生器技术报告.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电十字分划发生器技术报告
电十字分划发生器
技术报告
班级/姓名：
030110/刘亚亮
030109/林丽玲
一、电十字分划发生器设计技术指标要求
1.1水平的电子线宽度为1根扫描线宽（固定）垂直的电子线宽度为正常和超细模式可选择。
1.2可显示白线和黑线，亮度可连续调节。
1.3自动记忆当前十字线的位置数据，开机后自动调出。
1.4视频信号输入：
PAL/VS:
1.0V（p-p）/75Ω。
1.5视频输出：
输入的信号与电子线混合输出1.0V（p-p）/75Ω。
电子线可移动范围占图像画面的98%以上。
1.6准确度：
水平±1个象元，垂直±1行。
二、电十字分划发生器原理
电十字分划发生器采用视频信号叠加原理。
用CCD采集到的视频信号，识别出场同步和帧同步信号，应用视频处理芯片，通过外挂字符或图像的方法，在视频信号传输过程中，应用视频切换的方法，实现在原有视频图像中叠加上十字分划线。
本仪器所用的视频信号是黑白全电视信号。
1、黑白全电视信号
电视是根据人眼的视觉特性，用电子学的方法，实时地传送活动或静止图像的技术。
一幅图像由许许多多像素组成。
像素越小，单位面积上的像素数目就越多，由其构成的图像就越清晰。
电视系统中，把构成一幅图像的各个像素传送一遍称为进行了一个帧处理，或者称为传送了一帧。
在传送时可以把图像不同位置上具有不同亮度的像素转变成相应的电信号，再分别用各个相应信道把这些信号同时传送出去，接收端接收后又同时进行转换，恢复出原发射信号。
现代视频信号分为黑白视频信号和彩色视频信号。
电视系统要完成图像信号的传输，不失真的重现原图像，除必须传送图像信号这一主题信号之外，为保证收发同步、逆程不显示光栅及隔行扫描均匀嵌套，还必须传送复合同步信号，复合消隐信号，槽脉冲和均衡脉冲信号等辅助信号。
将以上主体信号与辅助信号统称为全电视信号。
黑白全电视信号中，电视信号每秒传送25帧图像，采用隔行扫描，每帧图像分两场传送，奇数场传送奇数行，偶数场传送偶数行。
场频为50Hz，正好与市电频率保持一致，可减少电源干扰。
一帧图像分625行传送，每场传312.5行。
为了能够正确重现图像，要求接收端与发送端同步扫描。
由于电视信号按行、场传送，因此电视信号在每一场前都要加场同步信号，在每一行前都要加行同步信号。
在接收时，电子束在行偏转电压的作用下从左到右扫描，这是扫描正程，此时要显示图像；电子束从右到左返回到下一行扫描的起点，这是扫描逆程，此时不显示图像。
所以，电视信号在行扫描逆程需要有行消隐脉冲。
同理，在场扫描逆程也需要有场消隐脉冲。
行、场消隐脉冲的周期分别与行、场同步信号周期相同，一般把行、场同步信号分别叠加在行、场消隐脉冲上。
如果场同步期间没有行同步信号，将会影响整个扫描过程中的严格同步，因此需要在场同步脉冲内形成一些与行同步信号同周期的窄槽，来代替行同步，这就是开槽脉冲。
由于采用奇数行隔行扫描，每场包含半行，可知两场的行同步脉冲相互错开半行。
场同步脉冲是通过积分电路分离，如果行同步脉冲相差半行，会使两场的场同步脉冲积分起始电平不同，这会严重影响隔行扫描的准确性。
为了消除误差，可以在场同步脉冲持续期及其前后若干行内，将行同步脉冲频率提高一倍，这样就使这一段时间内偶数场与奇数场的同步脉冲波形完全相同。
在场同步脉冲前、后的窄脉冲分别称为前均衡脉冲、后均衡脉冲。
前后均衡脉冲各五个，各占两行半时间。
2、视频叠加原理
视频叠加有两种实现方式：
一是软叠加技术，即首先通过A/D把模拟视频数字化，再把需要叠加的信息写入相应的RAM单元，最后通过D/A转化成标准视频信号送显。
二是硬叠加方式，通过模拟开关切换视频输入通道，在叠加信息显示的相应时间（空间上对应图像的相应位置）切换到叠加信息输入通道，其他时间切换到原始视频输入通道，从而实现相应信息的叠加。
相对来说，软叠加方式较灵活，但此种方式需要高速A/D，D/A和大量的存储器以及高性能处理器，所以硬件成本和系统功耗相对较高，而且电路板尺寸也不易减小。
在系统只需在视频上叠加字符或图形信息，而无其他视频数字化处理要求的情况下，硬叠加技术是实现的最优选择。
本系统采用硬叠加的方式，系统的总体框图如下：
图2.1系统设计总体框图
本系统所使用的视频叠加板采用MB90092作为主芯片，W77E58作为它的控制芯片。
MB90092利用外部字库，可以为一路视频（PAL）信号叠加图形。
它提供两种屏幕叠加方法，即主屏和副屏，二者可单独或两幅图像同时显示在在监视器上,通过三个引脚（CS、SCLK、SIN）进行对外通信。
采用外挂的FLASH存储器W29C040，其中存储所需叠加的十字分划图像及字符字库。
根据芯片与外部字符存储器的地址接口关系，以及芯片读取点阵数据的顺序，先将所需要的字符烧录到外部存储器中。
当仪器运行时，先将存储器内的图像载入MB90092的VRAM内，根据系统运行的要求将其叠加到适当的位置。
2.1视频输入处理模块
本系统所使用的专用字符叠加芯片MB90092芯片外部视频输入信号的基线为0V左右，根据叠加信号要求，要与由MB90092专用字符叠加芯片生成的字符信号进行叠加，基线必须提升到2V左右。
MB90092芯片接收的复合视频信号是2Vp-p，而且需要有1Ｖ的直流偏置。
因此，需要对摄像头输出的视频信号1Vp-p进行箝位和放大。
放大电路采用视频放大器件MAX457，放大倍数设置为2倍。
箝位电路如图2.2所示。
Vcc
R1
D1
C1R2
VinVout
62k
C2
图2.2视频输入信号箝位电路
电路中选择导通压降相同的二极管和三极管，通过调节电位器Ｒ2使Ｄ1负相端的箝位电压为1Ｖ，同时在输出端的视频信号Vout上就叠加有1Ｖ的直流偏置。
该电路的输出信号与外部输入信号相比较，只是基线不同，两者的波形完全一致。
通过视频输出端口把处理后的视频信号送到下一个模块中。
2.2视频信号同步分离模块
视频信号同步分离模块的作用是完成行、场同步信号分离。
把要叠加字符的视频信号先分离出行、场同步信号再送往芯片以保证显示的字符和视频信号同步。
对于行、场同步信号的提取，有许多专用的集成电路。
本系统中实现行、场同步信号分离的芯片是LM1881，其电路原理图如图2.3所示。
复合同步输出电源
复合视频输入奇偶场输出
0.1μF0.1μF
垂直同步输出680K
后沿脉冲输出GND
GND
图2.3LM1881原理图
图2.3中，视频输入Vi（引脚2）是由视频输出模块输出的视频信号。
这样，就可以得到复合同步信号CS（引脚1）、场同步信号VS（引脚3）以及奇偶场输出的同步信号。
可以看出使用行、场同步分离的专用集成电路使电路变得非常简单，但是使用该集成电路也有缺陷，那就是成本比较高。
另外，就如此LM1881集成电路，它直接得到的是复合同步信号和场同步信号，而接下去系统要求的是行、场同步信号，所以必须使用微分电路从复合同步信号中分离出行同步信号。
有一种使用分立模拟元件设计的行、场同步分离的电路，性能也比较可靠，而且大大降低了成本。
也为本系统直接提供了行、场同步信号。
图中输入端Vi是视频输入，输出端口VS和HS分别是场同步信号和行同步信号。
2.3字符叠加模块
前面已经提到本系统所采用的专用字符叠加芯片是MB90092。
MB90092是日本FUJITSU公司推出的一款用CMOS工艺制成的专用视频字符叠加芯片。
它内部集成了显示内存（VRAM）、外挂字库接口和视频信号发生器，外部只需连接少量的元件就可以显示汉字和图形。
它功能强大，接口简单，编程方便，可方便的嵌入各种数字视频监控系统中，因而可广泛的应用于各个行业和各种领域。
本系统中所要求叠加的分字符和十字分划图像两个部分，字符为X，Y坐标表示，数字及正负号等。
十字分划图像为点阵图像，图案做好后烧录在外部的存储器内。
系统加电后，首先要将图像载入MB90092的VRAM内，也就是SUBSCREEN所显示的内容。
3、技术关键点说明
在十字分划发生器的研制过程中，将MB90092芯片的功能及操作指令了解清楚后，技术关键是将十字分划图像及用于显示分划中心位置的字符数字存入到EEROM内，并用单片机从其中准确在读出至MB90092中的VRAM中。
十字分划的位置可用MB90092中的SUBSCREEN的移动位置来确定。
SUBSCREEN的水平移动位置为512步，垂直移动位置是256步。
这是由芯片本身所确定的。
这对于十字分划发生器足够了，在以开始或者说在设计EEROM中的十字分划图像时，最好把加载后的十字分划图像中心确定在视场中心。
由于所用的芯片及设计存放十字图像及字符在EEROM中的地址不同，所以要实现准确的显示，须将设计存储在EEROM中的图像与单片机程序（操作MB90092）配合起来才能实现功能。
因此脱离EEROM只谈单片机内的程序是达不到要求的。
4、软件流程
本项目需要在原始视频信号上叠加字符信息，因此在设计中利用单片机控制叠加输出的字符图像。
叠加软件流程：
先对程序初始化，再从字库模块MBM29F040C中调用存储
器里面的字符点阵发送专用字符叠加芯片MB90092，结合输入的原视频信号及其同步分离信号混合输出。
字符叠加系统的软件流程图如图4.1所示
图4.1软件流程图
电十字分划发生器使用说明书
一、仪器的连接
本仪器主要由镜头、摄像机、电十字瞄线产生器、监视器四部分组成，使用前按以下顺序连接好各部分：
1.首先取下镜头和摄像机的防尘罩，然后把镜头安装在摄像机上，用适度力量对正旋紧。
2.用长度较长那根视频线把摄像机的视频输出端和电十字瞄线产生器的视频输入端连接起来，用较短的那根视频线把电十字瞄线产生器的视频输出端和监视器的视频输入端连接起来。
3.把镜头的控制线与电十字瞄线产生器后面板上自动变焦镜头接线端的6个接线端按照编号一一对应地连接起来。
4.分别接上各部分的电源，摄像机为12V直流输入，电十字瞄线产生器、监视器为220V供电。
下图为基本连接示例图：
二、十字瞄线产生器功能与控制
1.功能描述
电十字瞄线产生器以原始视频信号有效图像部分的中心作为坐标原点（0,0），把有效图像划分为横向（X）500列，纵向（Y）以扫描行为单位（对于PAL制为575行），产生器生成的十字瞄线可以在图象中心（原点）附近上下左右单位步进，横向移动范围是[-100,100]列，纵向移动范围为[-65,+65]行，十字瞄线中心点当前的坐标值在监视器屏幕左上角显示。
2.各按键的功能定义
下表为电十字瞄线产生器前面板各操作键的功能定义：
键名
功能描述
按键
类型
1
电源开关
开关产生器电源供电
自锁
按键
2
上下左右键
分别控制电十字瞄线的上下
左右移动
触发
按键
3
十字显示/消隐键
控制十字瞄线在屏幕上是显示或是隐藏
触发
按键
4
模式键
实现十字瞄线在实心和空心
模式间切换
触发按键
5
模式键＋右键
（见注释1）
使十字瞄线复位到原点位置
组合键
6
光圈、聚焦、变倍键
（见注释2）
分别控制变焦镜头的光圈、
聚焦和变倍
触发键
注释：
1.模式键＋右键表示操作时同时按下模式键和右键。
2.光圈、聚焦、变倍键可以上下拨动，上下拨动控制的量相反，如光圈控制键若向上拨动光圈变大则向下拨动则变小。
三、仪器的操作与状态分析
1.操作步骤
首先打开摄像机和监视器的
升级会员 