上個(gè)月接到任務(wù)，要求設(shè)計(jì)一視頻鉆孔機(jī)，用攝像頭檢測(cè)孔位，腳踏開(kāi)關(guān)控制電機(jī)鉆孔。由于要對(duì)準(zhǔn)孔位，因此顯示器上要有一參考標(biāo)記。終合考慮，認(rèn)為采用十字坐標(biāo)對(duì)準(zhǔn)孔位的方式比較準(zhǔn)確，故此項(xiàng)目的主要難點(diǎn)在于如何在視頻信號(hào)中疊加一個(gè)十字坐標(biāo)的信號(hào)與圖像同時(shí)在顯示器中顯示出來(lái)。
我們知道在電視系統(tǒng)中，為了能正確地重現(xiàn)圖像，要求收端（監(jiān)視器）與發(fā)端（攝像頭）同步掃描。只要掃描頻率相同、起始相位相同，收端就可以重現(xiàn)發(fā)端圖像并認(rèn)為是同步的。當(dāng)收端、發(fā)端的頻率、相位不同時(shí)，圖像將被破壞，產(chǎn)生畸變，甚至無(wú)法重現(xiàn)，因此在圖像信號(hào)中加入了同步脈沖。在發(fā)送端，每當(dāng)掃完一行圖像時(shí)，加入一個(gè)行同步脈沖，每掃完一場(chǎng)圖像時(shí)加入一個(gè)場(chǎng)同步脈沖。它們與圖像信號(hào)一起被發(fā)送出去。在接收端，使行掃描鋸齒波電流只有當(dāng)行同步脈沖到達(dá)進(jìn)才開(kāi)始逆程期，而場(chǎng)掃描齒波電流也只有在場(chǎng)同步脈沖到達(dá)時(shí)才開(kāi)始逆程期。這樣就保證了同步。為了使掃描逆程光柵不顯示（消隱），還需要加入行、場(chǎng)消隱脈沖，這時(shí)的圖像信號(hào)電平成為消隱電平。攝像頭輸出的是將圖像信號(hào)，同步信號(hào)，行、場(chǎng)消隱信號(hào)這三種信號(hào)組合起來(lái)形成的黑白全電視信號(hào)。我國(guó)電視規(guī)定：行頻為15625Hz，行同步脈寬為4.7μs；場(chǎng)頻為50Hz，場(chǎng)同步脈寬為2.5×1/15625=160μs。
因此若要人為的在視頻中加入十字坐標(biāo)顯示，則需在攝像頭輸出的視頻信號(hào)中將行場(chǎng)同步分離，并在指定的行和場(chǎng)疊加高脈沖信號(hào)。
原理框圖及實(shí)現(xiàn)方案如下：
圖 1、 視頻十字座標(biāo)顯示原理框圖
一、行場(chǎng)同步分離
在該方案中，使用專用芯片LM1881將行、場(chǎng)同步脈沖分離出來(lái)。LM1881是正極性圖像信號(hào)輸入、TTL電平輸出芯片，從而簡(jiǎn)化了電路。圖2是LM1881的連接圖以及工作波形示意圖。正極性圖像信號(hào)從2腳輸入，在1腳和3腳分別輸出復(fù)合同步信號(hào)和場(chǎng)同步信號(hào)。5腳輸出后沿脈沖信號(hào)，作為鉗位放大器的鉗位脈沖輸入。7腳輸出奇偶場(chǎng)指示信號(hào)。
圖 2、LM1881連接圖及工作波形示意圖
二、在顯示器指定位置畫線
圖 3、 視頻信號(hào)波形
1）在顯示器中指定的列畫點(diǎn)
在視頻信號(hào)中，一個(gè)行同步脈沖表示掃描一行，而一個(gè)行同步脈沖上所疊加的大小不同的模擬量則表示一幅畫面在這一行中不同的灰度值，模擬電壓值越大灰度越小；因此若要在監(jiān)視器中某列顯示一個(gè)亮點(diǎn)，則只需要在該同步脈沖的一個(gè)周期內(nèi)將指定列處的模擬電壓值變大即可。
例如在N行中間列顯示一個(gè)亮點(diǎn)，波形圖如下：
2）在顯示器中指定的行畫點(diǎn)
根據(jù)電視機(jī)原理，行頻為15625Hz，場(chǎng)頻為50Hz，也就是說(shuō)在場(chǎng)同步信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)有15626/50＝312.5個(gè)行同步脈沖，而這312.5個(gè)行同步脈沖正對(duì)應(yīng)于一幅圖像的312.5個(gè)行。因此若要選擇某一行，只需要在場(chǎng)同步脈沖上升沿到來(lái)時(shí)對(duì)行同步脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)即可。
例如要選擇中間行，可采用一計(jì)數(shù)器，當(dāng)場(chǎng)同步脈沖上升沿到來(lái)時(shí)對(duì)行同步脈沖計(jì)數(shù)，計(jì)到312/2為止。（由于這里只是畫線，對(duì)線的分辯率不作要求，因此不考慮奇偶場(chǎng)）
三、十字坐標(biāo)的實(shí)現(xiàn)
采用CPLD，取同步分離芯片的復(fù)合同步信號(hào)輸出，場(chǎng)同步信號(hào)輸出。當(dāng)復(fù)合同步信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘（24MHz）計(jì)數(shù)，當(dāng)場(chǎng)同步信號(hào)上升沿到來(lái)時(shí)對(duì)復(fù)合同步脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)計(jì)等于24000000/15625/2＝768且復(fù)合同步脈沖計(jì)數(shù)計(jì)到106～206時(shí)輸出一個(gè)高脈沖（5V峰峰值）。再將該信號(hào)與原視頻信號(hào)疊加，即可在顯示屏正中顯示一垂直線，如下圖：
當(dāng)復(fù)合同步信號(hào)的上升沿到來(lái)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘（24MHz）計(jì)數(shù)，當(dāng)場(chǎng)同步信號(hào)上升沿到來(lái)時(shí)對(duì)復(fù)合同步脈沖計(jì)數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)數(shù)計(jì)到558～938且復(fù)合同步脈沖計(jì)數(shù)等于156時(shí)輸出一個(gè)高脈沖（5V峰峰值）。再將該信號(hào)與原視頻信號(hào)疊加，即可在顯示屏正中顯示一水平線，如下圖：
再將兩路輸出信號(hào)或邏輯，即可得到十字坐標(biāo)的顯示。
本文介紹了電視機(jī)行場(chǎng)掃描的原理，提出了一種視頻信號(hào)疊加的思路，采用CPLD作為控制器，方便靈活，只需根據(jù)一定的算法還可實(shí)現(xiàn)任意圖形和漢字字符的疊加，由于時(shí)間有限，本文不再敘述。
附錄：
1、 原理圖
