??? 摘? 要: 介紹了兩種基于不同芯片組合的矩陣切換—字符疊加系統(tǒng),，包括這兩種實(shí)現(xiàn)方案的元件構(gòu)成,、結(jié)構(gòu)框架、工作原理和它們各自的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍,。
??? 關(guān)鍵詞: 視頻監(jiān)控系統(tǒng)? 矩陣切換? 字符疊加
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近年來(lái)視頻監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè),、交通、商業(yè),、金融,、軍事及安全保衛(wèi)等領(lǐng)域，是現(xiàn)代化管理,、監(jiān)測(cè),、控制的重要手段之一，極大地提高了管理效率和自動(dòng)化水平,。通用的視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般包括以下幾個(gè)部分:攝像機(jī),、云臺(tái)、解碼器,、中心控制系統(tǒng),、矩陣切換系統(tǒng)、字符疊加系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng),。其中矩陣切換和字符疊加是監(jiān)控系統(tǒng)中兩個(gè)比較重要的部分,，本文將對(duì)這兩部分的工作原理和實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行介紹。
由于監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)圖象切換的要求不如廣播電視嚴(yán)格,，切換過(guò)程中所引起的圖象抖動(dòng)是可以容忍的,。因此為了降低成本，在矩陣切換方面一般不采用同步切換，而大多利用集成模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行異步切換,。字符疊加部分的實(shí)現(xiàn)方案比較多,，其基本原理都是CPU從字庫(kù)ROM中取出要顯示字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，根據(jù)所設(shè)定的在屏幕上的顯示位置,，送到對(duì)應(yīng)的顯示RAM中去,，然后由計(jì)數(shù)電路對(duì)顯示RAM進(jìn)行掃描，將字符點(diǎn)陣信號(hào)并行讀出并轉(zhuǎn)換為串行碼,，再與視頻圖象信號(hào)疊加后送監(jiān)視器屏幕顯示,。
考慮到用戶所需的功能和系統(tǒng)容量的不同，先后開(kāi)發(fā)了兩種基于不同芯片組合的矩陣切換-字符疊加實(shí)現(xiàn)方案,。每種方案都力求簡(jiǎn)單,、穩(wěn)定、可靠,。
1 小容量,、非漢字字符疊加系統(tǒng)
當(dāng)系統(tǒng)視、音頻信號(hào)的輸入,、輸出通道不是很多,，尤其在輸出通道較少且不需要漢字字符疊加的情況下，該方案可以獲得較高的性價(jià)比,。
1.1 元件構(gòu)成
在該設(shè)計(jì)中矩陣切換部分采用8選1模擬開(kāi)關(guān)CC4051,，圖1和圖2分別給出了利用該芯片進(jìn)行視、音頻信號(hào)切換的實(shí)用電路,。若還需要對(duì)音量進(jìn)行控制,，可以在音頻切換的CC4051后再加一級(jí)CC4051。第二級(jí)CC4051的各輸入端接不同阻值的電阻,，從而獲得不同的音量衰減,。
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字符疊加部分采用了NEC公司推出的專用視頻字符疊加芯片μPD6450，該芯片的顯示編輯功能非常強(qiáng),，控制方式也很簡(jiǎn)單,。在芯片內(nèi)部固化了128個(gè)12×18點(diǎn)陣的日文、英文字母和數(shù)字等字符的字模,，顯示字符的大小,、閃爍頻率可以進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)芯片還提供5種顏色的內(nèi)部視頻信號(hào),，可以根據(jù)要求在內(nèi)部視頻信號(hào)和外部視頻信號(hào)之間進(jìn)行切換,，使用非常方便。但由于該芯片內(nèi)部沒(méi)有提供空的RAM空間以供用戶填入自定義字符,，因此使用該芯片時(shí)只能顯示其內(nèi)部固化的128個(gè)字符,，無(wú)法外擴(kuò)漢字,，在某些場(chǎng)合的使用上存在一些局限性。
1.2 電路結(jié)構(gòu)和工作原理
在設(shè)計(jì)中,，輸入8路視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)標(biāo)題,、時(shí)間疊加后送去錄像，同時(shí)送往矩陣切換電路選出一路進(jìn)行監(jiān)視,。監(jiān)視時(shí)可采用自動(dòng)定時(shí)切換或手動(dòng)切換,。
為了方便用戶操作，設(shè)計(jì)了較多的面板按鍵,。同時(shí)8路疊加芯片的片選線,、數(shù)據(jù)線、CLK線以及切換模塊CC4051的地址線也較多,，從而造成89C52單片機(jī)的I/O口比較緊張,。為了解決這個(gè)問(wèn)題，采取了三種辦法：(1)使用移位寄存器,，用CPU串口擴(kuò)展I/O口來(lái)控制面板按鍵;(2)視,、音頻信號(hào)切換和音量切換的6根地址線均從P1口引出,，同時(shí)8路疊加芯片共用數(shù)據(jù)線、CLK線,，這兩根線也從P1口引出;(3)CPU的P0口映射為總線方式,，控制時(shí)鐘芯片DS12887。同時(shí)P2口映射為I/O口方式,，控制8路疊加芯片的片選信號(hào),。
在設(shè)置存儲(chǔ)系統(tǒng)的信息時(shí)，若信息量不是很多,，可以不外擴(kuò) RAM,，而將設(shè)置信息保存在時(shí)鐘芯片DS12887中，其內(nèi)部含有114個(gè)字節(jié)不揮發(fā)的RAM,。另外在設(shè)置標(biāo)題,、時(shí)間等信息時(shí)，采用了菜單界面方式,，同時(shí)使用疊加芯片μPD6450提供的內(nèi)部彩色視頻信號(hào),，既美觀也方便用戶操作。
實(shí)踐證明,，該方案對(duì)于小容量,、非漢字字符疊加系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠,、成本較低等特點(diǎn),，是一種比較好的方案。
2 大容量、漢字字符疊加系統(tǒng)
當(dāng)系統(tǒng)視,、音頻信號(hào)的輸入,、輸出通道數(shù)較多，且需要進(jìn)行漢字字符疊加時(shí)可以采用該方案,。在設(shè)計(jì)中,，48路輸入視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)矩陣切換后輸出12路信號(hào)，然后送往字符疊加模塊進(jìn)行漢字標(biāo)題和時(shí)間的疊加,，最后送往12路監(jiān)視器,。整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)模塊:控制模塊、矩陣切換模塊和字符疊加模塊,。下面介紹各模塊主要元件的構(gòu)成,。
2.1 元件構(gòu)成
控制模塊
· 在本模塊中，CPU采用具有兩個(gè)UART串口的80C320,，其中一個(gè)串口用于接收鍵盤(pán)的輸入信號(hào),，另一個(gè)串口用于向字符疊加模塊發(fā)送標(biāo)題和時(shí)間信息。
· 看門(mén)狗采用帶電池的MAX691,，不僅可以防止死機(jī),，同時(shí)在系統(tǒng)斷電時(shí)可以自動(dòng)啟用該電池向RAM供電，以保證存儲(chǔ)的信息不丟失,。
矩陣切換模塊
本模塊中,，矩陣切換采用了多路模擬開(kāi)關(guān)MT8816芯片，該芯片有兩種工作方式:8路輸入,、16路輸出或16路輸入,、8路輸出。需要特別注意的是,，對(duì)于每一個(gè)輸入通道而言,，輸出通道0～15(或0～7)并不完全對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的二進(jìn)制地址0000～1111(或000～111)。例如輸入通道為1,，輸出通道為12,，則輸入通道的開(kāi)關(guān)地址為001，而輸出通道的開(kāi)關(guān)地址為0110,。
字符疊加模塊
本模塊中,，字符疊加采用了NEC公司推出的專用字符疊加芯片μPD6453，該芯片的控制方式與μPD6450基本相似,，顯示編輯功能也非常強(qiáng),。主要區(qū)別在于:該芯片內(nèi)部固化了240個(gè)12×18點(diǎn)陣的日文、英文字母和數(shù)字等字符的字模,，同時(shí)還提供16個(gè)字符的空RAM區(qū)以供用戶填入自定義字符,，這樣就為漢字顯示提供了可能,。在視頻同步信號(hào)的提取上，采用專用集成芯片LM1881實(shí)現(xiàn)行,、場(chǎng)同步信號(hào)的分離,。
2.2 結(jié)構(gòu)框架和工作原理
本系統(tǒng)的三個(gè)模塊:控制模塊、矩陣切換模塊和字符疊加模塊的構(gòu)成,、功能和相互關(guān)系如圖3所示,。
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其中控制模塊接收并分析鍵盤(pán)信號(hào)，將所接收的48路標(biāo)題信息以及矩陣切換的控制信息,，包括選路,，掃描始路值、末路值,、掃描時(shí)間等都存儲(chǔ)在不掉電的RAM中,，將時(shí)間設(shè)置信息存儲(chǔ)在DS12887中，這樣重新開(kāi)機(jī)時(shí)系統(tǒng)能根據(jù)上次關(guān)機(jī)時(shí)的設(shè)置進(jìn)行初始化,。另外,，該模塊還向矩陣切換模塊發(fā)送相應(yīng)的開(kāi)關(guān)地址和開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)，并且依據(jù)通信協(xié)議,，由串口向字符疊加模塊發(fā)送標(biāo)題和時(shí)間,。
在疊加模塊中，3個(gè)89C52控制12路的字符疊加,，每個(gè)CPU控制4路。就整個(gè)系統(tǒng)而言,，該模塊上的89C52處于從機(jī)的地位,，接收控制模塊中80C320發(fā)送的各種設(shè)置信息。由于在兩個(gè)CPU之間存在著數(shù)據(jù)通信,，相應(yīng)地定義了一個(gè)通信協(xié)議,，限于篇幅這里不作過(guò)多敘述。下面僅就μPD6453在漢字顯示時(shí)遇到的一些問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹,。
首先,，對(duì)于國(guó)內(nèi)用戶來(lái)說(shuō)，大量的漢字都沒(méi)有固化在μPD6453芯片內(nèi)部,，需要將其先寫(xiě)入片內(nèi)16個(gè)字符的空RAM區(qū),，再發(fā)出指令讓其顯示。μPD6453內(nèi)部的字模(包括16個(gè)字符的空RAM區(qū))均為12×18點(diǎn)陣,，而12×18點(diǎn)陣的漢字字庫(kù)很難找到,。因此設(shè)計(jì)中采用了12×12點(diǎn)陣的字庫(kù)數(shù)據(jù)，顯示時(shí)將要顯示的數(shù)據(jù)直接寫(xiě)入μPD6453片內(nèi)的12×18點(diǎn)陣的RAM區(qū),，但這樣顯示的字符看起來(lái)比較小,。幸運(yùn)的是μPD6453同時(shí)提供了調(diào)整字符大小的功能,，字符可以以單倍、雙倍,、三倍和四倍模式顯示,。但需注意的是，該芯片外接的電感電容對(duì)顯示字符的橫向長(zhǎng)度影響很大,。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn),，我們認(rèn)為電感取15μH，電容取56pF時(shí),，12×12點(diǎn)陣的漢字字符以雙倍顯示比較合適,。其次，89C52只能直接管理64K的存儲(chǔ)空間,，當(dāng)采用12×12點(diǎn)陣的漢字字庫(kù)時(shí),，存儲(chǔ)所有的國(guó)標(biāo)一級(jí)漢字需要128K的ROM，這樣就需要進(jìn)行分頁(yè)管理,，最高位的地址線從I/O口引出,。第三，行,、場(chǎng)同步信號(hào)的分離除了采用專用集成芯片,，如LM1881，也可以使用分立模擬元件,。在本系統(tǒng)中,，由于在一塊電路板上集成了12個(gè)疊加電路，采用專用集成芯片進(jìn)行行場(chǎng)分離可以防止模擬信號(hào)間的相互串?dāng)_,。但此方法成本較高,，一般情況下建議使用分立模擬元件設(shè)計(jì)該電路。
以上介紹了監(jiān)控系統(tǒng)中矩陣切換和字符疊加的兩種實(shí)現(xiàn)方案,，其中第一種方案適用于小容量,、非漢字字符疊加系統(tǒng)，第二種方案適用于較大容量,、漢字字符疊加系統(tǒng),。這兩種方案都已投入產(chǎn)品化的批量生產(chǎn)，技術(shù)成熟,，性能穩(wěn)定可靠,。在實(shí)際應(yīng)用中，讀者可以根據(jù)需要,，將這兩種方案的矩陣切換部分和字符疊加部分進(jìn)行相互組合以達(dá)到設(shè)計(jì)要求,。
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參考文獻(xiàn)
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