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第 1 0卷第 3期 信 息 程学 院学报 Vo 1 1 0 No 3 1 9 9 1 视频信号采集系统 冯晋马 香 目前 微型计算机已广泛应用于国防 尖端技术 工农业生产 企事业 单位和人们 的日常生活之 中 随着微机技术 的发展 其应 用必将 越来 越广 为了用微机处理 视频信 号 我们研制了视频信号采集系统 扼们知道 就目前而言 视频信号多是以模拟信号 的形式传输的 而且以一帧构成一个完整画面 欲用微机对视频信号进行处理 必须将 完整的一帧视频信号存A微机内存或磁盘 因此 作为视频信号和微机的接口设备一一 视频 信号采集 系统 应具有如下功 能 1 能将模拟 的视频信 号转换成数字 信号 2 能完整地存贮一帧电视信号 3 能将一帧电视信号读入讣算机内存或存入磁盘 4 能将计算 机处理后 的数字 电视 信号 写入视频 信号采集 系统 5 能将处理后的数字电视信号转换成模拟信号 送入电视机定格显示 以检验 计算机 的处理结 果 根据以上功能要求 视频信号采集系统应由视频模数转换器 帧存贮器 同步及控 制电路 微机接r l 和视频数模转换器等几部分电路组成 详细框图和各电路之间的联系 如图 1所示 现将各部分 电路的功能介绍如下 1 帧存贮 器 帧存贮器是视频信号采集系统的核心 其功能是存贮一帧电视信号 以供微机调用 处理 设计帧存贮 器时应考虑两个 问题 存贮容量 帧存贮器应艟完整存贮一帧 电视 信号 其存 贮容量 和 采样 时钟 的频率 量 化级 数 以及 电视 制式等 因素有关 以 1 M NT S C制为例 每秒钟 3 0帧 每帧 秒 若采样时钟频率为彩色付载波的四倍频 j V 1 即 1 4 3 1 8 1 8 MHz 则存贮容量不能小于 1 4 3 1 8 1 8 1 0 4 7 7 2 7 3个字 若每个 字 8位 用 3 2 K 8的静态存贮器 5 2 2 5 6 则至少要 1 5 片 存取速度 采样时钟频率 为 I 4 3 l 8 1 8 MHz 即取样周期 约 7 0 n s 要在 7 0 a s内将 数据写入存 贮器或从 存贮 器中读 本文 1 9 91 年 5且 1 0 收到 维普资讯 一 3 2一 信息工程学院学报 1 9 9 I 主 E 视 频 辅 出 总体 框 圈 出 现有的存贮器一般是办不到的 若选用高速存贮器芯片 一则很难买到 再则会使 成本成倍挺高 因此 为了使帧存贮器的工作速度和 ADC DAC的转换速度相匹配 必须在帧存贮器的输入 和输出加缓存电路进行串并变换 在数据写入时将 ADC来的高 速 串行数据 流转换 成低速的并行数 据流 在数据读 出时 将存贮 中读 出的并 行数据流变 成高速的串行数据流 送入 DA C将数字电视信号转换成模拟电视信号 2 视放 O 一 般视频 设备 如录相机等 输 出的全电视信号的峰峰值为 1 v 且 不含直流分 量 不符 合 ADC 的转换要求 故加视频放 大 将 卣入 的视频 信号放大 到 ADC所规定 之电平 否则 会增大量化噪声 且造成信号失真 3 视频模数转换器 ADC 在采样时钟的作用下 将模拟的视频信号转换成数字信号 在 A D和 D A转 换的过程 中 量化级数直接影响图象的信噪比和保真度 为了提高 图象信号在 A D 和 D A转换过程中的保真度 降低量化噪声 量化级数不能太少 P CM 编码方式产 生的信噪 比可按公式 S N 1 0 8 6 n 式中 n为量化后的二进制位数 计算 一般量 化后的二进 制数 为 8位 要求 高的可 用 1 0位或 l 2位 的 A D 转换 器 最低不 能少于 6 维普资讯 第 3 期 冯晋马玉香 帆频信号采集系统 一 3 3一 位 否 则 图象 的保 真度 和 信 噪 比不 能 被接 受 位 数越 多 的 A D 转 换 器 其价格 越 贵 成本就越高 究 竟选用几位 的 A D 转换 器台适 要根据对 图象 的要求而定 4 彩色付 载波提取 和振 荡电路 A D和 D A转换的采样频率应为彩色付载波的倍频 这样在一个彩色付载波的 固定位置采几个象素点 以提高色度信号的保真度 故将输人全电视信号中的彩色付载 波同步信号提取出来 彩色付载波同步信号是不连续的 由它控制振荡器产生连续的彩 色付载波 使振荡出来的彩色付载波和输入的彩色付载波同步信号同频同相 然后 由彩 色付载波对采样时钟振荡器进行锁相 以达到在每个彩色付载波固定位置采样的目的 5 时钟发生器 根据奈奎斯特采样定理 A D和 D A转换的采样时钟频率应在彩色付载波频率 的两倍以上 采样频率太低 A D和 D A转换后的图象失真 清析度低 采样频率 太高 则存贮器容量增大 电路复杂 且调试困难 一般采样频率为彩色付载波的三倍 频或 四倍频 即可 为此 时钟发生 器应 为倍频锁相环 电路 6 复合同步提取电路 复台同步信号包括场同步信号和行同步信号 把它们从全电视信号中提取 出来 用 来产生帧 同步 7 帧同步信号产生电路 帧同步信号标志一帧的开始 为了使存贮器的写和读均从一帧的同一位置开始 并 完整地存贮一帧信号 故需要用帧同步信号对帧存贮器地址进行清 0 对写的时间进 行控制 因此 用复合同步信号产生帧同步信号 我们知道 无论哪种制式的电视信 号 奇场同步信号和偶场同步信号都是有区别的 根据这个区别 可在奇场同步期 间产 生一个脉冲 而在偶场不产生 此脉冲即是帧旧步信号 8 控 制电路和地址 电路 在 同步信号和时钟信号的作用下 产生帧存贮器所需的地址信号 写信号 丽 读 信号 石 和片选信号 西 以及写缓存器和读缓存器所需的锁存信号和输出控制信号 9 微 机接口 这部分电路完成帧存贮器和微机之间进行数据交换 的功能 接 口由三部分组成 1 数据 F J 计算机和帧存贮器之问的数据交换通过此 口进行 即微机可通过数据 维普资讯 一 3 4一 信 息工程 学 院学报 1 9 9 1 年 口将帧存贮器中的一帧电视信号读入 汁算机内存或写入磁盘 亦可将经计算机处理后的 一 帧电视信号写入帧存贮器 数据 口为双问口 数据的传输方 向由系统工作模式控静 J 字 控制 由于计算机和帧存贮器输出的数据均已经过锁存 故数据 口无需对数据进行锁 存 2 控制口 控制u将计算机输出的系统工作模式控静 J 字送入采集系统 并进行锁 存 以确定采集系统 在某时刻的工作模式 根据采集系 统的功能要求 本 系统具有 五种 工作模式 顺序写A模式 在这种工作模式下 将经 ADC转换后的数字电视信号顺序写入 帧存贮器 如果工作模式不变 则后一帧信号特前一帧信号冲掉 这种工作模式 系统 用的同步信号 即帧存贮器地址的清 O 信号 为帧同步信号 时钟 为时钟发生器产生 的时钟脉 冲 存贮模式 若系统工作在顺序写入模式 一旦微机发出存贮模式控制字 等帧同 步信号到来时 系统将存贮模式控制字锁存 系统便由顺序写入模式变为存贮模式 帧 存贮器停止写数据 这样 完整的一帧电祝信号在帧存贮嚣之中 微机读模式 一帧信号存入帧存贮器之后 为了用微机处理 必须读入微机内存 或磁盘 这种功能就是在微机读模式 1 完成的 为了使微机和帧存贮器的速度匹配 时 序一致 在这种工作模 式下 帧存贮器及其控制电路的时钟用数据 口地址经译码产生的 脉冲 这样 微机读走一组数据 帧存贮器再送山一俎新的数据 直到一帧信号读完为 止 帧存贮 器地址 的清 O 信号 由微 机提 供 微机写模式 在这种工作模式 F 系统将微机处理后的一帧电视信号写入帧存贮 器 帧存贮器及其控制电路的时钟由数据 口地址经译码器产生 帧存贮器的清 0 信号 仍由微机提供 D A工作模式 为了检查微机对一帧电视信号处理的结果 须将写回帧存贮器 的一帧电视信号依次读 出 并经 D AC转换成模拟信号送入电视机定格显示 在这种工 作模式下 帧存贮器及其控制电路的同步信号仍用帧同步信号 时钟用时钟发生器产生 的时钟脉 冲 3 口地址译码器 由微机 C P U 进出的数据 口和控制u地址经译码后变成一个 个的脉冲 其作 用 是 锁存微机进出的控制字 适时地将数据叫打开 让数据通过 对帧存贮器 地址清 0 系统在模式 和模式 工作时 作为帧存贮器控制电路的时