摘  要: 论述了一种视频信号中图像叠加的原理，并根据此原理进行了B码时统信号与视频信号的字符叠加系统的设计，利用M6237完成了系统的硬件实现和软件实现。

　　关键词: 视频信号  时统信号  视频同步信号  视频信号叠加

　　在视频图像信号中叠加一些具有标示作用的图形或字符，如时间信号，将能帮助显示图像中运动目标或图像中某些重要参量的演化，并能有效地简化后期的图像处理过程。本文设计了一种图像叠加的方案，并利用M6287芯片实现了对视频图像信号和时间信号的叠加。

1 叠加方案的设计

1.1 图形及字符的建模

　　在视频叠加中，由于需要输出特定的图形或字符，且这些图形或字符为已知的，因此，可以在系统的RAM中画出一定的区域按图形或字符的形状来构建字模。如图1所示为字符“3”构建后的字模。

　　在字模的构建中可以根据需要来扩大或缩小模板，以适合视频输出所需的字符大小。在输出字模进行字符叠加时应考虑原视频信号的制式，如PAL制式为隔行扫描，即一帧图像由奇、偶两场组成，奇场输出奇数行，偶场输出偶数行。这样，在字模输出时，应注意地址的跳变。如图1所示，字模输出时，地址跳变应为奇数场00H→02H→04H，偶数场01H→03H。通常，在字模构建时，可按奇数场与偶数场划分内存单元构建字模。

1.2 行/场计数器及同步时延计数器

　　行同步计数器用于控制字模在屏幕上输出的垂直位置，其可由CPU控制以实现输出字模在屏幕中的上、下位置的移动。场同步计数器用于控制字模的哪些部分于奇数场输出，哪些部分于偶数场输出，及一帧图像的叠加完成。

同步时延计数器用于控制字模在屏幕上输出的水平位置。

　　根据以上设计思路可以得到视频信号图像叠加方案设计总体框图。如图2所示。

2 硬件设计

　　根据本项目的设计方案，我们选用了LM1881作为视频信号的同步分离电路。根据有关资料的查询及本项目中主要在视频信号中叠加B码时统的时间信息，选用M6237作为核心器件设计了B码时统的时间信息视频叠加电路。

2.1 视频同步信号的提取

　　准确地提取视频信号中的同步信号是本项目的重要环节，我们选用了芯片LM1881芯片，其集成度高，仅需少量的外界元件，提取的同步信号极为可靠、准确。LM1881的引脚及连接如图3所示。

2.2 M6237

　　为了获得良好的叠加效果，在设计时选用了OKI公司推出的视频图形及字符叠加的专用芯片M6237。其芯片内部已构建了58种字模并以不同的地址存放，自带行/场同步计数器及同步延时电路，可以9行×20列共180个显示寄存单元同时输出180个字符。具有保持能力亦可在每场进行刷新，通过编程可实现在特定位置输出所需字符。M6237的引脚图如图4所示。

2.2.1 M6237的功能

　　·在M6237的内部已建立了26个大写字母、0～9十个数字及21个特殊字符共58个字符的字模。字模最小为5×7个像素，并可通过编程实现三级字模放大，并有字符补偿机能。

　　·有20(行)×9(列)共180个字符的画面构成。

　　·可指定显示位置，水平、垂直各64个位置，通过编程可实现字符的显示位置。

　　·可改变9行中1行的颜色(2色)，可使任意文字闪烁。

　　·用视频信号白电平输出字符，并用视频信号黑电平输出边框。

2.2.2 M6237的引脚功能

2.2.3 M6237的编程

　　在本项目中，主要实现B码时统时间信息的视频叠加。由于B码时统的时间信息精确到1ms，因此，在视频信号的每个场消隐期都要对输出字模进行修改。

M6237的显示画面由9行×20列共180个寄存器单元组成，即每一帧叠加到视频信号的字符最多为20行×9列共180个。芯片规定了这些寄存器单元的地址由00H～B3H及字模的内部代码，每个显示单元为5×7个像素，还可通过编程实现三级放大。各显示单元水平间隔为1个像素，垂直间隔为2个像素。

　　M6237内部自建了58个字符字模，其字符与代码为:00H～0CH为A～M;10H～1CH为N～Z;20H～29H为0～9;其他为特殊字符。

　　在M6237内部，还有四个控制寄存器，地址分别为B4H，B5H，B6H，B7H。地址为B4H的控制寄存器为显示单元的水平移动控制寄存器，可实现显示单元的64级水平移动;地址为B5H的控制寄存器显示单元的垂直移动控制寄存器，可实现显示单元的64级垂直移动;移动方式是将9行×20列180个字符一起移动;地址为B6H的控制寄存器为显示及字符大小控制寄存器;地址为B7H的控制寄存器为颜色选择控制寄存器。各控制寄存器功能如表1所示。

　　对M6237显示寄存单元和控制寄存器单元的数据写入时通过DA脚，LDI脚及CP脚完成。/CE为0时，选中M6237，当LDI为低电平时，可以写入地址，地址的八位数据由高位到低位逐位由DA端输入，并在CP的上升沿器件写入M6237;当LDI为高电平时，则可写入相应的数据，数据必须由8位组成，当数据不够8位时，可在高位补0或1，由DA端自高位到低位逐位输入，并在CP的上升沿期间写入M6237。

　　M6237在工作时需加入和信号，当为低电平时，芯片内部除数据传递电路外其他电路停止工作。因此要注意在位低电平较长的期间，即位低电平期间，避免在LDI变化下的数据传输。

2.3 系统实现

　　由于M6237的强大功能，使得在硬件设计方案中许多电路得到精简，提高了系统资源的利用率。本系统CPU采用89C51，根据项目要求，由信号作为CTC0的输入信号，并作为T0计数器外部输入脉冲，产生CPU的中断信号。并作为B码的锁存信号，经89C51读入转化为M6237对应的字符代码，输出至M6237使每一场都对显示单元进行刷新。如B码时统信号受到干扰，89C51转入读取后备时间电路DS12C887的时间信息。控制字符上、下、左、右的四个健经74LS148编码分别由P_1.0，P_1.1，P_1.2输入CPU，经CPU以查询方式读入P_1.0，P_1.1，P_1.2完成对叠加字符的上、下、左、右移动。按键的光抖由程序延时>10ms来完成。系统框图见图5。

3 软件设计

　　由于本项目中的难点均由硬件实现。所以，大大减少了软件设计的工作量。软件主要完成系统的初始化、等待视频输入信号的稳定过程、查询是否有键输入、数据代码转换及中断处理过程。图6为软件流程图。

　　· 视频输入信号的稳定过程

通过设定T0计数器的计数值，使系统在加电时刻不引起中断，待输入视频信号经过5、6场后，系统中视频输入信号稳定后，开始视频信号与时间信号的叠加，并恢复T0计数器，计数值为FFH，即每一场同步信号均触发中断。

　　· 初始化

　　由于M6237在刚加电时，各显示单元均为乱码，将所有显示单元写入“0FH”或“2E”进行清零，并对各控制寄存器进行初始化。

　　· 按键响应过程

　　CPU以查询方式检查P1.0，P1.1，P1.2，如有按键修改M6237的B4H，B5H地址单元，实现字符的上、下、左、右移动。

　　· 中断处理程序

　　主要完成B码时统及后备时间电路的时间信号译码及对M6237的相应位置进行输出。

　　· 后备时间电路的校时及启动

　　在前几次B码时统译码的中断处理程序中包含了对后备时间电路的校时程序，当B码时统的时间信息出现错误，程序将转入读取后备时间电路的时间信息，以保证叠加时间信息的连续性。

4 实验结果

　　通过本项目方案的硬件实现和软件编程，对32位B码时统信号12位毫秒信息，7位秒信息，7位分信息，6位时信息视频叠加结果显示时间与B码时统的时间显示十分吻合。经过录像机录像慢放后，视频叠加显示时间约有20毫秒左右的跳变，经分析为每场同步信号间隔及其间隔的不稳定所至。

参考文献

1 OKI电子??????MSM6237?????一?IC

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