上個月接到任務，要求設計一視頻鉆孔機，用攝像頭檢測孔位，腳踏開關控制電機鉆孔。由于要對準孔位，因此顯示器上要有一參考標記。終合考慮，認為采用十字坐標對準孔位的方式比較準確，故此項目的主要難點在于如何在視頻信號中疊加一個十字坐標的信號與圖像同時在顯示器中顯示出來。
我們知道在電視系統中，為了能正確地重現圖像，要求收端（監視器）與發端（攝像頭）同步掃描。只要掃描頻率相同、起始相位相同，收端就可以重現發端圖像并認為是同步的。當收端、發端的頻率、相位不同時，圖像將被破壞，產生畸變，甚至無法重現，因此在圖像信號中加入了同步脈沖。在發送端，每當掃完一行圖像時，加入一個行同步脈沖，每掃完一場圖像時加入一個場同步脈沖。它們與圖像信號一起被發送出去。在接收端，使行掃描鋸齒波電流只有當行同步脈沖到達進才開始逆程期，而場掃描齒波電流也只有在場同步脈沖到達時才開始逆程期。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、場消隱脈沖，這時的圖像信號電平成為消隱電平。攝像頭輸出的是將圖像信號，同步信號，行、場消隱信號這三種信號組合起來形成的黑白全電視信號。我國電視規定：行頻為15625Hz，行同步脈寬為4.7μs；場頻為50Hz，場同步脈寬為2.5×1/15625=160μs。
因此若要人為的在視頻中加入十字坐標顯示，則需在攝像頭輸出的視頻信號中將行場同步分離，并在指定的行和場疊加高脈沖信號。
原理框圖及實現方案如下：
圖 1、 視頻十字座標顯示原理框圖
一、行場同步分離
在該方案中，使用專用芯片LM1881將行、場同步脈沖分離出來。LM1881是正極性圖像信號輸入、TTL電平輸出芯片，從而簡化了電路。圖2是LM1881的連接圖以及工作波形示意圖。正極性圖像信號從2腳輸入，在1腳和3腳分別輸出復合同步信號和場同步信號。5腳輸出后沿脈沖信號，作為鉗位放大器的鉗位脈沖輸入。7腳輸出奇偶場指示信號。
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、 視頻信號波形
1）在顯示器中指定的列畫點
在視頻信號中，一個行同步脈沖表示掃描一行，而一個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；因此若要在監視器中某列顯示一個亮點，則只需要在該同步脈沖的一個周期內將指定列處的模擬電壓值變大即可。
例如在N行中間列顯示一個亮點，波形圖如下：
2）在顯示器中指定的行畫點
根據電視機原理，行頻為15625Hz，場頻為50Hz，也就是說在場同步信號一個周期內有15626/50＝312.5個行同步脈沖，而這312.5個行同步脈沖正對應于一幅圖像的312.5個行。因此若要選擇某一行，只需要在場同步脈沖上升沿到來時對行同步脈沖進行計數即可。
例如要選擇中間行，可采用一計數器，當場同步脈沖上升沿到來時對行同步脈沖計數，計到312/2為止。（由于這里只是畫線，對線的分辯率不作要求，因此不考慮奇偶場）
三、十字坐標的實現
采用CPLD，取同步分離芯片的復合同步信號輸出，場同步信號輸出。當復合同步信號的上升沿到來時，對系統時鐘（24MHz）計數，當場同步信號上升沿到來時對復合同步脈沖計數，當系統時鐘計數計等于24000000/15625/2＝768且復合同步脈沖計數計到106～206時輸出一個高脈沖（5V峰峰值）。再將該信號與原視頻信號疊加，即可在顯示屏正中顯示一垂直線，如下圖：
當復合同步信號的上升沿到來時，對系統時鐘（24MHz）計數，當場同步信號上升沿到來時對復合同步脈沖計數，當系統時鐘計數計到558～938且復合同步脈沖計數等于156時輸出一個高脈沖（5V峰峰值）。再將該信號與原視頻信號疊加，即可在顯示屏正中顯示一水平線，如下圖：
再將兩路輸出信號或邏輯，即可得到十字坐標的顯示。
本文介紹了電視機行場掃描的原理，提出了一種視頻信號疊加的思路，采用CPLD作為控制器，方便靈活，只需根據一定的算法還可實現任意圖形和漢字字符的疊加，由于時間有限，本文不再敘述。
附錄：
1、 原理圖
