УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОТОБРАЖЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОЙ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ НА ЭКРАНЕ КОМПЬЮТЕРНОГО МОНИТОРА
DEVICE AND METHOD TO DISPLAY TELEVISION VIDEO INFORMATION ON COMPUTER MONITOR SCREEN

Предлагаемое техническое решение относится к телевизионной технике и может быть использовано в телевизионных системах наблюдения за различными (точечными или протяженными) объектами: как в автономных замкнутых телевизионных системах, так и в телевизионных системах в составе оптико-электронных комплексов.
Отображение видеоинформации в телевизионных (ТВ) системах вещательного стандарта (с чересстрочным разложением изображения) осуществляется с применением известных видеоконтрольных устройств (ВКУ). В ТВ системах наблюдения с другими стандартами, например с прогрессивной (построчной) разверткой изображения, для отображения видеоинформации разрабатываются специальные ВКУ под каждый конкретный стандарт ТВ датчика [А.Е.Верешкин. Телевизионная аппаратура оптико-электронного комплекса "Окно". "Вопросы радиоэлектроники". Серия "Техника телевидения", 2006, вып.1]. В качестве альтернативного варианта отображения видеоинформации в нестандартных ТВ системах наблюдения в последнее время начали повсеместно использовать также стандартные компьютерные мониторы, для этого ТВ сигнал вводят в компьютер, в котором производят программным путем преобразование ТВ сигнала в сигналы VGA (SVGA, XGA), воспринимаемые компьютерным монитором.
В качестве прототипа принято техническое решение, описанное в патенте РФ №2216120 на изобретение с приоритетом от 28.07.2000 г. «Устройство и способ согласования видеоинформации в компьютерной системе», в котором описано компьютерное устройство отображения видеоинформации. Видеосигнал вводится в компьютерное устройство, в котором производится "согласование режимов синхронизации в поступающем видеосигнале и в используемом мониторе".
К недостаткам компьютерного способа отображения видеоинформации относятся необходимость разработки устройства ввода телевизионного сигнала в компьютер и соответствующего программного обеспечения, что является непростой задачей для отображения видеоинформации в реальном времени, относительное эксплуатационное усложнение аппаратуры отображения видеоинформации для таких замкнутых телевизионных систем, для основной работы которых компьютер не требуется, а также в составе специальных изделий, работающих в тяжелых климатических условиях, которым должен удовлетворять компьютер.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является исключение недостатков компьютерного способа отображения видеоинформации, упрощение задачи отображения на экранах стандартных компьютерных мониторов видеоинформации, формируемой в телевизионных системах наблюдения за объектами с прогрессивными развертками, нестандартными частотами строк и кадров, без применения компьютера, путем непосредственного аппаратурного преобразования телевизионного сигнала в воспринимаемые мониторами сигналы VGA (SVGA, XGA) и тем самым обеспечение отображения видеоинформации в широком диапазоне климатических условий при небольшом объеме аппаратуры, доступной при ее эксплуатации малоквалифицированному персоналу.
Это достигается тем, что устройство отображения телевизионной видеоинформации на экране компьютерного монитора отличается тем, что содержит преобразователь телевизионного сигнала, состоящий из аналого-цифрового преобразователя входного видеосигнала, выход которого через входной FIFO (first-in, first-out) буфер связан с входом контроллера записи-считывания видеоданных, вход-выход которого соединен с входом-выходом синхронного динамического ОЗУ, второй вход контроллера записи-считывания видеоданных подключен к выходу мультиплексора адресов записи-считывания видеоданных, а третий вход - к выходу генератора опорной частоты, выход контроллера записи-считывания видеоданных через выходной FIFO буфер подключен к входу выходного RGB регистра, три выхода которого соединены с соответствующими входами трехканального цифроаналогового преобразователя, выходы которого подключены к сигнальному входу компьютерного монитора, первый из двух входов мультиплексора адресов записи-считывания видеоданных соединен с выходом счетчика адреса записи, а второй - с выходом счетчика адреса считывания, при этом два входа счетчика записи с сигналами строчной и кадровой синхронизации подключены к соответствующим выходам контроллера выбора видеоданных, третий выход которого подключен к входам аналого-цифрового преобразователя входного видеосигнала и входного FIFO буфера соответственно, два входа счетчика адреса считывания подключены к двум выходам контроллера синхронизации VGA с сигналами строчной и кадровой синхронизации VGA, третий выход которого подключен к входам выходного FIFO буфера, выходного RGB регистра и трехканального цифроаналогового преобразователя соответственно, а четвертый и пятый выходы - к соответствующим входам выходного буфера сигналов синхронизации компьютерного монитора, два входа контроллера выбора видеоданных подключены через входной буфер к выходам датчика телевизионного сигнала по сигналам синхронизации строк (ССИ) и кадров (КСИ), а третий вход контроллера выбора видеоданных соединен с выходом делителя опорной частоты, вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты, выход которого подключен также к входу контроллера синхронизации VGA и входу контроллера записи-считывания видеоданных.
Предлагаемый способ отображения телевизионной видеоинформации на экране компьютерного монитора содержит операции основного устройства и заключается в том, что ТВ сигнал преобразуется непосредственно в сигналы VGA (SVGA, XGA) путем записи оцифрованного видеосигнала в реальном времени в синхронное динамическое запоминающее устройство ОЗУ и считывания его из синхронного динамического ОЗУ в стандарте VGA.
Для достижения этого результата поступающий от датчика ТВ сигнала видеосигнал преобразуют в цифровую форму с определенной тактовой частотой дискретизации, производят его буферизацию для формирования пакетов цифровых данных, необходимых для записи оцифрованного видеосигнала в синхронном динамическом ОЗУ, и записывают таким образом оцифрованный видеосигнал построчно в синхронном динамическом ОЗУ в стандарте, заданном сигналами строчной и кадровой синхронизации датчика ТВ сигнала, одновременно производят непрерывное и независимое считывание из синхронного динамического ОЗУ цифровых данных видеосигнала в другом стандарте, при котором работает компьютерный монитор (стандарт VGA), пакетами, которые в выходном FIFO буфере преобразуют в непрерывный поток цифровых кодов и далее в цифровые сигналы цветности (RGB сигналы), последние преобразуют в цифроаналоговом преобразователе в аналоговые RGB сигналы и подают на сигнальный вход компьютерного монитора, формируют сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации VGA, которые используют для управления режимом считывания записываемых в синхронном динамическом ОЗУ видеоданных в стандарте работы компьютерного монитора и для работы компьютерного монитора при отображении на экране видеоинформации, выдаваемой датчиком ТВ сигнала (ТВ системой).
Суть заявляемых устройства и способа поясняется чертежами.
На фиг.1 приведена обобщенная функциональная схема, демонстрирующая принципиально способ отображения телевизионной видеоинформации на экране компьютерного монитора.
На фиг.2 приведена развернутая структурная схема предлагаемого устройства отображения телевизионной видеоинформации на экране компьютерного монитора.
Устройство и способ отображения телевизионной видеоинформации на экране компьютерного монитора реализованы следующим образом.
Устройство отображения телевизионной видеоинформации, выдаваемой датчиком 1 ТВ сигнала на экране компьютерного монитора, содержит преобразователь 2 ТВ сигнала и компьютерный монитор 3. Преобразователь 2 ТВ сигнала содержит аналого-цифровой преобразователь АЦП 201 входного видеосигнала, выход которого через входной FIFO буфер 202 связан с контроллером 203 записи-считывания видеоданных, который соединен с синхронным динамическим ОЗУ 204, с мультиплексором 205 адресов записи и считывания видеоданных, с генератором 206 опорной частоты. Выход контроллера 203 записи-считывания видеоданных через выходной FIFO буфер 207 соединен с выходным RGB регистром 208, три выхода которого соединены с соответствующими входами трехканального цифроаналогового преобразователя ЦАП 209. Выходы ЦАП 209 подключаются к сигнальному входу компьютерного монитора 3. Первый из двух входов мультиплексора 205 адресов записи-считывания соединен с выходом счетчика 210 адреса записи, а второй вход - с выходом счетчика 211 адреса считывания. Два входа счетчика 210 адреса записи (с сигналами синхронизации ССИ, КСИ) соединены с соответствующими выходами контроллера 212 выбора видеоданных, у которого третий выход подключен к входам АЦП 201 и входного FIFO буфера 202. Два входа счетчика 211 адреса считывания соединены с двумя выходами контроллера 215 синхронизации VGA (с сигналами строчной и кадровой синхронизации VGA). Два входа контроллера 212 выбора видеоданных соединены через входной буфер 213 с выходами датчика 1 телевизионного сигнала по сигналам синхронизации строк (ССИ) и кадров (КСИ), а третий вход контроллера 212 выбора видеоданных соединен с выходом делителя 214 опорной частоты, вход которого подключен к выходу генератора 206 опорной частоты. Выход генератора 206 опорной частоты подключен также к контроллеру 203 записи-считывания видеоданных и к входу контроллера 215 синхронизации VGA. Один выход контроллера 215 синхронизации VGA подключен к входам выходного FIFO буфера 207, выходного RGB регистра 208 и ЦАП 209, а два других выхода - к соответствующим входам выходного буфера 216 сигналов синхронизации компьютерного монитора 3.
Устройство отображения телевизионной видеоинформации на экране компьютерного монитора работает следующим образом.
Входной видеосигнал поступает на АЦП 201, с выхода которого оцифрованные дискретные значения (коды) видеосигнала передаются через входной FIFO буфер 202 на контроллер 203 записи-считывания видеоданных и через него на запись в синхронном динамическом ОЗУ 204. Входной FIFO буфер 202 обеспечивает непрерывность записи оцифрованного видеосигнала, формируя для передачи в синхронное динамическое ОЗУ 204 видеоданные пакетами, например, по 64 отсчета. Тактовая частота ТЧ1 дискретизации видеосигнала, фазированная строчными синхронизирующими импульсами ССИ, поступающими от ТВ системы через входной буфер 213, формируется в контроллере 212 выбора видеоданных из сигнала опорной частоты ОЧ, поступающего от генератора 206 опорной частоты через делитель 214 опорной частоты. На контроллер 203 записи-считывания видеоданных поступают также непрерывно сигнал опорной частоты ОЧ от генератора 206 опорной частоты и через мультиплексор 205 адресов записи-считывания коды адресов, находящихся в синхронном динамическом ОЗУ 204: от счетчика 210 адреса записи код адреса на запись дискретных значений видеосигнала, синхронизированного сигналами ССИ, КСИ, и от счетчика 211 адреса считывания код адреса на считывание в стандарте VGA, который определяется сигналами синхронизации VGA по строкам (по горизонтали) СС и по кадрам (по вертикали) СК, формируемыми в контроллере 215 синхронизации VGA.
Контроллер 203 записи-считывания видеоданных управляет режимами записи и считывания дискретных значений видеосигнала в синхронном динамическом ОЗУ 204, передает на запись и принимает при считывании видеоданные. Входные данные текущего кадра непрерывно, строка за строкой, записываются в синхронное динамическое ОЗУ 204, где сохраняются до прихода данных следующего кадра. Скорости записи и считывания видеоданных различны и соответствуют параметрам входного видеосигнала и выходного сигнала для VGA. Преобразование видеосигнала по строке получается за счет разницы скоростей считывания и записи видеоданных, а преобразование последовательности строк обеспечивается счетчиками 210, 211 адреса записи и адреса считывания.
Сигналы цветности для VGA компьютерного монитора 3 выдает контроллер 203 записи-считывания видеоданных через выходной FIFO буфер 207, обеспечивающий непрерывность выходного потока видеоданных, поступающих с ОЗУ 204 на выходной RGB регистр 208, а с выходного RGB регистра 208 на выходной трехканальный цифроаналоговый преобразователь ЦАП 209, с которого выходят сигналы R, G, В, передаваемые через выходной RGB разъем на компьютерный монитор 3. Все выходные блоки 207, 208, 209 работают на тактовой частоте ТЧ2, формируемой контроллером 215 синхронизации VGA из опорной частоты ОЧ. Контроллер 215 синхронизации VGA формирует также сигналы горизонтальной (SINC_H) и вертикальной (SINC_V) синхронизации VGA, которые подаются на компьютерный монитор 3 через выходной буфер 216 (буферные усилители), обеспечивающий необходимые для работы компьютерного монитора ТТЛ уровни сигналов.
Функциональные элементы модуля преобразователя 2 ТВ сигнала, обведенные на фиг.2 пунктирными линиями, то есть все, за исключением АЦП 201, ЦАП 209, ОЗУ 204, входного 213 и выходного 216 буферов и генератора 206 опорной частоты, реализуются на одной программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС). Каждый из элементов ОЗУ, АЦП, ЦАП, буферы реализуют отдельными микросхемами. В результате устройство становится малогабаритным.
Конструктивно устройство отображения телевизионной видеоинформации на экране компьютерного монитора может быть выполнено в трех вариантах.
Во-первых, в виде функционального электронного модуля, представленного структурно на фиг.2 (без компьютерного монитора 3), который можно включать в состав аппаратуры телевизионной системы наблюдения за объектами или в состав аппаратуры какого-то другого применения. Функциональные элементы модуля преобразователя 2 ТВ сигнала, обведенные на фиг.2 пунктирными линиями, то есть все, за исключением АЦП 201, ЦАП 209, ОЗУ 204, входного 213 и выходного 216 буферов и генератора 206 опорной частоты, реализуются на одной программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).
Во-вторых, в виде автономного настольного моноблока и подключенного к нему монитора с расположением преобразователя на любом удалении от монитора, в том числе и с применением его в качестве подставки под монитор. В этом варианте функциональный модуль дополняется вторичным источником электропитания, схемой загрузки ПЛИС, кнопочной панелью управления и объединяется с ними конструктивно.
В-третьих, в виде блока преобразователя, устанавливаемого в стойку (шкаф) конструктива «Евромеханика», и подключенного к нему кабелем монитора с выносом на требуемое расстояние. По составу функциональных элементов стоечный вариант блока аналогичен настольному моноблоку.
Предлагаемые устройство и способ отображения телевизионной видеоинформации позволяют реализовать следующие преимущества перед способами и устройствами: минимальные аппаратурный объем, масса и потребляемая мощность, конструктивная простота, что обеспечивает наименьшую стоимость аппаратуры, возможность обслуживания (эксплуатации) ее неквалифицированным персоналом, высокая надежность работы аппаратуры, в том числе в широком диапазоне климатических условий, инвариантность (универсальность) предложенного способа к различным стандартам телевизионных систем наблюдения за объектами.