38967

Особенности представления сигналов в ТВК. Основные способы сопряжения телевизионных датчиков с цифровым вычислительным устройством (ЦВУ), предопределяющие архитектуру ТВК. Их достоинства и недостатки

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Основные способы сопряжения телевизионных датчиков с цифровым вычислительным устройством ЦВУ предопределяющие архитектуру ТВК. Посредством устройства вводавывода УВВ данные накапливаемые в БЗУ могут пересылаться в оперативную память цифрового вычислительного устройства ЦВУ и подвергаться дальнейшей обработке в соответствии с запрограммированным алгоритмом. Таким образом БЗУ служит для обеспечения условий независимой работы ТД и ЦВУ функционирующих до начала передачи данных в асинхронном режиме. Тогда ЦВУ в соответствии с...

Русский

2013-09-30

55 KB

0 чел.

Особенности представления сигналов в ТВК. Основные способы сопряжения телевизионных датчиков с цифровым вычислительным устройством (ЦВУ), предопределяющие архитектуру ТВК. Их достоинства и недостатки.

Во всех ТВК, независимо от их типа и назначения, на начальном этапе предполагается преобразование аналоговых входных оптических сигналов в совокупность дискретных электрических сигналов, пригодных для осуществления дальнейшей цифровой обработки

изображений с применением средств вычислительной техники.

Такое преобразование осуществляется в два этапа.

E(x,y) => U(xi ,yj ) => [Ei,j]

На первом этапе входной оптический сигнал изображения E(x,y), представляющий собой в общем случае двумерную непрерывную функцию непрерывных пространственных аргу-ментов (координаты x,y), преобразуется в электрические сигналы U(xi ,yj ), то есть в дву-мерную непрерывную функцию дискретных пространственных аргументов xi ,yj. Сигнал U(xi ,yj ) представляет собой видеоимпульсы, на выходе матричного фотоприёмника (например, матрица ФПЗС, фотодиодная матрица или КМОП-матрица).

Заметим, что, если в телевизионном датчике используется так называемая «трубка бегущего луча» или любая другая вакуумная трубка, дискретизация изображения по вертикали (вдоль направления кадровой развёртки) происходит за счет структуры растра. При этом необ-ходимая дополнительная дискретизация по горизонтали (вдоль строки) может достигаться путём применения специальной схемы выборки хранения.

Для фотоприемника с накоплением энергии (например, матрица ФПЗС) величина напряжения сигнала видеоимпульса, снимаемого с i-того элемента j-той строки, определяется выражением:

Здесь S – интегральная чувствительность фотоприёмника, выраженная через экспозицию;

Tн – время накопления; xi, yi – координаты центра фоточувствительного элемента;

Δx и Δx – размеры фоточувствительного элемента по горизонтали и вертикали соответственно.

Второй этап преобразования осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Он заключается в квантовании сигналов U(xi ,yj) по уровням и формировании двоичных кодов соответствующих чисел Ei,j.

Таким образом, в ТВК цифровой обработке изображений должны предшествовать преобразования входного оптического сигнала E(x,y) в матрицу [Ei,j], представляющую собой двумерный массив целых чисел. Очевидно, что всякое преобразование сигналов с помощью АЦП связано с нелинейными искажениями и появлением погрешности квантования, которую можно считать распределённой по равномерному закону в пределах ± h/2, где h – шаг кван-тования. Однако величина погрешности квантования при достаточной разрядности АЦП может быть значительно меньше других составляющих.

В зависимости от области применения и условий работы телевизионные системы могут содержать различное число телевизионных датчиков, в их структуре могут использоваться специальные устройства кодирования, уплотнения и записи видеоинформации, аналоговые мультиплексоры, демультиплексоры и т.п.

Следует выделить два основных принципа построения архитектуры ТВС, принципиально различающихся по способам сопряжения телевизионного датчика с вычислительным устройством (рис 2.1).

Первый способ (рис. 2.1а) заключается в использовании режима программного ввода видеоинформации в вычислительное устройство.

Сигнал от телевизионного датчика (ТД) поступает в устройство предварительной обработки (УПО). Здесь осуществляется «привязка» уровня видеосигнала, его необходимое усиление, с целью оптимального согласования с АЦП, и преобразование видеоимпульсов в последовательность цифровых двоичных кодов. С выхода УПО двоичные коды поступают в буферное запоминающее устройство (БЗУ), где накапливаются в виде массива данных. Посредством устройства ввода-вывода (УВВ) данные, накапливаемые в БЗУ, могут пере-сылаться в оперативную память цифрового вычислительного устройства (ЦВУ) и подвергаться дальнейшей обработке в соответствии с запрограммированным алгоритмом. Таким образом, БЗУ служит для обеспечения условий независимой работы ТД и ЦВУ, функционирующих до начала передачи данных в асинхронном режиме.

При необходимости ввода очередного кадра, которая инициализируется программой, по соответствующей команде УВВ передаёт в БЗУ сигнал «Сброс». После завершения очеред-ного цикла накопления массива данных БЗУ должно подтвердить свою готовность к обмену, передав через УВВ ответный сигнал «требование адреса» (ТА). Тогда ЦВУ в соот-ветствии с разработанной программой выполняет определённое число пересылок данных из БЗУ в собственную оперативную память, запрашивая при этом через УВВ нужные адреса ячеек памяти, из которых осуществляется чтение накопленной информации. Каждая пере-сылка сопровождается синхронизирующим сигналом «Ввод данных» (ВД), поступающим в БЗУ.

Достоинство: чрезвычайная гибкость алгоритма передачи данных, который можно легко изменять чисто программным путём; для реализации процесса обмена данными, как правило,

удаётся использовать в основном стандартные средства УВВ, входящие в состав ЦВУ и некоторые дополнительные элементы.

Недостатки: необходимость ожидания готовности БЗУ к передаче данных, и это время иногда может быть соизмеримо со временем обработки изображения.

Одной из разновидностей программного ввода данных является ввод данных в режиме прерывания основной выполняемой программы.

В этом случае процедура ввода также осуществляется ЦВУ под программным управлением, однако, процедура ввода инициализируется не программой, а каким-либо внешним устройством, например УПО или самим БЗУ.

Рис. 2.1. Варианты сопряжения телевизионного датчика с вычислительным

устройством: при программном режиме обмена (а); при обмене в режиме прямого доступа к памяти (б).

Ввод данных в режиме прерывания позволяет избежать необходимости ожидания готовности БЗУ, связанного с непроизводительной потерей времени ЦВУ.

Второй способ (рис.2.1б) предполагает реализацию режима прямого доступа к оперативной памяти ЦВУ без использования БЗУ.

В этом случае процессор ЦВУ как бы временно отключается, а функции по вводу данных в ЦВУ выполняет специальный блок сопряжения (БС). Перед началом цикла ввода БС вырабатывает сигнал «требование прямого доступа» (ТПД). По этому сигналу ЦВУ

заканчивает очередное обращение к памяти и посылает в БС ответный сигнал «предоставление прямого доступа» (ПДП). Сразу после этого БС начинает передавать данные, поступающие с УПО непосредственно в оперативную память ЦВУ, формируя при этом адреса ячеек оперативной памяти. Кроме того, БС осуществляет регенерацию памяти ЦВУ. После завершения ввода БС снимает состояние прямого доступа и вновь передаёт управление оперативной памятью процессору ЦВУ.

Достоинство и недостаток: в режиме прямого доступа достигается предельное быстродействие системы при передаче данных от ТД в ЦВУ, однако это достигается за счет некоторого усложнения аппаратной части и применения более жёсткого алгоритма обмена.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68020. Направления развития искусственного интеллекта 75.32 KB
  В настоящее время используются более сложные структуры естественно-языковых интерфейсов которые включают: морфологический анализ анализ слов в тексте; синтаксический анализ анализ предложений грамматики и связей между словами; семантический анализ анализ смысла каждого предложения...
68021. Принципы построения многопроцессорных вычислительных систем 18.21 KB
  Отметим что начать исследование проблемы синтеза интеллектуальных систем представляется целесообразным с обзора существующих научных взглядов проблем достижений и перспектив в области построения многопроцессорных вычислительных систем. Ведь как мы уже определили выше интеллектуальная...
68022. История противодействия коррупции в российском государстве - период до 1917 года 37.22 KB
  История коррупции не уступает по древности истории человеческой цивилизации. Коррупция в России - наиболее сложное и неоднозначное явление, специфичность которого связана с особым менталитетом, присущим россиянам.
68024. Протокол RIP (Routing Information Protocol) 121 KB
  В соответствии с протоколом RIP любая машина может быть маршрутизатором. В основу алгоритма маршрутизации по протоколу RIP положена простая идея: чем больше шлюзов надо пройти пакету тем больше времени требуется для прохождения маршрута. Другая идея которая призвана решить проблемы RIP...
68026. Психические явления. Познавательные явления 19.3 KB
  Внимание как особенность всех психических процессов. Внимание это сосредоточение психической деятельности человека на одном и том же объекте в данное время и при данных условиях. Внимание является особенностью всех процессов. Внимание к вещи которая интересна.