摘要：交替法是圖像處理中常用的方法，針對(duì)該方法延遲較大的不足，提出了可將延遲減至最小的追趕法，并在光柵—筆劃兼容掃描系統(tǒng)中加以應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：視頻圖像 光柵—筆劃兼容掃描 追趕法 延遲
視頻技術(shù)以其直觀和信息量大而備受青睞，在軍事上如慣導(dǎo)、紅外成像等方面取得了一定的應(yīng)用，一些先進(jìn)的飛機(jī)上專(zhuān)門(mén)為此設(shè)計(jì)了顯示與控制系統(tǒng)。視頻圖像信息通過(guò)兩種方式供人們使用：一是直接觀看（包括先記錄后觀看），即通過(guò)人腦分析使用信息；二是信號(hào)處理，多采用計(jì)算機(jī)處理，將處理結(jié)果顯示或用于控制。后者處理和控制速度快，不足的是只能對(duì)圖像的明顯特征進(jìn)行處理。有時(shí)需將二者結(jié)合，邊自動(dòng)分析和控制，邊輔以人工監(jiān)視。計(jì)算機(jī)對(duì)視頻信號(hào)處理前需將視頻信號(hào)數(shù)字化，由A/D完成，一般采用交替法，即設(shè)立二個(gè)交替工作的幀存儲(chǔ)器，一個(gè)存儲(chǔ)視頻圖像的同時(shí)，另一個(gè)輸出信息供處理器使用。經(jīng)過(guò)一個(gè)周期后，二者功能交換，前者輸出信息而后者存入信息，如此往復(fù)。其功能框圖如圖1。工作處理周期一般取20ms,因視頻信號(hào)的周期是20ms，它包含一幅完整的視頻圖像信息。同時(shí)處理器也需要一定的時(shí)間，一般要求在20ms（或其整數(shù)倍）內(nèi)完成處理。

視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)上述處理過(guò)程，信息從產(chǎn)生到控制輸出至少延遲了20ms。這對(duì)系統(tǒng)的反應(yīng)速度和反應(yīng)能力將產(chǎn)生一定影響，對(duì)高速飛行和作戰(zhàn)的飛機(jī)影響更大。這是由于交替法固有的缺陷造成的。本文介紹一種新方法，即當(dāng)不需處理完整的畫(huà)面而且處理速度較快時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)將延遲縮短或取消，筆者稱(chēng)之為“追趕法”并應(yīng)用于光柵—筆劃兼容掃描系統(tǒng)。
1 光柵—筆劃兼容掃描
采用筆劃掃描的平視顯示器已廣泛用于各種戰(zhàn)斗機(jī)，它將飛機(jī)所有表盤(pán)的指示信息以字符和數(shù)字的形式顯示在飛行員正前方，使飛行員在觀察機(jī)外視景的同時(shí)，目不斜視即可看見(jiàn)各飛行參數(shù)，大大提高了戰(zhàn)機(jī)的反應(yīng)速度和作戰(zhàn)能力。數(shù)字化的飛行參數(shù)是“寫(xiě)”出來(lái)的，電子束僅僅掃描有筆劃的區(qū)域，即電子束只在有用的地方掃描，從而提高字符亮度，便于在強(qiáng)光背景下觀察。由于計(jì)算機(jī)處理視頻信息有一定的局恨性，在某些情況下需要飛行員觀察畫(huà)面，協(xié)助計(jì)算機(jī)完成工作。這就要求平視顯示器能夠顯示視頻圖像，具有光柵掃描（顯示圖像）和筆劃掃描（顯示字符）二種功能，即所謂的光柵—筆劃容掃描。
將數(shù)字字符轉(zhuǎn)化成光柵掃描形式的視頻畫(huà)面（如計(jì)算機(jī)監(jiān)視器），然后與視頻圖像疊加，合成一幅圖像，這樣只用一種掃描方式（光柵掃描）就可將數(shù)字和圖像信息全部顯示出來(lái)。原理框圖見(jiàn)圖2。
這是一種時(shí)間疊加，電子束一次掃描過(guò)視域空間，將字符與圖像同時(shí)顯示出來(lái)。電路簡(jiǎn)單，較易實(shí)現(xiàn)，但由于光柵掃描時(shí)電子束速度極快，字符顯示亮度很低，在強(qiáng)光背景下觀察非常困難，甚琺看不清。

另有一種空間疊加：字符仍然采用筆劃掃描，生成字符畫(huà)面，緊接著光柵掃描出圖像，二者在同一視野區(qū)域內(nèi)，視覺(jué)效果上能夠同時(shí)看見(jiàn)。這是一種分時(shí)掃描的方法，時(shí)間分配合理，字符亮度降低較少，符號(hào)定位精度高。為不致產(chǎn)生閃爍，筆劃掃描時(shí)間tc與光柵掃描時(shí)間tu必須滿足：
tc+tu≤ms
顯然，對(duì)各自的掃描時(shí)間都必須壓縮。筆劃掃描壓縮通過(guò)提高處理器速度、優(yōu)化掃描軌跡提高掃描效率實(shí)現(xiàn)。光柵掃描時(shí)間壓縮采用追趕法。
2 追趕法實(shí)現(xiàn)
對(duì)一幅圖像進(jìn)行時(shí)間壓縮而不損失其完整性，就要求對(duì)圖像不同部位延遲不同的時(shí)間：對(duì)先掃描的行延遲較多的時(shí)間，接下來(lái)逐行線性減少，直到最后一行延遲時(shí)間最少（甚至為0），然后再送顯示。傳統(tǒng)的模擬延遲線無(wú)法實(shí)現(xiàn)，必須采用數(shù)字化存儲(chǔ)延時(shí)，顯然這里對(duì)圖像信號(hào)只進(jìn)行延時(shí)（處理），不需要等到一幅完整的畫(huà)面完全存儲(chǔ)后再處理。因此可以只設(shè)置一個(gè)幀存，它由一塊雙端口存儲(chǔ)器（Dual-Port RAM）構(gòu)成。如圖3。
系統(tǒng)要求將周期20ms、正程顯示時(shí)間18.4ms的標(biāo)準(zhǔn)PAL制式視頻壓縮1/4，壓縮為周期20ms、正程顯示時(shí)間13.8ms的視頻，即在掃描周期不變的情況下，將正程顯示時(shí)間壓縮1/4。工作過(guò)程描述如下：
場(chǎng)正程開(kāi)始后將視頻信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換存入幀存，當(dāng)進(jìn)行到δ=18.4-13.8=4.6ms時(shí)，幀存另一端口開(kāi)始將數(shù)據(jù)輸出，輸出速率f2較A/D采樣速率?1高，二者速率之比為：18.4：18.8=1.333。
進(jìn)行到18.4ms時(shí)，輸入采樣了288-72=216行，用時(shí)64×216=13.824ms，一幀圖像結(jié)束，數(shù)據(jù)輸出了288行，用時(shí)64×3/4×288=13.824ms，即輸出與輸入同時(shí)結(jié)束，沒(méi)有延時(shí)，使得處理后的視頻延遲達(dá)到了最短（為0）。整個(gè)過(guò)程就好像輸出端在追趕輸入端——最終追上一樣，因此稱(chēng)之為追趕法。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，由于元器件參數(shù)的不一致性及溫度漂移影響，該延遲應(yīng)留一定余量。追趕時(shí)序如圖4所示。

實(shí)現(xiàn)中控制器采用一塊CPLD——EPM7128SLC84，對(duì)一幀圖像進(jìn)行點(diǎn)陣采樣，輸入采樣頻率
f1=720/H1p=13.846