专利名称：具有动画功能的声像同步放像卡的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种声像同步放像装置，更确切地说，涉及一种以家用电子游戏机为基础，并利用盒式录音磁带(声象带)作为声像信息载体的具有动画功能的声像同步放像卡。
目前可以做到声像同步的放像装置有电影放映机、录像机、光碟机、影声同步幻灯机等，这些设备价格都比较昂贵，且其声像信息载体——电影胶片、录像磁带、激光视盘和幻灯片的价格也不菲，很难在国内普通家庭中普及应用。而以家用电子游戏机为基础的电脑学习机此类产品，也只能象游戏机一样，播放背景音乐之类的伴音，不能实时播放与其图象或文字相吻符的配音，即不能做到声像同步。申请人研制的专利技术《一种声像带及其制作方法》(CN90104842.9)和《一种声像卡和声像同步学习装置》(CN90107746.1)提供了一种可以把图象信息和与其同步的声音信号分别存贮在其两个声道上的盒式录音磁带——声象带，以及将声象带上的图像、伴音信息再现到电视机上的声象同步学习装置。但是上述装置再现的图象还只是一幅幅静止呆板的画面，类似于幻灯片的效果，且其声象也只能做到准同步，从而使其的应用受到很大局限，只能作为一种简易的学习装置而难于普及推广。
本实用新型的目的是提供一种有动画功能的声像同步放象卡，该卡不仅使声象同步吻合，而且充分利用电子游戏机处理器芯片的潜能，将卡通动画功能溶入影像中，使画面图、文、声并茂，成为一种既可用于学习教育，也能用于文化娱乐，适宜普及应用的声像同步放像装置。
本实用新型是这样实现的它是由分别接收声象带上声音信号、图象信号以及被放大的麦克风信号的三个输入接口、与标准游戏机通用接口相连的输出接口，以及位于印制板上的控制电路所组成；其特征在于上述控制电路是由声音信号处理单元、数据信号处理单元、中断请求单元、地址译码单元、计数及锁存单元、程序存储器ROM、数据存储器RAM1和图象存储器RAM2所组成；其中声音信号处理单元分别与声象带上的和来自麦克风的声音信号直接相连，其输出直接接游戏机接口的AUDIO端；声象带上的图象信号与数据信号处理单元相连，该处理单元的输出分别送至中断请求单元及计数及锁存单元；中断请求单元的输出与游戏机接口的CPU INT端相连；地址译码单元的五个输入端分别是游戏机接口的A11、A12、A13、A14和2Y3，其三个输出信号5000、5800和8000中的5000作为计数及锁存单元的输出使能和中断请求单元的中断请求复位信号，5800作为数据存储器RAM1的选通信号，而8000则作为程序存储器ROM的选通信号；程序存储器ROM和数据存储器RAM1分别与游戏机接口的CPU地址线A0-A14、A0-A10以及8根数据线D0-D7相连，数据存储器RAM1的读写控制信号WR与接口中CPU的读写控制信号R/W相连；图象存储器RAM2则与游戏机接口中的PPU的地址线PA0-PA12，8根数据线PD0-PD7相连，其片选端CS，输出使能端OE和读写控制端WR也分别与接口中的PPU地址线PA13、读信号PRD和写允许信号PR/W相连。上述声音信号处理单元是由对声象带中的声音信号解耦的电感L与串接的分压电路，对麦克风放大的声音信号进行直流基础电平的运放放大、分压、匹配电路，以及将上述两个信号叠加输出组成。上述数据信号处理单元是由用两个运放芯片及多个电阻、电容组成的、分别滤除50HZ电源串扰和15.6KHZ电视机辐射干扰的两级有源滤波器，及其后串接的由运放组成的比较器电路所构成。上述中断请求单元是用一个JK触发器构成的。上述地址译码单元是用两个八输入端的与非门及两个非门组成。上述计数及锁存单元是由对游戏机接口中的计数脉冲信号Φ2进行八分频的八分频器，将该八分频器输出的信号作为计数脉冲的8位计数器，以及将该计数器的八位输出均作为其输入、把数据信号处理单元输出信号作为其触发锁存信号、把地址译码单元输出的5000信号作为其输出使能信号的锁存器所组成，该锁存器的输出端则与游戏机接口的数据总线D0-D7相连。
本实用新型是对上述专利技术《一种声象卡和声象同步学习装置》进行改进而实现的。本实用新型也是接收从双声道立体声放声机传送来的声象带中录制的图象、声音信息，以及被麦克风放大后的声音信息，再配合家用卡式电子游戏机进行处理，然后送至电视机中重现的。但是其重现的画面是具有动画功能的，图、文、声并茂，且同步吻合，特别适用于文化教学，例如幼儿教育、外语学习、学生辅导等，也能作为卡拉OK视唱设备而用于娱乐游戏。
本实用新型最主要的技术特点是采用中断方式并配以计数器读入及处理磁带上的图象信息，这样，只要给图象波形有适当的缓冲，CPU就可以有充裕时间进行解码和将解码后的数据处理成图象信息；即CPU不会因解码和处理数据而丢失波形。从而为其处理磁带上连续不断的数据流提供了时间和技术保证，使控制画面背景的连续变化和动画的连续运动成为可能。同时，也解决了原先的专利技术采用查询方式工作时不能实现的声象完全同步的难题。
由于游戏机的资源有限，以及它对图象的种种限制，本实用新型为了充分挖掘其潜力，采用了图象拼接技术，即将每幅图象分解成点阵形式的基本图象单元，(例如8×8、16×16等等)，以尽可能少的不同基本图象单元来拼接成尽可能丰富而生动的画面。这样，就可以减少图象的数据量，可在很大程度上克服以磁带为记录媒介而造成对数据量的限制；也可以少占用游戏机的资源而产生形象、生动、能与电子游戏机相媲美的图象。此外，在对数据进行处理时，也是以每幅图象的局部为单位，一旦发生数据有误或丢失时，不会对整个画面造成致命破坏，加强了整个装置的柔韧性。
总之，本实用新型电路结构简单、工作可靠、使用方便、成本较低，还可以构成多种不同形式的装置，任意选用。例如本实用新型不仅可以制成独立的卡与家用游戏机、双声道放声机、电视机配合使用；也可以将本实用新型的控制电路与游戏机中央处理器的芯片(例如台湾联华公司生产的游戏机专用处理器芯片UM6561)和专用射频盒制成一体，只须外接立体声放声机、麦克风和电视机就可进行电化教育或卡拉OK自娱；还可以将磁带驱动器和放大器也一起装入本实用新型与游戏机芯片、射频盒构成的机壳内进行一体化设计而组成一个具有动画功能的声象同步放象装置；或者将上述若干部件和本实用新型一起与组合音响配套，构成组合音响的一种新颖而独特的功能——利用声象磁带放映有动画功能的图象。
图1是本实用新型的电原理结构框图。
图2是本实用新型声音信号处理单元的电原理图。
图3是本实用新型数据信号处理单元的电原理图。
图4是本实用新型中断请求单元的电原理图。
图5是本实用新型地址译码单元的电原理图。
图6是本实用新型计数及锁存单元的电原理图。
图7是本实用新型在使用时与其他电子设备的连接示意图。
图8是本实用新型另一实施例在使用时与其他设备的连接示意图。
图9是本实用新型又一实施例在使用时与其他设备的连接示意图。
图10是本实用新型再一实施例在使用时与其他设备的连接示意图。
参见图1，介绍本实用新型的电路结构和工作原理。本实用新型是将其输入接口中的立体声放音机的声音信号SOUND和麦克风发出的声音信号MIC送至声音信号处理单元1处理后，输出至游戏机通用接口中的声音调制接口端AUDIO。由立体声放音机输入的声象磁带上的图象信号WAVE则输入到图象信号处理单元2，由其整形变为方波信号后，一边去触发中断请求单元3，一边去控制计数及锁存单元5中的锁存器，锁定当前的计数值。中断请求单元3被触发后，经游戏机的中断接口INT请求CPU中断；计数及锁存单元5则把游戏机接口提供的Φ2信号作为计数脉冲而循环计数，锁存器则根据数据信号，将相应的计数值锁存，以备CPU读取。地址译码单元4则从游戏机接口中的五条地址线A11、A12、A13、A14和2Y3译出三个地址信号。其中5000分别与计数及锁存单元5的输出使能、中断请求单元3的清除端相连，5800和8000则分别与数据存储器7RAM1和程序存储器6ROM两芯片的片选信号相连。程序存储器6ROM和数据存储器7RAM1的地址线、数据线和读写控制皆通过接口直接与CPU的A0-A14、A0-A10、D0-D7、R/W相连，为CPU提供工作程序和数据缓存区。图象存储器8RAM2则与游戏机中的图象处理单元PPU的地址线PA0-PA12，数据线PD0-PD7相连，其片选端CS，输出使能端OE和读写控制端WR也分别与接口中的PPU的地址线PA13、读信号PRD和写允许信号PR/W相连，用于存放有关的图象信号。
本实用新型的工作原理是游戏机CPU按照程序存储器6ROM单元中所存放的指令，响应中断请求单元3的中断申请，在清除中断申请的同时，将计数锁存单元5锁存的计数值读出来。再进行计算和解码获得原始数据，并进一步形成图像数据送入PPU及图像存储器RAM2，图象处理单元PPU就可以根据这些数据形成图像信号，经游戏机中的调制电路转换为视频信号，配以另一路声音信号调制出的音频信号，就可以在电视上形成图、文、声并茂的节目，配以不同的录音带，可以播放出诸如教学、故事、卡拉OK等各种各样、丰富多采的节目。
下面结合图2-5展示的本实用新型各单元电原理图，具体介绍其工作信号流程。
参阅图2，声音信号处理单元1是把来自放音机的声音信号SOUND进行处理，再与被放大的来自麦克风的声音信号叠加，分压后送入游戏机的AUDIO输入端。对SOUND信号进行处理的电路包括使SOUND信号与放音机输出的另一路数据信号解耦的电感L1及电阻R1、R2、R3 。电阻R1作为放音机的负载，R2及R3构成分压电路。对麦克风信号MIC进行处理的电路由电阻R4、R5、R6、R7、R9、R3、电容C1、电位器R8及运算放大器U1组成；其中R4、R5构成一个分压电路，为输入信号MIC提供一个基础电平，R6、R7及运放U1构成一个负反馈放大电路，基于基础电平的MIC信号经放大，在运放的输出端将变成一个直流电平为2.5V左右的声音信号。这样可以避免因电路只能提供5V和0V的正负电压，零电平放大会造成信号失真的弊端。运放输出的信号经隔直电容C1，被R8，R9及R3两次分压，输出一个与SOUND信号相匹配的信号，这两个信号叠加，被送往音频调制接口AUDIO端。
立体声放音机输出的另一信号是由图象数据经编码而变成的方波，再变为适合于磁带记录及播放的一种类似正弦波的信号。在提供给CPU解码之前，必须再将其还原成方波。参阅图3，数据信号处理单元的电路由13个电阻R11-R23、9个电容C2-C10及三个运算放大器U2-U4组成。电阻R11为放音机提供负载，电容C2起隔直作用，电阻R12、R13、R14、电容C3、C4、C5及运放U2构成第一级有源滤波；R15、R16、R17、C5、C7、C8和运放U3构成第二级滤波。这两级滤波分别滤除信号中的50HZ电源串扰及15.6KHZ的电视机辐射干扰。R18为运算放大器负载，再经隔直电容C9和比较器运放U4后，即可还原出方波信号输出OUT。图中R22和R23构成分压电路，分别通过R19、R20、R21为比较器的正负输入端及经过隔直的WAVE信号提供直流电平。
图4所示的是选用JK触发器U5构成的中断请求单元3。由上述OUT信号触发而输出中断请求信号INT。CPU在响应中断时，通过地址译码单元4输出的地址信号5000使INT信号复位。
图5所示的地址译码单元4可使CPU能控制各个电路单元，其五个输入分别为游戏机的2Y3，A14、A13，A12、A11信号，经过译码，输出的三个信号分别为5000(其地址范围为5000-57FF，用于使计数及锁存单元的输出使能和中断请求单元的中断请求信号复位)、5800(其地址范围为5800-5FFF，用于选通数据存储器RAM1)及8000(其地址范围为8000-FFFF，用于选通程序存储器ROM)。其电路是选用两片八与非门及两个非门构成，2Y3可直接输出作为8000。
图6所示的计数及锁存单元是由一个八分频器，一个计数器和一个锁存器组成。由于游戏机提供的计数脉冲Φ2频率较高，一个图象基本单元的波形宽度计数值将超过八位，因而需先对Φ2进行八分频。电路可选用三个JK触发器串连而成，分频后的信号作为计数器的计数脉冲。计数器可由两个四位计数器串接，构成一个八位计数器，其八位输出接至锁存器的输入端，锁存器可选用74LS374，它由信号OUT的下降沿触发锁存，由选通信号5000使输出使能。CPU在读取数据后，与上次的计数值相减，即可知此次波形的宽度，从而进行解码。
另外，程序存储器6ROM可选用容量为32K*8的27256芯片，数据存储器7RAM1可选容量为2K*8的6116芯片，图像存储器8RAM2可选用容量为8K*8的6246芯片。
图7是本实用新型以卡式结构、以放象卡的形式，插在家用的电子游戏机插槽内使用时，与其他设备连接的示意图。
本实用新型也可以与游戏机专用处理器芯片(如台湾联华产品UM6561)和射频盒制成一体，构成一个精巧的放象装置(参见图8)，还可以与放音设备(如双声道立体声放音机、组合音响)进行一体化设计，制造具有播放动画功能的放象设备，用于电化教育和卡拉OK等场合(参见图9、图10)。
本实用新型已制成性能样机进行试验实施，图象具有卡通动画功能，卡拉OK中歌词字幕能随歌唱而同步变色，使图、文、声并茂，不失为一种颇具推广应用前景的声象放映装置。
权利要求1.一种具有动画功能的声象同步放象卡，是由分别接收声象带上声音信号、图象信号以及被放大的麦克风信号的三个输入接口、与标准游戏机通用接口相连的输出接口，以及位于印制板上的控制电路所组成，其特征在于上述控制电路是由声音信号处理单元、数据信号处理单元、中断请求单元、地址译码单元、计数及锁存单元、程序存储器ROM、数据存储器RAM1和图象存储器RAM2所组成；其中声音信号处理单元分别与声象带上的和来自麦克风的声音信号直接相连，其输出直接接游戏机接口的AUDIO端；声象带上的图象信号与数据信号处理单元相连，该处理单元的输出分别送至中断请求单元及计数及锁存单元；中断请求单元的输出与游戏机接口的CPU INT端相连；地址译码单元的五个输入端分别是游戏机接口的A11、A12、A13、A14和2Y3，其三个输出信号5000、5800和8000中的5000作为计数及锁存单元的输出使能和中断请求单元的中断请求复位信号，5800作为数据存储器RAM1的选通信号，而8000则作为程序存储器ROM的选通信号；程序存储器ROM和数据存储器RAM1分别与游戏机接口的CPU地址线AO-A14、A0-A10以及8根数据线D0-D7相连，数据存储器RAM1的读写控制信号WR与接口中CPU的读写控制信号R/W相连；图象存储器RAM2则与游戏机接口中的PPU的地址线PA0-PA12，8根数据线PD0-PD7相连，其片选端CS，输出使能端OE和读写控制端WR也分别与接口中的PPU的地址线PA13、读信号PRD和写允许信号PR/W相连。
2.如权利要求1所述的具有动画功能的声象同步放象卡，其特征在于上述声音信号处理单元是由对声象带中的声音信号解耦的电感与电阻串接的分压电路，对麦克风放大的声音信号进行直流基础电平的运放放大、分压、匹配电路，以及将上述两个信号叠加输出组成。
3.如权利要求1所述的具有动画功能的声象同步放象卡，其特征在于上述数据信号处理单元是由用两个运放芯片及电阻、电容组成的、分别滤除50HZ电源串扰和15.6KHZ电视机辐射干扰的两级有源滤波器，及其后串接的由运放组成的比较器电路所构成。
4.如权利要求1所述的具有动画功能的声象同步放象卡，其特征在于上述中断请求单元是用一个JK触发器构成的。
5.如权利要求1所述的具有动画功能的声象同步放象卡，其特征在于上述地址译码单元是用两个八输入端的与非门及两个非门组成。
6.如权利要求1所述的具有动画功能的声象同步放象卡，其特征在于上述计数及锁存单元是由对游戏机接口中的计数脉冲信号Φ2进行八分频的八分频器，将该八分频器输出的信号作为计数脉冲的8位计数器，以及将该计数器的八位输出均作为其输入、把数据信号处理单元输出信号作其触发锁存信号、把地址译码单元输出的5000信号作为其输出使能信号的锁存器所组成，该锁存器的输出端则与游戏机接口的数据总线D0-D7相连。
专利摘要一种具有动画动能的声像同步放象卡，由接收声像带上的声音、图像信号，和麦克风放大的声音信号三个输入接口和游戏机通用接口相连的输出接口与位于印制板上的控制电路所组成。其控制电路包括有声音信号处理单元、图像信号处理单元、中断请求单元、地址译码单元、计数及锁存单元、程序存储器、数据存储器和图像存储器。该装置配合游戏机可使重现的图像具有卡通动画功能，图、文、声同步吻合，为文化教育和卡拉OK娱乐的新型放像装置。
文档编号H04N5/14GK2224492SQ95211739
公开日1996年4月10日 申请日期1995年6月1日 优先权日1995年6月1日
发明者金子建, 张征宇, 郑威, 黄辉, 钱新兵, 刘新彦 申请人:北京市海淀四达技术开发中心