专利名称：高亮度分辨率视频转换器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电脑视频技术领域，具体涉及提高电脑显示亮度分辨率的视频转换器。
背景技术：
目前广泛使用的电脑显示信号的红绿蓝均为8位信号，其可以实现的最小亮度变化为其最大亮度的0.4％(1/28)。因为电脑显示很大程度上依赖于丰富的颜色信息，因而在日常使用中，用户对亮度等级的要求并不高，8位信号基本上能够满足日常电脑使用的需求。事实上，人的视觉系统具有很高的亮度分辨能力，能够分辨8位信号的相邻两个亮度之间的其它亮度。也就是说，8位信号的显示卡不能提供对比度足够低的信号，用来进行人的视觉实验或临床检测。
荷兰《视觉研究》(Vision Research，1991，Vol 31，pp 1337-1350)报道了一种视频衰减器(video attenuator)的纯电阻电路，将电脑显示卡的红绿蓝模拟输出按一定比例衰减后相加，得到一个模拟信号，用来驱动一个单色显示器，利用三路衰减的比例不同，以电脑程序控制适当的红绿蓝信号，可以在单色显示器上得到低对比度的视觉信号。视频衰减器解决了视觉实验需要低对比度的问题，但是它存在以下缺点首先，由于衰减器由纯电阻线路构成，显示卡的信号不可避免地被衰减，就是说，虽然视频衰减器提高了对比度等级，但牺牲了一定的亮度；衰减器最大的缺点是只能驱动单色显示器，无法在一般的电脑显示器上实现视觉图形，而且使用单色显示器的用户要进行显示视觉图形外的其它工作(如编程)时也不方便，如果用户想使用彩色显示，需要添置另外一个彩色显示器，且插拔更换显示器或添置另外一块显示卡来驱动彩色显示器很不方便。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种视频转换器，以提高电脑显示信号的亮度分辨率，克服现有视频衰减器会将信号减弱和使用范围受局限的缺点。
这种高亮度分辨率视频转换器，其特征在于将三路信号输入口1、2、3各分为两路，其中的一路分别接到视频开关K2的三个输入端，开关K2的三个输出端分别接到视频转换器的三个输出口5、6、7；另一路分别接到视频开关K1的三个输入端，开关K1的三个输出端中的任意两路分别经电阻R1和R2接地，同时将这两路信号分别经电阻R3和R4后，接到视频运算放大器A的正相输入端；放大器A的负相输入端分两路一路经电阻R5接地，另一路经电阻R6接到放大器A的输出端；放大器A的输出端经25Ω电阻R7后分为三路，分别连接到视频开关K3的三个输入端，开关K3的三个输出端分别接到三个输出口5、6、7；视频开关K1、K2、K3的通断同时由一个电子开关控制当开关K1和K3分别处于接通状态时，开关K2处于断开状态；当开关K1和K3分别处于断开状态时，开关K2处于接通状态；开关K1的输出端中所剩的一路，接到一个单稳多谐振荡器M的输入端，振荡器M的输出端连接到触发信号输出端4；电阻R6的阻值采用所选放大器A的频率要求所指定的值，电阻R1到R5的取值根据以下方程求出R1＝R2，R5＝R6，R6‖R5＝(R2‖75+R4)‖(R1‖75+R3)，R1‖(R2‖75+R3+R4)＝75，(R2‖75+R4)/(R1‖75+R3)＝k，其中k为设计的衰减比例，符号‖表示两电阻并联。
视频转换器的信号输入和输出口可使用标准的15针VGA接口。其中的红、绿、蓝信号分别与三路信号输入口1、2、3相连，同步信号直接从输入口接到输出口。使用时，只需将视频转换器的输入与电脑显示卡的模拟输出连接，转换器的输出口与显示器连接即可。在电脑程序中控制接入放大器A的两路信号，即可获得高亮度分辨率的图形。如果用户需要触发信号来触发数据采集系统等设备，可以通过在电脑程序中控制接入振荡器M的信号来实现。
本实用新型高亮度分辨率视频转换器，以不同的比例将电脑显示卡的两个信号合成一个信号，由视频运算放大器放大后驱动普通的彩色显示器。与现有技术相比，本实用新型视频转换器由于在按不同比例组合两个电脑显示信号的基础上增加了视频运算放大器，因而可获得幅度无衰减的高亮度分辨率的黑白显示信号，而且输出功率可以驱动普通的彩色显示器。其优点可概括为(1)对信号没有衰减，可以得到显示器的最大亮度，并在整个亮度范围内显示低对比度图形，很好地解决了视觉图形的亮度和对比度问题；(2)使用方便。用户只需用附带的线连接显示卡到转换器的输入口，再将显示器信号线连接到转换器的输出口即可。另一个方便之处是用户可以很方便地在高分辨的黑白信号和正常的彩色显示之间切换；(3)不需要专用的单色显示器和额外的显示卡；(4)提供了易于编程控制的同步触发信号，可用于准确触发数据采集记录系统。
图1为本实用新型的高亮度分辨率视频转换器的线路图。
具体实施方式
实施例1本实施例的高亮度分辨率转换器的内部电路分两路一路是将三路信号输入口1、2、3分别经视频开关K2(如AD8074)直接到转换器的信号输出口5、6、7，用于显示正常的彩色信号；另一路将信号输入口1、2、3经视频开关K1后，红蓝信号1、3分别经电阻R1和R2接地后，经一个同相加法器合成一个信号；即将红蓝信号分别经电阻R3和R4后，接到视频运算放大器A(如AD8057)的正相输入端；放大器A的负相输入端分两路一路经电阻R5接地，另一路经反馈电阻R6接到放大器A的输出端；放大器A的输出端经输出电阻R7后分为三路，分别经视频开关K3后连接到转换器的信号输出口5、6、7，提供高分辨率的黑白信号；视频开关K1、K2、K3的通断同时由一个电子开关控制，当开关K1和K3接通时，开关K2断开；而当开关K1和K3断开时，开关K2接通。
绿信号经开关K1后，接到一个单稳多谐振荡器M(如MC14538)的输入端，通常振荡器M的外部电阻和电容的时间常数为100μS，为此可以取外部电阻和电容分别为50kΩ和0.002μF；这样振荡器M将提供一个5V、100μS触发信号到输出端4。如果用户需要其它波宽的触发信号，可以通过改变振荡器的外部电阻或电容来实现。
线路中的电阻1到7可根据以下条件确定R7为转换器的输出电阻，阻值为25Ω，这是为了与显示器的三路输入的电阻(75Ω/3)匹配；其它的电阻必须满足(1)运放的放大倍数为2，这样可保证得到无衰减的显示信号，即1+R6/R5＝2，或R6＝R5；(2)运放两输入端直流平衡，这是运放正常工作的要求，即R6‖R5＝(R2‖75+R4)‖(R1‖75+R3)，其中75为显示卡的输出阻抗，符号‖表示两电阻并联；(3)与显示卡的输出阻抗匹配，即R1‖(R2‖75+R3+R4)＝75，且R1＝R2；(4)两路信号的衰减比例符合设计目的，例如(R1‖75+R3)/(R2‖75+R4)＝k，其中k为设计的衰减比例，如250。根据以上5个独立的方程确定电阻1到6的阻值，因而阻值不是唯一的。但很多视频放大器在放大倍数为2时，为了获得较高的频率响应特性，要求反馈电阻R6取一定范围的阻值。这样，根据放大器的频率特性确定了R6后，其它的电阻值也可以根据所需的衰减比例确定了。如果R6＝500Ω，衰减比例为250，则线路中电阻1到7的阻值分别为75.1、75.1、62.7K、213.5、500、500和25Ω。所有电阻的精度≥99％，温度系数≤±100PPM/℃；运算放大器A的频率带宽≥140MHz，输出电流≥30mA；视频开关K1、K2、K3的频率带宽≥140MHz。
本实施例视频转换器的信号输入和输出口利用标准的15针VGA接口，其中的红、绿、蓝信号分别与三路信号输入口1、2、3相连，信号输入口的同步信号直接接到输出端的同步信号。使用时只需将视频转换器的输入与电脑显示卡的模拟输出连接，转换器的输出口与显示器连接即可。在电脑程序中控制接入放大器A的两路信号，即可获得高亮度分辨率的图形。如果用户需要触发信号来触发数据采集系统等设备，可将数据采集设备接到触发信号输出端4(BNC接头)。转换器上还有一个信号转换按钮，用来在高分辨的黑白信号和正常的彩色显示之间切换。电源输入口用来为转换器提供直流电源。
对于8位显示卡，红(R)、绿(G)、蓝(B)信号的有效值为0～255的整数。在一般的电脑中，当取R＝G＝B＝130时，显示器上显示一个中等亮度的灰度信号。如果想增加亮度，最小可控制的变化为R＝G＝B＝131。由此引起的亮度变化已经远大于人视觉系统的分辨能力。在该转换器设计中，R与B衰减比例为250∶1。在连接转换器后，当取B＝130、R＝0(G无关)时，得到中等亮度的灰度信号，此时可实现的最小亮度变化为1/250，方法为取B＝130、R＝1。实际上，如此小的变化人的视觉系统根本感觉不到。当取B＝130、R＝10时，亮度的变化与人视觉系统的阈值接近。此时相当于在一般的电脑系统中B＝G＝R＝130+10/250＝130.04(当然会被取整为130)。在实际使用时，用户只要给定亮度值，例如65.11，通过软件将整数部分赋给B＝65，小数部分由R实现，即R＝0.11×250＝27.5，取整为27，就可以实现实验所需的亮度(这里可以忽略B的衰减，因为其衰减系数250/251与1非常接近，当R的衰减系数较小时，程序中应考虑B的衰减)。
触发信号通过改变G信号来控制。当G从0改为255时，就有一个标准的触发信号输出。这样，控制触发信号的方法与控制视觉刺激完全相同，因而用户可以在同一电脑指令中输出视觉刺激和触发信号，做到触发信号和刺激完全同步。
由于电子元件和线路的误差，红蓝两路信号的衰减比例可能与理论值有一些差别，因而第一次使用时需要精确测量真正的衰减比例。这是我们取衰减比例为250，略低于16位信号所需的256(28)的原因。电脑程序中应使用测得的实际衰减比例。
高亮度分辨率的黑白信号一般只用来做显示视觉刺激图形。其它情况下，例如编程和分析数据时，用户当然希望使用彩色显示。这时只需按一下切换开关，就可以切换到正常的彩色显示。
权利要求1.一种高亮度分辨率视频转换器，其特征在于将三路信号输入口(1)、(2)、(3)各分为两路，其中的一路分别接到视频开关(K2)的三个输入端，开关(K2)的三个输出端分别接到视频转换器的三个输出口(5)、(6)、(7)；另一路分别接到视频开关(K1)的三个输入端，开关(K1)的三个输出端中的任意两路分别经电阻(R1)和(R2)接地，同时将这两路信号分别经电阻(R3)和(R4)后，接到视频运算放大器(A)的正相输入端；放大器(A)的负相输入端分两路一路经电阻(R5)接地，另一路经电阻(R6)接到放大器(A)的输出端；放大器(A)的输出端经25Ω电阻(R7)后分为三路，分别连接到视频开关(K3)的三个输入端，开关(K3)的三个输出端分别接到三个输出口(5)、(6)、(7)；视频开关(K1)、(K2)、(K3)的通断同时由一个电子开关控制当开关(K1)和(K3)分别处于接通状态时，开关(K2)处于断开状态；当开关(K1)和(K3)分别处于断开状态时，开关(K2)处于接通状态；开关(K1)的输出端中所剩的一路，接到一个单稳多谐振荡器(M)的输入端，振荡器(M)的输出端连接到触发信号输出端(4)；电阻(R6)的阻值采用所选放大器(A)的频率要求所指定的值，电阻(R1)到(R5)的取值根据以下方程求出R1＝R2，R5＝R6，R6‖R5＝(R2‖75+R4)‖(R1‖75+R3)，R1‖(R2‖75+R3+R4)＝75，(R2‖75+R4)/(R1‖75+R3)＝k，其中k为设计的衰减比例，符号‖表示两电阻并联。
专利摘要本实用新型高亮度分辨率视频转换器，特征是将电脑显示卡输出的红绿蓝三个模拟信号中的两个分别经一定比例的两个电阻后接到包含视频运算放大器的同相加法器，放大后信号分为三路，用来驱动彩色显示器，产生高亮度分辨率的视觉刺激；红绿蓝中的另一个信号通过单稳多谐振荡器产生触发信号，用于触发数据采集系统；三个视频开关由一个电子开关同步控制，用来切换视频转换器的输出，实现在高亮度分辨率的黑白信号和普通彩色显示之间的转换；视觉刺激和触发信号都通过在电脑程序中控制红绿蓝信号来实现。使用本实用新型视频转换器，可在具有普通显示卡和显示器的电脑上实现无衰减的、低对比度的视觉刺激，克服了普通电脑在视觉刺激应用中的局限性。
文档编号G06F3/14GK2565080SQ02220968
公开日2003年8月6日 申请日期2002年5月31日 优先权日2002年5月31日
发明者李祥瑞, 徐鹏景, 金坚中 申请人:中国科学技术大学