專利名稱：具有動畫功能的聲像同步放像卡的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種聲像同步放像裝置，更確切地說，涉及一種以家用電子游戲機為基礎，并利用盒式錄音磁帶(聲象帶)作為聲像信息載體的具有動畫功能的聲像同步放像卡。
目前可以做到聲像同步的放像裝置有電影放映機、錄像機、光碟機、影聲同步幻燈機等，這些設備價格都比較昂貴，且其聲像信息載體——電影膠片、錄像磁帶、激光視盤和幻燈片的價格也不菲，很難在國內(nèi)普通家庭中普及應用。而以家用電子游戲機為基礎的電腦學習機此類產(chǎn)品，也只能象游戲機一樣，播放背景音樂之類的伴音，不能實時播放與其圖象或文字相吻符的配音，即不能做到聲像同步。申請人研制的專利技術《一種聲像帶及其制作方法》(CN90104842.9)和《一種聲像卡和聲像同步學習裝置》(CN90107746.1)提供了一種可以把圖象信息和與其同步的聲音信號分別存貯在其兩個聲道上的盒式錄音磁帶——聲象帶，以及將聲象帶上的圖像、伴音信息再現(xiàn)到電視機上的聲象同步學習裝置。但是上述裝置再現(xiàn)的圖象還只是一幅幅靜止呆板的畫面，類似于幻燈片的效果，且其聲象也只能做到準同步，從而使其的應用受到很大局限，只能作為一種簡易的學習裝置而難于普及推廣。
本實用新型的目的是提供一種有動畫功能的聲像同步放象卡，該卡不僅使聲象同步吻合，而且充分利用電子游戲機處理器芯片的潛能，將卡通動畫功能溶入影像中，使畫面圖、文、聲并茂，成為一種既可用于學習教育，也能用于文化娛樂，適宜普及應用的聲像同步放像裝置。
本實用新型是這樣實現(xiàn)的它是由分別接收聲象帶上聲音信號、圖象信號以及被放大的麥克風信號的三個輸入接口、與標準游戲機通用接口相連的輸出接口，以及位于印制板上的控制電路所組成；其特征在于上述控制電路是由聲音信號處理單元、數(shù)據(jù)信號處理單元、中斷請求單元、地址譯碼單元、計數(shù)及鎖存單元、程序存儲器ROM、數(shù)據(jù)存儲器RAM1和圖象存儲器RAM2所組成；其中聲音信號處理單元分別與聲象帶上的和來自麥克風的聲音信號直接相連，其輸出直接接游戲機接口的AUDIO端；聲象帶上的圖象信號與數(shù)據(jù)信號處理單元相連，該處理單元的輸出分別送至中斷請求單元及計數(shù)及鎖存單元；中斷請求單元的輸出與游戲機接口的CPU INT端相連；地址譯碼單元的五個輸入端分別是游戲機接口的A11、A12、A13、A14和2Y3，其三個輸出信號5000、5800和8000中的5000作為計數(shù)及鎖存單元的輸出使能和中斷請求單元的中斷請求復位信號，5800作為數(shù)據(jù)存儲器RAM1的選通信號，而8000則作為程序存儲器ROM的選通信號；程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM1分別與游戲機接口的CPU地址線A0-A14、A0-A10以及8根數(shù)據(jù)線D0-D7相連，數(shù)據(jù)存儲器RAM1的讀寫控制信號WR與接口中CPU的讀寫控制信號R/W相連；圖象存儲器RAM2則與游戲機接口中的PPU的地址線PA0-PA12，8根數(shù)據(jù)線PD0-PD7相連，其片選端CS，輸出使能端OE和讀寫控制端WR也分別與接口中的PPU地址線PA13、讀信號PRD和寫允許信號PR/W相連。上述聲音信號處理單元是由對聲象帶中的聲音信號解耦的電感L與串接的分壓電路，對麥克風放大的聲音信號進行直流基礎電平的運放放大、分壓、匹配電路，以及將上述兩個信號疊加輸出組成。上述數(shù)據(jù)信號處理單元是由用兩個運放芯片及多個電阻、電容組成的、分別濾除50HZ電源串擾和15.6KHZ電視機輻射干擾的兩級有源濾波器，及其后串接的由運放組成的比較器電路所構成。上述中斷請求單元是用一個JK觸發(fā)器構成的。上述地址譯碼單元是用兩個八輸入端的與非門及兩個非門組成。上述計數(shù)及鎖存單元是由對游戲機接口中的計數(shù)脈沖信號Φ2進行八分頻的八分頻器，將該八分頻器輸出的信號作為計數(shù)脈沖的8位計數(shù)器，以及將該計數(shù)器的八位輸出均作為其輸入、把數(shù)據(jù)信號處理單元輸出信號作為其觸發(fā)鎖存信號、把地址譯碼單元輸出的5000信號作為其輸出使能信號的鎖存器所組成，該鎖存器的輸出端則與游戲機接口的數(shù)據(jù)總線D0-D7相連。
本實用新型是對上述專利技術《一種聲象卡和聲象同步學習裝置》進行改進而實現(xiàn)的。本實用新型也是接收從雙聲道立體聲放聲機傳送來的聲象帶中錄制的圖象、聲音信息，以及被麥克風放大后的聲音信息，再配合家用卡式電子游戲機進行處理，然后送至電視機中重現(xiàn)的。但是其重現(xiàn)的畫面是具有動畫功能的，圖、文、聲并茂，且同步吻合，特別適用于文化教學，例如幼兒教育、外語學習、學生輔導等，也能作為卡拉OK視唱設備而用于娛樂游戲。
本實用新型最主要的技術特點是采用中斷方式并配以計數(shù)器讀入及處理磁帶上的圖象信息，這樣，只要給圖象波形有適當?shù)木彌_，CPU就可以有充裕時間進行解碼和將解碼后的數(shù)據(jù)處理成圖象信息；即CPU不會因解碼和處理數(shù)據(jù)而丟失波形。從而為其處理磁帶上連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)流提供了時間和技術保證，使控制畫面背景的連續(xù)變化和動畫的連續(xù)運動成為可能。同時，也解決了原先的專利技術采用查詢方式工作時不能實現(xiàn)的聲象完全同步的難題。
由于游戲機的資源有限，以及它對圖象的種種限制，本實用新型為了充分挖掘其潛力，采用了圖象拼接技術，即將每幅圖象分解成點陣形式的基本圖象單元，(例如8×8、16×16等等)，以盡可能少的不同基本圖象單元來拼接成盡可能豐富而生動的畫面。這樣，就可以減少圖象的數(shù)據(jù)量，可在很大程度上克服以磁帶為記錄媒介而造成對數(shù)據(jù)量的限制；也可以少占用游戲機的資源而產(chǎn)生形象、生動、能與電子游戲機相媲美的圖象。此外，在對數(shù)據(jù)進行處理時，也是以每幅圖象的局部為單位，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)有誤或丟失時，不會對整個畫面造成致命破壞，加強了整個裝置的柔韌性。
總之，本實用新型電路結構簡單、工作可靠、使用方便、成本較低，還可以構成多種不同形式的裝置，任意選用。例如本實用新型不僅可以制成獨立的卡與家用游戲機、雙聲道放聲機、電視機配合使用；也可以將本實用新型的控制電路與游戲機中央處理器的芯片(例如臺灣聯(lián)華公司生產(chǎn)的游戲機專用處理器芯片UM6561)和專用射頻盒制成一體，只須外接立體聲放聲機、麥克風和電視機就可進行電化教育或卡拉OK自娛；還可以將磁帶驅動器和放大器也一起裝入本實用新型與游戲機芯片、射頻盒構成的機殼內(nèi)進行一體化設計而組成一個具有動畫功能的聲象同步放象裝置；或者將上述若干部件和本實用新型一起與組合音響配套，構成組合音響的一種新穎而獨特的功能——利用聲象磁帶放映有動畫功能的圖象。


圖1是本實用新型的電原理結構框圖。
圖2是本實用新型聲音信號處理單元的電原理圖。
圖3是本實用新型數(shù)據(jù)信號處理單元的電原理圖。
圖4是本實用新型中斷請求單元的電原理圖。
圖5是本實用新型地址譯碼單元的電原理圖。
圖6是本實用新型計數(shù)及鎖存單元的電原理圖。
圖7是本實用新型在使用時與其他電子設備的連接示意圖。
圖8是本實用新型另一實施例在使用時與其他設備的連接示意圖。
圖9是本實用新型又一實施例在使用時與其他設備的連接示意圖。
圖10是本實用新型再一實施例在使用時與其他設備的連接示意圖。
參見圖1，介紹本實用新型的電路結構和工作原理。本實用新型是將其輸入接口中的立體聲放音機的聲音信號SOUND和麥克風發(fā)出的聲音信號MIC送至聲音信號處理單元1處理后，輸出至游戲機通用接口中的聲音調制接口端AUDIO。由立體聲放音機輸入的聲象磁帶上的圖象信號WAVE則輸入到圖象信號處理單元2，由其整形變?yōu)榉讲ㄐ盘柡螅贿吶ビ|發(fā)中斷請求單元3，一邊去控制計數(shù)及鎖存單元5中的鎖存器，鎖定當前的計數(shù)值。中斷請求單元3被觸發(fā)后，經(jīng)游戲機的中斷接口INT請求CPU中斷；計數(shù)及鎖存單元5則把游戲機接口提供的Φ2信號作為計數(shù)脈沖而循環(huán)計數(shù)，鎖存器則根據(jù)數(shù)據(jù)信號，將相應的計數(shù)值鎖存，以備CPU讀取。地址譯碼單元4則從游戲機接口中的五條地址線A11、A12、A13、A14和2Y3譯出三個地址信號。其中5000分別與計數(shù)及鎖存單元5的輸出使能、中斷請求單元3的清除端相連，5800和8000則分別與數(shù)據(jù)存儲器7RAM1和程序存儲器6ROM兩芯片的片選信號相連。程序存儲器6ROM和數(shù)據(jù)存儲器7RAM1的地址線、數(shù)據(jù)線和讀寫控制皆通過接口直接與CPU的A0-A14、A0-A10、D0-D7、R/W相連，為CPU提供工作程序和數(shù)據(jù)緩存區(qū)。圖象存儲器8RAM2則與游戲機中的圖象處理單元PPU的地址線PA0-PA12，數(shù)據(jù)線PD0-PD7相連，其片選端CS，輸出使能端OE和讀寫控制端WR也分別與接口中的PPU的地址線PA13、讀信號PRD和寫允許信號PR/W相連，用于存放有關的圖象信號。
本實用新型的工作原理是游戲機CPU按照程序存儲器6ROM單元中所存放的指令，響應中斷請求單元3的中斷申請，在清除中斷申請的同時，將計數(shù)鎖存單元5鎖存的計數(shù)值讀出來。再進行計算和解碼獲得原始數(shù)據(jù)，并進一步形成圖像數(shù)據(jù)送入PPU及圖像存儲器RAM2，圖象處理單元PPU就可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)形成圖像信號，經(jīng)游戲機中的調制電路轉換為視頻信號，配以另一路聲音信號調制出的音頻信號，就可以在電視上形成圖、文、聲并茂的節(jié)目，配以不同的錄音帶，可以播放出諸如教學、故事、卡拉OK等各種各樣、豐富多采的節(jié)目。
下面結合圖2-5展示的本實用新型各單元電原理圖，具體介紹其工作信號流程。
參閱圖2，聲音信號處理單元1是把來自放音機的聲音信號SOUND進行處理，再與被放大的來自麥克風的聲音信號疊加，分壓后送入游戲機的AUDIO輸入端。對SOUND信號進行處理的電路包括使SOUND信號與放音機輸出的另一路數(shù)據(jù)信號解耦的電感L1及電阻R1、R2、R3 。電阻R1作為放音機的負載，R2及R3構成分壓電路。對麥克風信號MIC進行處理的電路由電阻R4、R5、R6、R7、R9、R3、電容C1、電位器R8及運算放大器U1組成；其中R4、R5構成一個分壓電路，為輸入信號MIC提供一個基礎電平，R6、R7及運放U1構成一個負反饋放大電路，基于基礎電平的MIC信號經(jīng)放大，在運放的輸出端將變成一個直流電平為2.5V左右的聲音信號。這樣可以避免因電路只能提供5V和0V的正負電壓，零電平放大會造成信號失真的弊端。運放輸出的信號經(jīng)隔直電容C1，被R8，R9及R3兩次分壓，輸出一個與SOUND信號相匹配的信號，這兩個信號疊加，被送往音頻調制接口AUDIO端。
立體聲放音機輸出的另一信號是由圖象數(shù)據(jù)經(jīng)編碼而變成的方波，再變?yōu)檫m合于磁帶記錄及播放的一種類似正弦波的信號。在提供給CPU解碼之前，必須再將其還原成方波。參閱圖3，數(shù)據(jù)信號處理單元的電路由13個電阻R11-R23、9個電容C2-C10及三個運算放大器U2-U4組成。電阻R11為放音機提供負載，電容C2起隔直作用，電阻R12、R13、R14、電容C3、C4、C5及運放U2構成第一級有源濾波；R15、R16、R17、C5、C7、C8和運放U3構成第二級濾波。這兩級濾波分別濾除信號中的50HZ電源串擾及15.6KHZ的電視機輻射干擾。R18為運算放大器負載，再經(jīng)隔直電容C9和比較器運放U4后，即可還原出方波信號輸出OUT。圖中R22和R23構成分壓電路，分別通過R19、R20、R21為比較器的正負輸入端及經(jīng)過隔直的WAVE信號提供直流電平。
圖4所示的是選用JK觸發(fā)器U5構成的中斷請求單元3。由上述OUT信號觸發(fā)而輸出中斷請求信號INT。CPU在響應中斷時，通過地址譯碼單元4輸出的地址信號5000使INT信號復位。
圖5所示的地址譯碼單元4可使CPU能控制各個電路單元，其五個輸入分別為游戲機的2Y3，A14、A13，A12、A11信號，經(jīng)過譯碼，輸出的三個信號分別為5000(其地址范圍為5000-57FF，用于使計數(shù)及鎖存單元的輸出使能和中斷請求單元的中斷請求信號復位)、5800(其地址范圍為5800-5FFF，用于選通數(shù)據(jù)存儲器RAM1)及8000(其地址范圍為8000-FFFF，用于選通程序存儲器ROM)。其電路是選用兩片八與非門及兩個非門構成，2Y3可直接輸出作為8000。
圖6所示的計數(shù)及鎖存單元是由一個八分頻器，一個計數(shù)器和一個鎖存器組成。由于游戲機提供的計數(shù)脈沖Φ2頻率較高，一個圖象基本單元的波形寬度計數(shù)值將超過八位，因而需先對Φ2進行八分頻。電路可選用三個JK觸發(fā)器串連而成，分頻后的信號作為計數(shù)器的計數(shù)脈沖。計數(shù)器可由兩個四位計數(shù)器串接，構成一個八位計數(shù)器，其八位輸出接至鎖存器的輸入端，鎖存器可選用74LS374，它由信號OUT的下降沿觸發(fā)鎖存，由選通信號5000使輸出使能。CPU在讀取數(shù)據(jù)后，與上次的計數(shù)值相減，即可知此次波形的寬度，從而進行解碼。
另外，程序存儲器6ROM可選用容量為32K*8的27256芯片，數(shù)據(jù)存儲器7RAM1可選容量為2K*8的6116芯片，圖像存儲器8RAM2可選用容量為8K*8的6246芯片。
圖7是本實用新型以卡式結構、以放象卡的形式，插在家用的電子游戲機插槽內(nèi)使用時，與其他設備連接的示意圖。
本實用新型也可以與游戲機專用處理器芯片(如臺灣聯(lián)華產(chǎn)品UM6561)和射頻盒制成一體，構成一個精巧的放象裝置(參見圖8)，還可以與放音設備(如雙聲道立體聲放音機、組合音響)進行一體化設計，制造具有播放動畫功能的放象設備，用于電化教育和卡拉OK等場合(參見圖9、圖10)。
本實用新型已制成性能樣機進行試驗實施，圖象具有卡通動畫功能，卡拉OK中歌詞字幕能隨歌唱而同步變色，使圖、文、聲并茂，不失為一種頗具推廣應用前景的聲象放映裝置。
權利要求1.一種具有動畫功能的聲象同步放象卡，是由分別接收聲象帶上聲音信號、圖象信號以及被放大的麥克風信號的三個輸入接口、與標準游戲機通用接口相連的輸出接口，以及位于印制板上的控制電路所組成，其特征在于上述控制電路是由聲音信號處理單元、數(shù)據(jù)信號處理單元、中斷請求單元、地址譯碼單元、計數(shù)及鎖存單元、程序存儲器ROM、數(shù)據(jù)存儲器RAM1和圖象存儲器RAM2所組成；其中聲音信號處理單元分別與聲象帶上的和來自麥克風的聲音信號直接相連，其輸出直接接游戲機接口的AUDIO端；聲象帶上的圖象信號與數(shù)據(jù)信號處理單元相連，該處理單元的輸出分別送至中斷請求單元及計數(shù)及鎖存單元；中斷請求單元的輸出與游戲機接口的CPU INT端相連；地址譯碼單元的五個輸入端分別是游戲機接口的A11、A12、A13、A14和2Y3，其三個輸出信號5000、5800和8000中的5000作為計數(shù)及鎖存單元的輸出使能和中斷請求單元的中斷請求復位信號，5800作為數(shù)據(jù)存儲器RAM1的選通信號，而8000則作為程序存儲器ROM的選通信號；程序存儲器ROM和數(shù)據(jù)存儲器RAM1分別與游戲機接口的CPU地址線AO-A14、A0-A10以及8根數(shù)據(jù)線D0-D7相連，數(shù)據(jù)存儲器RAM1的讀寫控制信號WR與接口中CPU的讀寫控制信號R/W相連；圖象存儲器RAM2則與游戲機接口中的PPU的地址線PA0-PA12，8根數(shù)據(jù)線PD0-PD7相連，其片選端CS，輸出使能端OE和讀寫控制端WR也分別與接口中的PPU的地址線PA13、讀信號PRD和寫允許信號PR/W相連。
2.如權利要求1所述的具有動畫功能的聲象同步放象卡，其特征在于上述聲音信號處理單元是由對聲象帶中的聲音信號解耦的電感與電阻串接的分壓電路，對麥克風放大的聲音信號進行直流基礎電平的運放放大、分壓、匹配電路，以及將上述兩個信號疊加輸出組成。
3.如權利要求1所述的具有動畫功能的聲象同步放象卡，其特征在于上述數(shù)據(jù)信號處理單元是由用兩個運放芯片及電阻、電容組成的、分別濾除50HZ電源串擾和15.6KHZ電視機輻射干擾的兩級有源濾波器，及其后串接的由運放組成的比較器電路所構成。
4.如權利要求1所述的具有動畫功能的聲象同步放象卡，其特征在于上述中斷請求單元是用一個JK觸發(fā)器構成的。
5.如權利要求1所述的具有動畫功能的聲象同步放象卡，其特征在于上述地址譯碼單元是用兩個八輸入端的與非門及兩個非門組成。
6.如權利要求1所述的具有動畫功能的聲象同步放象卡，其特征在于上述計數(shù)及鎖存單元是由對游戲機接口中的計數(shù)脈沖信號Φ2進行八分頻的八分頻器，將該八分頻器輸出的信號作為計數(shù)脈沖的8位計數(shù)器，以及將該計數(shù)器的八位輸出均作為其輸入、把數(shù)據(jù)信號處理單元輸出信號作其觸發(fā)鎖存信號、把地址譯碼單元輸出的5000信號作為其輸出使能信號的鎖存器所組成，該鎖存器的輸出端則與游戲機接口的數(shù)據(jù)總線D0-D7相連。
專利摘要一種具有動畫動能的聲像同步放象卡，由接收聲像帶上的聲音、圖像信號，和麥克風放大的聲音信號三個輸入接口和游戲機通用接口相連的輸出接口與位于印制板上的控制電路所組成。其控制電路包括有聲音信號處理單元、圖像信號處理單元、中斷請求單元、地址譯碼單元、計數(shù)及鎖存單元、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和圖像存儲器。該裝置配合游戲機可使重現(xiàn)的圖像具有卡通動畫功能，圖、文、聲同步吻合，為文化教育和卡拉OK娛樂的新型放像裝置。
文檔編號H04N5/14GK2224492SQ95211739
公開日1996年4月10日 申請日期1995年6月1日 優(yōu)先權日1995年6月1日
發(fā)明者金子建, 張征宇, 鄭威, 黃輝, 錢新兵, 劉新彥 申請人:北京市海淀四達技術開發(fā)中心