摘要 研究顯示芯片中圖形控制和視頻通道的原理。提出一種利用圖形控制和視頻通道功能實(shí)現(xiàn)便攜式醫(yī)學(xué)監(jiān)測儀器中文字，圖形和連續(xù)波形疊加顯示的方法。 關(guān)鍵詞 醫(yī)學(xué)監(jiān)測儀器；圖形控制；視頻通道；疊加滾動顯示。 Discussion of displaying technique in the mode of overlaying and rolling in the medical monitoring instruments Lv shal-li(Aeromedical Research Institute, Beijing 100036) Abstract Study the mechanism of graphic controlling and video channels enclosed in the display chips. Propose a realizing method of overlaying text, graphic and rolling curves in the portable medical instrument by making use of mechanism of graphic controlling and video channels. Keywords: medical monitoring instruments; Graphic control;video channel; overlay; video capture; playback; rolling display. 一．醫(yī)學(xué)監(jiān)測儀器中疊加及滾動顯示的意義： 醫(yī)學(xué)監(jiān)測儀器所監(jiān)測的內(nèi)容主要分為波形類參數(shù)和數(shù)據(jù)類參數(shù)。在波形參數(shù)中有心電波形、呼吸波形、脈搏波形、腦電波形、動脈壓力和靜脈壓力波形等；在數(shù)據(jù)類參數(shù)中有心率、呼吸率、血氧飽和度、無創(chuàng)血壓值等。 波形類參數(shù)的顯示主要分為兩種：刷新式顯示和滾動式顯示。如下圖： （圖一） 所謂刷新式顯示就是在顯示屏幕上延水平方向不斷畫出當(dāng)前波形的同時擦除前一時間段的波形，波形整體在屏幕上固定不動。而滾動式顯示是波形整體在屏幕上平移，新的波形移入；舊的波形移出。刷新式顯示由于波形在屏幕上固定顯示不動，具有相對靜止觀察的特點(diǎn)，但由于波形在屏幕上首尾相接，缺乏時間上的連續(xù)感，觀察者需要移動眼球跟蹤新波形的生成顯示。而在滾動式顯示時，整個屏幕顯示的波形是連續(xù)的。觀察者不需要移動目光，在屏幕上任何一點(diǎn)就可以觀察波形的連續(xù)變化，有如醫(yī)生習(xí)慣的多導(dǎo)心電描記器或腦電描記器走紙。從人的視覺感受角度上看，滾動顯示更能如實(shí)表達(dá)人體生理信號波形（如心電圖等）的形成時序。 數(shù)據(jù)類參數(shù)的顯示是靜止的。對于疊加及滾動式顯示來說，靜止的數(shù)據(jù)和滾動的波形就象是兩個獨(dú)立的顯示層，可以重疊而互不影響。這對于在監(jiān)測不中斷的情況下凍結(jié)異常生理波形（如心電早搏，呼吸暫停等）便于醫(yī)生觀察、分析來講是十分方便和生動的。 二．醫(yī)學(xué)監(jiān)測儀器中疊加及滾動顯示的發(fā)展歷史： 為了追求顯示界面的完美和友好，人們在實(shí)現(xiàn)疊加及滾動顯示方面做了大量的工作。在圖形顯示卡出現(xiàn)之前，人們曾在示波器中添加存儲器，利用慢寫/快讀的方法來實(shí)現(xiàn)滾動顯示這一功能，后來又利用單片機(jī)取代了硬件控制電路，同時提高了滾動顯示的穩(wěn)定性和靈活性。示波器+存儲器方法實(shí)現(xiàn)滾動顯示的原理如下圖： （圖二） 在圖二中假設(shè)每行256個象素點(diǎn)；單蹤示波器。每一場采樣一次輸入信號，并存入256字節(jié)的RAM中。顯示的象素也是從RAM中取出，經(jīng)過D/A變換輸出給顯象管。其中8位可預(yù)置計(jì)數(shù)器保證每行最后一個顯示的象素是最新采樣進(jìn)去的值。這樣寫入RAM的速度是每場1個；而從RAM讀出的速度是每場256個。這就是所謂慢寫/快讀滾動顯示的原理。 隨著圖形顯示芯片的出現(xiàn)，我們還曾用過Trident 公司的兩個8900D顯示芯片同時在一臺計(jì)算機(jī)上獨(dú)立工作，通過軟件控制使它們分別顯示靜止和滾動圖形，但DAC轉(zhuǎn)換器共用一個。將DAC轉(zhuǎn)換器的輸入分為兩組，分別來自這兩個8900D顯示芯片的輸出，于是DAC轉(zhuǎn)換器輸出的信號在屏幕上顯示的結(jié)果就是靜止圖形和滾動圖形的疊加。 三．醫(yī)學(xué)監(jiān)測儀器中疊加及滾動顯示技術(shù)新的探討： 大多數(shù)醫(yī)療儀器都涉及到波形連續(xù)顯示問題，尤其是監(jiān)測類儀器，如多參數(shù)病人監(jiān)護(hù)儀，睡眠監(jiān)測儀等。它們不僅要求顯示連續(xù)的波形，還要求顯示生理參數(shù)數(shù)據(jù)。目前醫(yī)療儀器市場上連續(xù)波形的顯示方式還是分為刷新顯示和滾動顯示。從編程技術(shù)角度上看，滾動顯示的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于刷新顯示。因?yàn)槔硐氲臐L動顯示在要求波形平滑移動的同時還要求顯示文字參數(shù)如：心率，呼吸率和血氧飽和度等，并且最好是滾動的波形和固定的文字可以疊加，從而使畫面更加生動（比如當(dāng)你凍結(jié)某一時間段的心電波形時，凍結(jié)的波形可以覆蓋在繼續(xù)滾動的心電波形之上）。計(jì)算機(jī)顯示芯片的發(fā)展速度很快，現(xiàn)在市面上流行的顯示芯片的種類繁多，它們的功能更強(qiáng)，速度更快，一般都帶圖形加速和支持多媒體播放功能。比如：S3 775，Vood系列TNT2等，所以現(xiàn)在完全可以利用顯示芯片的硬件功能只用一個顯示芯片來實(shí)現(xiàn)滾動和疊加顯示。平滑移動顯示波形已經(jīng)不是特殊技術(shù)。通過顯示芯片的BITBLT控制可以隨意的上下左右地移動顯示內(nèi)容，而且是由硬件完成，速度很快。但是在移動圖形的同時實(shí)現(xiàn)疊加還沒有現(xiàn)成的軟件包。 比較直接的實(shí)現(xiàn)滾動和疊加顯示的方案就是依賴芯片的高速能力在顯示的每一禎都刷新整個顯示緩存區(qū)。這種方案對計(jì)算機(jī)CUP和顯示芯片的速度要求很高。對于基于自帶顯示芯片的嵌入式計(jì)算機(jī)主板，尤其是PC104主板（常用于大多數(shù)便攜式醫(yī)療儀器內(nèi)），其檔次遠(yuǎn)低于臺式高檔計(jì)算機(jī)，自然不可能勝任如此頻繁的針對每一顯示禎的刷新工作。但是現(xiàn)在顯示芯片都提供至少兩個輸入數(shù)據(jù)流通道：一個是通過PCI/VL總線進(jìn)入，也就是我們可以通過CPU控制顯示內(nèi)容的通道；另外還有用于多媒體顯示輸入的Video capture數(shù)據(jù)流通道。以C&T69000顯示芯片為例，芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)流框圖如下： （圖三） 從圖三中可以看到進(jìn)入顯示芯片的數(shù)據(jù)流有兩部分：一路是從計(jì)算機(jī)總線進(jìn)入；另一路從視頻通道進(jìn)入。這兩路數(shù)據(jù)通過存儲器控制器（Memory control）放入顯示存儲器中，在64位圖形引擎的控制下可以合成輸出。這也就是圖形顯示術(shù)語中的video capture, playback 和overlay。 針對滾動和疊加顯示的需要，我們可以設(shè)法將視頻輸入數(shù)據(jù)流存放的緩存區(qū)作為固定的參數(shù)顯示層；將計(jì)算機(jī)總線輸入數(shù)據(jù)流作為平滑移動的波形顯示層。根據(jù)特定的滾動疊加需要，我們沒有必要去考慮視頻數(shù)據(jù)流的輸入問題，我們只要關(guān)心它的格式和存放方式以及回放的原理就可以達(dá)到我們的目的。 1.彩色圖形數(shù)據(jù)的格式： 彩色圖像的記錄,有很多種不同的格式,一般常見的有 RGB,YUV,CMYK 等。RGB是直接對應(yīng)于人眼對色彩的感應(yīng)，是以三原色紅、綠、藍(lán)（Red、Green、Blue） 為基礎(chǔ)；YUV對應(yīng)的是人眼視覺對于亮度的敏感程度大于對彩度的敏感程度,因而將彩色畫面訊號分為 Y 與 UV 兩 部份分別記錄，Y 代表的是亮度,明暗的程度,UV 代表的是彩度,色彩鮮艷的程度. 常用格式中 Y:UV 記錄的比重通常 1:1 or 2:1;至于 CMYK,這是印刷用的格式, 屬于減色的表示法,與 RGB和YUV 又不相同。YUV與RGB的轉(zhuǎn)換公式為： 紅=1.402 * v + y + 0.5 綠=y - 0.7143 * v -0.3437 * u + 0.5 藍(lán)=1.77 * u + y +0.5 紅綠藍(lán)取值均為0-255范圍。 2.多媒體捕獲和顯示系統(tǒng)： C&T69000顯示芯片在片內(nèi)使用獨(dú)立的多媒體捕獲和顯示系統(tǒng)。捕獲系統(tǒng)將數(shù)據(jù)放置在顯示存儲器中（通常是在屏幕窗口外的顯示存儲器中）；顯示系統(tǒng)將數(shù)據(jù)放置在屏幕的窗口中。捕獲系統(tǒng)可以從系統(tǒng)總線輸入數(shù)據(jù)或從視頻端口輸入RGB或YUV格式數(shù)據(jù)。輸入的數(shù)據(jù)在存儲到顯示存儲器前還可以進(jìn)行比例縮小的變換。64位圖形引擎可以將數(shù)字式視頻信號通過一種稱為“視頻覆蓋”（Video Overlay）的技術(shù)進(jìn)行處理。通過“視頻覆蓋”，顯示卡就會在當(dāng)前屏幕上繪制一個新的圖像層來顯示視頻圖像。這也正是為什么我們可以在電腦的桌面上開一個小窗口播放視頻節(jié)目如VCD/DVD的原因。由于這個圖像層有自己的顯示設(shè)置（通過Multimedia Registers控制），和正常顯示設(shè)定是不同的，即使你通過調(diào)整顯示卡的亮度或者對比度使屏幕顯示效果看起來不錯，但這對DVD等視頻播放的效果卻沒有一點(diǎn)作用。基于以上原理，我們可以利用視頻信號的存儲區(qū)作為一個新的顯示層。只要存放數(shù)據(jù)的格式符合RGB或YUV標(biāo)準(zhǔn)，通過比例變換調(diào)整到滿屏就可以和當(dāng)前屏幕窗口中的內(nèi)容疊加顯示。當(dāng)前屏幕窗口中的內(nèi)容可以通過位塊移動（BITBLT）功能進(jìn)行平移，而此時視頻信號存儲區(qū)的顯示內(nèi)容是不會隨之移動的。位塊移動功能是可以通過控制一組BITBLT寄存器組來實(shí)現(xiàn)。 利用了顯示芯片的硬件功能達(dá)到疊加及滾動顯示效果的好處就是速度快，對顯示芯片的檔次要求不高，一般嵌入式計(jì)算機(jī)板卡上自帶的顯示芯片都可以勝任此工作。這一方法已經(jīng)在Angel-120多參數(shù)病人監(jiān)護(hù)儀; Angel-120c八床中央監(jiān)護(hù)站中應(yīng)用。 參考文獻(xiàn) 1．《65550（HiQV32TM）High Performance Multimedia Flat Panel/CRT GUI Accelerator》 2．俞夢孫、呂沙里、張洪成《生物信號推進(jìn)式滾動顯示的全隔離的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與方法》。專利號： ZL 95 1 09947。7 國際專利主分類號：G06F 17/60