基于Actel FPGA的OSD字符疊加方案

OSD(On Screen Display)即在屏顯示系統(tǒng)，是應(yīng)用在電視機(jī)或監(jiān)視器上，在屏幕上疊加字符信息或特殊的圖形，讓使用者得到一些訊息的屯子裝置。近年來(lái)隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，視頻監(jiān)控系統(tǒng)在銀行、路橋監(jiān)控、水利、航運(yùn)交管、大型企業(yè)、治安、消防、小區(qū)安防、可視對(duì)講、智能小區(qū)信息發(fā)布等領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。OSD面向用戶提供友好的人機(jī)界面。被廣泛應(yīng)用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集顯示、信息發(fā)布等各種領(lǐng)域。

采用Actel FPGA實(shí)現(xiàn)的OSD方案具有低成本、高可靠性和可定制的特點(diǎn)。Actel FPGA采用Flash架構(gòu)，具有掉電非易失的特點(diǎn)，一且完成編程后，配置數(shù)據(jù)就會(huì)成為FPGA結(jié)構(gòu)的固有部份，無(wú)需配置芯片，使得系統(tǒng)成本更加低廉。Actel Flash架構(gòu)的PPGA對(duì)固件錯(cuò)誤有很好的免疫作用，使得系統(tǒng)可以工作在環(huán)境較為惡劣或穩(wěn)定性要求比較高的場(chǎng)合?？啥ㄖ频奶攸c(diǎn)是采用Actel FPGA實(shí)現(xiàn)OSD方案的一大亮點(diǎn)，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的靈活性。產(chǎn)品的靈活性是檢驗(yàn)產(chǎn)品在市場(chǎng)中的生存標(biāo)準(zhǔn)之一。采用Actel FPGA實(shí)現(xiàn)OSD方案時(shí)可以定制不同的通信接口和視頻疊加的通道數(shù)目，能夠根據(jù)不同的應(yīng)用需求來(lái)定制顯示字符的字體和大小。

1，基于Actel FPGA的OSD方案介紹

(1)方案簡(jiǎn)介

目前周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司開發(fā)的基于Actel FPGA實(shí)現(xiàn)的OSD方案可在PAL制式或NTSC制式的視頻信號(hào)上無(wú)質(zhì)量損失地疊加GB2312漢字、ASCII字符和其它特殊字符信息。所疊加的字符支持16×16的全角字符和8×16的半角字符，同時(shí)支持全角字符與半角字符的混排顯示與自動(dòng)換行顯示。疊加的字符的實(shí)體為白色，邊框?yàn)楹谏?，增加黑色邊框有助于在視頻信號(hào)亮度較高時(shí)能清楚地顯示字符。該OSD方案具有如下特征：

·實(shí)現(xiàn)單路的視頻字符疊加，可根據(jù)用戶需求定制疊加的視頻通道數(shù)：

·支持Flash最大為IMB，可以存放8192個(gè)16×16大小的漢字，可根據(jù)用戶需求定制字庫(kù)的大小：

·顯存采用32KB－SRAM，最多可以顯示352個(gè)16×16大小的字符，可根據(jù)用戶需求定制顯存大?。?/p>

·MCU與OSD模塊的通信接口采用SPI接口，降低程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，可根據(jù)用戶需求定制通信接口：

·系統(tǒng)成本低，整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)用戶的需求可選擇小容量SRAM和串行Hash以及6萬(wàn)門ActelFPGA，達(dá)到高性價(jià)比的目的：

·兼容NTSC制式和PAL制式：

·可顯示GB2312漢字集、ASCII字符集和所有全、半角標(biāo)點(diǎn)符號(hào)以及其它特殊符號(hào)，支持用戶自定義的LOGO顯示：

·內(nèi)部集成制表符，支持疊加表格信息：

·字符顯示、清屏、閃爍等操作僅由七個(gè)指令就可完成，同時(shí)提供所有操作函數(shù)，用戶無(wú)需熟悉內(nèi)部結(jié)構(gòu)和字庫(kù)就能熟練進(jìn)行編程，方便MCU程序的開發(fā)：

(2)基于Actel FPGA的OSD的組成框圈

0sD模塊的組成如圖1所示。OsD模塊主要由FPGA、SRAM、FLASH和行場(chǎng)同步分離器件組成。其中，主控器件采用Actel公司第三代Flash架構(gòu)、容量為6萬(wàn)門的FPGA。采用FPGA作為主控器件具有良好的靈活性?？筛鶕?jù)用戶需求來(lái)定制通信接口、視頻疊加的通道數(shù)以及字體大小。同時(shí)，Actel PPGA具有的固件免疫特性使得系統(tǒng)可以工作在戶外、工業(yè)控制場(chǎng)合以及較惡劣的環(huán)境中。

在電視系統(tǒng)中，為了能夠正確地重現(xiàn)圖像。要求收端與發(fā)端同步掃描。只要掃描頻率相同、起始相位相同，收端就可以重現(xiàn)發(fā)端圖像，因此需要在圖像信號(hào)中加人行場(chǎng)同步信號(hào)保證收端和發(fā)端能夠同步。要在視頻上疊加字符就必需要獲得與發(fā)端同頻同相的同步信號(hào)，因此需要行場(chǎng)同步分離器件將發(fā)送端的同步信號(hào)分離出來(lái)，攝像頭輸出的視頻信號(hào)經(jīng)過行、場(chǎng)同步分離器件分離出行同步信號(hào)和場(chǎng)同步信號(hào)。FPGA根據(jù)行同步信號(hào)和場(chǎng)同步信號(hào)確定屏幕的坐標(biāo)，根據(jù)Mcu發(fā)送的數(shù)據(jù)在屏幕上指定的坐標(biāo)處疊加字符信息或執(zhí)行清屏、閃爍等動(dòng)作。

Flash和SRAM同樣也是OSD中重要的組成部份。Flash用于存儲(chǔ)字庫(kù)，字庫(kù)中存儲(chǔ)字符點(diǎn)陣的多少?zèng)Q定了所能疊加字符的數(shù)量。采用SPI接口的Flash操作時(shí)序簡(jiǎn)單，同時(shí)又能節(jié)省FFGA的I／O資源。當(dāng)需要更換字庫(kù)時(shí)可將字庫(kù)直接下載到Flash中或直接替換存儲(chǔ)有字庫(kù)信息的Hash器件即可，這樣可以滿足不同應(yīng)用和成本上的需求，擴(kuò)展性好。

SRAM作為顯示緩存，存儲(chǔ)著需要在視頻上疊加的字符信息。當(dāng)FPGA內(nèi)部行、場(chǎng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到指定的行和列時(shí)輸出SRAM中的數(shù)據(jù)流就可以在屏幕上顯示相應(yīng)的字符信息。SRAM同樣也可根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇不同的容量用以滿足不同應(yīng)用和成本上的需求。

(3)OSD模塊的引腳

在具體應(yīng)用時(shí)，用戶所需要關(guān)心的引腳，并需要提供給OSD模塊的信號(hào)包括通信接口信號(hào)和視頻信號(hào)，其它的引腳用戶可以不用關(guān)心。OSD模塊的引腳描述如圖2所示。

用戶僅需要關(guān)心的引腳是OsD模塊與外部通信的五個(gè)引腳，分別是復(fù)位信號(hào)Reset、SPI接口的片選信號(hào)ss、SPI接口的時(shí)鐘線SCK~SPI接口的數(shù)據(jù)信號(hào)MOSI。其它引腳描述如表l所示。

(4)OSD模塊的通信接口

OSD模塊與外部MCU的通信接口采用sPI接口方式。OSD模塊與外部MCU的時(shí)序比較簡(jiǎn)單，sPI通信方式采用模式O方式，只需提供主機(jī)到從機(jī)的數(shù)據(jù)即可。SPI的通信協(xié)議如圖3所示。

外部MCu與OSD模塊通信時(shí)只需要提供ss、SCK和MOSI信號(hào)線，當(dāng)片選信號(hào)有效時(shí)FPGA在每個(gè)scK的上升沿對(duì)MCU輸出的MOSI信號(hào)進(jìn)行采樣。高位在前，低位在后。采用SPI接口的遙信方式使得對(duì)OSD模塊的操作變得簡(jiǎn)單。

外部Mcu對(duì)OSD模塊的操作通過發(fā)送命令的方式執(zhí)行。OSD模塊僅提供七個(gè)指令就可以執(zhí)行包括顯示、清屏、閃爍在內(nèi)的所有操作，用戶無(wú)需了解字符疊加芯片和字庫(kù)的組成情況就能熟練地進(jìn)行編程操作，方便MCU程序的開發(fā)。

(5)OSD橫塊的字庫(kù)

字庫(kù)是OsD模塊中的重要組成部份，字庫(kù)中存儲(chǔ)的字符數(shù)量和字符的組織形式?jīng)Q定了字庫(kù)是否簡(jiǎn)單易用。在OSD模塊中。字庫(kù)以二進(jìn)制BIN文件的格式存儲(chǔ)在sPI接口的Hash中。用戶可以根據(jù)不同的需求來(lái)定制字庫(kù)大小，字庫(kù)中字符點(diǎn)陣大小和其它圖標(biāo)以及特殊符號(hào)。周立功公司提供的字庫(kù)生成軟件如圖4所示，用戶可以通過該軟件生成字庫(kù)文件。

2，應(yīng)用場(chǎng)合

OSD被廣泛應(yīng)用于視頻監(jiān)控以及信息發(fā)布領(lǐng)域，如高速球中的字符疊加、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)控制視頻監(jiān)控中的數(shù)據(jù)采集顯示及信息顯示、視頻矩陣、智能云臺(tái)解碼器的字符疊加、點(diǎn)鈔機(jī)字符疊加器、收費(fèi)站視頻字符疊加器、溫溫度視頻字符疊加器、數(shù)字羅盤字符疊加器、客車視頻廣告以及智能小區(qū)的可視系統(tǒng)短訊發(fā)布等。采用Actel FpGA實(shí)現(xiàn)的OSD方案具有可靠性高、靈活性好、可由用戶的需求來(lái)定制字庫(kù)大小、字符大小和視頻通道等優(yōu)勢(shì)。如圖5所示。

3，小結(jié)

本文主要介紹了基于Actel FPGA的JOSD實(shí)現(xiàn)方案與應(yīng)用，方案成熟穩(wěn)定。同時(shí)Actel PPGA低功耗、低成本、上電即行、固件錯(cuò)誤免疫等諸多優(yōu)良特性將為您的產(chǎn)品帶來(lái)更強(qiáng)大的生命力。更多信息請(qǐng)關(guān)注周立功公司的網(wǎng)站獲得更多的信息。我們有著一個(gè)接近30人的FPGA團(tuán)隊(duì)提供強(qiáng)有力的售后服務(wù)和技術(shù)支持，解決用戶在產(chǎn)品使用和研發(fā)過程中遇到的困難。若有更多的需求可以與我們聯(lián)系，我們將會(huì)竭誠(chéng)為您服務(wù)，敬請(qǐng)關(guān)注下期的FPGA專題技術(shù)講座。