基于IA6459的視頻字符疊加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)*

閆露露，鄭恩讓

(陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，西安710021)

基于IA6459的視頻字符疊加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)*

閆露露，鄭恩讓*

(陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，西安710021)

隨著在屏顯示技術(shù)的廣泛應(yīng)用，OSD設(shè)備倍受青睞。設(shè)計(jì)了一種以DSP5509為核心，通過(guò)串口與下位機(jī)的通信，基于專用OSD(On Screen Display)芯片IA6459的視頻字符疊加系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由控制，視頻字符疊加和上位機(jī)通信3部分組成。控制部分以DSP5509為核心組成，視頻字符疊加部分以IA6459為核心組成，上位機(jī)通信部分使用Vb編寫(xiě)可視化用戶界面。經(jīng)過(guò)實(shí)際系統(tǒng)驗(yàn)證，可以無(wú)損的在視頻上疊加所需字符。

視頻字符疊加;IA6459;DSP5509;上位機(jī)

近年來(lái)，隨著視頻安防系統(tǒng)，大型車站、碼頭、廣場(chǎng)的視頻宣傳產(chǎn)品的應(yīng)用升溫，對(duì)在已有的視頻上隨時(shí)隨地顯示希望的字符的要求越來(lái)越廣泛。比如安防監(jiān)控系統(tǒng)中需要在獲取的監(jiān)控畫(huà)面上疊加一些時(shí)間日期信息，車站、廣場(chǎng)需要在屏幕上放映宣傳視頻的同時(shí)顯示車次等信息。在屏顯示技術(shù)得到廣泛的發(fā)展與應(yīng)用。在屏顯示技術(shù)的本質(zhì)就是在視頻上疊加字符［1］，從而實(shí)現(xiàn)在顯示器上顯示需要的信息。因此研制一種視頻字符疊加系統(tǒng)來(lái)滿足在已有視頻上隨時(shí)疊加所需的字符是很有必要的。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 視頻疊加原理

傳統(tǒng)的視頻字符疊加方法是將要疊加的字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，將從存儲(chǔ)器中提取出來(lái)的字符信息轉(zhuǎn)換成滿足視頻格式的信號(hào)，并與原始的視頻信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算，根據(jù)字符顯示的位置與掃描時(shí)間之間的映射關(guān)系顯示出來(lái)，對(duì)時(shí)序的要求非常嚴(yán)格。傳統(tǒng)的OSD系統(tǒng)采用分立的元件搭建各部分的核心電路，電路復(fù)雜，穩(wěn)定性不高。

目前較為流行的視頻字符疊加方法是采用專用OSD芯片實(shí)現(xiàn)，這種方法具有外圍電路簡(jiǎn)單，系統(tǒng)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)采用專用OSD芯片實(shí)現(xiàn)。

1.2 IA6459主要功能特點(diǎn)

IA6459是深圳天玖隆科技有限公司生產(chǎn)的一款性能卓越的專用視頻字符疊加芯片。IA6459內(nèi)部集成了顯示內(nèi)存(VRAM)、外掛字庫(kù)接口，外圍電路簡(jiǎn)單，即可實(shí)現(xiàn)視頻字符疊加。IA6459功能強(qiáng)大，相比其他國(guó)外的視頻字符疊加芯片操作簡(jiǎn)單，因此廣泛應(yīng)用于視頻字符疊加系統(tǒng)。

IA6459內(nèi)部結(jié)構(gòu)［2］如圖1所示。它主要有串行數(shù)據(jù)輸入電路、外部視頻輸入電路、顯示控制電路、背景控制電路、時(shí)鐘發(fā)生電路、字符坐標(biāo)控制電路、混合同步信號(hào)分離電路、同步信號(hào)產(chǎn)生電路以及輸出電路組成。

IA6459［3］的主要功能特點(diǎn)有:

(1)主屏顯示容量:12行×24列，內(nèi)置480個(gè)字符;

(2)用戶可自定義字符數(shù)量:32個(gè);

(3)字符顯示尺寸有標(biāo)準(zhǔn)的12×18大小，2倍大小兩種;

(4)可以設(shè)置黑、白、藍(lán)、綠4種背景;

(5)顯示位置可任意設(shè)置成水平方向和垂直方向;

(6)內(nèi)部視頻信號(hào)發(fā)生器可支持NTSC/PAL/ PAL-M/SECAM/PAL-N制式;

(8)內(nèi)置上電復(fù)位電路和VRAM清零電路，可減小控制器的工作量。

圖1 內(nèi)部框圖

與NEC公司的專用OSD電路UPD6453［4］相比較:IA6459內(nèi)置字符數(shù)量480個(gè)，可自定義字符數(shù)量32個(gè)，內(nèi)置混合同步信號(hào)分離電路［5］及同步信號(hào)產(chǎn)生電路，不需要外接視頻信號(hào)也能顯示字符，輸入支持NTSC/PAL/PAL-M/SECAM/PAL-N多種視頻信號(hào)，2.8 V～5.5 V寬工作電壓范圍，兼容現(xiàn)在3.3 V和5 V系統(tǒng)，可共用系統(tǒng)電壓，不需要另外單獨(dú)供電，節(jié)省成本，采用SSOP24超小的封裝，體積小，可使系統(tǒng)面積大大縮小。UPD6453內(nèi)置字符數(shù)量240個(gè)，可自定義字符數(shù)量16個(gè)，內(nèi)部沒(méi)有同步分離電路，輸入必須要外接視頻信號(hào)，輸出接模擬開(kāi)關(guān)才能輸出視頻信號(hào)，工作電壓范圍4.5 V～5.5 V，采用SOP20的封裝。IA6459外圍不需要多接其他IC就能工作，而UPD6453要加上同步分離電路和模擬開(kāi)關(guān)才能工作，UPD6453只能適合5 V系統(tǒng)。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 IA6459的工作時(shí)序及指令

圖2 1-byte模式時(shí)序圖

圖3 2-byte模式時(shí)序圖

IA6459的指令有兩種，一種是1個(gè)字節(jié)組成的，另一種是2 byte組成的。指令表里面1～7指令為1 byte的指令，數(shù)據(jù)傳輸方式使用1-byte模式。8～15為2 byte組成的指令，除去指令9和12都使用2-byte模式傳輸，指令9和12使用2-byte Contiguous模式傳輸。具體指令介紹見(jiàn)表1。

圖4 2-byte Contiguous模式時(shí)序圖

表1 IA6459指令集

2.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

與上位機(jī)［6］的通信通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232實(shí)現(xiàn)，可視化用戶操作界面使用Visual Basic語(yǔ)言編寫(xiě)。使用時(shí)從界面上選擇正確的串口號(hào)并連接，在文字輸入?yún)^(qū)域輸入想要疊加的字符，點(diǎn)擊“發(fā)送”按鈕，就可以將要疊加的字符疊加在視頻上。通過(guò)串口通信可以很容易區(qū)分?jǐn)?shù)字和字母，本系統(tǒng)對(duì)漢字的識(shí)別使用自定義的一組協(xié)議，將常用的漢字用數(shù)字表示。只要判斷出發(fā)送框輸入的是漢字，則在發(fā)送的時(shí)候加上幀頭0x3C(＜)和幀尾0x3E(＞)。當(dāng)下位機(jī)收到0x3C開(kāi)始的，0x3E結(jié)束的數(shù)據(jù)包，就將中間的字符翻譯成事先定義好的漢字，而不是本身對(duì)應(yīng)的字符了。在輸入框輸入漢字，字母和數(shù)字的ascall碼是不一樣的，因此可以區(qū)分開(kāi)來(lái)，當(dāng)輸入為漢字時(shí)就發(fā)送一幀3 byte數(shù)據(jù)，當(dāng)不是漢字時(shí)只發(fā)送1 byte數(shù)據(jù)，就是字母和數(shù)字的ascall碼值。例如“閆”用“1”表示，發(fā)送框若輸入“閆”字，就發(fā)送3 byte，0x3C，0x01，0x3E。程序收到0x3C后就將0x01翻譯成“閆”字，而不是數(shù)字“1”。這樣就將漢字、字母和數(shù)字區(qū)分開(kāi)來(lái)了，想發(fā)什么就發(fā)什么。

使用時(shí)將串口連接到電腦，選擇正確的串口號(hào)，點(diǎn)擊界面上的“歡迎”按鈕，顯示的是編輯好的歡迎畫(huà)面，點(diǎn)擊“測(cè)試”按鈕，顯示IA6459內(nèi)部自帶的所有字庫(kù)，在發(fā)送框輸入字符，點(diǎn)擊“發(fā)送”按鈕，即可在屏幕上疊加輸入的字符。界面如圖 5所示。圖5(a)是點(diǎn)擊“歡迎”按鈕的上位機(jī)界面，圖5(c)是對(duì)應(yīng)的疊加后的輸出。圖5(b)是在輸入框輸入漢字“閆”，圖5(d)是識(shí)別了漢字后的疊加輸出。

圖5 上位機(jī)界面和測(cè)試結(jié)果

2.3 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)程序使用C語(yǔ)言編寫(xiě)，具有可移植性好的優(yōu)點(diǎn)。程序流程圖如圖6。整個(gè)程序流程如下:DSP先對(duì)串口、定時(shí)器和IA6459的相關(guān)寄存器初始化，在視頻上疊加程序中設(shè)定的初始化界面，然后在主程序中判斷flag1==1?表示是否從上位機(jī)接收到數(shù)據(jù)。等待定時(shí)器10 ms中斷的到來(lái)，在定時(shí)器中斷中查詢串口接收事件，若接收到數(shù)據(jù)，接收標(biāo)志flag1=1，并將接收到的數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，判斷要疊加的字符是字母數(shù)字還是漢字，控制IA6459在視頻上顯示要疊加的字符，若字符疊加成功，則flag=1，下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送疊加成功信息，上位機(jī)上對(duì)應(yīng)的疊加成功指示燈點(diǎn)亮。否則疊加失敗的指示燈點(diǎn)亮。

圖6 程序流程圖

3 與DSP5509的接口電路

IA6459與 DSP5509［7］只需要3根線連接，即CLK，DATA和，使用SPI［8］協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。圖7是DSP5509和IA6459的連接圖。

圖7 DSP與IA6459電路連接圖

4 測(cè)試結(jié)果

本字符疊加系統(tǒng)已經(jīng)可以正常使用，通過(guò)編寫(xiě)的可視化用戶界面，只需要在文本框中輸入要疊加的字符就可以將所要疊加的字符疊加到原始視頻上，所需疊加的字符可以正常顯示在屏幕的正確位置上，在外同步模式下，字符可以和輸入的視頻疊加，不影響原始視頻的顯示效果，字符顯示清晰，顯示效果如圖6(c)和圖6(d)。在內(nèi)同步模式下，可以通過(guò)按鍵選擇字符疊加的4種背景顏色，選擇在屏幕上顯示不同的字符內(nèi)容。能夠滿足安防系統(tǒng)、車站、廣場(chǎng)視頻顯示系統(tǒng)的字符疊加要求，成本低，操作簡(jiǎn)便，性價(jià)比高，有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

5 結(jié)束語(yǔ)

用DSP5509操作IA6459實(shí)現(xiàn)了在視頻上疊加字符，通過(guò)操作顯示存儲(chǔ)器(VRAM)實(shí)現(xiàn)了自定義字符的顯示。由于IA6459的指令操作模式有1-byte、2-byte和2-byte Contiguous 3種，其中的2-byte Contiguous模式用于操作VRAM，當(dāng)要連續(xù)寫(xiě)入自定義字符時(shí)，因?yàn)閷?xiě)入數(shù)據(jù)需要改變，要注意1-byte、2-byte和2-byte Contiguous模式要交替使用，并且2-byte和2-byte Contiguous模式中第一字節(jié)和第二字節(jié)的間隔時(shí)間要大于等于2μs。在改變顯示的字符時(shí)，要先釋放內(nèi)存，執(zhí)行一條清屏指令，避免出現(xiàn)一些意想不到的顯示。

相比于國(guó)外的字符疊加芯片 MB90092，MAX7456，UPD6453等專用電路［9］，IA6459具有外圍電路簡(jiǎn)單，性能可靠，操作方便，功能強(qiáng)大以及價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。目前本系統(tǒng)作為完整設(shè)備正在研制中。

［1］趙鳳怡.基于FPGA的圖像字符疊加器設(shè)計(jì)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，2009(7):139～141.

［2］錢(qián)懷風(fēng).OSD芯片MB90092的原理及應(yīng)用［J］.國(guó)外電子元器件，2005(1):52-55.

［3］深圳市天玖隆科技有限公司.IA6459 Datasheet［R］.

［4］NEC Electron Device.UPD6453 Datasheet［R］.

［5］黃燕群，李利品，王爽英.基于FPGA的OSD設(shè)計(jì)［J］.液晶與顯示，2010(25)3:429-433.

［6］閆露露，王容石子，尹繼武.基于AT89C51的數(shù)字集成電路測(cè)試儀的設(shè)計(jì)［J］.電子質(zhì)量，2010(8):7-9.

［7］Texas Instruments Incorporated.TMS320VC55X系列DSP的CPU與外設(shè)［M］.彭啟宗，武樂(lè)琴，張艦，等譯.北京:清華大學(xué)出版社，2005:457-468.

［8］施根勇，黃世震.高速SPI接口在OSD中的應(yīng)用［J］.電子器件，2012(2):227-231.

［9］張亞寒.視頻字符疊加器疊加芯片比較［J］.計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2011(18):60-62.

Design of a Displaying Video and Character System Based on OSD IA6459*

YAN Lulu，ZHENG Enrang*
(College of Electrical and Information Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021，China)

With the wide use of the on screen display technology，OSD equipments are welcomed bymany users.A displaying vedio and character system was designed.Based on DSP5509 as a cover，communicating with lower computer through the serial ports，and using the dedicated chip IA6459，a display controller was proposed for displaying texts and graphics on the TV screen.The system made of control circuit，overlay circuit between video and character and upper communication circuit.Control circuit contains DSP5509，upper computer communication circuit includes visual user interface compiled by Visual Basic.The interface circuit between IA6459 and DSP5509 is given.In the end，the system can superpose the desired characters on the video.

character on screen display;IA6459;DSP5509;upper computer

10.3969/j.issn.1005-9490.2014.01.026

TN873 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1005-9490(2014)01-0108-05

項(xiàng)目來(lái)源:陜西科技大學(xué)研究生教改、創(chuàng)新項(xiàng)目

2013-04-17修改日期:2013-05-09

EEACC:7260

閆露露(1989-)，女，漢族，陜西鳳翔人，陜西科技大學(xué)電信學(xué)院在讀碩士，主要研究方向?yàn)橐曨l信號(hào)的傳輸了，yanluyanhong@163.com;

鄭恩讓(1962-)，男，漢族，陜西鳳翔人，陜西科技大學(xué)電信學(xué)院、博士，教授，電力電子技術(shù)、智能控制，zhenger @sust.edu.cn。