簡(jiǎn)論視頻芯片中的OSD核的設(shè)計(jì)及FPGA的實(shí)現(xiàn)

1、簡(jiǎn)論視頻芯片中的OSD核的設(shè)計(jì)及FPGA的實(shí)現(xiàn)摘要:本文從視頻芯片的OSD核的設(shè)計(jì)、OSD核硬件的實(shí)現(xiàn)、OSD核的軟件設(shè)計(jì)三個(gè)方面探討了視頻芯片中的OSD核的設(shè)計(jì)及FPGA的實(shí)現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞:視頻芯片OSDFPGA1視頻芯片的OSD核的設(shè)計(jì)1.1OSD與FPGA隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，高清晰電視、視頻電話等終端視頻設(shè)備的出現(xiàn),傳播視頻的格式也達(dá)到增加。在不同的設(shè)備之間需要視頻格式的轉(zhuǎn)換，在此需求下視頻格式轉(zhuǎn)換芯片就成為了視頻技術(shù)的發(fā)展新方向。此過(guò)程中OSD技術(shù)也隨著發(fā)展起來(lái)，此種技術(shù)是利用在屏幕上顯示特定的字或者圖像來(lái)完成人機(jī)交互的過(guò)程，讓使用視頻的用戶獲得相關(guān)的基本信息，如在電視屏幕上顯示遙控其

2、菜單等。OSD技術(shù)的實(shí)現(xiàn)通常利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的功能相對(duì)簡(jiǎn)單，而視頻功能需求較為復(fù)雜，加之周邊的硬件電路較為復(fù)雜，從而會(huì)增加系統(tǒng)的成本;另外,因?yàn)镺SD技術(shù)對(duì)同步時(shí)序的要求十分嚴(yán)格，因?yàn)橐曨l操控往往需要精確的同步性，而采用單片機(jī)控制往往會(huì)造成時(shí)序延時(shí)。在研究中發(fā)現(xiàn)OSD技術(shù)可以采用專業(yè)的字符顯示和處理芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)功能其優(yōu)勢(shì)是電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單使用方便，其弱點(diǎn)是疊加多字符或者復(fù)雜圖像的時(shí)候?qū)嵤├щy，靈活性差。而采用FPGA實(shí)現(xiàn)OSD技術(shù)就可以克服其弱點(diǎn)，不僅僅可以實(shí)現(xiàn)多文字字符和圖像的疊加，而電路可以最大限度的得到簡(jiǎn)化。同時(shí)，還可以通過(guò)對(duì)FPGA的源代碼進(jìn)行修改而完成各種形式的疊加，靈活性

3、也得到了提高。1.2系統(tǒng)工作的原理本文在分析中利用黑白視頻信號(hào)為例，進(jìn)行模擬與試驗(yàn)。黑白視頻信號(hào)通?？梢苑譃槿齻€(gè)各部分，圖像信息、同步脈沖信號(hào)、消隱脈沖信號(hào)。按照規(guī)定其消隱的電壓為0V參考值，圖像信號(hào)電壓的幅值為0.7V,同步信號(hào)的電壓值則為0.3V,在零電平的條件下。視頻同步信號(hào)的字符疊加信號(hào)必須經(jīng)過(guò)必要的分離器件，以此獲得同步于視頻信號(hào)的行信號(hào)與場(chǎng)信號(hào)。要對(duì)OSD技術(shù)的工作原理節(jié)進(jìn)行分析和了解，首先應(yīng)從屏幕上的白點(diǎn)疊加進(jìn)行分析。其疊加原理是：在場(chǎng)正程時(shí)段和行信號(hào)正脈沖時(shí)段，在行信號(hào)的位置上圖像信號(hào)位置疊加一個(gè)脈沖信號(hào)，其脈沖的電壓幅值就可以決定其亮度，而脈沖信號(hào)和寬度就決定了亮點(diǎn)寬度。字符

4、或者圖像則是利用這些白點(diǎn)組成的，從這個(gè)原理上看字符圖像疊加的原理是在原始信號(hào)上進(jìn)行特定的電壓信號(hào)疊加，并利用特定的時(shí)間將其顯示在屏幕的特定位置上與原始信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)。因此在OSD設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)克服以下幾個(gè)問(wèn)題。獲得需要顯示的字符庫(kù)或者圖像的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；(2)如何精確的現(xiàn)實(shí)白點(diǎn)”的位置，也就是對(duì)行信號(hào)進(jìn)行精確的定位，最終形成一個(gè)字符和圖像的點(diǎn)陣，并賦予其準(zhǔn)確的時(shí)序性；(3)如何在字符或者圖像疊加是混入電壓信號(hào)。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中前面兩個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)FPGA技術(shù)完成,最后的問(wèn)題則利用模擬電路實(shí)現(xiàn)。2OSD核硬件的實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中需要構(gòu)建數(shù)字電路和模擬電路，這就是系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)。數(shù)字電路的構(gòu)成主要是

5、FPGA和DSP兩個(gè)部分。OSD控制核設(shè)置在FPGA當(dāng)中,輸出疊加功能需要點(diǎn)陣時(shí)序；DSP則是系統(tǒng)的上位機(jī)”，輔助處理數(shù)據(jù)。在FPGA的RAM容量可以按照屏幕顯示圖像、字符的數(shù)量和點(diǎn)陣的格式進(jìn)行初步的分析和計(jì)算，如果采用集成芯片作為你內(nèi)邊處理核心則可以保證系統(tǒng)有足夠的資源完成FPGA的功能。如前面分析的最后系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬視頻信號(hào)的處理必須以模擬電路完成，所以在此應(yīng)搭建模擬處理電路完成最后的疊加。其模擬電路包括以下幾個(gè)。對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行歸零，當(dāng)視頻信號(hào)的消隱電平不能處在零電位的時(shí)候，如果電價(jià)字符就會(huì)對(duì)原有的圖像信息產(chǎn)生破壞，所以需要對(duì)輸入的視頻信號(hào)進(jìn)行歸零處理，如采用歸零芯片(EL4089)等完成此

6、項(xiàng)工作。對(duì)同步視頻信號(hào)進(jìn)行分離,FPGA的OSD控制核心需要視頻具有同步的行信號(hào)與同步的場(chǎng)信號(hào)來(lái)完成計(jì)算，而視頻同步分離是必要的工作內(nèi)容，視頻同步分離可以采用芯片完成，即對(duì)行信號(hào)、場(chǎng)信號(hào)完成處理，獲取同步信號(hào)。字符電平的疊加，如前所述，疊加電平是為了獲得對(duì)屏幕上顯示效果的控制，如疊加白色字符是利用0.7V電平而黑色字符則是0.1V,因此要實(shí)現(xiàn)多色彩的字符顯示就需要復(fù)雜的電平疊加，因此疊加電平的電路是十分復(fù)雜的。信號(hào)通道開(kāi)關(guān)，在疊加的過(guò)程中為了保證輸入是可控的，就需要在原始視頻和疊加電平之間設(shè)置開(kāi)關(guān)，即利用芯片完成對(duì)其控制，并實(shí)現(xiàn)高速開(kāi)關(guān)；以此完成疊加的輸入和退出。3OSD核的軟件設(shè)計(jì)在實(shí)現(xiàn)OS

7、D的過(guò)程中還需要對(duì)其進(jìn)行程序化的控制，即完成復(fù)雜的字符與圖像的疊加，不能僅僅依靠硬件芯片完成，也需要復(fù)雜的軟件程序來(lái)完成。3.1字符數(shù)據(jù)的控制在屏幕上現(xiàn)實(shí)字符圖像主要是以點(diǎn)陣的形式出現(xiàn)，如設(shè)計(jì)字符的點(diǎn)陣方式為多個(gè)正方形方格構(gòu)成。在字符點(diǎn)顯示的過(guò)程中，程序?qū)⑻囟ǖ淖址畔⒈４嬖谙鄳?yīng)的存儲(chǔ)器的特定位置上，即形成一個(gè)字符的地址,在人機(jī)交互的時(shí)候，向視頻終端發(fā)出一個(gè)特定的指令，此時(shí)系統(tǒng)就會(huì)調(diào)用相應(yīng)的字符的地址，而此地址往往設(shè)置為菜單”的首個(gè)字符位置,在此過(guò)程中訪問(wèn)程序僅僅訪問(wèn)的是首個(gè)字符的地址然后在根據(jù)其偏移量完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中字符的調(diào)用，即獲得了某一個(gè)字符全部數(shù)據(jù)，并完成顯示。3.2確定現(xiàn)實(shí)位置在獲得字

8、符信息后，就需要對(duì)其顯示的位置進(jìn)行選擇和平衡。此時(shí)在源代碼中對(duì)位置的兩個(gè)方向,X、Y進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將基本數(shù)據(jù)信息輸入到硬件系統(tǒng)中，在此過(guò)程中顯示終端的像素點(diǎn)和X、Y方向上的行信號(hào)、場(chǎng)信號(hào)完成疊加，然后軟件就會(huì)按照其基本信息對(duì)屏幕上的像素點(diǎn)位置進(jìn)行定位，這樣就完成了對(duì)字符顯示位置的定位，并獲得較為合理的顯示位置或者按照指令完成菜單”移動(dòng)和調(diào)整。4結(jié)語(yǔ)視頻芯片中OSD控制核心是十分重要的人機(jī)交互基礎(chǔ)，即利用硬件和軟件對(duì)對(duì)行信號(hào)、場(chǎng)信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)的控制，實(shí)現(xiàn)菜單”的顯示和控制。在這一過(guò)程中如果單純的依靠硬件完成將十分復(fù)雜，因此利用FPGA技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)是一種較為靈活而方便的技術(shù)措施。參考文獻(xiàn)王艷艷，郅晨.基于TMS320DM