基于Actel FPGA的OSD字符疊加方案

OSD(On Screen Display)即在屏顯示系統，是應用在電視機或監視器上，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。近年來隨著市場經濟的飛速發展，視頻監控系統在銀行、路橋監控、水利、航運交管、大型企業、治安、消防、小區安防、可視對講、智能小區信息發布等領域中發揮著越來越重要的作用。OSD面向用戶提供友好的人機界面。被廣泛應用于視頻監控系統、數據采集顯示、信息發布等各種領域。

采用Actel FPGA實現的OSD方案具有低成本、高可靠性和可定制的特點。Actel FPGA采用Flash架構，具有掉電非易失的特點，一且完成編程后，配置數據就會成為FPGA結構的固有部份，無需配置芯片，使得系統成本更加低廉。Actel Flash架構的PPGA對固件錯誤有很好的免疫作用，使得系統可以工作在環境較為惡劣或穩定性要求比較高的場合?？啥ㄖ频奶攸c是采用Actel FPGA實現OSD方案的一大亮點，體現了設計的靈活性。產品的靈活性是檢驗產品在市場中的生存標準之一。采用Actel FPGA實現OSD方案時可以定制不同的通信接口和視頻疊加的通道數目，能夠根據不同的應用需求來定制顯示字符的字體和大小。

1，基于Actel FPGA的OSD方案介紹

(1)方案簡介

目前周立功單片機發展有限公司開發的基于Actel FPGA實現的OSD方案可在PAL制式或NTSC制式的視頻信號上無質量損失地疊加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，同時支持全角字符與半角字符的混排顯示與自動換行顯示。疊加的字符的實體為白色，邊框為黑色，增加黑色邊框有助于在視頻信號亮度較高時能清楚地顯示字符。該OSD方案具有如下特征：

·實現單路的視頻字符疊加，可根據用戶需求定制疊加的視頻通道數：

·支持Flash最大為IMB，可以存放8192個16×16大小的漢字，可根據用戶需求定制字庫的大?。?/p>

·顯存采用32KB－SRAM，最多可以顯示352個16×16大小的字符，可根據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，降低程序設計的復雜程度，可根據用戶需求定制通信接口：

·系統成本低，整個系統根據用戶的需求可選擇小容量SRAM和串行Hash以及6萬門ActelFPGA，達到高性價比的目的：

·兼容NTSC制式和PAL制式：

·可顯示GB2312漢字集、ASCII字符集和所有全、半角標點符號以及其它特殊符號，支持用戶自定義的LOGO顯示：

·內部集成制表符，支持疊加表格信息：

·字符顯示、清屏、閃爍等操作僅由七個指令就可完成，同時提供所有操作函數，用戶無需熟悉內部結構和字庫就能熟練進行編程，方便MCU程序的開發：

(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、容量為6萬門的FPGA。采用FPGA作為主控器件具有良好的靈活性?？筛鶕脩粜枨髞矶ㄖ仆ㄐ沤涌?、視頻疊加的通道數以及字體大小。同時，Actel PPGA具有的固件免疫特性使得系統可以工作在戶外、工業控制場合以及較惡劣的環境中。

在電視系統中，為了能夠正確地重現圖像。要求收端與發端同步掃描。只要掃描頻率相同、起始相位相同，收端就可以重現發端圖像，因此需要在圖像信號中加人行場同步信號保證收端和發端能夠同步。要在視頻上疊加字符就必需要獲得與發端同頻同相的同步信號，因此需要行場同步分離器件將發送端的同步信號分離出來，攝像頭輸出的視頻信號經過行、場同步分離器件分離出行同步信號和場同步信號。FPGA根據行同步信號和場同步信號確定屏幕的坐標，根據Mcu發送的數據在屏幕上指定的坐標處疊加字符信息或執行清屏、閃爍等動作。

Flash和SRAM同樣也是OSD中重要的組成部份。Flash用于存儲字庫，字庫中存儲字符點陣的多少決定了所能疊加字符的數量。采用SPI接口的Flash操作時序簡單，同時又能節省FFGA的I／O資源。當需要更換字庫時可將字庫直接下載到Flash中或直接替換存儲有字庫信息的Hash器件即可，這樣可以滿足不同應用和成本上的需求，擴展性好。

SRAM作為顯示緩存，存儲著需要在視頻上疊加的字符信息。當FPGA內部行、場計數器計數到指定的行和列時輸出SRAM中的數據流就可以在屏幕上顯示相應的字符信息。SRAM同樣也可根據不同的應用需求選擇不同的容量用以滿足不同應用和成本上的需求。

(3)OSD模塊的引腳

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

用戶僅需要關心的引腳是OsD模塊與外部通信的五個引腳，分別是復位信號Reset、SPI接口的片選信號ss、SPI接口的時鐘線SCK~SPI接口的數據信號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的時序比較簡單，sPI通信方式采用模式O方式，只需提供主機到從機的數據即可。SPI的通信協議如圖3所示。

外部MCu與OSD模塊通信時只需要提供ss、SCK和MOSI信號線，當片選信號有效時FPGA在每個scK的上升沿對MCU輸出的MOSI信號進行采樣。高位在前，低位在后。采用SPI接口的遙信方式使得對OSD模塊的操作變得簡單。

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

(5)OSD橫塊的字庫

字庫是OsD模塊中的重要組成部份，字庫中存儲的字符數量和字符的組織形式決定了字庫是否簡單易用。在OSD模塊中。字庫以二進制BIN文件的格式存儲在sPI接口的Hash中。用戶可以根據不同的需求來定制字庫大小，字庫中字符點陣大小和其它圖標以及特殊符號。周立功公司提供的字庫生成軟件如圖4所示，用戶可以通過該軟件生成字庫文件。

2，應用場合

OSD被廣泛應用于視頻監控以及信息發布領域，如高速球中的字符疊加、閉路電視監控系統、工業控制視頻監控中的數據采集顯示及信息顯示、視頻矩陣、智能云臺解碼器的字符疊加、點鈔機字符疊加器、收費站視頻字符疊加器、溫溫度視頻字符疊加器、數字羅盤字符疊加器、客車視頻廣告以及智能小區的可視系統短訊發布等。采用Actel FpGA實現的OSD方案具有可靠性高、靈活性好、可由用戶的需求來定制字庫大小、字符大小和視頻通道等優勢。如圖5所示。

3，小結

本文主要介紹了基于Actel FPGA的JOSD實現方案與應用，方案成熟穩定。同時Actel PPGA低功耗、低成本、上電即行、固件錯誤免疫等諸多優良特性將為您的產品帶來更強大的生命力。更多信息請關注周立功公司的網站獲得更多的信息。我們有著一個接近30人的FPGA團隊提供強有力的售后服務和技術支持，解決用戶在產品使用和研發過程中遇到的困難。若有更多的需求可以與我們聯系，我們將會竭誠為您服務，敬請關注下期的FPGA專題技術講座。