基于BES7456芯片的OSD的應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)

摘要：重點(diǎn)介紹了北京市嵌入式系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的OSD產(chǎn)生芯片BES7456的組成和原理，并給出應(yīng)用該芯片的具體方法和實(shí)現(xiàn)效果。闡述了OSD原理及芯片設(shè)計(jì)的原理，接著給出根據(jù)具體要求需要的外圍設(shè)計(jì)方案，給出了系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)步驟，最后給出實(shí)測(cè)結(jié)果。
關(guān)鍵詞：OSD；BES7456；應(yīng)用平臺(tái)

引言
BES7456芯片是北京市嵌入式系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)珠海安聯(lián)銳視科技有限公司的要求，開發(fā)的一款用于安全視頻監(jiān)控市場(chǎng)的隨屏字幕顯示芯片。該芯片應(yīng)具有黑白字幕疊加功能，可以兼容當(dāng)前市面主流攝像頭視頻制式，內(nèi)置RAM與外置非易失性存儲(chǔ)器用I2C連接，能夠滿足大多數(shù)情況下監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)字幕信息的需求。由于OSD(OnScreen Display)芯片的開發(fā)在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，所以該項(xiàng)目的研究對(duì)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
BES7456是單色單通道隨屏顯示(OSD)發(fā)生器，主要應(yīng)用于黑白模擬電視信號(hào)上疊加字幕。它將外部視頻驅(qū)動(dòng)器、同步分離器、視頻開關(guān)、存儲(chǔ)器集成在一起，有效降低成本。BES7456采用符合NTSC和PAL制式的256個(gè)用戶可編程字符，這些字符預(yù)先加載并通過(guò)SPI接口進(jìn)行在線編程。BES7456適用范圍廣，可以方便地顯示任意字符、尺寸的各種信息，例如公司標(biāo)識(shí)、常用圖形、日期時(shí)間等。BES7456提供LQFP(Low-pro-file Quad Flat Package)48封裝，外形尺寸較小，寄生參數(shù)減小，工作于擴(kuò)展級(jí)(-40～+85℃)溫度范圍。

1 OSD顯示原理與BES7456芯片
BES7456的內(nèi)部工作原理是當(dāng)視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)鉗位電路(clamp)時(shí)進(jìn)行“直流重建”，由同步分離電路(SYNCseparator)得到要顯示的位置信息，視頻時(shí)序發(fā)生器產(chǎn)生所有內(nèi)部和外部(Vsync和Hsync)時(shí)序信號(hào)，經(jīng)由隨屏顯示發(fā)生器(OSD generlator)產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)形式，再經(jīng)過(guò)DAC轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)像素，在視頻開關(guān)(MUX)處切換字符與原電視信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)功率放大器(driver)輸出到電視接收端，在電視中可以看到經(jīng)過(guò)疊加后的混合視頻信號(hào)。
1．1 BES7456的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
BES7456內(nèi)部集成有產(chǎn)生OSD像素以及將其插入復(fù)合視頻信號(hào)所需的全部功能，與外部EEPROM聯(lián)合使用。該器件內(nèi)置有輸入箝位、同步發(fā)生器、視頻定時(shí)發(fā)生器、OSI)插入MUX、字符存儲(chǔ)器RAM、顯示存儲(chǔ)器SRAM、OSD發(fā)生器、晶體振蕩器、可讀／寫OSD數(shù)據(jù)的SPI兼容接口以及視頻驅(qū)動(dòng)器。BES7456芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．2 BES7456主要模擬模塊概述
(1)鉗位電路
采用BES7456芯片的OSD系統(tǒng)使用較為流行的交流耦合輸入／輸出結(jié)構(gòu)，而在隨之帶來(lái)的場(chǎng)一時(shí)間失真的問(wèn)題上，這里通過(guò)在輸入級(jí)內(nèi)部使用鉗位電路的方法來(lái)解決。鉗位電路需要將VIN的同步脈沖的黑色電平穩(wěn)定地鉗位到相對(duì)于模擬地稍高的位置上，使得后續(xù)的同步分離電路能正確地分離出同步脈沖。
(2)同步分離器
在OSD系統(tǒng)中，OSD芯片需要告訴外部控制器何時(shí)可以訪問(wèn)芯片內(nèi)部狀態(tài)寄存器或更新屏幕上的字符顯示，否則就會(huì)發(fā)生存儲(chǔ)器訪問(wèn)的混亂。根據(jù)視頻掃描原理，如果利用消隱時(shí)間對(duì)顯示存儲(chǔ)器的內(nèi)容進(jìn)行修改，就可以實(shí)現(xiàn)字幕的實(shí)時(shí)更新。利用行同步信息可以確定字符像素
在電視畫面中的水平坐標(biāo)，利用場(chǎng)同步信息可以計(jì)算出字符像素在畫面中的垂直位置。場(chǎng)同步輸出與第一個(gè)輸入脈沖的鋸齒波的上升沿，同步結(jié)束于第一個(gè)后均衡脈沖的后沿，因此它比2．5 Hz的場(chǎng)同步要稍微寬一些。
(3)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)
在本設(shè)計(jì)的OSD系統(tǒng)中，DAC的作用是將字符生成器模塊產(chǎn)生的OSD數(shù)字流轉(zhuǎn)換為模擬電平信號(hào)，從而產(chǎn)生實(shí)時(shí)的字符圖像。實(shí)際上，正常工作使用內(nèi)同步信號(hào)時(shí)字符生成模塊會(huì)持續(xù)輸出帶有行、場(chǎng)同步信號(hào)的黑白視頻流，經(jīng)過(guò)DAC轉(zhuǎn)換成1 Vp-p的標(biāo)準(zhǔn)黑白視頻信號(hào)，視頻開關(guān)只在需要插入OSD圖像的時(shí)刻才將輸入切換到DAC的輸出。
為滿足常見(jiàn)的OSD顯示的需要，對(duì)于DAC，至少需要7位有效位才能區(qū)分出所有這些電平來(lái)。如果要在電視屏幕上同時(shí)并排顯示30個(gè)字符，每個(gè)字符為12列×18行，即每行圖像應(yīng)能分辨出360個(gè)像素點(diǎn)，根據(jù)PAL制式每行的圖像掃描時(shí)間52μs，DAC的采樣時(shí)鐘頻率至少應(yīng)為6．94 MHz(每個(gè)采樣點(diǎn)的周期為144 ns)。由于DAC的下一級(jí)為視頻開關(guān)，并且為直流耦合，DAC所輸出的OSD信號(hào)(最大1．14 Vp-p)需要有合適的偏置電壓才能正常通過(guò)視頻開關(guān)和視頻驅(qū)動(dòng)器模塊。